R5 уменьшает бросок тока при зарядке С7. Диоды выпрямляют переменное напряжение до уровня 310В, поэтому С7 должен быть на напряжение не менее 400В. В схеме желательно применить высокочастотный заградительный фильтр от любого импульсного блока питания, в случае, если рабочий ток будет выше 0,5А.
R8 подаёт открывающее транзистор Т3 напряжение, транзистор приоткрывается, через него и первичную обмотку начинает течь ток, одновременно ток появляется в базовой обмотке, который продолжает открывать транзистор через С8, D11, R7. Таким образом, нарастающий ток коллектора и, следовательно, нарастающее напряжение в базовой цепи лавинообразно открывает транзистор до насыщения. Одновременно с этим импульс в базовой цепи, через диод D15, стабилитрон D16 и резистор R15 подаётся на базу транзистора Т2. Этот импульс на 8В меньше, чем было на базовой обмотке, благодаря падению напряжения на диоде и стабилитроне. Кроме того, резисторы R15 и R12 образуют делитель, уменьшающий это напряжение ещё в три раза. Таким образом, максимальное напряжение импульса, при отключенной оптопаре составит примерно 0,7В. Этот импульс немного задерживается конденсатором С12, и транзистор Т2 открывается немного позже транзистора Т3, закрывая последний. Всё время, пока транзистор Т3 открыт, трансформатор «заряжен» и пытается вернуть накопленную энергию, поэтому, как только ток перестаёт течь через конденсатор в базовой цепи С8 или транзистор Т2 инициирует закрытие транзистора Т3 трансформатор «выталкивает» магнитное поле через импульс противоэдс, т.е. напряжение на обмотках скачком меняется на противоположное. Это значит, что если на транзисторе Т3 в момент «накачки» было 310В, то станет на мгновение 620, часть из которого (в лучшем случае около 150В) погасится снабберной цепоской D13, R6, C9. Поэтому транзистор должен быть рассчитан на напряжение коллектор-эмиттер не менее 700В.
Изменившаяся полярность в базовой обмотке почти мгновенно закрывает транзистор Т3 через конденсатор С8 и R7, и часть накопленной в сердечнике энергии через диод D14 погасится в нагрузке, зарядив по пути С10. Процесс разрядки трансформатора имеет колебательный характер, т.е. напряжение на обмотках постоянно меняет полярность и, если бы небыло внешнего питания, то колебания бы затухли, но питание на трансформатор подаётся и при следующей смене полярности транзистор Т3 снова открывается и процесс «зарядки-разрядки» трансформатора короткими импульсами продолжается. Так работает блокинг-генератор.
Для тех кто не до конца разобрался, когда и какое напряжение появляется на обмотках трансформатора, поясню: представьте себе каждую обмотку как батарейку, сориентируйте батарейки согласно намотке, т.е. начало обмотки – это «+».
В начальный момент обмотка 1 (бат.1) разряжена, на ней 0В. На начале обмотки присутствует +310В, а при открывании транзистора Т3 (прямой ход) конец обмотки подключится к земле. Таким образом, первичная обмотка (наша батарейка) поляризуется потенциалом в 310В. А теперь представьте, что все батарейки-обмотки связаны коэффициентом трансформации, который заставляет обмотки поляризовываться точно так же, как и первичная обмотка. Значит на всех началах обмотки появится «плюс», а на всех концах – «минус». Вторичка «Ват3» окажется подключенной в обратном направлении, а значит во время импульса прямого хода диод D14 будет закрыт и ток в нагрузку не течёт.
