Мощности, которые потребляют усилительные установки в системах озвучивания дискотек и небольших площадок, достигают 2...10 кВт. При этом для выходных каскадов усилителей требуются питающие напряжения от ±80 до ±160 В (и выше).

В данной статье предлагается двухполярный импульсный источник питания (ИИП) (рис.1), предназначенный для электропитания оконечных каскадов концертногоУМЗЧ. Среди электропитающих устройств, описанных на страницах журнала на данный момент, этот ИИП является самым мощным.

ИИП обеспечивает постоянное двухполярное выходное напряжение, которое стабилизировано по широтно-импульсному принципу, а также обладает системой защиты от перегрузки по току (защита от перегрева компонентов не предусмотрена). ИИП питается от 3-фазной сети частотой 50 Гц. Включение источника в сеть при отсутствии выходной нагрузки не приводит к аварии, а лишь негативно сказывается на коэффициенте стабилизации напряжения. Но нужно подчеркнуть, что нормальный запуск ИИП осуществляется только после предварительного включения всех прочих блоков и систем аудиокомппекса. Частота преобразования аппарата - сравнительно невысокая (25 кГц) и обусловлена частотными свойствами мощных ключевых транзисторов импульсного преобразователя. Если нет перекоса фаз. коэффициент мощности ИИП может доходить до 0,955, что связано с особенностью функционирования выпрямителя Ларионова с нулевым диодом и фильтром, обладающим индуктивной реакцией.

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя
10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

Назначение компонентов

Защиту питающей сети при возникновении какой-либо неисправности в устройстве обеспечивает 3-фазный автоматический выключатель FU1. Варисторы RU1, RU6 блокируют кратковременные перенапряжения, возникающие в сети. Дроссели L2...L5 совместно с конденсаторами С7, С10, С11, С22, С28 С32, С34, С35, С37, С39, С44, С45, С221...С223 выполняют функцию высокочастотного реактивного фильтра, подавляющего пульсации, которые могли бы пройти в питающую сеть. Резисторы R45...R47 демпфируют дроссели L3...L5, уменьшая их ЭДС самоиндукции.

Отфильтрованное переменное сетевое напряжение подведено к выпрямителю Ларионова VD35 с нулевымдиодом VD36. Частота пульсаций на его выходе составляет 300 Гц. Дроссель L11 с небольшой индуктивностью необходим для фильтрации высокочастотной составляющей, способной попасть в питающую сеть, а также для того, чтобы при подключении к выходу выпрямителя Ларионова конденсаторов С317, С346 С381 практически не снижался коэффициент мощности и не искажалась форма фазного тока. Полипропиленовые конденсаторы С317, С346, С381 необходимы для нормальной работы импульсного преобразователя. Постоянные резисторы R63...R66 разряжают конденсаторы С317,С346.С381 после завершения работы устройства. Благодаря обмотке II двухобмоточного дросселя L11 и диоду VD38 происходит рекуперация энергии, запасенной в магнитном поле дросселя, обратно в конденсаторы С317, С346, С381 цепи питания преобразователя. Варисторы RU7 и RU8 подавляют импульсы перенапряжения, вызванные ЭДС самоиндукции дросселя L11.

Если 3-фазное напряжение питающей сети составляет 380 В и нет перекоса фаз, то фазные напряжения Uф равны

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

При номинальном сетевом напряжении на холостом ходу постоянное напряжение на выходе выпрямителя Ларионова составляет

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

В реальности, в связи с тем, что на диодах выпрямителя VD35, открытом тиристоре VS1, обмотке I дросселя L11 и пр. имеются падения напряжения, постоянное напряжение, подаваемое на импульсный преобразователь, может быть примерно на 10% меньше.

Заряд конденсаторов С317, С346...С381 в момент включения источника порождает импульс тока, протекающий по мосту Ларионова VD35. Чтобы заряд емкостей конденсаторов фильтра не вызывал токовых перегрузок, применена цепь ступенчатого запуска, исполнительным элементом которой выступает тиристор VS1.

В момент включения источника VS1 закрыт, а ток заряда С317, С346...С381 протекает через резистор R53, ограничивающий его на уровне 22,6 А (при максимальном напряжении сети). Такой ток не опасен для диодов VD35 (максимальный ток, потребляемый импульсным преобразователем - примерно 24 А). После заряда конденсаторов фильтра R53 шунтируется тиристором VS1, включение которого происходит с задержкой, определяемой цепочкой C287-R57.

Открывает VS1 полевой транзистор VT12, резистор R55 ограничивает ток управляющего электрода (сопротивление R55 выбрано так, чтобы ток управляющего электрода с запасом превышал отпирающий). Конденсатор С286 предотвращает случайное включение тиристора от помех.

Питание цепи ограничения импульса тока, порождаемого зарядом конденсаторов С317, С346...С381 осуществляется от параметрического стабилизатора R54-VD37-VT11. Конденсатор С288 подавляет пульсации напряжения. От этого же стабилизатора запитаны вентиляторы М1...МЗ, ЭДС самоиндукции обмоток которых подавляет диод VD39.

Стабилизатор подключен к импульсному выпрямителю со сглаживающим LC-фильтром на С228, С229, L6, VD27, VD30. Дроссель L6 - демодулирующий. Он необходим для того, чтобы напряжение на конденсаторах С228 и С229 было пропорционально эффективному, а не амплитудному значению напряжения на обмотке II трансформатора Т4. Полипропиленовый конденсатор С229 с низкими паразитными сопротивлением и индуктивностью шунтирует по высокой частоте электролитический конденсатор С228, предотвращая перегрев последнего.

Первичная обмотка линейного трансформатора Т2 соединена с сетевым фильтром через предохранитель FU2. а вторичная обмотка подключена к мостовому выпрямителю VD24 со сглаживающим фильтром С36, С38 Выпрямленное напряжение подведено к параметрическому стабилизатору R34-VD13-VT9, стабилизированное напряжение с которого подается на П-образный фильтр С14-C19-L1, C23, С27, С30.

