Здравствуйте мои уважаемые читатели!
В материале за 30 мая было рассказано о простых RC-генераторах
Вот небольшой фрагмент из этого материала
И теперь рассмотрим как коэффициент усиления «ну, очень большой!!!» влияет на работу схемы «негенератора», превращая её в очень мощный генератор.
После прочтения публикации, Пётр,Радиолюбитель дал интересный комментарий, который начинался вот такими словами
Спасибо Петру за интересную задачу!!!
Что же интересного в этом комментарии ( схему я приведу ниже )? Греются и взрываются конденсаторы на выходе стабилизатора напряжения!!! Очень интересный случай – напряжение не превышено, а конденсатор греется и, понятное дело, взрывается.
В чём же дело? А всё дело в ESR-параметре – это внутреннее сопротивление конденсатора и чем оно выше, тем хуже! Ещё есть одно название у такого параметра – это «реактивная мощность» которую можно «прокачивать» через конденсатор.
Следовательно, если конденсатор быстро заряжать и разряжать, то ESRбудет греться ( выводы и фольга имеют сопротивление, оно маленькой величины, но оно есть, поэтому и греется! ).
А вот и схема
Рис. 1. Схема блока питания ( название дал автор ).
И вот этот автор доставил много неприятных минут Петру, а теперь давайте коротко разберемся, что же это за конструкция и как она работает.
И начнём с названия. Блок питания – очень хорошее название для простого блока питания, но автор предлагает его в качестве лабораторного! Хорошее желание, спорить не буду, и текст статьи набран нормально, печатная плата выполнена и показано фото, значит, была сделана! Вот только в тексте есть такое добавление
Видимо, автору слово «Джампер» очень нравится, только ни светодиода с резистором, ни «джампера» на схеме блока питания нет! Вывод: качество графики схемы очень низкое, к автору оно попало через «третьи руки», при неоднократном переводе из одного формата в другой или при сканировании с плохим разрешением, следовательно, автором он не является и просто скопировал текст «по быстрому», возможно, и фотографии…
Теперь почему схема не рабочая, разбираемся…
Блоки питания разделяются на три основных класса: линейные, импульсные и ключевые. Линейные и импульсные, знакомы практически всем, а вот про ключевые практически нет информации и, следовательно, нет схемных решений и готовых конструкций. Предвижу возражение – «импульсные блоки питания собраны на ключах»! Поэтому, я возражаю – их основа трансформаторы или дроссели плюс ключи, а в ключевых блоках питания ключи работают на нагрузку ( потребитель ).
Немного я схитрил – Вы такие схемы знаете – это ШИМ-регуляторы и они питают нагрузку импульсным током, но если параллельно нагрузке поставить сглаживающий конденсатор и ввести обратную связь для стабилизации выходного напряжения получаем ключевой блок питания. Следовательно, ШИМ-регулятор к блокам питания можно отнести в отдаленном приближении – электромотор или лампу накаливания таким блоком питать можно, а вот усилитель не хочется.
И вот на Рис. 1 представлена попытка сделать такой БП, да ещё и с защитой по току. Схема сырая и не испытанная! И если постараться, то регулировать напряжение на выходе она и будет, и даже ограничивать потребляемый ток сможет в импульсном режиме.
Разберемся в узле, регулирующем выходное напряжение ( приведу фрагмент схемы )
Рис. 2. Фрагмент схемы блока питания.
Основой является компаратор, выполненный на операционном усилителе ОР1 без обратных связей. На неинвертирующий вход подаётся «задание», а на инвертирующий подаётся «результат».
Напряжение «задания» снимается с потенциометра R4, а «результат» подаётся с делителя R6, R7. И пока «задание» выше уровня «результата» на выходе компаратора присутствует высокий уровень. Его величина на 1,5В меньше питающего напряжения ОУ и равно 9,2В. Это напряжение через резистор R8 подаётся на базу транзистора VT2, а он в свою очередь открывает транзистор VT1. Весь процесс происходит быстро и конденсатор С3 заряжается. Заряд происходит до напряжения определяемое делителем R6, R7. И как только напряжение, снимаемое с делителя, превысит «задание» компаратор переключится, и напряжение на базе транзистора VT2 уменьшится до нуля и оба транзистора закроются. Конденсатор С3 начнёт разряжаться через резисторы делителя, а при подключении нагрузки, через нагрузку ( основная часть разрядного тока ).
