Очень часто в маломощных блоках питания используется бестрансформаторный вариант с гасящим конденсатором. Использование такого варианта в мощных блоках питания приводит к резкому увеличению потребляемого тока от сети.
В трансформаторных блоках питания потребляемый нагрузкой ток и ток из сети связаны коэффициентом трансформации.
Поэтому представляет большой интерес сетевой выпрямитель с использованием конденсаторов и умножением тока. В [1-3] описаны такие устройства. На рис.1 представлен сетевой выпрямитель с умножением тока, выполненный на современной элементной базе.
В первоначальный момент конденсаторы С1-С16 разряжены. В первую половину положительной полуволны происходит их заряд через цепочку диодов VD1,VD4,VD7,VD10-VD46. Все конденсаторы соединены последовательно и заряжаются до амплитудного значения сетевого напряжения. Напряжение на каждом из конденсаторов будет в 16 раз меньше амплитудного значения (емкости конденсаторов одинаковые), а эквивалентная емкость, подключенная к сети также в 16 раз меньше емкости одного конденсатора. ДиодыVD2,VD3,VD5,VD6- VD47, будут закрыты. Во второй половине положительной полуволны диоды VD1,VD4,VD7,VD10-VD46 будут закрыты (т.к. амплитудное значение сетевого напряжения уменьшается, а напряжение на конденсаторах будет больше). При отрицательной полуволне сетевого напряжения закроется диод VD1, и все устройство отключится от сети.
В этот момент возможно подключение низковольтной нагрузки к выходу выпрямителя путем открытия транзисторов VT1,VT2. Диоды VD2,VD3,VD5,VD6- VD47 открываются и заряженные конденсаторы С1-С16 подключаются к низковольтной нагрузке параллельно. Это позволяет получить от выпрямителя среднее значение тока разрядки в 16 раз больше тока зарядки. Таким образом, выпрямитель позволяет получить низковольтное выходное напряжение при одновременном увеличении выходного тока. Итак, в первой половине положительной полуволны происходит заряд конденсаторов, а в отрицательной полуволне - отдача накопленной энергии. Устройство управления ключом (транзисторами VT1,VT2) работает следующим образом. Учтем, что защитные диоды полевых транзисторов включены катодом к истоку. Этот ключ очень хорошо работает на переменном токе, так как имеет низкое проходное сопротивление (доли Ома) и гальваническую развязку силовой цепи от цепей управления. В данном устройстве ключ используется из-за необходимости присоединения одного вывода нагрузки к нейтральному выводу сети. В исходном состоянии каналы полевых транзисторов закрыты (нет питания). Пусть отрицательная полуволна сетевого напряжения присутствует на выводе N. Ток проходит через резистор R2, диод VD49, фаза А. Так как диод VD49 шунтирует светодиод оптрона U1 и стабилитрон VD50, то на входе инвертирующего триггера DA1 присутствует высокий уровень напряжения и, следовательно, на его выходе низкий уровень напряжения – транзисторы VT1,VT2 закрыты. При положительной полуволне сетевого напряжения на выводе N диод VD49 закрыт, а светодиод оптрона U1 открыт (светит). В результате чего открывается его транзистор и на входе инвертирующего триггера низкий уровень напряжения, а на его выходе высокий – транзисторы VT1,VT2 открыты. На микросхеме DA2 выполнен инвертирующий триггер Шмидта. Использование интегрального таймера DA2 в качестве инвертирующего триггера Шмидта позволяет также улучшить работу схемы. Как видно из схемы - затворы подключены к выводу 7 DA2. Это позволяет шунтировать затворы напрямую к общему проводу при низком выходе (уровень 0), что улучшает помехоустойчивость. Да и сам триггер DA2 имеет гистерезис входных напряжений в 1/3Vсс и 2/3Vcc напряжения питания. На микросхеме DA1 выполнен