Scanner’s PS model: e12s

БП HP ScanJet3570c

http://. ru/forum/hp-scanjet3570ce12s-info-269744.html

2PA1015: Э-К-Б – зеркально от КТ502 http://www. datasheetcatalog. org/datasheet/philips/A1015.pdf

SSP4N60AS http://www. datasheetcatalog. org/datasheets/270/248252_DS. pdf

C5 – 0,1 мкФ

ПРОСТОЙ ОБРАТНОХОДОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Абрамов Сергей г. Оренбург

http://www. radio-konst. *****/moi_konstrukcii/prost_obr_preobr/prost_obr_preobr. htm

Преобразователь схема которого изображена на рис1 был скопирован с одной из частей блока питания компьютера типа ATX и обеспечивает на выходе по 12 вольтам ток порядка 100ма., по 5 вольтам – 2 ампера. Работоспособность блока питания сохраняется при изменении входного напряжения от 80 до 260 вольт. Выходные параметры несколько отличаются от родного блока питания так как трансформатор Т1 был изменен.

Рассмотрим работу схемы. Переменное напряжение, пройдя через сетевой заграждающий фильтр C1,C2,L1 выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и сглаживается емкостью C3. Первоначально запуск преобразователя осуществляется за счет смещения, поступающее с резистора R1 которое приоткрывает транзистор VT1. Затем режим автогенерации осуществляется за счет положительной местной обратной связи обмоток I и II трансформатора Т1. Резистор R4 является датчиком пилообразного тока первичной обмотки трансформатора. При превышении тока (около 1 ампера при запуске преобразователя или при перегрузке) приоткрывается транзистор VT2 который устанавливает нулевой потенциал на затворе VT1 и тем самым закроет его. При запирании силового транзистора VT1 магнитная энергия, накопленная сердечником трансформатора T1, передается в нагрузку. Импульсное напряжение сглаживается конденсатором С10 по 12 вольтам и конденсаторами С7,С9, дросселем L2 по 5 вольтам. Резисторы R5-R12, VD7-VD9, микросхема VD12 и оптопара VS1 образуют петлю отрицательной обратной связи, стабилизирующую выходное напряжение. При превышении выходного напряжения увеличивается ток, протекающий через светодиод оптрона и тем самым еще сильнее открывает транзистор оптопары. При этом через диод VD9 открывается транзистор VT2 который закрывает VT1 раньше окончания импульса автогенерации и тем самым уменьшает время накопления энергии трансформатором Т1. А это в свою очередь уменьшает выходное напряжение.

В блоке питания установлены резисторы типа МЛТ. Постоянные емкости типа КМ. Вместо диодов VD1-VD4 можно применить КД209, вместо 1N4148 –КД522, вместо FR153 –КД510, вместо SB360 – КД213 и при этом его придется установить на радиатор.

Для трансформатора Т1 был использован стандартный каркас и Ш-образный ферритовый магнитопровод от ТМС-15. Для нормальной работы в обратноходовом блоке питания сердечник необходимо доработать. Для этого стачиваем алмазным надфилем среднюю часть керна, так чтобы зазор был равен 0,32мм. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2мм и содержит 168витков. Вторичная, намотана тем же проводом и содержит 14 витков. Третья обмотка намотана в два провода ПЭВ-2 диаметром 0,5мм и составляет 15 витков. Четвертая обмотка намотана проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2мм и составляет 21 виток. Для уменьшения потерь в проводах на высокой частоте трансформатор мотаем следующим образом. Первым слоем укладываем 50 витков первичной обмотки, 2-ым. слоем 8 витков третьей обмотки, 3-им. слоем 50 витков первичной обмотки, 4-ым. слоем оставшиеся 7 витков третьей обмотки, 5-ым. слоем 50 витков первичной обмотки, 6-ым. слоем 14 витков вторичной обмотки располагаем равномерно по всему слою, 7-ым. слоем равномерно укладываем оставшиеся витки первичной обмотки, 8ы-м. слоем 21 виток четвертой обмотки. Между каждым слоем прокладываем изоляцию из тонкой трансформаторной бумаги. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце типа М2000НМ размером К20х10х5 скрученным между собой двойным проводом МГТФ-0,12 и состоит из 30 витков. Дроссель L2 намотан на ферритовом стержне М600НМ диаметром 8мм. и длинной 20мм. и содержит 20 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,9мм.

Устройство собрано на печатной плате Рис2. из стеклотекстолита размерами 35х65мм.

https://pandia.ru/text/78/206/images/image003_94.jpg" width="644" height="427">

2SK2022 можно заменить на IRF840 или, ещё лучше, на 06N60 (в префиксе могут стоять разные буквы, зависят от фирмы-производителя). Первые две цифры - ток стока в амперах, вторые две - напряжение без последнего нуля.

Кстати, эта схема на полевике работает совсем не так, как блокинг-генератор на биполярном транзисторе. Связка транзисторов Q1 Q2 + резистор R7 представляет собой аналог тиристора . Как только напряжение на истоковом резисторе R5 (1 Ом) превысит значение 0,7 В (порог открывания транзистора Q2), аналог тиристора лавинообразно открывается и закорачивает затвор полевика на общий минус, тем самым обрывая формирование импульса прямого хода (открытого состояния полевика). Либо же он "пробивается" при приоткрывании оптрона, когда выходное напряжение превышает заданное, чем достигается его стабилизация.

http://*****/forums/showthread. php? t=20085

Хороший знакомый попросил "довести до ума" сетевой импульсный блочок питания. Схема вырисована по плате. В нём выгорели все три транзистора и резистор R6, а также транзистор оптрона. Остальные элементы проверены - целые. Плата многократно перепаивалась, поэтому сделал новую по размерам старой. Ещё не включал, т. к. возникло ряд вопросов:

1. Каким должен быть VT3 - полевым или биполярным? Лично я думаю, что, судя по номиналу резистора R1 = 680 кОм - полевым, т. к. для биполярного недостаточно будет напряжения на базе для первоначального запуска. Очень похожий по схеме блочок уже побывал у меня в руках (к сожалению, я его пока за недостатком времени так и не запустил https://pandia.ru/text/78/206/images/image005_72.jpg" width="667" height="341 src=">

блоки питания по этим схемам работают следующим образом:
Резистор R1 (Схема А) обеспечивает начальное открывание VT3. Как только он начал открываться, появляется напряжение на обмотке II (условно, по схеме ниже первичной), которое через RC цепочку открывает транзистор до насыщения. Далее при увеличении тока через VT3, при достижении на R6 напряжения достаточного для открывания VT2, он открывается вместе с VT1 закрывая VT3. В момент, когда VT3 начнёт закрываться, изменится знак напряжения на обмотке II, и через C4R5 приведёт к ускорению его закрывания. В это время идёт зарядка С5, для питания оптрона, и закрытие VT1,2. В этот момент обратной связи ещё нет и VT3 выключается при максимальном токе.