Следовательно, чем выше ток нагрузки, тем быстрее разрядится конденсатор, а это в свою очередь вызовет уменьшение напряжения с выхода делителя и как следствие переключение компаратора. Процесс заряда-разряда повторяется…
Что же влияет на время заряда и время разряда конденсатора и, следовательно, на величину напряжения на нагрузке?
Задержка переключения компаратора составляет приблизительно 1…2 мксек. Много это или мало? Достаточно, чтобы об этом помнить! Время открывания транзисторов так же не мгновенное – максимальная рабочая частота этих транзисторов 3 МГц ( у КТ825, чуть выше 4 МГц ). Будет меньше 1 мксек, но будет.
Есть ещё два резистора R9, R10 ( точнее, индуктивности резисторов! ). Первый автор ( тот кто первый опубликовал эту схему ) не зря поставил два параллельно, чтобы уменьшить индуктивность. Есть ещё один резистор R7, его расчётная величина 31,2кОм и сюда «просятся» два резистора 62кОм, включенные параллельно.
А самый главный фактор, влияющий на нарастание напряжения на конденсаторе С3 – это ESR сглаживающих конденсаторов в выпрямителе, внутреннее сопротивление выпрямительного моста, сопротивление открытого транзистора VT1 и сопротивление всех проводников силовой части схемы и плюс ESR самого конденсатора С3. Почему их надо так «серьёзно» учитывать? Всё очень просто – при любом выходном напряжении и при любом потребляемом токе, транзистор VT1 открывается полностью и заряжает конденсатор и отдаёт в нагрузку импульс тока максимальной величины, на который способна конструкция…
С разрядом проще – конденсатор С3 отдаёт заряд в нагрузку и здесь влияние оказывает ESR конденсатора С3 индуктивность резистора R7. Индуктивность резистора R7 замедляет снижение напряжения «результат» на входе компаратора и как следствие конденсатор разрядится сильнее чем хотелось бы…
И какое же напряжение присутствует на выходе такого блока питания? Совершенно верно – пульсирующее похожее на трапецеидальное с изменяющейся скважностью ( как на картинке в самом начале материала ).
В следующем комментарии Пётр написал, что с увеличение тока нагрузки выходное напряжение возрастает и серьёзно. Здесь как раз и вносят свою долю все перечисленные факторы, влияющие на заряд конденсатора – с возрастанием потребляемого тока, нагрузка «мешает» нарастанию напряжения на конденсаторе, забирая основную часть ток на себя и, следовательно, меняется скважность. Вот и результат такой получается, что схема выдаёт заданное напряжение по верхушкам, а вольтметр измеряет усреднённое значение плюс импульсные помехи ( выбросы ).
Требуется осциллограф в первую очередь, чтобы понять какое напряжение на выходе по форме и по величине…
А как же будет работать схема в режиме ограничения тока? Практически так же только компаратор будет постоянно включен, а вместо делителя R6, R7 в работу включается транзистор VT3, получающий «команду» на открытие от трех операционных усилителей, выполняющих функцию контроля, за превышением тока. Схема ограничивает ток, но добавляется ещё задержка по времени, что в свою очередь вызывает более глубокий разряд конденсатора С3 и, как следствие, пульсации возрастают.
Эти пульсации импульсные, высокочастотные, а как они будут влиять на нагрузку предположить трудно!
Очень трудоёмкий в наладке БП и отрегулировать его без осциллографа практически невозможно…
Ключевые БП должны обязательно иметь защиту от пробоя «главного» транзистора VT1, ведь он работает на пределе частоты.
Вот такие выводы я сделал и это моё личное мнение, а как к нему отнесутся мои читатели, хотелось бы прочитать в комментариях.
Пишите, комментируйте!!! Возможно, я в чем-то и ошибаюсь…
Петру особая благодарность за интересную тему!!!
Желаю всем крепкого здоровья и успехов во всех делах!!!
Желаю всем мирного неба над головой!!!
