Каталог радиолюбительских схем

Блок питания на основе преобразователя напряжения для питания галогенных ламп

Сегодня широко распространены сетевые импульсные преобразователи напряжения, обычно используемые для питания галогенных ламп. Они собраны по простейшей автогенераторной полумостовой схеме с одним трансформатором и способны отдавать в нагрузку мощность десятки ватт. Их называют также "электронными трансформаторами", поскольку при гораздо меньших габаритах и массе они могут успешно заменять традиционные сетевые трансформаторы. Автор статьи проверил несколько преобразователей и убедился, что они весьма надежны и устойчивы к перегрузкам, могут быть легко разобраны и переделаны на другое выходное напряжение. Поэтому их можно рекомендовать как основу для построения блоков питания. Использование этих устройств позволяет достичь существенной экономии времени и средств.

Для установки в подвесные потолки и бытовые светильники широко применяют галогенные лампы с номинальным напряжением питания 12 или 24 В. Для них на рынке электробытовых приборов стран СНГ имеется большой выбор сетевых импульсных преобразователей напряжения с различной выходной мощностью. Несколько образцов таких преобразователей различного исполнения с выходным напряжением 12 В было испытано. На этикетке у них значилась выходная мощность 50 Вт, но их небольшие габариты и масса вызвали сомнение.

Однако проведенные испытания подтвердили эту информацию. Несмотря на простоту схемы и неаккуратно выполненный монтаж, все образцы показали удивительную живучесть. Поэтому, а еще благодаря малым габаритам и массе и, главное, низкой цене (в Ташкенте их можно купить меньше чем за 1,5 долл. США) их можно рекомендовать для применения в радиолюбительских конструкциях вместо понижающих сетевых трансформаторов. По самым приблизительным подсчетам, если купить все комплектующие отдельно, выйдет гораздо дороже, чем готовый преобразователь, не говоря уже о времени, которое нужно затратить на его монтаж и налаживание.

Преобразователи собраны на небольшой печатной плате, которая через изолирующую прокладку закреплена на металлическом основании. Транзисторы прижаты стальной планкой через ту же прокладку к отгибу основания. Сверху на основание защелкивается металлический кожух (рис. 1).

Все испытанные образцы были сделаны по одной принципиальной схеме и отличались только транзисторами и импульсным трансформатором. Как видно из схемы, показанной на рис. 2, это двухтактный автогенератор, собранный по полумостовой схеме. Выходное напряжение снимают с обмотки II. Частота генерации зависит от нагрузки и при ее мощности около 40 Вт приблизительно равна 30 кГц.

Преобразователь уверенно запускается, даже с максимальной нагрузкой, начиная с входного напряжения 90 В. Разумеется, выходное напряжение пропорционально входному. Усредненная по нескольким экземплярам нагрузочная характеристика показана на рис. 3. Характеристика получена по измерениям среднеквадратических значений напряжения и тока при подключенном сглаживающем конденсаторе С5 емкостью 20 мкФ на номинальное напряжение 400 В. Выходное напряжение линейно зависит от тока нагрузки. Благодаря этому ограничивается бросок тока в момент включения лампы, когда нить еще холодная и имеет очень низкое сопротивление. Это очень важно для увеличения ресурса работы ламп. Следует отметить, что большинство мультиметров (как цифровых, так и аналоговых) измеряют импульсное напряжение со значительной погрешностью. Поэтому для практических целей лучше измерять уже выпрямленное и сглаженное напряжение на нагрузке.

Эксплуатировать преобразователь нужно на участке А—В нагрузочной характеристики (рис. 3). При этом транзисторы Т1 и Т2 и импульсный трансформатор лишь слегка нагреты. При дальнейшем увеличении тока нагрузки они, конечно, начинают перегреваться. Как видно из графика (точка С), ток короткого замыкания устройства примерно равен 30 А. В этом режиме оно может находиться лишь несколько секунд, поскольку транзисторы очень быстро перегреваются, но при отключении нагрузки продолжают работать. Чаще, однако, успевает перегореть защитный резистор R1, выполняющий в этом случае функцию предохранителя. Так как на выход преобразователя приходит импульсное напряжение, для его выпрямления следует использовать быстродействующие диоды, например, HER301, SF52. Еще лучше — диоды Шотки с обратным напряжением не менее 30В 1N5821, MBR340, так как падение напряжения на них меньше и, следовательно, рассеивается меньшая мощность. Можно также использовать отечественные диоды серий КД213 и КД257 с любым буквенным индексом. После выпрямителя устанавливают стабилизатор напряжения, в результате чего получается полноценный блок питания.

Преобразователь не содержит сглаживающего конденсатора С5 (его подключение на рис. 2 показано пунктиром), так как его применение необязательно для питания галогенной лампы. Но без него пульсации выходного напряжения с удвоенной частотой сети достигают 100 % амплитуды, как показано на рис 4,а. Чтобы их отфильтровать, после выпрямителя выходного напряжения необходим сглаживающий конденсатор емкостью не менее 1000 мкФ. Так как оксидный конденсатор недостаточно эффективен на ультразвуковых частотах, параллельно ему нужно подключить пленочный или керамический конденсатор емкостью не менее 1 мкФ. Этот конденсатор будет подавлять высокочастотные пульсации выходного напряжения, а оксидный — низкочастотные.

Лучше установить сглаживающий конденсатор С5 навесным монтажом в самом преобразователе. При нагрузке 40...50 Вт его емкость должна быть не менее 20 мкФ, а номинальное напряжение — 400 В. Можно установить два сглаживающих конденсатора одинаковой емкости не менее 40 мкФ на номинальное напряжение не менее 200 В, подключив каждый из них параллельно конденсаторам С1 и С2 (плюсовым выводом вверх по схеме). При этом выходное напряжение возрастет и примет вид, показанный на рис. 4,б.

Трансформатор Т1 выполнен на Ш-образном ферритовом магнитопроводе. Его можно беспрепятственно выпаять и разобрать, причем выходная обмотка II расположена поверх остальных, поэтому преобразователь легко переделать на другое выходное напряжение. Для этого нужно предварительно измерить выходное напряжение, затем, выпаяв и разобрав трансформатор Т1, аккуратно отмотать обмотку II, подсчитывая число витков. После этого нетрудно пересчитать число витков на новое напряжение. Собирая трансформатор, не следует наносить клей на торцы Ш-образных половин магнитопровода, чтобы не образовался немагнитный зазор. Лучше скрепить половины скотчем и склеить только снаружи. Если возникла необходимость переделать трансформатор, лучше выходную обмотку намотать из двух секций со средней точкой. При этом сечение провода может быть вдвое меньше, также уменьшится рассеиваемая выпрямителем мощность, так как в нем останутся только два диода. Удобно использовать сдвоенные диоды с общим катодом КД638АС или импортные диоды Шотки 12CTQ045, MBR1535CT.

При ремонте или модернизации преобразователей возникает проблема замены транзисторов SXW13003. Это аналоги транзисторов MJE13003, которые широко применяют в импульсных блоках питания и выпускают также под наименованием ST13003. Имеется российский аналог: КТ506А, КТ506Б, но эти транзисторы выпускают в другом корпусе, они имеют иную цоколевку и более высокую стоимость.

Радио 5-2005, с.36-37.

Источник материала