Время закрытого состояния VT3 определяется окончанием отдачи запасенной энергии во вторичные цепи. а постоянная времени цепочки C4R5 не должна мешать передаче всей энергии.

Далее VT3 опять отрывается и цикл повторяется. Через несколько циклов, на вторичке напряжение выросло, до нужной величины, включается оптрон, давая дополнительное смещение на базу VT2, регулируя(уменьшая) ток отсечки VT3.

Несколько блочков по аналогичной схеме.
В некоторых VT3 - биполярный, но в них сопротивление R1 колебалось от 240 до 330 ком и помоему С4 был большего номинала. Схему одного рисовал, но чтото не найти сейчас...
Один, в котором как и у Вас выгорели все транзисторы и часть резисторов, мне реанимировать не удалось. Такое впечатление, что в трансформаторе в первичной обмотке появились короткозамкнутые витки.

З. Ы. №2 Я бы посоветовал для начала экспериментов поставить R6 несколько ОМ, например 3,3 или 4,7 Ом. На холостом ходу или с маленькой нагрузкой он запустится. Далее нагружая блок по вторичке контролируем цикл работы VT3. А так как это обратноходовой БП, то для него соотношения времен вкюченного и выключенного состояния силового транзистора для критического режима известны.
Если мощности на выходе не хватает, то уменьшить R6.

В Схеме А R3 обязателен для создания падения напряжения от тока оптрона
VT3 в подобных схемах биполярник - 13001, 13003, полевик не раскачается - нужен обратный диод в затвор
Р5 нужен для старта преобразователя, потом он роли не играет
После старта транзистор работает исключительно за счет ПОС через С2 - вначале открывается до насыщения, потом ток во 2-й обмотке начинает спадать, он через С2 закрывается и ток во 2-й обмотке от этого спадает ещё сильнее. Потом начинается нарастание (автоколебания), транзистор приоткрывается и ток от этого лавинообразно увеличивается. Параметры С2 - индуктивность 2-й обмотки определяют частоту генерации
От Р8 зависит ток срабатывания защиты - в данном случае 0,7 А, т. е. при выходной мощности ватт 150... Для 20 Вт надо 4,7...6,8 Ом. Хотя сама защита включена неправильно, работать не будет

Если трансформатор уходит в насыщение при недостаточной, по отношению к нагрузке, мощности. Для увеличения мощности этого трансформатора понадобится увеличить зазор в сердечнике, соответственно, увеличить число витков в обмотках, увеличить диаметр провода.
но тут приходим к тому, что нужное число витков нужного диаметра провода, просто не поместится в окне сердечника.
но если в исходном виде окно сердечника заполнено не полностью, то немного мощность трансформатора поднять можно.

Выложу заодно схему и второго "пациента" (который так и не запустил).

Дваждый менял забеременевший С8, после чего он продолжал работать (до третьего раза). В конце концов выгорели все три транзистора, транзистор оптопары, резисторы R4, R8. Также резистор R7 изменил цвет до нераспознаваемости полосок. Поэтому на схеме указаны номиналы, приблизительно поставленные после их долгого и мучительного рассматривания. Номинал резистора R3 - "родной". Транзисторы - тоже "родные". При запуске через последовательно включенную лампу накаливания она горит в полный накал. Получается, что транзистор VT3 постоянно открыт...

Вопросы:
1. Насколько я ошибся с определением номиналов?
2. Смущает номинал R3. Получается, что при начальном запуске на затвор VT3 поступает 30 В. Как же он тогда закрывается?
3. Смущает также номинал R4. При симулировании в Мультисиме этот узел начинает работать при его значении на 2 порядка больше (22 кОм). - закрывается через VT2 и R4.
Мультисим может только то, чему его научили

https://pandia.ru/text/78/206/images/image007_57.gif" width="709" height="459 src=">

Имел дело с такими блоками питания. Они часто идут в комплекте с адаптерами USB to IDE/SATA. Во вложении имеющиеся у меня мои зарисовки с плат и найденная схема на просторах инета. Может кому будет полезной.
маленькие транзисторы комплиментарная пара запросто меняется на отечественные КТ3102/3107 и кт502/503 и я полагаю что и на кт315/361. Очень часто горит вместе с силовым транзистором и цепочка R2C2 резистор 47К и конденсатор 103 по схеме с инета.

С3=33нФ С4=22нФ

https://pandia.ru/text/78/206/images/image009_49.gif" width="695" height="475 src=">

С однополупериодным выпрямителем:

https://pandia.ru/text/78/206/images/image011_48.gif" width="695" height="475 src=">

подобные схемы работают с изменяющейся частотой.
частота зависит от нагрузки.
в данной схеме обратный ход заканчивается после передачи всей накопленной энергии.
минимальная частота будет при максимальной нагрузке, когда будет максимальное время накопления энергии и максимальное время передачи энергии в нагрузку.
и, соответственно, при маленькой нагрузке энергия будет быстро передаваться и быстро накапливаться - частота повысится.
расчет всегда делается на номинальную (максимальную) нагрузку. и в данном случае на минимальную частоту.

уменьшать емкость в цепи базы, как написал Sublime , для повышения частоты нельзя. этим заставляем транзистор выключиться раньше, когда требуемая энергия еще не накоплена. то есть, уменьшаем отдаваемую мощность.

отдаваемая мощность в максимальном режиме зависит от сопротивления истокового резистора.
в этой схеме резистор указан 12 Ом. выключение произойдет, когда падение на резисторе будет примерно 0,6 Вольта, и откроется второй транзистор (С945).
таким образом, при 12 Омах максимальный ток силового транзистора будет примерно 50 мА.
из чего понятно, что для увеличения мощности достаточно уменьшить величину истокового резистора, и взять ключ на соответствующий ток.
но с ростом коллекторного тока будет расти и базовый ток. поэтому потребуется еще уменьшать номинал базового резистора и увеличивать номинал конденсатора (1 кОм и 4700 пФ в этой схеме).
необходимость изменения этой цепочки для увеличения базового тока можно увидеть при наладке, когда отдаваемая мощность будет меньше расчетной.
у транзисторов 1300х довольно маленький коэф-т усиления, поэтому при большом увеличении мощности может потребоваться и замена С945 более мощным, с бОльшим допустимым током коллектора. думаю, что для ваших потребностей не придется менять С945. навряд ли вам потребуются десятки Ватт.

обратная связь заставляет С945 открыться раньше, чем регулируется отдаваемая мощность.

для правильного выбора истокового резистора смотрим в моей программе максимальную амплитуду тока ключа, и рассчитываем сопротивление, исходя из 0,6 Вольт падения.
еще. для выхода в режим под нагрузкой нужен запас по мощности. поэтому максимальную амплитуду тока ключа берем с запасом на выход в режим в 1,2-1,4 раза больше.