Задающий генератор ИИП построен на микросхеме DA1 - 2-тактном контроллере UC3825 ф.Texas Instruments (Unitrode) с цепями обвязки". Максимальный ток каждого из ключевых транзисторов указанной ИМС - 2 А при длительности импульсов 0,5 мкс (0,5 А на постоянном токе). Назначение выводов ИМС UC3825 в пластмассовом корпусе DIP-16 (рис.2) следующее:

1 - инвертирующий вход усилителя ошибки,
2 - неинвертирующий вход усилителя ошибки,
3 - выход усилителя ошибки,
4 - вывод синхронизации частоты,
5 - частотозадающий резистор,
6 - конденсатор, задающий частоту и длительность паузы на нуле,
7 - вывод пилообразного напряжения;
8 - вывод для организации "мягкого" запуска,
9 - вход системы блокировки по току и запрета генерации импульсов;
10 - общий провод слаботочных цепей контроллера;
11 - выход оконечного каскада "А",
12 - общий провод сильноточного оконечного каскада,
13 - вывод для подачи напряжения питания на оконечный каскад,
14 - выход оконечного каскада "В ",
15 - вывод для подключения к источнику питания,
16 - выход опорного напряжения (+5,1 В).

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

На резисторах R2, R10, R52, R58 (рис. 1) организован делитель выходного напряжения ИИП, которое приложено к конденсаторам С230...С257, С258...С285. Элементы С5 и R11 повышают помехоустойчивость системы автоматического регулирования. Постоянное напряжение, падающее на резисторах R2 и R10, подведено к инвертирующему входу усилителя ошибки микросхемы DA1. Согласно справочным данным фирмы-производителя, это напряжение должно лежать в диапазоне -0,3...+7 В относительно вывода 10 микросхемы. Если на делитель R2-R10-R52-R58 подается постоянное напряжение 200 В, то регулировкой сопротивления R10 можно добиться на выводе 1 DA1 напряжения а диапазоне +0,27...+5,3 В (по отношению к потенциалу выводов 10 и 12). Следует заметить, что регулировка R10 повлечет изменение выходного напряжения, а следовательно, и напряжения на инвертирующем входе усилителя сигнала ошибки.

Система стабилизации выходного напряжения работает так. Если выходное напряжение ИИП по какой-либо причине возрастает, то также увеличивается напряжение, поступающее с делителя на вывод 1 DA1. Это вызывает уменьшение коэффициента заполнения генерируемых микросхемой импульсов, поступающих в силовые модули, т.е. уменьшение длительности разнополярных импульсов при неизменной частоте генерации. Эффективные напряжения на вторичных обмотках импульсного трансформатора Т4 снижаются, и постоянное напряжение после демодулирующего дросселя L7, приложенное к конденсаторам С230...С285, возвращается к первоначальному уровню.

Контроль постоянного напряжения осуществляется именно на входе силового высокочастотного фильтра, а не на его выходе, так как наличие чрезмерного сдвига фазы привело бы к неустойчивости системы автоматического регулирования выходного напряжения (вместо отрицательной могла возникнуть положительная обратная связь и самовозбуждение ИИП). Крайне важно, чтобы конденсаторы С230...С243 и С258...С271 имели минимальные значения паразитного сопротивления и индуктивности.

Цепочка R9-C8 - корректирующая усилителя сигнала ошибки. Опорное напряжение (+5,1 В) подается непосредственно на неинвертирующий вход 2 усилителя ошибки. Керамический конденсатор С2 осуществляет фильтрацию пульсаций. НоминалыR1, R4 и С1 задают частоту импульсов, которые вырабатывает DA1. Емкость С1 определяет длительность паузы ("dead time") между разнополярными импульсами, Чем больше емкость С1, тем длиннее dead time.

На компонентах С6, R3, VT1 собрана цепь "мягкого" запуска задающего генератора DA1. Элементы R12, С12, С13 - пассивный фильтр, подавляющий высокочастотные пульсации и "разделяющий" слаботочные предварительные цепи и сильноточный оконечный каскад DA1. Конденсаторы С12 и С13 должны обладать как можно меньшими паразитными сопротивлением и индуктивностью. Конденсатор С13 - керамический. Номинальное напряжение танталового конденсатора С12 не должно бытьниже 50 В, иначе он может пробиться, причем танталовые конденсаторы обычно выходят из строя с замыканием цепи.

Между выходным каскадом микросхемы DA1 и цепями форсирования разряда емкостей затвор-эмиттер ключевых транзисторов силовых модулей VT2 и VT10 размещен драйвер с двумя MOSFET VT5 и VT6. Их назначение - умощнение импульсов, подаваемых на обмотку I согласующего трансформатора Т1. Резисторы R16 и R17 задерживают отпирание и запирание транзисторов VT5 и VT6, а R18 и R19 разряжают их емкости затвор-исток, RC-цепочки C20-R22 и С21-R23 необходимы для демпфирования первичных полуобмоток импульсного трансформатора Т1. Без них форма импульсов управления ключевыми транзисторами модулей VT2 и VT10 была бы сильно искажена, что неизбежно привело бы к аварийной ситуации.

Силу тока, протекающего по первичной обмотке I силового импульсного трансформатора. Т4, отслеживает трансформатор тока ТЗ. Импульсы тока, протекая через резисторы R39, R40, R43 и R44, создают на них падения напряжения, величины которых пропорциональны току первичной обмотки. Скорость нарастания напряжений на этих резисторах снижают RC-цепочки C40-R37 и C41-R38, которые, кроме того, способствуют быстрому затуханию паразитных колебательных процессов. Двунаправленные трансилы (transil - Transient Voltage Suppression Diode) VD20 и VD21 ограничивают амплитуды импульсов перенапряжения.