Когда транзистор начнёт закрываться, и перестанет поддерживать поляризацию первичной обмотки, то трансформатор, стараясь вытеснить чужеродное магнитное поле, сбросит его через аналогичный потенциал, но только другой полярности, т.е. теперь наши батарейки развернутся на 180°. Этот этап называется «обратный ход», а сам преобразователь – «обратноходовый». Стоит отметить, что первичная обмотка-батарейка была заряжена до 310В, но теперь она развернулась и встала последовательно с напряжением питания, т.е. в совокупности на коллекторе транзистора на мгновение появилось напряжение 620В, а на вторичной обмотке к диоду D14 оказалось приложено обратное напряжение 12В + напряжение на нагрузке 12В итого 24В, плюс возможные диодные комутационные выбросы. В итоге. Импульсное напряжение на диоде D14 может составить 40В и более. Для гашения комутационных выбросов параллельно диоду подключают снаббер в виде последовательно соединённых резистора и конденсатора. Для низких напряжений обычно выбирают номиналы 100 Ом и 10 нФ соответственно. В этом случае диод можно выбрать с более низким обратным напряжением, что особенно актуально для диодов Шотки. В первичной обмотке напряжение 620В частично гасится через снаббер, состоящий из R6,C9,D13, поэтому импульс на коллекторе, через мгновение опустится до порядка 450В.
Итак, как вы уже поняли, диод D14 не пропускает ток во время «прямого хода», он открывается только во время «обратного хода», когда транзистор Т3 закрыт и трансформатор «разряжается», т.е. сбрасывает накопленную энергию. Если бы на вторичной обмотке стоял мостовой выпрямитель, или выводы обмотки были бы перепутаны, то нагрузка отбирала бы энергию с трансформатора во время прямого хода и её бы не хватало для открытия силового транзистора Т3. Надеюсь теперь понятно, почему с обратноходовыми преобразователями нельзя на вторичных обмотках использовать мостовые выпрямители. Только один диод для каждой обмотки. Если вам нужно двухполярное питание на выходе, тогда две обмотки со своими диодами соедините последовательно, как батарейки.
Если бы небыло оптопары, то транзистор Т2 закрывал бы транзистор Т3 только спустя некоторое время после открытия, т.к. напряжение на его базе благодаря D16, R15 и С12 запаздывает относительно напряжения на базе Т3. Это время может быть даже большим, чем прекращение тока через базовый конденсатор С8, если он имеет низкий номинал, допустим 4,7 нФ или 2,2 нФ и тогда цепочка D15, D16, R15 не оказывает влияния на работу преобразователя. В мощных преобразователях, при наличии Т2, С8 выбирают от 10 нФ до 47 нФ, а в некоторых случаях и до 100 нФ с увеличением базового резистора R7 до 680 Ом, всё равно ведь Т2 закроет силовой транзистор Т3 какова бы не была длительность базового импульса через С8. Если С8 выбрать малой ёмкости, то проходящий через него импульс не сможет до насыщения открыть транзистор Т3 и преобразователь будет работать нестабильно, трещать, свистеть, а сам транзистор будет сильно греться. С увеличением ёмкости С8, базовый резистор R7 следует также увеличить, чтобы не пробить базу Т3, кроме того Т2 нужно будет выбирать с током коллектора до 1А, т.к. гасить придётся гораздо более мощный импульс. Обычно используется R7 номиналом 330 Ом с конденсаторами 10 нФ или 22нФ и транзистор Т2 с током коллектора до 0,2А.