_____________________________________________________________________________

https://pandia.ru/text/78/206/images/image013_41.jpg" width="673" height="402 src=">

https://pandia.ru/text/78/206/images/image015_39.jpg" width="684" height="419 src=">

Китайские сетевые адаптеры 220В - 5В USB разъем (продолжение)
Если сравнивать схемы LDT-010A и LDT-12E то можно увидеть что прогресс идет )))) Интересно, что изменено в промежуточных версиях 010В или 12А.

USB адаптер 5В 1 А

https://pandia.ru/text/78/206/images/image018_36.jpg" width="659" height="451 src=">

Выкладываю схему 12В 2А источника и его доработку для перевода в режим источника тока для питания пары 10-ваттных светодиодов - ссылку в "покупках на ибее" дал.

Полгода нормально светят. Обратная связь берется с последовательного резистора 0,1 ома и через транзистор подается на управляющий электрод TL431. При данных номиналах ток стабилизируется на уровне 1,6-1,7 А (можно выжать и 2А, уменьшив базовый резистор до 3 ком, но так надежнее. Да и разброс по току у светодиодов небольшой есть, хотя их можно подобрать парами).
Падение на диодах при этом получается 9,2 - 9,3 В.

У меня 4 трехамперных светодиода последовательно уже почти год по подобной схеме работают. А транзистор лучше включать с местной ООС (эмиттерный резистор). Более стабильный результат получается и от температуры не зависит. Я транзисторы самые разные ставил - и КТ3107, и S9012 - практически подбирать не требуется - сразу нужный ток получается, и подстройка тока плавная.

в вашей схеме начальное смещение на транзистор приводит к тому, что ток будет зависеть от выходного напряжения, например, от количества включенных светодиодов, от их температурного коэффициента. Причём, при прогреве напряжение на светодиодах падает, что будет приводить к увеличению тока. Я понимаю, конечно, что стабильность принесена в жертву простоте. Можно, видимо, с помощью стабилитрона или пары диодов стабилизировать начальное напряжение на базе транзистора. А лучше, возможно, в качестве стабилитрона применить светодиод. Или выполнить узел на двух транзисторах в виде токового зеркала.
Я в своём варианте пренебрёг потерями на токовом шунте, т. к. использовал блок на 24В, и светодиоды 1 Вт, при токе около 300 мА.

нештатных" режимах (см. выше), и меня все устраивает. Кстати, если в 3-амперной схеме установить шунт 0,2 ома, то падения на нем достаточно для работы транзистора в линейном режиме и без дополнительного смещения (резистора 62К). Этот резистор актуален в маломощной схеме исключительно для выведения транзистора в линейный режим. А все остальное про температурную стабильность, малую зависимость от параметров транзисторов и простоту регулировки тока через диоды я у же писал. Так что, как я уже говорил, дело вкуса. Каждый делает по-своему.

________________________________________________________________________________

Выкладываю схемы еще двух "зверьков", побывавших у меня в руках.

В первом из них (GX-04) IMHO оригинально сделано формирование управляющего напряжения (диод в обратном включении), остальная схема - типичная. Во втором - применение трансформатора с двумя управляющими обмотками (отдельная - для формирования управляющего напряжения и отдельная - для ПОС), кроме того, нигде раньше не встречал такого включения транзисторов VT1VT2 для управления полевым ключом. Обычно - как на первой схеме.

Во второй был пробит выходной выпрямительный диод. После его замены - заработала. С первой еще трахаюсь.

P. S. Емкости электролитов маркировал по "старой советской" системе: емкость (мкф) х напряжение (вольт); емкости керамики/пленки - тремя цифрами, как на них написано.

https://pandia.ru/text/78/206/images/image021_28.jpg" width="682" height="241 src=">

Я и обращаю внимание на то, что во второй из них - как раз не аналог тиристора, а просто ключ + повторитель на р-п-р транзисторе (коллектор - на общем минусе). В отличие от первой, где транзисторы представляют собой именно аналог тиристора.

Сначала я долго-долго чесал репу, думая, что ошибся при вырисовывании. Но нет. Схема срисована именно так, как есть. Поэтому я ее и выложил для "коллекции" вариантов.

Зарядное работает. Схему составил из за устройства отключения зарядки.

https://pandia.ru/text/78/206/images/image023_22.jpg" width="680" height="454">

Источник питания на двухбазовом диоде (однопереходном транзисторе)

http:///pitanie/5-213.php

В статье рассматриваются принципы построения обратноходового для зарядки автомобильных аккумуляторов с использованием инвертора состоящего из генератора на двухбазовом диоде (однопереходном транзисторе) и мощного транзисторного ключа.

Введение: Конструирование источников питания на силовых трансформаторах прекратилась ещё в прошлом веке, ввиду больших габаритов и массы, и потерями электроэнергии на нагрев стабилизирующих элементов.

Разработка мощных высокочастотных транзисторов привела к их использованию в лёгких малогабаритных источниках тока. Применение ферритовых высокочастотных трансформаторов позволяют выполнить инвертирование энергии в нагрузку на частотах - соизмеримых с длиной радиоволн.

Для борьбы с этим отрицательным эффектом используется специальный порядок намотки обмоток трансформатора с применением внутренних межобмоточных экранов, снижением поверхностного эффекта тока простым расщеплением проводников на большее количество с меньшим сечением.

Принцип работы : В однотактный преобразователь входит два основных элемента – тактовый генератор на однопереходном транзисторе и блокинг - генератор на мощном транзисторе. Инвертирование энергии происходит многократно: энергия электросети выпрямляется диодным мостом и подаётся на ключевой преобразователь в виде постоянного напряжения.

Высокочастотный ключ инвертора на транзисторе преобразует постоянное напряжение питания в импульсный ток первичной обмотки трансформатора.
Вторичное напряжение выпрямляется и подаётся на нагрузку.

В обратноходовых инверторах (1), в период замкнутого состояния транзисторного ключа, идёт накопление энергии в трансформаторе. Передача накопленной в трансформаторе энергии в нагрузку происходит при нахождении транзисторного ключа в разомкнутом состоянии.

Однополярное намагничивание феррита трансформатора приводит к остаточной намагниченности трансформатора после магнитного насыщения магнитопровода.

Для однополярного намагничивания важно наличие немагнитного зазора в замкнутом магнитопроводе, он уменьшает остаточную магнитную индукцию, в результате чего можно снимать гораздо больший ток нагрузки без насыщения трансформатора.

Энергия, запасённая в трансформаторе за время коммутирующего импульса, не всегда успевает рассеяться за время паузы, это может привести к насыщению трансформатора и потере магнитных свойств. Для устранения этого эффекта первичная цепь трансформатора шунтирована быстродействующим диодом с резистивной нагрузкой.

Дополнительное действие оказывает отрицательная обратная связь с эмиттера ключевого транзистора на его базу через параллельный стабилизатор - такое решение позволяет ключевому транзистору переключится до насыщения магнитопровода, что снижает его температуру и улучшает рабочее состояние устройства в целом.