Импульсы выпрямляют диоды Шоттки VD16 и VD17, нагруженные на С3З и R33, образующие пиковый детектор. Выпрямленное напряжение подводится к делителю напряжения R27-R32 Вращеним движка подстроенного резистора R27производится регулировка необходимой чувствительности, которой должна обладать система срабатывания защиты по току. С делителя напряжения сигнал о перегрузке поступает на многозвенный фильтр C9-C29-C31-R15-R26, подавляющий высокочастотные пульсации. Чем больше емкости С9, С29, С31 и чем выше сопротивления R15 и R26, тем большей инерционностью обладает система защиты по току. Если она будет чрезмерно инерционной, то не сможет выполнять защитные функции, а если чересчур быстродействующей, возможны ложные срабатывания.

Отфильтрованное напряжение сигнала о перегрузке поступает на вход 9 микросхемы DA1, что в случае аварийного возрастания тока обеспечит блокировку контроллера. Пока напряжение на выводе 9 DA1 составляет +0,9...+1,1 В по отношению к выводу 10, происходит уменьшение коэффициента заполнения импульсов, а в случае, если это напряжение достигает +1,25...+1,55 В, формирование импульсов прекращается. Типовое время задержки выключения по выводу 9 ИМС UC1825, UC2825 и UC3825 составляет всего 50 нс, а максимальная длительность задержки не превышает 80 нс. Согласно справочнику, наибольшее напряжение, которое допустимо подать на вход 9 относительно вывода 10, составляет +6 В, а в данном устройстве не превышает 3,8 В.

Согласующий трансформатор Т1, трансформатор тока Т3 и силовой импульсный трансформатор Т4 обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей устройства. Трансформатор Т1 берет на себя функции гальванической развязки цепей форсированного разряда затворных емкостей IGBT-модулей VT2 и VT10 друг от друга и от транзисторного драйвера. Цепи форсированного запирания IGBT-модулей VT2 и VT10 представлены четырьмя группами компонентов: R13, R20, R24, VD5, VD7, VD9, VT3; R14, R21, R25, VD6, VD8, VD10, VT4; R28, R30, R35, VD11, VD14, VD18, VT7; а также R29, R31, R36, VD12, VD15, VD19, VT8. Резисторы R20, R21, R30 и R31 нужны для замедления включения и выключения соответствующих транзисторов в силовых модулях VT2 и VT10, снижения амплитуды и длительности колебательных процессов. Без этого существовала бы опасность потери управляемости IGBT-модулей из-за "защелкивания" паразитных тиристорных структур, вызванная чрезмерно высокой скоростью нарастания сигнала.

Специалисты ф.Роwеrех, Inc., выпускающей силовые модули CM300DU-24NFH, рекомендуют сопротивления затворных резисторов в диапазоне 1...10 Ом. Резисторы R24, R25, R28 и R29 демпфируют паразитные колебания, возникающие в цепях. Если убрать нагрузки обмоток II, III, IV и V согласующего трансформатора Т1 и резисторы R24, R25, R28 и R29, форма импульсов напряжения на вторичных обмотках этого трансформатора принимает вид, показанный на рис.3 (длительность развертки - 5 мкс/дел.). Получения импульсов с такими затухающими колебательными процессами следует избегать.

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

При включении источника напряжение питания преобразователя приложено к паразитным делителям напряжения, образованным из емкостей затвор-эмиттер и затвор-коллектор IGBT-модулей. Если не ограничивать напряжения между затворами и эмиттерами на безопасном для транзисторов уровне, они пробьются. Напряжение затвор-эмиттер в IGBT-модулях CM300DU-24NFH не должно превышать ±20 В, что является обычной величиной для этого класса приборов. Защиту цепей затвор-эмиттер берут на себя двунаправленные ограничительные диоды VD5, VD6, VD18 и VD19. Ускоренный разряд емкостей затвор-эмиттер IGBT-модулей обеспечивают биполярные p-n-р транзисторы VT3, VT4, VT7 и VT8, которые, открываясь, шунтируют управляющие входы электронных ключей. Разряду емкостей затвор-эмиттер такжепомогают резисторы R13, R14, R35, R36.

Мощные ограничительные диоды VD3, VD4, VD22 и VD23 защищают ключевые транзисторы от перенапряжений. Демпфирующие цепочки C3-R7-VD1; C4-R8-VD2; C42-R41-VD25; C43-R42-VD26 - это "снабберы". Если бы они отсутствовали, то каждый раз при запирании ключей в кристаллах IGBT из силовых модулей VT2 и VT10 кратковременно выделялась бы большая мощность, исчисляемая многими киловаттами, а это вызвало бы интенсивную деградацию полупроводников силовых транзисторов и, в конце концов, привело бы к выходу их из строя.

Конденсаторы С46.С220 предотвращают долговременное подмагничивание постоянным током сердечника импульсного трансформатора. Т4, которое могло бы вызвать насыщение магнитопровода Т4.

На мощных диодах VD31. VD34, зашунтированных снабберами С224-R48, C225-R49, C226-R50 и С227-R51, собраны два отдельных выходных импульсных выпрямителя. Дроссель L7 служит для демодуляции и групповой стабилизации напряжений. Конденсаторы С230...С285, С289...С316, С318...С345 и дроссели L8...L10 образуют выходной. П-образный фильтр, который сглаживает высокочастотные пульсации. Конденсаторы С230.С243, С258...С271, С289.С316 должны иметь минимальные паразитные сопротивления и индуктивности. Резисторы R60 и R61 разряжают конденсаторы выходного фильтра после завершения работы ИИП. Светодиод HL1 индицирует включенное состояние аппарата, а резисторы R59 и R62 ограничивают протекающий по нему ток. Предохранители FU3 и FU4 отключают нагрузку от конденсаторов выходного фильтра ИИП в случае перегрузки по току.

Возможные замены компонентов

Микросхему 0А1 марки UC3825 можно поменять на UC2825, UC1825 или К1156ЕУ2.