автогенератор (это драйвер полумоста для управления мощными полевыми транзисторами). В данном случае этот драйвер включен в качестве мостового инвертора. Напряжение питания этой микросхемы 10-15В, поскольку в ней между выв.1 и выв.4 включен стабилитрон на 15,6В, то напряжение превышающее эту величину должно быть подано на вывод питания через токоограничивающий резистор. Если напряжение питания будет ниже 10В, то микросхема выключается. Автогенератор выполнен по схеме таймера 555. Нагрузочная способность микросхемы DA1 составляет 250мА. Управление работой автогенератора можно осуществить по выв.3. Подавая низкий уровень напряжения (логический 0), работа автогенератора останавливается. Выходной сигнал представляет собой меандр (скважность 2). Для предотвращения сквозного тока имеется защитная пауза 1,2мкс. При подаче переменного напряжения на трансформатор TV1 на его вторичной обмотке наводится напряжение, которое после выпрямления мостомVD48 и сглаживания конденсатором С17 питает инвертирующий триггер DA2. С помощью интегрального стабилизатора VR1 на 12В стабилизируется напряжение питания генератора DA1. При использовании устройства совместно с индуктивной нагрузкой, между стоками транзисторов VT1-VT2 необходимо установить диод 1,5КЕ400СА, защищающий их от всплесков напряжения, возникающих на индуктивной нагрузке при её коммутации. Синхронизация работы устройства осуществляется следующим образом. Если на фазе А действует отрицательная полуволна, то диод VD49 закрыт, а светит светодиод оптрона U1 (падение напряжения на нем 1,6В) и открыт его транзистор, на выводах 2,6 инвертирующего триггера DA1 присутствует низкий уровень. Поэтому на затворе транзисторов VT1,VT2 будет высокий уровень, и они будут открыты. Итак мы имеем зазор между 0,7В положительной полуволны и 1,6В+3.9В (напряжение стабилизации VD49) отрицательной полуволны сетевого напряжения. Этого времени достаточно для устранения переходных процессов в схеме.
Транзисторы VT1,VT2 должен быть высоковольтными, т.к. в закрытом состоянии на них присутствует амплитудное значение сетевого напряжения. Транзисторы IRFP460P выдерживают 500В между выводами сток- исток, постоянный ток 20А. Импульсный трансформатор TV1 выполнен на основе МИТ - 4В (промышленного импульсного трансформатора). Он имеет три одинаковых обмотки. P.S. Опыт показал, что при сетевом напряжении 220В - напряжение на выходе составило 18,5В. У радиолюбителей часто имеются трансформаторы от ламповых телевизоров, которые имеют обмотки для питания анодных цепей (43,5В, 59,5В). Пример – у нас имеется трансформатор, вторичная обмотка рассчитана на 160В, а необходимо получить 15В. Рассчитаем количество звеньев (диодно – конденсаторных цепочек) : Определим амплитудное напряжение на вторичной обмотке трансформатора 160В * 1,41 = 225В. Принимаем амплитудное напряжение на последнем звене (на конденсаторе) 20В. Делим 225В на 20В и получаем 11звеньев. Теперь у них есть возможность получить необходимое низкое напряжение, не перематывая трансформатор, причём с очень большим током. Печатная плата блока конденсаторов имеет размеры 180*86 мм.
Литература.
1. Браславский Л. Преобразователь переменного напряжения в постоянный с двумя выходными напряжениями разного уровня. А.С.№797022, бюллетень «Открытия, изобретения..»,1981г.,№2.
2. Богданович М., Поляков А. Преобразователь переменного тока в постоянный с понижением напряжения. А.С.№1182613, бюллетень «Открытия, изобретения..»,1985г.,№36.
3. Конденсаторный преобразователь напряжения с умножением тока.
Радио №1, 1999г., с.42 -45.
4. Калашник В.И. Электронный ключ с гальванической развязкой.
Радиолюбитель №3 2016г., с. 13-14.