Вторичное высокочастотное напряжение трансформатора выпрямляется и подаётся в нагрузку. Для защиты транзисторного ключа в электронную схему вводятся элементы защиты от теплового и электрического пробоя. В момент переключения транзисторного ключа на обмотке индуктивного реактора возникают колебания импульсных напряжений, превышающие напряжение питания в несколько раз, что может привести к пробою транзисторного ключа.

В этом случае обязательно устанавливается демпфирующий диод для симметрии протекающего двухполярного тока.

Управление почти всей мощностью преобразования одним транзистором требует выполнение некоторых условий его безаварийной работы (2):
1. Ограничение базовых и коллекторных токов до допустимых пределов.
2. Отсутствие дефектов в электронных компонентах.
3. Правильно рассчитанный трансформатор.
4. Устранение возможного пробоя импульсными напряжениями преобразователя.
5. Снижение перегрева ключевого транзистора.
6. Переключение ключевого транзистора до момента насыщения магнитопровода.

Необходимо оптимизировать конструкцию трансформатора для максимального снижения индуктивности рассеивания, выполнить выбор сечения и количества проводников, уменьшить собственную ёмкость трансформатора, правильно выбрать транзисторный ключ и элементы кламперной цепи, подавляющей выброс обратного напряжения.

В схему инвертора входят :
1. Сетевой высоковольтный выпрямитель с фильтрами помех преобразования.
2. Элементы ограничения тока заряда конденсаторов сетевого фильтра.
3. Элементы защиты от импульсных помех высокого уровня.
4. Цепи преобразования вторичного напряжения.
5. Элементы индикации преобразования.
6. Формирователь импульсов запуска на однопереходном транзисторе VT1.
7. Блокинг – генератор на транзисторе VT2.
8. Элементы защиты от предельных токов силового ключа.
9. Параметрический стабилизатор напряжения питания генератора.
10. Элементы стабилизации выходного напряжения.

Характеристики транзисторного инвертора :
Напряжение сети 220Вольт
Вторичное напряжение 13,8 Вольт
Ток заряда максимальный 10Ампер
Ёмкость аккумулятора 24-120 А/час
Ток восстановления аккумулятора 0,05С 1,2-6 ампер
Время восстановления 3-5 часов.
Потребляемая мощность 160ватт.
Частота преобразования 23кГц

Описание принципиальной схемы :
В состав принципиальной схемы входит сетевой выпрямитель напряжения электросети на диодной сборке VD4. Коммутационные помехи в импульсных источниках питания возникают как следствие применения переключающего режима работы мощных регулирующих элементов (4). Для защиты сети и преобразователя от импульсных помех установлен сетевой фильтр на двухобмоточном дросселе T2 с конденсаторами С7, С8,С10 для подавления нессиметричных помех.

Двухобмоточный дроссель Т2 с синфазно включенными обмотками служит для подавления симметричных помех.

Ограничение зарядного тока конденсатора фильтра C4 выполнено на позисторе RT1,сопротивление которого падает с повышением температуры корпуса.
Импульсные помехи преобразователя, образованные ключевым транзистором VT2 и обмотками трансформатора Т1, в моменты переключения токов устраняются параллельными RC –цепями – VD2C5R11 и C6R13.

Снижение импульсных помех преобразования в низковольтных цепях нагрузки устраняются введением индуктивности L1 в одну из цепей. Длительность пауз между импульсами выходного тока при этом незначительно увеличивается без ухудшения преобразования.

Возможно использование в схеме магнитных дросселей из аморфного сплава.
Двунаправленный индикатор на светодиоде HL1 и цепь стабилитрона VD1 снижают уровень высоковольтных импульсных помех в цепях питания инвертора.

Формирователь импульсов запуска инвертора выполнен на двухбазовом диоде (однопереходном транзисторе) VT1. Импульсный блокинг - генератор собран на транзисторе VT2.

Стабилизация выходного напряжения выполняется оптопарой U1. Вторичное напряжение, с гальваническим разделением, через оптопару автоматически поддерживает поступление напряжения обратной связи с обмотки 2Т1 на вход транзистора VT2.

При подаче сетевого питания напряжение с конденсатора фильтра C4 через обмотку 1Т1 поступает на коллектор транзистора VT2 инвертора.
Зарядно-разрядный цикл конденсатора C1 создаёт на резисторе R4 последовательность импульсов с частотой зависящей от сопротивления резисторов R1,R2 и конденсатора С1.

Напряжение питания генератора на однопереходном транзисторе стабилизировано диодом VD1. Импульсное напряжение с резистора R4 открывает транзистор VT2 на несколько микросекунд, ток коллектора VT2 возрастает до 3-4 ампер.
Протекание коллекторного тока через обмотку 1Т1(5) сопровождается накоплением энергии в магнитном поле сердечника - после окончания положительного импульса ток коллектора прекращается.

Прекращение тока вызывает появление в катушках ЭДС самоиндукции, которая создаёт на вторичной обмотке 3Т2 положительный импульс.

При этом через диод VD5 протекает положительный ток. Положительный импульс обмотки 2Т1 через резисторы R5,R9,R14 поступает на базовый вывод транзистора VT2. Конденсатор С3 поддерживает устойчивость работы блокинг-генератора и схема переходит в режим автоколебаний. Повышение напряжения нагрузки приводит к открытию светодиода оптопары U1, фотодиод шунтирует сигнал с обмотки 2Т2 на минус источника питания, уровень импульсного напряжения на базе транзистора VT2 понижается со снижением зарядного тока аккумулятора GB1. Перегрузка транзистора VT2 токами приводит к увеличению уровня импульсного напряжения на резисторе R12 цепи эмиттера, открыванию параллельного стабилизатора напряжения на таймере DA1. Шунтирование импульсного напряжения на входе транзистора VT2 приведёт к снижению энергии в сердечнике трансформатора, вплоть до форсированной остановки режима автоколебаний.

Напряжение отсечки тока транзистора VT2 корректируется резистором R10.
После устранения сбоя произойдёт повторный запуск блокинг-генератора от формирователя импульсов запуска на транзистор VT1.

Выбор высокочастотного трансформатора зависит от мощности нагрузки.
При эффективном токе нагрузки в десять ампер и напряжении вторичной обмотки 16 вольт мощность трансформатора составит 160 ватт. С учётом действия тока заряда на аккумулятор для его восстановления достаточно мощности не более 100 ватт.
Мощность трансформатора напрямую зависит от частоты автогенератора и марки феррита, и при увеличении частоты в десять раз мощность увеличивается почти в четыре раза. Ввиду сложности самостоятельного изготовления в схеме использован трансформатор от монитора, возможно использование и от телевизоров.
Рекомендации по самостоятельному изготовлению высокочастотного трансформатора в (6).

Примерные данные трансформатора Т1:
Б26М1000 с зазором в центральном стержне 1-56 витков ПЭВ-2 0,51, 2 - четыре витка ПЭВ2 0,18, 3– 14 витков ПЭВ-2 0,31*3.