Частотозадающий конденсатор С1 должен иметь группу по температурной стабильности МПО. Годится, например, конденсатор марки. К71-7. Нельзя использовать конденсаторы, у которых возможно "мерцание емкости". Конденсаторы С3, С4, С42 и С43 в демпфирующих цепях емкостью 15 нФ и номинальным напряжением 4 кВ (на постоянном токе) использованы с полипропиленовым диэлектриком марки Snubber FKP15N/4000 фирмы "WIMA". Их можно поменять на приборы Snubber FKP15N/3000.

Конденсаторы С7, С10, С11, С34, С35, С37 - керамические, Yl-типа, а С22, С28, С32, С39, С44, С45, С221...С223 - полипропиленовые, металлизированные, Х1-типа. Конденсаторы С7, С10, С11, С34, С35, С37 допустимо использовать марки DECE33J222ZC4B, а заменить можно подобными марки DHRB34C102M2FB или К15-5 емкостью 2.2 нФ и номинальным напряжением 6,3 кВ. Конденсаторы С22, С28, С32, С39, С44, С45, С221...С223 - MKP10N330K1K0-27 фирмы "WIMA" с самогаснущим корпусом. Указанные конденсаторы заменимы на MKP10470N/2K, МКР10 1U/1.6K или подобные. Можно использовать конденсаторы из металлизированного полипропилена емкостью 0,33 мкФ, 0,47 мкФ или 0,68 мкФ серии. МКР1840 фирмы "Vishay", рассчитанные на напряжение 600 В переменного тока. Конденсаторы С46.С220 емкостью по 47 нФ и номинальным напряжением на постоянном токе 2 кВ - полипропипеновые высокочастотные, FKP14 7N/2000 . Суммарная емкость группы из 175 включенных впараллель конденсаторов составляет примерно 8,2 мкФ.

Конденсаторы С230, С243, С258, С271, С289...С316 -полипропиленовые высокочастотные марки FKP4 0.1U/630 или МКР10 0.1U/630. Указанные конденсаторы обязаны обладать минимальными паразитной индуктивностью и сопротивлением. Конденсатор С317 с диэлектриком из металлизированного полипропилена - DC-LINK НС VЗ-типа. Вместо конденсатора емкостью 255 мкФ можно взять конденсатор емкостью 340 мкФ этого же типа и номинального напряжения. Конденсаторы С346...С381 - полипропиленовые высокочастотные, FKP147N/2000.

Конденсаторы С244, С257, С272, С285, С318, С345 - серии NQ ф. "Aihuan Technology Group". Конденсатор этой серии емкостью 1600 мкФ и номинальным напряжением 450 В выдерживает ток пульсаций 9,8 А при частоте 300 Гц и температуре 85°С. Чтобы амплитуда пульсаций на них не превышала максимально допустимую величину, пришлось объединить включенные параллельно конденсаторы в группы.

Подстроечные резисторы R1, R10, R27 марки СП5-2В можно попытаться поменять на резисторы СПЗ-19А, СПЗ-39, СП5-ЗВ, СП5-16 или СП5-22 Возможна замена на резисторы серий PVZ3A или PVM4 фирмы "Murata Manufacturing". Однако импортные подстроечные резисторы имеют другой ряд сопротивлений, и, следовательно, при замене возникнет необходимость скорректировать сопротивления постоянных резисторов, включенных последовательно с подстроечными.

Резисторы R7, R8, R41, R42 - РА6 (безындуктивные) фирмы "ЛАЭТ" в корпусе. ТО-247. Для охлаждения резисторов используются отдельные радиаторы HS104-50 размерами 100x102x24,5 мм. Резисторы R48, R51 можно применить либо этой же марки РА6, либо взять резисторы серии SMHP мощностью 20 Вт в корпусе ТО-263 фирмы "ТТ electronics", либо составить из 4-х безындуктивных резисторов мощностью 5 Вт. Постоянный резистор R53 - проволочный, С5-43В-50 или С5-35В. Важно, чтобы данный резистор легко выдерживал кратковременные перегрузки по току. Резисторы R63, R66 - проволочные, С5-47В.

Вариаторы RU1...RU6 типа S20K680 можно взять марок B72220-S 681-К101, TVR20112 или CNR20D112. Варистор RU7B72220-S102-K101 срабатывает при напряжении 895 В постоянного тока и способен поглотить энергию до 410 Дж. Его допустимо поменять на два включенных в параллель варистора B72220-S681-K101 (каждый срабатывает при напряжении 895 В и может поглотить энергию до 250 Дж). Варистор RU8 TVR20241 обладает напряжением срабатывания на постоянном токе 200 В и способен поглотить наибольшую энергию в 108 Дж. Указанный варистор заменим на B72220-S2131-K101, JVR-20N241K, S20K130E2 или S20K150.

Диоды VD1, VD2, VD25, VD26, VD36 и VD38 марки DSDI60-16A можно поменять на диоды DSDI60-18A того же производителя или на RHRG75120, RHRU100120 ф. Fairchild Semiconductor Corporation". Диоды крепятся на отдельные охладители HS143-100 или аналогичные. Двунаправленные ограничительные диоды VD3. VD4, VD22 и VD23 (ОНС261-10-9) можно заменить на. ОНС261-Ю-8 или. ОНС261-10-10. Подходящие охладители - 0171 или 0371.

Двунаправленные ограничительные диоды VD5, VD6, VD18 и VD19 марки 1.5КЕ18СА можно поменять на 5КР15СА или. Р6КЕ18СА. Диоды Шоттки VD7...VD12, VD14, VD15 (SB5100) заменяются на MBR750. SB560, SB860 или SB860F. Стабилитрон VD13 1N5354B обладает напряжением пробоя 17 В. Его можно поменять на 1SMA5930B, 1N5355B-MBR или 1N5353B. Диоды Шоттки VD16 и VD17 (1N5819) меняются на 11DQ06, 11DQ10, MBR160, SB140...SB160. SB1100, SR1100, SR106 или SR180. Двунаправленные диоды VD20 и VD21 (1.5КЕ8.2СА) заменимы на защитные диоды Р6КЕ8.2СА, Р6КЕ10СА или 1.5КЕ10СА.

