Автор: nHz
Опубликовано 23.03.2015
Создано при помощи КотоРед.
Большинство схем импульсных преобразователей с 12/24 на 220 вольт выполнены по топологии пуш-пулл. И вроде бы зачем искать другие варианты, если эти схемы работают и выдают неплохие параметры. Однако, в режиме на холостого хода от пуш пулла практически невозможно добиться околонулевого потребления. Этот критерий важен, если преобразователь не отключается от источника питания, которым, как правило, служит аккумуляторная батарея. В длительной перспективе такой преобразователь может высадить батарейку в ноль. Решением этой проблемы может стать применение однотактного преобразователя для повышения напряжения. Так как принудительного перемагничивания магнитопровода в нем не происходит, то и ток холостого хода трансформатора минимален. Можно сказать, что на холостом ходу в однотакте доминируют потери на сопротивлениях проводов и ключа, которые легко контролировать. Известно 2 вида однотактов: прямоход и обратноход. Отличаются они способом накопления и передачи энергии в нагрузку. В прямоходе никакого накопления энергии не происходит, тут все как в обычном трансформаторе - через магнитную связь катушек энергия передается от первички во вторичку. Но в отличии от двухтактного преобразователя в прямоходе сердечник размагничивается самостоятельно. Во время размагничивания порождается выброс эдс, который считается паразитным и гасится различными снабберами. В обратноходе же, наоборот, энергия накапливается в катушке, и в момент, когда первичка перестает поставлять энергию, все что накопилось передается вторичной обмотке и потребителю. Чтобы запасти в катушке как можно больше энергии в магнитопровод вводят немагнитный зазор. Этот зазор уменьшает магнитную связь катушек, увеличивая не связанную со вторичной обмоткой собственную индуктивность первички, которая также порождает паразитный выброс эдс на низковольтной стороне. Обычно, этот выброс гораздо мощнее, чем в прямоходовом преобразователе и если с ним не бороться, то он легко может убить полевой транзистор. По сути же обратноход от прямохода отличается только фазировкой обмоток. Так как я постоянно путал ее, то на своей схеме преобразователя решил объединить обе топологии двухполупериодным выпрямителем.
Схема.
Выпрямитель собран обычным удвоителем напряжения на двух диодах VD5, VD6 и конденсаторе C6. Этот конденсатор, к тому же ограничивает ток, который может пройти по вторичной цепи. Поэтому, в случае КЗ в нагрузке, есть надежда, что предохранитель FU1 сгорит раньше, чем полевик и диоды выпрямителя. Для перестраховки можно воткнуть еще один предохранитель на 1-2 ампера после выходного конденсатора. Так как на выходе схемы постоянное напряжение, то питать ей можно только потребителей не требовательных к знакопеременной синусоидальности. Это практически вся современная электроника, лампы накаливания, люминисцентные лампы и светодиодные лампочки с нормальными драйверами светодиодов. В качестве шим контроллера применен "старичок" MC34063. Питается он выбросами напряжения со стока полевого транзистора, накопленными на емкости С3, через линейный стабилизатор на VT1 и VD1 напряжением около 15 вольт. Так как на выходе шимки по умолчанию длительность управляющего импульса больше длительности паузы(см. описание 34063), а нам нужно получить что-то похожее на меандр, то для выравнивания ассиметрии введена цепочка дозаряда частотозадающей емкости С2 с конденсатора С3 через резистор R8. Получается отрицательная обратная связь, уменьшающая время импульса, если выбросы на стоке транзистора увеличиваются. Так контролируется, чтобы на стоке полевого транзистора не возникло выброса больше, чем разрешено его создателями. Но даже с такой заморочкой, особо наглые иглообразные выбросы индуктивности рассеяния все же могут испортить нам полевик. Для защиты от этих неприятностей применен конденсатор С5, подключенный параллельно первичной обмотке TV1. Как только транзистор выключается, то первичная обмотка и конденсатор С5 увлекаются колебательным процессом, амплитуда которого тем меньше, чем больше емкость этого конденсатора. Однако, сильно увеличивать её не советую, потому что, открываясь, VT3 обязан ее зарядить. Во время заряда на транзисторе выделится тепло, пропорциональное емкости конденсатора и квадрату напряжения питания. Вместо C5 можно применить RCD клампер, но это уже 3 детали вместо одной. Я советую немного сэкономить и уделить внимание более важным вещам, например намотке трансформатора. Неправильный трансформатор может испортить нам те идеальные условия работы, что мы пытаемся создать для транзистора. Оперируя только импирическими данными, я добился, чтобы амплитуда выбросов не превышала 60вольт во всем диапазоне питающих напряжений. Перепробовав все имеюшиеся у меня сердечники, в итоге я применил чашечный феррит Ч 26 сорта P3(аналог 2000НМ ). На его каркасе я намотал первичную обмотку - 5 витков провода диаметром 1.4 миллиметра, затем, через слой термостойкой изоляции вторичную - 50 витков провода 0.3-0.4 мм в диаметре. Между слоями вторички я также прокладывал изоляцию. Зазор между чашками сделал 0.3-0.4мм(3 листа офисной бумаги). Чашки склеил суперклеем, чтобы трансформатор не свистел. Опытным путем был подобран идеальный кандидат на роль VT3. Из имеющихся у меня им оказался STP60NF06. Заменить его могут многие транзисторы с напряжением сток-исток не менее 60 вольт и сопротивлением открытого канала 10-20мОм, выдерживающие ток 50 ампер. Обратите внимание на заряд затвора, так как особо "тяжелые" затворы могут затянуть время открытия-закрытия транзистора и привести к повышенным тепловым потерям на нем. Так как потери все равно будут, то транзистор нуждается в радиаторе площадью не менее 10 см2. Без радиатора не советую снимать с преобразователя более 20Вт. С номиналами R4, R5, R6, R10, R12, указанными на схеме, напряжение на выходе преобразователя будет около 260вольт. При необходимости его легко уменьшить, увеличив пропорционально R4. Поднять напряжение можно, проделав обратную процедуру. Однако, верхний предел этого напряжения около 450 вольт, обусловленный параметрами трансформатора и примененными диодами.
Не забывайте, что высокое напряжение смертельно опасно и сунутые не в то место пальцы могут привести к необратимой поломке вашего организма. Ну, я думаю, вы в курсе, не мне вас пугать.
Итог.
Преобразователь был собран и испытан, в подтверждение чему был снят видеофильм.
Для тех, кто не посмотрел кино привожу его краткое содержание. Преобразователь может питаться напряжением от 28 до 10 вольт, потребляя при этом на холостом ходу от 7 до 20 мА. Максимальная выдаваемая мощность 100 Вт при 24 вольтах. Возможно также кратковременное ее превышение(где то на 20%). КПД устройства 70-85% в зависимости от нагрузки и напряжения питания. Преобразователем можно питать почти всю электронику, вписывающуюся по мощности, а также различные лампочки, кроме особовредных светодиодных с конденсатором вместо драйвера.