Наладку схемы начинают с проверки платы печатного монтажа, в цепь разрыва сетевого питания включают лампочку 220 вольт любой мощности, вместо нагрузки лампочку от автомобиля 12 вольт 20свечей. При первом включении и неисправных деталях сетевая лампочка загорит ярким светом - автомобильная не горит, при исправной схеме сетевая лампочка может гореть слабым накалом, а автомобильная ярко. Яркость лампочки в нагрузке, можно поднять или понизить резисторами R1. Защита от перегрузки по току устанавливается резистором R10, стабилизация напряжения под максимальной нагрузкой, регулируется резистором R5.
Резистором R15, при установке иных оптопар, корректируется ток светодиода оптопары U1 в пределах 5-6 мА.

При наличии осциллографа удобно проверить работу генератора на транзисторе VT1 с временной подачей на инвертор напряжения питания 30-50 вольт, частоту генератора можно изменить резистором R1 или конденсатором C1.

При слабой обратной связи (велико значение сопротивления резистора R5) или неверном подключении обмотки 2Т2 в режиме блокинг-генератора транзистора VT2 может отключиться от кратковременной перегрузки и не работать, повторный запуск произойдёт после повторного включения схемы, обратная связь с обмотки 2Т1 позволяет работать схеме в режиме автозапуска и последующего выбора устойчивого состояния работы схемы установкой значения резистора R5.

Таблица 1: Транзисторы обратноходовых преобразователей:

Таблица 2: Элементы импульсного источника тока.

Печатный монтаж двухсторонний размерами 115*65, перемычки расположены со стороны радиокомпонентов.

Радиатор ключевого транзистора VT2 использован от северного моста сопроцессора компьютера, бюджетный вентилятор компьютерного блока питания можно использовать по назначению с подключением к источнику питания 13,8 Вольт через резистор 33-56 Ом.

Скачать печатную плату в формате LAY

­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­-___________________________________________________________________

Карманное ЗУ на основе адаптера сотового телефона

http:///pitanie/5-211.php

Постоянное обновление парка сотовых телефонов привело к бесполезному хранению и накоплению сетевых адаптеров, которые по параметрам и разъёму не могут использоваться на других моделях.

Возможно использование адаптеров сотовых телефонов для зарядки мощных автомобильных аккумуляторов.

Прямое подключение адаптера для зарядки автомобильных аккумуляторов невозможно - низкое выходное напряжение в пределах 4-8 вольт при токе заряда до 200 мА при необходимых параметрах 12 вольт 10 ампер. При рассмотрении схем обратноходовых импульсных источников питания, входящих в адаптеры, выявлено, что они содержат: сетевой выпрямитель с фильтром; блокинг-генератор с положительной обратной связью от отдельной обмотки; выходной низковольтный выпрямитель.

Стабилизация вторичного напряжения в некоторых адаптерах выполняется с помощью оптопары, включенной светодиодом к выходному напряжению выпрямителя, а фототранзистором в базовую цепь транзистора генератора преобразователя. Мощность адаптеров сотовых телефонов не превышает 3-5 ватт.

Для получения мощного зарядного устройства из адаптера сотового телефона достаточно схему выпрямителя дополнить усилителем мощности.

Удобство использования сотовых адаптеров заключается в отсутствии необходимости конструирования блокинг- генератора, намотки импульсного трансформатора, установки режима генерирования при значительных колебаниях сетевого напряжения. Компактные габариты печатной платы адаптера совместно с усилителем мощности и выходным выпрямителем занимают незначительное место, а по весу в15-20 раз меньше, чем зарядные устройства на силовых трансформаторах.
Практически такое устройство - карманного типа.

Основные технические характеристики:
Напряжение сети 165-265 Вольт.
Номинальное выходное напряжение 12 Вольт
Максимальный ток нагрузки 6 Ампер
Частота преобразованиякГц
Вес 200 грамм
Максимальная выходная мощность 100 ватт

Резистор R1 защищает диодный мост VD1 от пробоя при бросках зарядного тока конденсатора С3.
Светодиод HL1 указывает на наличие сетевого питания.

Схема импульсного генератора на транзисторе VT1 с внешними RC цепями (помещённая в рамку) относится к адаптеру и может отличаться по компоновке, нумерация деталей адаптера условная.
Резистор R3 создаёт начальное смещение на базу транзистора VT1, для устойчивой генерации в указанном пределе напряжения сети.

Конденсатор С7 заряжается через диод VD3 до амплитуды напряжения обратного хода, которое больше напряжения стабилизации стабилитрона VD4, в результате чего стабилитрон открывается, напряжение на базе транзистора VT1 становится отрицательным и препятствует его открыванию с паузой больше времени импульса. Ток созданный резистором R4 протекает через открытый стабилитрон VD3 на конденсатор С5, разряжая его. Напряжение на этом конденсаторе уменьшается, на базе транзистора VT1 - растёт. При достижении достаточной величины (более 0,4 Вольта) транзистор VT1 откроется, пауза закончится, начнётся новый цикл генерации.

Напряжение положительной обратной связи с обмотки 3Т2 через конденсатор С4 и резистор R4 откроет транзистор VT1, ток через обмотку 1Т2 лавинно возрастёт и энергия накопленная трансформатором Т2 передастся в виде прямоугольного импульса в базовую цепь усилителя мощности на полевом транзисторе VT2.

Импульс напряжения с обмотки 2Т2 через конденсатор С7 и регулятор тока заряда - R8 поступит на базу транзистора VT2 усилителя мощности. Резистор R9 защищает затвор полевого транзистора от ёмкостных сверхтоков.

От перегрузки транзистора VT2 большими токами в цепи истока установлена схема защиты на параллельном стабилизаторе DA1. Повышение напряжение на резисторе R12 приводит к открытию таймера на микросхеме DA1 и шунтированию цепи затвора.

Ферритового трансформатор Т3, от блоков питания компьютеров типа АТ/ТХ или от мониторов используются в зарядном устройстве без переделок. Первичная обмотка (она имеет до трёх выводов) включается в цепь стока транзистора VT2, к ней параллельно подключена демпфирирующая цепь C8,R10, VD6 - гашения импульсов тока обратного хода, которые могут пробить транзистор или привести к пробою в обмотках трансформатора T3.

Дополнительная цепь защиты на диоде VD7 установлена параллельно транзистору VT2.
Усилитель мощности на полевом транзисторе VT2 через трансформатор T3 передаёт в нагрузку усиленный высокочастотный сигнал, который после выпрямления лавинными диодами сборки VD8 питает зарядным током кислотный аккумулятор GB1. Амперметр РА1 позволяет визуально установить зарядный ток аккумулятора регулятором тока – R8. Светодиод HL2 контролирует полярность подключения аккумулятора GB1 в зарядную цепь и наличие напряжения на выходе устройства.