Диодную сборку VD24 типа MB154W можно поменять на один из приборов BR154, BR156, BR158 или MB156W. Она монтируется на охладитель, например, марки HS183 габаритами 30x50x17 мм производства "Kinsten Industrial".

Ультрабыстрые диоды VD27...VD30 HFA15PB60 можно заменить на DSEI12-06A. FES16DT. FES16FT или HFA15TB60. Их монтируют на четыре раздельных охладителя HS184-30 с габаритными размерами 30x41x30 мм или подобные. Ультрабыстрые диоды VD31.VD34 150EBU04 допускают в прямом включении ток 150 А (при температуре 104°С) и выдерживают наибольшее обратное напряжение 400 В. Их типовая длительность обратного восстановления - 172 нс (при прямом токе 150 А, обратном напряжении 200 В и температуре 125°С). Максимальное прямое падение напряжения на диоде 150EBU04 составляет 1.17В при токе 150 А и температуре 125°С. Указанные компоненты можно поменять на сборки HFA320NJ40C или HFA280NJ60C, состоящие из двух диодов. Однако следует помнить, что диоды в них имеют общий катод. Допустима замена и на MUR20060CT.

Все четыре диода (VD31...VD34) монтируются на независимых охладителях HS153-100 ф. "Kinsten Industrial" или аналогичных. Трехфазный диодный мост VD35 марки RM75TC-2H можно поменять на аналогичный мост 160МТ160КВ. Диодный мост устанавливают на охладитель HS153-50 или подобный.

Стабилитрон VD37 марки 1N5350B обладает напряжением пробоя в 13 В (±5%). Его можно заменить одним из стабилитронов 1N5351 В, BZX85C-13V или ZY13.

Диод VD39 марки MUR420 допустимо заменить на BYD1100, BYV28-100. SBYV28-200. SF22. SF54 или SB5100.

Желательно, чтобы светодиод HL1 обладал зеленым или синим цветом свечения. Взамен светодиода марки L-7113CGCK можно взять один из приборов КИПМ01В-1Л, КИПМ07Г-1Л, L-383SGWT, ARL2-5213PGC или L-1503SGC.

Маломощный p-n-р транзистор КТ361Г (VT1) допустимо поменять на другие транзисторы серии КТ361, а также на аналогичные приборы. ВС 157, ВС 158 ВС250В, ВС250С.

Силовые модули VT2 и VT10 содержат по два соединенных по полумостовой схеме мощных IGBT с интегрированными оппозитными диодами. Транзисторы модулей CM300DU-24NFH допускают работу на частоте до 30 кГц при жесткой коммутации и на частоте 60...70 кГц в резонансном режиме. Постоянный ток коллекторов транзисторов - до 300 А, импульсный ток - 600 А, а максимальное напряжение коллектор-эмиттер - 1200 В (при температуре 25°С). Наибольшее напряжение насыщения коллектор-эмиттер транзисторов модулей составляет 6,5 В, а его типовое значение - 5 В. Каждый силовой модуль необходимо установить на отдельный охладитель, например, "DAU" серий IHV или IHM, причем достаточно длины в 300 мм. Вместо указанных компонентов допустимо использовать модули CM200DU-24NFHили ряд дискретных транзисторов, например, IRGPS60B120KDP. Последние имеют постоянный ток коллектора 105 А, импульсный - 240 А, а максимальное напряжение коллектор-эмиттер - 1200 В (при температуре 25°С). В аппарате применены те компоненты, которые были у автора. При выборе ключевых транзисторов следует помнить, что допустимый ток коллекторов IGBT сильно уменьшается с ростом частоты преобразования и температуры. При возрастании температуры также снижается допустимая мощность рассеивания транзисторов. Наибольший ток первичной обмотки силового импульсного трансформатора. Т4 составляет примерно 24 А, что также нужно учесть.

Транзисторы VT3, VT4, VT7 и VT8 (2SA1244) допустимо заменить на 2SB1202. Полевые МОП-транзисторы VT5, VT6 и VT12 (IRF530N) можно менять на IRFU3910, IRF530, IRL530N или IRFI540G. Транзисторы VT5 и VT6 монтируются на миниатюрных охладителях KG-331 производства "Kingcooler", а транзистор VT12 - на радиаторе HS115-50, HS113-50 'Kinsten Industrial" или аналогичном по эффективности. Компонент VT9 марки 2N6284 допустимо поменять на 2N6283, КТ827А, КТ827Б. Транзистор крепится на охладителе HS143-150 или подобном. Биполярный транзистор VT11 марки 2N6284 можно поменять на КТ827А. Его следует монтировать на охладителе HS153-50 или подобном.

Тиристор VS1 марки Т161-160-18 монтируют на охладитель 0171 или 0371. Его можно заменить на Т161-160-14, Т161-160-15, Т161-160-16, Т261-160-18 или Т161-200-14.

Дроссель L1 - LPV2023-501KL ф. "Bourns". Согласно справочным данным, индуктивность его обмотки составляет 500 (±10%) мкГн, а ее наибольшее сопротивпение - 0,28 Ом. Дроссель выдерживает максимальный ток 1,5 А.

Дроссель L2 выполняют на двух сложенных вместе тороидальных магнитопроводах из распыленного железа. Т650-26 или Т650-52 типоразмера К165,0х88,9х50,8 ф. "Micro-metals". Обмотки дросселя наматывают одновременно в три провода. Каждая обмотка должна содержать по 18 витков и обладать индуктивностью 265 мкГн. В качестве обмоточного провода допустимо применить "косичку" из 10 жил медного провода ПЭВ-2 или ПЭТВ 0,55 мм (по меди). Дроссели L3...L5 выполняют на тороидальных сердечниках из распыленного железа T400-26D типоразмера К102x57.2x33 мм "косичкой" из 10 жил медного провода ПЭВ-2 или ПЭТВ с диаметром каждой 0,55 мм (по меди). Каждая обмотка состоит из 32 витков, их индуктивность - 265 мкГн.