Итак, импульс через С8 открывает силовой транзистор Т3, некоторое время спустя базовый импульс с R15 откроет Т2 и он, открываясь, прекращает рост базового тока Т3, а значит инициирует процесс его закрытия, далее в дело вступает сам трансформатор и, меняя полярность на обмотках, окончательно закрывает силовой транзистор. Таким образом, время между началом открытия Т3 и началом его закрытия - ширина импульса, определяется конденсаторами С8 и С12, а также цепочкой D15, D16, R15, и при отсутствии оптопары ширина импульса будет максимальной, а значит преобразователь будет выдавать максимальное напряжение, ограниченное лишь эмиттерным током силового транзистора Т3. Падение напряжения на R13, через резистор R12 и конденсатор С12 будет способствовать открытию Т2 и тот, в свою очередь, будет ограничивать ширину базового импульса Т3. С12 в данном случае передаёт в базу Т2 мгновенное значение эмиттерного тока, что ещё больше способствует защите силового транзистора Т3. Таким образом осуществляется стабилизация тока. Увеличив R13 до 10-15Ом можно добиться ограничения тока в нагрузке на уровне 300мА, чего достаточно для питания одноваттного светодиода, тогда цепочку D15, D16, R15, оптопару и всё, что с ней связано можно не ставить. Получим LED драйвер. Если R13 имеет малое сопротивление, менее 1 Ома, то при отсутствии оптопары максимальное напряжение ограничивается только благодаря цепочке D15, D16, R15 или базовой ёмкости С8. Таким образом работает ограничение напряжения во вторичной цепи, но это не стабилизация, а именно ограничение максимума.
Благодаря обратной связи через оптопару транзистор Т2 можно открыть гораздо раньше, чем это позволит цепочка D15, D16, R15 т.к. фототранзистор оптопары шунтирует стабилитрон и падение напряжения на этом участке снижается с 8 В до, примерно, 1 В. А это значит, что ширина базового импульса Т3 может стать совсем узкой и трансформатор будет «заряжаться» гораздо слабее, что приведёт к понижению мощности отдаваемой в нагрузку, а следовательно, и к падению напряжения. Таким образом осуществляется стабилизация напряжения. Если у вас две или более вторичных обмотки, то стабилизацию следует брать с наиболее нагруженной, например: 5В 1А и 12В 0,5А, не смотря на то, что мощность на 12В обмотке 6Вт, против 5Вт на 5В обмотке, стабилизацию желательно делать именно по 5В, или добавить вторую оптопару с обвязкой и включить фототранзисторы обеих оптопар параллельно.
Как работает TL431 и почему именно она, а не обычный стабилитрон? Стабилитрон начинает пропускать ток за долго до напряжения пробоя и в зависимости от разброса параметров стабилитрона, его температуры и типа оптопары конечное напряжение на выходе, тем более под нагрузкой, предсказать трудно. Управляемый стабилитрон D17 - TL431 имеет на несколько порядков более стабильные показатели и практически нулевой гистерезис. Скорость реакции на управляющее напряжение определяется конденсатором обратной связи С13. R10 ограничивает броски тока через фотодиод оптопары, а R9 ограничивает максимальный ток через неё при переходных процессах в момент включения, когда на короткий момент напряжение на выходе без нагрузки может превысить стабилизированное в два с лишним раза, пока обратная связь отработает это превышение. R11 и R14 образуют делитель с уровнем 2,5В, при этом напряжении стабилитрон D17 пробивается и запитывает оптопару. Я рекомендую использовать именно TL431, ели вас интересует стабильное напряжение на выходе в максимально-широком диапазоне нагрузок.
Некоторые дополнения по деталям:
Диод D14 следует выбрать с прямым импульсным током в 5-7 раз большим, чем требуемое в нагрузке. Диод D11 необходим, если желаете выдавить максимальный ток из преобразователя, без него транзистор Т3 открывается слишком поздно и Т2 успевает его закрыть, в результате выходное напряжение сильно проседает под нагрузкой. С12 можно без особого вреда уменьшить до 10н, а резистор R12 поднять до 2кОм. D16, R15 особой роли не играют, поэтому могут немного отличаться от номинала на схеме в меньшую сторону. С10 больше 1000мкФ я бы не рекомендовал ставить и обязательно его зашунтировать плёнкой или керамикой 0,1 - 1мкФ.
Намотку трансформатора, печатку, а также варианты схем: LED драйвер, зарядка для сотки и батареек «ААА» я опишу в следующей статье.
Сам намучился с этим в свое время. Одно замечание правда есть, в первой схеме диод выпрямителя FR103, с током 1 ампер, хотя должен стоять диод с током в 5 ампер хотя бы, и желательно Шоттки.