В импульсных преобразователях применяются полевые транзисторы с индуцированным п - каналом на напряжение 600-800 Вольт и током более трёх ампер с усилением более 1000ма/В. При нулевом напряжении на затворе транзистор закрыт и открывается положительным напряжением прямоугольной формы. Выбор в усилителе мощности полевого транзистора вместо биполярного выгоден по высокой скорости закрывания, что приводит к снижению потерь на нагрев. Зарядное устройство собрано на монтажной плате, плата адаптера установлена на дополнительных стойках.

Большая часть радиодеталей в зарядном устройстве используется от разобранных блоков питания компьютеров и мониторов.

Резисторы типа Р2-23. Транзистор VT1 - бюджетный на напряжение 400вольт и ток до одного ампера с хорошим усилением более 200.

Полевой транзистор VT2 с крутизной более 1000 мА/В при напряжении более 600 Вольт и токе 3-6 Ампер серий 2СК или IRF 740-840.
Трансформаторы: Т1- EE-25-01, 3PMCOTC210001. T2 - HI - POT. T3 - HI-POT TNE 9945, ВСК – 01С, АТЕ133N02, R320.
Оксидный конденсатор C4 фирмы «Nichicon» или HP3.
Все диоды импульсные с высоким быстродействием. Диоды выпрямителя VD6 заменимы на КД213Б.

Примерные значения обмоток трансформаторов:
Т1- сердечник 3*3 2*30 витков 0,6мм
Т2- сердечник 3*3. 1-360 витков 0,1мм.витков 0,2.витков 0,1.
Т3- сердечник 12*витка 0,6. 2,3 - 2*6 витков 1,6мм.

Полевой транзистор VT2 крепится на радиатор размерами 40*30*30. Клеммы ХТ3, ХТ4 подключаются к аккумулятору многожильным медным проводом в виниловой изоляции сечением 4мм. На концах устанавливаются зажимы типа «Крокодил».

Наладку устройства начинают с проверки работоспособности платы адаптера. Диод и конденсатор выпрямителя адаптера в схеме не используется, сигнал на усилитель мощности берётся непосредственно с обмотки трансформатора 2Т2,через разделительный конденсатор C7. Резистор R7 создаёт начальное смещение на затворе транзистора VT2.

При подключенном аккумуляторе резистором R8 выставляется зарядный ток в 0,05 С, где С - ёмкость аккумулятора. Время заряда определяется техническим состоянием аккумулятора и как правило не превышает 5-7 часов. При обильном кипении (электролизе) ток заряда следует понизить. Более подробно о заряде и восстановлении аккумуляторов можно прочитать в указанной ниже литературе или дополнительно обратится к авторам статьи.

Литература:
1. В. Коновалов, А.Разгильдеев. Восстановление аккумуляторов. Радиомир 2005 №3 с.7.
2 .В. Коновалов. А. Вантеев. Технология гальванопластики. Радиолюбитель №9.2008.
3. В. Коновалов. Пульсирующее зарядно-восстановительное устройство Радиолюбитель № 5 /2007г. стр.30.
4. В. Коновалов. Ключевое зарядное устройство. Радиомир №9/2007 с.13.
5 .. Аккумуляторы. г. Москва. Изумруд.2003 г.
6. В. Коновалов «Измерение R-вн АБ».«Радиомир» №8 2004 г. стр.14.
7. В. Коновалов «Эффект памяти снимает вольтдобавка.» «Радиомир» №10.2005 г. стр. 13.
8. В. Коновалов «Зарядно –восстановительное устройство для NI-Cd аккумуляторов.». «Радио» №3 2006 г. стр.53
9. В. Коновалов. «Регенератор АКБ». Радиомир 6/2008 стр14.
10. В. Коновалов. «Импульсная диагностика аккумулятора». Радиомир №7 2008г. стр.15.
11. В. Коновалов. «Диагностика аккумулятора сотовых телефонов». Радиомир 3/2009 11стр.
12. В. Коновалов. «Восстановление аккумуляторов переменным током» Радиолюбитель 07/2007 стр 42.
13. В. Коновалов. ЗУ для «мобильника» с цифровым таймером. Радиомир 4/2009 стр.13.

Кто не сталкивался в своей практике с необходимостью зарядки батареи и, разочаровавшись в отсутствии зарядного устройства с необходимыми параметрами, вынужден был приобретать новое ЗУ в магазине, либо собирать вновь нужную схему?
Вот и мне неоднократно приходилось решать проблему зарядки различных аккумуляторных батарей, когда под рукой не оказывалось подходящего ЗУ. Приходилось на скорую руку собирать что-то простое, применительно к конкретному аккумулятору.

Ситуация была терпимой до того момента, пока не появилась необходимость в массовой подготовке и, соответственно, зарядке батарей. Понадобилось изготовить несколько универсальных ЗУ - недорогих, работающих в широком диапазоне входных и выходных напряжений и зарядных токов.

Предлагаемые ниже схемы ЗУ были разработаны для зарядки литий-ионных аккумуляторов, но существует возможность зарядки и других типов аккумуляторов и составных батарей (с применением однотипных элементов, далее - АБ).

Все представленные схемы имеют следующие основные параметры:
входное напряжение 15-24 В;
ток заряда (регулируемый) до 4 А;
выходное напряжение (регулируемое) 0,7 - 18 В (при Uвх=19В).

Все схемы были ориентированы на работу с блоками питания от ноутбуков либо на работу с другими БП с выходными напряжениями постоянного тока от 15 до 24 Вольт и построены на широко распространенных компонентах, которые присутствуют на платах старых компьютерных БП, БП прочих устройств, ноутбуков и пр.

Схема ЗУ № 1 (TL494)

На инверсный вход (вывод 2) этого же усилителя ошибки подается регулируемое посредством переменного резистора PR1, напряжение сравнения с встроенного в микросхему источника опорного напряжения (ИОН - вывод 14), меняющего разность потенциалов между входами усилителя ошибки.
Как только величина напряжения на R10 превысит значение напряжения (установленного переменным резистором PR1) на выводе 2 микросхемы TL494, зарядный импульс тока будет прерван и возобновлен вновь лишь при следующем такте импульсной последовательности, вырабатываемой генератором микросхемы.
Регулируя таким образом ширину импульсов на затворе транзистора VT2, управляем током зарядки АБ.

Транзистор VT1, включенный параллельно затвору мощного ключа, обеспечивает необходимую скорость разрядки затворной емкости последнего, предотвращая «плавное» запирание VT2. При этом амплитуда выходного напряжения при отсутствии АБ (или прочей нагрузки) практически равна входному напряжению питания.

При активной нагрузке выходное напряжение будет определяться током через нагрузку (её сопротивлением), что позволит использовать эту схему в качестве драйвера тока.

При заряде АБ напряжение на выходе ключа (а, значит, и на самой АБ) в течении времени будет стремиться в росте к величине, определяемой входным напряжением (теоретически) и этого, конечно, допустить нельзя, зная, что величина напряжения заряжаемого литиевого аккумулятора должна быть ограничена на уровне 4,1 В (4,2 В). Поэтому в ЗУ применена схема порогового устройства, представляющего из себя триггер Шмитта (здесь и далее - ТШ) на ОУ КР140УД608 (IC1) или на любом другом ОУ.