Дроссель L6 взят LPV2023-501KL ф. "Bourns". Он имеет максимальный ток 1,5 А, индуктивность обмотки 500 (±10%) мкГн, а ее сопротивление составляет не более 0,28 Ом. Двухобмоточный дроссель L7 выполняют на одном тороидальном магнитопроводе из распыленного железа. Т650-26 или Т650-52 К165x88,9x50,8 мм. Обмотки дросселя укладывают одновременно в два провода до получения индуктивности каждой обмотки 35 мкГн (число витков каждой обмотки - 10). Обмотки выполняют "косичкой" из 90 жил провода ПЭВ-2, ПЭТВ или ПЭЛШО 0,55 мм каждая (по меди). Благодаря тому, что выходной выпрямитель - двухполупериодный, пульсации выпрямленного напряжения обладают в два раза более высокой частотой относительно частоты преобразования.

Дроссели L8...L10 выполняют на кольцевых магнитопроводах из распыленного железа. Т650-26 или Т650-52 К165x88,9x50,8 мм. Число витков каждой обмотки - 10, а индуктивностькаждого дросселя - 35 мкГн. В качестве обмоточного провода выступает "косичка" из 90 жил с диаметром каждой 0,62 мм.

Двухобмоточный дроссель L11 реализован на двух сложенных вместе тороидальных магнитопроводах из распыленного железа. Т650-26 или. Т650-52 типоразмера К165x88,9x50.8 мм производства "Micrometals". Обмотки наматывают "косичками" из 22 жил провода марок ПЭТВ или ПЭВ-2 0,55 мм (по меди). Обмотки, каждая из которых имеет по 29 витков, наматывают в два провода. Индуктивность каждой обмотки - около 675 мкГн.

Импульсный трансформатор Т1 выполнен на тороидальном магнитопроводе из феррита М2000НМ-А типоразмера К39х24х7. Обмотку I наматывают сложенными вчетверо проводами ПЭВ-2 или ПЭТВ 0,38 мм, обмотки II, III, IV и V - сложенными вдвое проводами тех же марок 0,38 мм. Обмотка I имеет 130+130 витков, обмотки II, III, IV и V - по 130 витков. Межобмоточную изоляцию выполняют лентой из полиэстера либо лавсана. Индуктивность обмоток II, III, IV и V, а также любой из первичных полуобмоток составляет 22 мГн.

Трансформатор Т1 можно намотать и на броневом сердечнике Б36 из феррита М2000НМ1 (без подстроечника и зазора). При этом обмотки II, III, IV и V и каждая из первичных полуобмоток должны содержать по 88 витков провода тех же марок и того же диаметра. Индуктивность обмоток также не претерпит изменений.

Вместо линейного однофазного трансформатора Т2 марки. ОСМ1 -0,063 380/5-24 можно взять трансформатор ОСМ 1-0,063 380/36, ОСМ 1-0,1 380/5-24, ОСМ 1-0,16 380/5-24 или аналогичный.

Трансформатор тока. Т3 выполнен на магнитопроводе Ш 12x15 из марганец-цинкового феррита 2500НМС1-11 или 3000НМС. Первичная обмотка состоит из одного витка, для удобства выполненного пучком из 22 жил провода ПЭВ-2 или ПЭТВ 0,55 мм (по меди). Диаметр каждой жилки с учетом толщины изоляционного покрытия составляет 0,62 мм. Для увеличения электропрочности изоляции первичную обмотку трансформатора тока пропускают через стеклотканевую трубку Вторичная обмотка содержит 74+74 витка из двух сложенных одножильных проводов все тех же марок 0,33 мм (по меди). Для предупреждения насыщения в сердечнике оставляется немагнитный зазор толщиной 0,05 мм.

Силовой импульсный трансформатор. Т4 можно выполнить на пяти сложенных вместе через изоляционные прокладки толщиной 0,05 мм комплектах магнитопроводов. Ш20х28 из феррита 2500НМС1, разработанного для функционирования в сильных магнитных полях. При такой конфигурации большая часть обмоток будет экранирована от окружения ферритом боковых кернов. В магнитопроводе полезно сделать немагнитный зазор 0,02+0,02 мм, что позволит увеличить максимально допустимую напряженность магнитного поля в сердечнике.

Применение крупных магнитопроводов обусловлено частотой преобразования 25 кГц, выбор которой связан с допустимой скоростью переключения транзисторов модулей VT2 и VT10. Обмотка I T4 имеет 9 витков "косички" из 18 жил провода ПЭВ-2 или ПЭТВ 0,47 мм. Обмотка II имеет 1 виток 0,47 мм. Обмотки III и IV должны быть по возможности одинаковы и состоять из 2+2 витков "косички" из 38 жил 0,4 мм каждая. Между обмотками нужно проложить тонкую изоляцию (не более 0,3 мм), но которая должна обеспечивать необходимую электрическую прочность. Следует заметить, что уложить обмотки весьма непросто, учитывая, что окно магнитопровода получается практически полностью заполненным. К сердечнику трансформатора следует приклеитьчерез изоляционные прокладки из слюды не менее 4-х радиаторов марки KG-370 или KG-222.

Трехфазный автоматический выключатель FU1 марки ABB S203 С40А можно поменять на ABB S203R С32, Moeller ЗР PL6-C40/3, Moeller 3P PL6-С32/3. Предохранители FU3 и FU4, рассчитанные на ток срабатывания 120 А, можно применить автомобильные от "FLOSSER", типа "В" или марки. ПН-2.

