СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 62 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2015 Сетевой выпрямитель и транзисторный фильтр Импульсный преобразователь и ВЧ-выпрямитель Линейные стабилизаторы ВЧ LC-фильтр Предстабилизатор Импульсный ИП со стабилизированным выходом и низким уровнем пульсаций Часть 1 В статье описан сетевой импульсный источник питания со стабилизированным выходным напряжением ±20 В / 10 А и относительно низким уровнем пульсаций: сетевой выпрямитель, активный фильтр на мощном полевом транзисторе, импульсный преобразователь на базе контроллера LM5033, высокочастотный выпрямитель, выходной помехоподавляющий дроссель, линейные стабилизаторы положительного и отрицательного напряжения на базе операционных усилителей и мощных полевых транзисторов. Алексей Кузьминов (Москва) В ВЕДЕНИЕ Импульсные источники питания (ИИП), давно используемые в компью- терных блоках питания (БП), находят всё более широкое применение и в дру- гих областях бытовой электроники – от сварочных аппаратов и телевизо- ров до зарядных устройств мобильных телефонов и блоков питания слабо- точных устройств. В последнее вре- мя ИИП повышенной мощности ста- ли применяться как в лабораторных БП, так и в усилителях мощности зву- ковой частоты и в активных акустиче- ских системах. Если требования к уровням звуко- вого шума (например, охлаждающе- го вентилятора) и электромагнитных помех в компьютерных БП и зарядных устройствах невысокие, то в лаборатор- ных устройствах и в системах высо- кокачественного звуковоспроизведе- ния они значительно выше. Это при- водит к отказу от использования ИИП в данных устройствах и возвращению к традиционным БП на основе сетевых трансформаторов. Как правило, это происходит из-за того, что при констру- ировании ИИП до сих пор используют- ся устаревшие магнитные материалы и элементная база. Сердечники транс- форматоров из ферритов М2000НМ или М2500НМС1 обладают высоки- ми потерями, а сердечники дросселей в помехоподавляющих LC-фильтрах из спечённого Мо-пермаллоя или альси- фера имеют низкую индукцию насы- щения B max < 0,5 Тл и рабочую часто- ту не более 70 кГц. Кроме того, ИИП обычно строят либо по схеме прямо- ходового преобразователя, построен- ного по полумостовой схеме, либо по схеме обратноходового преобразовате- ля. И та, и другая топология не позволя- ет получить высокостабильное выход- ное напряжение с малым уровнем пуль- саций (некоторые эксперты считают, что при реализации системы питания по двухступенчатой схеме с первичным ИИП и распределёнными вторичными линейными стабилизаторами напря- жения такие проблемы отсутствуют – прим. ред .). В описанном ИИП эти (и многие дру- гие) проблемы решены, что позволи- ло изготовить мощный, высокоэффек- тивный ИИП со стабилизированными выходными напряжениями и низким уровнем пульсаций. Структурная схема ИИП (см. рис. 1) в комментариях не нуждается, поэто- му будет целесообразно перейти непо- средственно к описанию отдельных блоков. С ЕТЕВОЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ И ТРАНЗИСТОРНЫЙ ФИЛЬТР Назначение этого блока – подгото- вить высокое постоянное напряжение с небольшим уровнем пульсаций для импульсного преобразователя. Блок состоит из платы сетевого выпрями- теля и платы транзисторного фильт- ра, а также нескольких компонентов, установленных непосредственно в кор- пусе ИИП (см. рис. 2). Для выпрямле- ния сетевого напряжения использу- ется диодный мост GBU25M (M1), рас- считанный на максимальное обратное напряжение 1000 В и ток 10 А. В одном из проводов сетевого напряжения уста- новлен предохранитель (Пр.1), рассчи- танный на номинальный ток 3,15 А (ВП4-5). Он имеет небольшой размер (D × L = 3 × 7 мм) и выводы для пайки. Для лучшей изоляции на выводы пре- дохранителя надеты фторопластовые трубки, а на корпус – трубка из ПВХ. Раз- водка платы сетевого выпрямителя (как и остальных плат) сделана с помощью программы Sprint LayOut 6.0 (см. рис. 3). Все печатные платы изготовлены по технологии, описанной в других рабо- тах автора статьи [3, 4]. Последовательно со вторым сете- вым проводом включён резистор марки С5-42В (R1). Его назначение – ограничить ток заряда сглаживающе- го конденсатора (С сгл. ) при включении устройства. Особенности этого рези- стора – жёсткие выводы и хорошая изо- ляция корпуса. На выводы резистора надетыфторопластовые трубки. Парал- лельно к резистору R1 подключено реле марки V23092-А1024-А302 (Р1), кото- рое своими контактами (11 и 14) замы- кает резистор R1 и подаёт полноцен- ное питание на ИИП. Это происходит только после того, как начнёт работать трансформатор и появится напряже- ние на ВЧ-выпрямителе (приблизи- тельно через секунду после включе- ния тумблера Т1). Управляющая обмот- ка реле (контакты А1-А2) рассчитана на постоянное напряжение 24 В, а мак- симальный ток через контакты 11–14 составляет 6 А. Применение именно такого типа реле позволило устано- Рис. 1. Структурная схема ИИП © СТА-ПРЕСС