При достижении необходимого значения напряжения на АБ, при котором потенциалы на прямом и инверсном входах (выводы 3, 2 - соответственно) IC1 сравняются, на выходе ОУ появится высокий логический уровень (практически равный входному напряжению), заставив зажечься светодиод индикации окончания зарядки HL2 и светодиод оптрона VH1 который откроет собственный транзистор, блокирующий подачу импульсов на выход U1. Ключ на VT2 закроется, заряд АБ прекратится.

По окончании заряда АБ он начнет разряжаться через встроенный в VT2 обратный диод, который окажется прямовключенным по отношению к АБ и ток разряда составит приблизительно 15-25 мА с учетом разряда кроме того через элементы схемы ТШ. Если это обстоятельство кому-то покажется критичным, в разрыв между стоком и отрицательным выводом АБ следует поставить мощный диод (лучше с малым прямым падением напряжения).

Гистерезис ТШ в этом варианте ЗУ выбран таким, что заряд вновь начнется при понижении величины напряжения на АБ до 3,9 В.

Это ЗУ можно использовать и для заряда последовательно соединенных литиевых (и не только) АБ. Достаточно откалибровать с помощью переменного резистора PR3 необходимый порог срабатывания.
Так, например, ЗУ, собранный по схеме 1, функционирует с трехсекционной последовательной АБ от ноутбука, состоящей из сдвоенных элементов, которая была смонтирована взамен никель-кадмиевой АБ шуруповерта.
БП от ноутбука (19В/4,7А) подключен к ЗУ, собранному в штатном корпусе ЗУ шуруповерта взамен оригинальной схемы. Зарядный ток «новой» АБ составляет 2 А. При этом транзистор VT2, работая без радиатора нагревается до температуры 40-42 С в максимуме.
ЗУ отключается, естественно, при достижении напряжения на АБ=12,3В.

Гистерезис ТШ при изменении порога срабатывания остается прежним в ПРОЦЕНТНОМ отношении. Т.е., если при напряжении отключения 4,1 В, повторное включение ЗУ происходило при снижении напряжения 3,9 В, то в данном случае повторное включение ЗУ происходит при снижении напряжения на АБ до 11,7 В. Но при необходимости глубину гистерезиса можно изменить.

Калибровка порога и гистерезиса зарядного устройства

Настройка токового режима еще проще.
1. Отключаем пороговое устройство любыми доступными (но безопасными) способами: например, «посадив» движок PR3 на общий провод устройства или «закорачивая» светодиод оптрона.
2. Вместо АБ подключаем к выходу ЗУ нагрузку в виде 12-вольтовой лампочки (например, я использовал для настройки пару 12V ламп на 20 Вт).
3. Амперметр включаем в разрыв любого из проводов питания на входе ЗУ.
4. Устанавливаем на минимум движок PR1 (максимально влево по схеме).
5. Включаем ЗУ. Плавно вращаем ручку регулировки PR1 в сторону роста тока до получения необходимого значения.
Можете попробовать поменять сопротивление нагрузки в сторону меньших значений ее сопротивления, присоединив параллельно, скажем, ещё одну такую же лампу или даже «закоротить» выход ЗУ. Ток при этом не должен измениться значительно.

В процессе испытаний устройства выяснилось, что частоты в диапазоне 100-700 Гц оказались оптимальными для этой схемы при условии использования IRF3205, IRF3710 (минимальный нагрев). Так как TL494 используется неполно в этой схеме, свободный усилитель ошибки микросхемы можно использовать, например, для работы с датчиком температуры.

Следует иметь в виду и то, что при неправильной компоновке даже правильно собранное импульсное устройство будет работать некорректно. Поэтому не следует пренебрегать опытом сборки силовых импульсных устройств, описанном в литературе неоднократно, а именно: все одноименные «силовые» соединения следует располагать на кратчайшем расстоянии относительно друг друга (в идеале - в одной точке). Так, например, точки соединения такие, как коллектор VT1, выводы резисторов R6, R10 (точки соединения с общим проводом схемы), вывод 7 U1 - следует объединить практически в одной точке либо посредством прямого короткого и широкого проводника (шины). То же касается и стока VT2, вывод которого следует «повесить» непосредственно на клемму "-" АБ. Выводы IC1 также должны находиться в непосредственной «электрической» близости к клеммам АБ.

Схема ЗУ № 2 (TL494)

Как видно, для быстрой смены токового режима и работы с разным количеством последовательно соединенных элементов, введены фиксированные настройки с подстроечными резисторами PR1-PR3 (установка тока), PR5-PR7 (установка порога окончания зарядки для разного количества элементов) и переключателей SA1 (выбор тока зарядки) и SA2 (выбор количества заряжаемых элементов АБ).
Переключатели имеют по два направления, где вторые их секции переключают светодиоды индикации выбора режима.

Ещё одно отличие от предыдущего устройства - использование второго усилителя ошибки TL494 в качестве порогового элемента (включенного по схеме ТШ), определяющего окончание зарядки АБ.

Ну, и, конечно, в качестве ключа использован транзистор р-проводимости, что упростило полное использование TL494 без применения дополнительных компонентов.

Методика настройки порогов окончания зарядки и токовых режимов такая же , как и для настройки предыдущей версии ЗУ. Разумеется, для разного количества элементов, порог срабатывания будет меняться кратно.

При испытании этой схемы был замечен более сильный нагрев ключа на транзисторе VT2 (при макетировании использую транзисторы без радиатора). По этой причине следует использовать другой транзистор (которого у меня просто не оказалось) соответствующей проводимости, но с лучшими токовыми параметрами и меньшим сопротивлением открытого канала, либо удвоить количество указанных в схеме транзисторов, включив их параллельно с раздельными затворными резисторами.

Использование указанных транзисторов (в «одиночном» варианте) не критично в большинстве случаев, но в данном случае размещение компонентов устройства планируется в малогабаритном корпусе с использованием радиаторов малого размера или вовсе без радиаторов.

Схема ЗУ № 3 (TL494)

Схема ЗУ № 3а (TL494)

Схема ЗУ № 4 (TL494)

Такой модуль всегда пригодится для стендовых испытаний как АБ, так и прочих устройств. Имеет смысл использование встроенных приборов (вольтметр, амперметр). Формулы расчета накопительных и помеховых дросселей описаны в литературе. Скажу лишь, что использовал готовые различные дроссели (с диапазоном указанных индуктивностей) при испытаниях, экспериментируя с частотой ШИМ от 20 до 90 кГц. Особой разницы в работе регулятора (в диапазоне выходных напряжений 2-18 В и токов 0-4 А) не заметил: незначительные изменения в нагреве ключа (без радиатора) меня вполне устраивали. КПД, однако, выше при использовании меньших индуктивностей.
Лучше всего регулятор работал с двумя последовательно соединенными дросселями 22 мкГн в квадратных броневых сердечниках от преобразователей, интегрированных в материнские платы ноутбуков.