Вентиляторы М1...МЗ JF0825B1Н производства "Jamicon Corporation" с напряжением питания 12 В и потребляемым током 0,19 А обладают габаритами 80x80x25 мм и производительностью 1,1 м3/мин. Их допустимо заменить на JF0815B1H. JF0825S1H,EC8025M12SA.KF0820B1H, KF0820S1H или аналогичные, потребляющие ток не более 0,2 А.

Конструкция

Электропитающее устройство соединяется с сетью гибким кабелем марки. КГЭТ-6 3x10+1x6+1x6 (ТУ16.К09-125-2002) или аналогичным.

Конденсаторы С12, С13 необходимо расположить в непосредственной близости от выводов 12 и 13 микроконтроллера DA1. Длина проводников и протяженность дорожек должна быть по возможности минимальной. Плата с задающим генератором помещается в электромагнитный экран, электрически соединенный с выводами 10 и 12 DA1. Конденсаторы С46.С220 распаивают близко друг к другу по обеим сторонам длинной двусторонней печатной платы, напоминающей линейку, вдоль которой вытравлены всего лишь 4 дорожки-шины: две с одной стороны, и две - напротив с противоположной. Конденсаторы С346...С381 подсоединяются непосредственно к выводам ключевых транзисторов модулей VT2 и VT10.

Демпфирующие цепи C3-R7-VD1, C4-R8-VD2, C42-R41-VD25 и С43-R42-VD26 подсоединяются прямо к выводам коллектор-эмиттер транзисторов модулей VT2 и VT10. Демпфирующие RC-цепи C40-R37, С41 -R38, C224-R48, C225-R49, С226-R50 и C227-R51 располагаются как можно ближе к соответствующим компонентам; трансформатору тока Т3 и диодам VD31...VD34.

Монтируемые на охладители детали устанавливают с термопастой марки, АЛСBG-3, КПТ-8 или аналогичной. Силовой импульсный трансформатор. Т4 размещается на пути воздушного потока одного из вентиляторов М1...МЗ, поскольку при работе ИИП в долговременном режиме с максимальной выходной мощностью трансформатор весьма значительно разогревается.

Весь ИИП экранируется, электромагнитный экран подключается к общему проводу. Под конденсатором С8 и резистором R9, а также соединяющими их дорожками с противоположной стороны двусторонней платы целесообразно оставить невытравленную фольгу, играющую роль экрана, которая соединяется с выводами 10 и 12 микросхемы DA1.

Настройка и регулировка. Перед проведением настройки нужно тщательно проверить монтаж и фазировки трансформаторов Т1, Т4, дросселей L2, L7 и L11, а затем отрегулировать сопротивления подстроечных резисторов. Сопротивление R27 должно быть максимально, а движки резисторов R1 и R10 устанавливают в среднее положение. Теперь можно приступить к поблочному тестированию аппарата, для чего потребуются осциллограф, лабораторный блок питания, мультиметр, эквиваленты нагрузки (мощные резисторы) и две лампы накаливания мощностью по 300 Вт.

Для начала необходимо убедиться в том, что сетевой фильтр работоспособен. Во время проверки вынимают предохранительFU2, чтобы отключить вспомогательный источник питания задающего генератора, а также не подключают выпрямитель VD35 к сетевому фильтру. При включении фильтра в сеть на его выходе должно присутствовать переменное трехфазное напряжение точно такой же амплитуды, как и на входе. При отсутствии нагрузки реактивная составляющая тока, потребляемого фильтром от сети, не должна существенно превышать 0,4 А, а активная составляющая тока должна стремиться к нулю. Тогда фильтр от сети отсоединяют и подключают к нему выпрямитель Ларионова.

Выпрямитель на диодах VD27...VD30 отсоединяют от обмотки II импульсного трансформатора. Т4 и подключают к нему лабораторный блок питания с выходным напряжением 15...20 В и допустимым током не менее 1 А. На конденсаторе С288 должно быть постоянное напряжение примерно 12 В, вентиляторы М1...МЗ должны заработать и. наконец, должен открыться тиристор VS1. Теперь лабораторный блок питания выключают, но не отсоединяют от выпрямителя.

Разрывают цепь между точкой соединения варистора RU8 дросселя L11, резистора R63, конденсаторов С317, С346, С381 и точкой соединения коллекторов IGBT VT2.1.VT10.1, резисторов R7...R41. диодов VD1, VD3. VD22, VD25. Таким образом, импульсный преобразователь будет отключен от сетевого выпрямителя с системой ступенчатого заряда конденсаторов фильтра. Параллельно конденсатору С317 подсоединяют эквивалент нагрузки - две включенные последовательно лампы накаливания типа ЛОН мощностью по 300 Вт. Во время проведения эксперимента, когда начнется заметный нагрев резистораR53, подается напряжение на выпрямитель VD27.VD30 от лабораторного блока питания.

Проведя все подготовительные операции, включают устройство в сеть. На диоде VD36 должно присутствовать постоянное напряжение примерно 515 В при номинальном сетевом напряжении (от 463 В до 565 В) при отклонении сетевого напряжения на ±10%). При этом тиристор VS1должен быть закрыт, что можно определить как по приборам, так и по наличию нагрева резистора R53 Включают лабораторный блок питания, и VS1 должен открыться, что вызовет снижение температуры резистора R53. Если это так, то отключают аппарат от сети, выключают лабораторный блок питания и восстанавливают соединения между конденсатором С317 и коллекторами транзисторов VT2.1 и VT10.1, а также выпрямителя VD27...VD30 и обмотки II трансформатора Т4. Вынутый предохранитель FU2 возвращают на место.

Диодный мост VD24 отключают от трансформатора Т2 и подключают к лабораторному блоку питания с выставленным выходным напряжением 20 В (от 19 до 24 В). На конденсаторах С19 и С30 должно присутствовать постоянное напряжение примерно в 15 В. К выводам 11 и 14 микросхемы DA1 подключают осциллограф и при помощи подстроенного резистора R1устанавливают частоту 25 кГц.

В течение периода должны наблюдаться два разнополярных импульса прямоугольной формы с крутымифронтами, а между импульсами - защитная пауза (рис.4, чувствительность - 5 В/клетка, длительность развертки - 5 мкс/деление). Длительность защитной паузы выбирают, исходя из параметров используемых ключевых транзисторов. Желательно, чтобы она была не меньше 2,1 мкс. Для изменения длительности dead time необходимо взять конденсатор С1 с другой емкостью.

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

Большая емкость приведет к увеличению длительности паузы на нулевом уровне, а меньшая - наоборот. Но корректировка емкости конденсатора С1 приведет к изменению частоты преобразования, и придется вновь отрегулировать частоту подстроечным резистором R1.

Между стоками транзисторов VT5 и VT6 должны присутствовать импульсы напряжения почти такой же формы, как на рис.4. Форма импульсов напряжения на обеих половинках первичной обмотки согласующего трансформатора Т1 изображена на рис.5 (в момент измерения к обмоткам II, III, IV и V не подсоединены нагрузки).

Для проверки работоспособности цепи защиты по току отпаивают вторичную обмотку трансформатора тока Т3, а параллельно резисторам R39 и R43 подключают лабораторный блок питания с выставленным напряжением 6 В так, чтобы его "+" был соединен с анодом диода VD16, а "-" - с выводами 10 и 12 DA1. При этом контроллер должен прекратить генерацию импульсов. Если подключить "+" лабораторного блока питания к аноду диодаVD17 генерация импульсов также должна прекратиться. Отсоединяют лабораторный блок и впаивают обмотку Т3 на место.

Можно проверить работу цепей, ускоряющих разряд емкостей затвор-эмиттер транзисторов модулей VT2 и VT10 (R13-R20-R24-VD5-VD7-VD9-VT3, R14-R21-R25-VD6-VD8-VD10-VT4, R28-R30-R35-VD11-VD14-VD18-VT7 и R29-R31-R36-VD12-VD15-VD19-VT8. При наличии указанных цепей разряд затворных емкостей должен происходить быстрее, чем при их отсутствии. Полезно проверить форму импульсов напряжения между выводами затвор-эмиттер ключевых транзисторов силовых модулей VT2 и VT10. Без цепей разряда затворных емкостей форма импульсов изображена на осциллограмме рис.6а, а при наличии указанных цепей - на рис.66 (чувствительность - 2 В/клетка, развертка - 0.2x50 мкс/деление). Обе осциллограммы сняты для одного IGBT (коллектор IGBT не подсоединен к цепям преобразователя, три остальных IGBT и цепи ускоренного разряда их затворных емкостей отключены).

Значительное влияние на форму импульсов напряжения затвор-эмиттер транзисторов силовых модулей VT2 и VT10 оказывают сопротивления демпфирующих резисторов R24, R25, R28, R29 и цепочек C20-R22 и C21-R23, которые можно подобрать, добиваясь улучшения формы.

Для проверки широтно-импупьсной регулировки напряжения отсоединяют резистор R58 от R52 и подключают "-" лабораторного блока питания кточке d . Параллельно любой из вторичных обмоток (II, III, IV или V) импульсного трансформатора Т1 подключают осциллограф, а резисторы R20, R21, R30, R31 на время эксперимента выпаивают. Меняя выходное напряжение лабораторного блока питания от нуля до 100 В, убеждаются, что меняется скважность импульсов, а их частота и форма остаются неизменными. Это показано на осциллограммах (чувствительность усилителя Y - 5 В/клетка, развертка - 5 мкс/деление): рис.7а - минимальная скважность, рис.76-средняя и рис.7в - максимальная. Если регулировка скважности происходит успешно, то отключают лабораторный блок питания и впаивают на место резисторы R20, R21, R30 и R31.

10-киловаттный импульсный источник питания для концертного усилителя

Только после проведенных процедур можно включать ИИП в сеть (не подсоединяя к нему нагрузку). При помощи подстроечного резистора R10 устанавливают выходное напряжение источника ±100 В.

Между выходами ИИП -100 В и +100 В (после предохранителей FU3 и FU4) подключают эквивалент нагрузки сопротивлением 3.6 Ом. В качестве эквивалента нагрузки можно использовать модули тормозных резисторов серии OHMEGA фирмы "Danotherm "или спирали из нихрома, закрепленные на негорючем основании.

Вращая движок резистора R27, добиваются срабатывания системы защиты и отключения ИИП при мощности нагрузки 11,1 кВт. Затем берут эквивалент нагрузки сопротивлением 4 Ом, что соответствует выходной мощности 10 кВт. При подсоединении его к аппарату система защиты срабатывать не должна. В завершение настроечных работ следует проверить работу источника питания в долговременном режиме и проконтролировать тепловой режим компонентов.

Внимание! Во время наладки и в процессе эксплуатации источника необходимо руководствоваться правилами техники безопасности.

Автор:Е.Москатов, г.Таганрог Ростовской обл.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Навигация

Инструкции по эксплуатации

Модуль RP023 питания 5/3,3 В для беспаечных макетных плат.
Модуль питания для беспаечных плат
Плата представляет собой модуль питания, имеющий в своем составе два стабилизатора напряжений 5 и 3,3 В. Модуль имеет форму и размеры, позволяющие его устанавливать на стандартные макетные платы, используемые на начальном этапе разработки электронных устройств. При этом значительно экономится драгоценное место на макете, которого, как известно, много не бывает. Напряжение каждой шины питания выбирается с помощью установленного на ней переключателя, что позволяет независимо устанавливать требуемое напряжение на каждой из линий питания. Входное напряжение в диапазоне от 5 до 12 В может подаваться на любой из имеющихся разъемов: стандартный круглый разъем типа DJK-02A или miniUSB. Для контроля выходных напряжений на плате имеется индикатор. Технические характеристики: Входное напряжение постоянное, В - 5…12 Нагрузочная способность каждого выхода, А - 1 Габаритные размеры без
Цена 300.00 руб.
Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.