Схема ЗУ № 5 (MC34063)

Схема ЗУ № 6 (UC3843)

В схемах 5 и 6, при экспериментах использовались те же наборы компонентов (включая дроссели). По результатам испытаний все перечисленные схемы мало в чем уступают друг другу в заявленном диапазоне параметров (частота/ток/напряжение). Поэтому схема с меньшим количеством компонентов предпочтительнее для повторения.

Схема ЗУ № 7 (TL494)

Применено реле для коммутации батареи из режима «заряд» в режим «нагрузка».

Работа с ЗУ аналогична работе с предыдущими устройствами. Калибровка осуществляется переводом тумблера в режим «калибровка». При этом контакт тумблера S1 подключает пороговое устройство и вольтметр к выходу интегрального регулятора IC2. Выставив необходимое напряжение для предстоящей зарядки конкретной АБ на выходе IC2, с помощью PR3 (плавно вращая) добиваются зажигания светодиода HL2 и, соответственно, срабатывания реле К1. Уменьшая напряжение на выходе IC2, добиваются гашения HL2. В обоих случаях контроль осуществляется встроенным вольтметром. После установки параметров срабатывания ПУ, тумблер переводится в режим заряда.

Схема № 8

Конструкция зарядного устройства

Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. - электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все - такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.

Читательское голосование

Статью одобрили 77 читателей.

Схема в корне отличается от устройства его предшественника – сварочного трансформатора. Основой конструкции прежних сварочных аппаратов был трансформатор понижающего типа, что делало их габаритными и тяжелыми. Современные сварочные инверторы благодаря использованию при их производстве передовых разработок – это легкие и компактные устройства, отличающиеся широкими функциональными возможностями.

Основным элементом электрической схемы любого сварочного инвертора является импульсный преобразователь, вырабатывающий ток высокой частоты. Именно благодаря этому использование инвертора дает возможность легко зажигать сварочную дугу и поддерживать ее в стабильном состоянии на всем протяжении сварки. Схема сварочного инвертора в зависимости от модели может иметь определенные особенности, но принцип его работы, который будет рассмотрен ниже, остается неизменным.

Какие виды инверторов представлены на современном рынке

Для определенного типа сварки следует правильно выбирать инверторное оборудование, каждый вид которого обладает специфической электрической схемой и, соответственно, особыми техническими характеристиками и функциональными возможностями.

Инверторы, которые выпускают современные производители, могут одинаково успешно использоваться как на производственных предприятиях, так и в быту. Разработчики постоянно совершенствуют принципиальные электрические схемы инверторных аппаратов, что позволяет наделять их новыми функциями и улучшать их технические характеристики.

Инверторные устройства в качестве основного оборудования широко используются для выполнения следующих технологических операций:

• плавящимся и неплавящимся электродами;
• сварки по полуавтоматической и автоматической технологиям;
• плазменной резки и др.

Кроме того, инверторные аппараты являются наиболее эффективным типом оборудования, которое используется для сварки алюминия, нержавеющей стали и других сложносвариваемых металлов. Сварочные инверторы, вне зависимости от особенностей своей электрической схемы, позволяют получать качественные, надежные и аккуратные сварные швы, выполняемые по любой технологии. При этом, что важно, компактный и не слишком тяжелый инверторный аппарат при необходимости можно в любой момент легко перенести в то место, где будут выполняться сварочные работы.

Что включает в себя конструкция сварочного инвертора

Схема сварочного инвертора, которая определяет его технические характеристики и функциональность, включает в себя такие обязательные элементы, как:

• блок, обеспечивающий электрическим питанием силовую часть устройства (он состоит из выпрямителя, емкостного фильтра и нелинейной зарядной цепи);
• силовая часть, выполненная на базе однотактного конвертора (в данную часть электрической схемы также входят силовой трансформатор, вторичный выпрямитель и выходной дроссель);
• блок питания элементов слаботочной части электрической схемы инверторного аппарата;
• ШИМ-контроллер, который включает в себя трансформатор тока и датчик тока нагрузки;
• блок, отвечающий за термозащиту и управление охлаждающими вентиляторами (в данный блок принципиальной схемы входят вентиляторы инвертора и температурные датчики);
• органы управления и индикации.

Как работает сварочный инвертор

Формирование тока большой силы, при помощи которого создается электрическая дуга для расплавления кромок соединяемых деталей и присадочного материала, – это то, для чего предназначен любой сварочный аппарат. Для этих же целей необходим и инверторный аппарат, позволяющий формировать сварочный ток с большим диапазоном характеристик.

В наиболее простом изложении принцип выглядит так.

• Переменный ток с частотой 50 Гц из обычной электрической сети поступает на выпрямитель, где происходит его преобразование в постоянный.
• После выпрямителя постоянный ток сглаживается при помощи специального фильтра.
• Из фильтра постоянный ток поступает непосредственно на инвертор, в задачу которого входит опять преобразовать его в переменный, но уже с более высокой частотой.
• После этого при помощи трансформатора понижают напряжение переменного высокочастотного тока, что дает возможность увеличить его силу.

Для того чтобы понять, какое значение имеет каждый элемент принципиальной электрической схемы инверторного аппарата, стоит рассмотреть его работу подробнее.

Процессы, протекающие в электрической схеме сварочного инвертора

Схема позволяет увеличивать частоту тока со стандартных 50 Гц до 60–80 кГц. Благодаря тому, что на выходе такого устройства регулировке подвергается высокочастотный ток, для этого можно эффективно использовать компактные трансформаторы. Увеличение частоты тока происходит в той части электрической схемы инвертора, где расположен контур с мощными силовыми транзисторами. Как известно, на транзисторы подается только постоянный ток, для чего и необходим выпрямитель на входе аппарата.

Принципиальная схема заводского сварочного инвертора «Ресанта» (нажмите, чтобы увеличить)

Схема инвертора от немецкого производителя FUBAG с рядом дополнительных функций (нажмите, чтобы увеличить)

Пример принципиальной электрической схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления (нажмите, чтобы увеличить)

Принципиальная электрическая схема инверторного устройства состоит из двух основных частей: силового участка и цепи управления. Первым элементом силового участка схемы является диодный мост. Задача такого моста как раз и состоит в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.

В постоянном токе, преобразованном из переменного в диодном мосту, могут возникать импульсы, которые необходимо сглаживать. Для этого после диодного моста устанавливается фильтр, состоящий из конденсаторов преимущественно электролитического типа. Важно знать, что напряжение, которое выходит из диодного моста, примерно в 1,4 раза больше, чем его значение на входе. Диоды выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный очень сильно нагреваются, что может серьезно сказаться на их работоспособности.

Чтобы защитить их, а также другие элементы выпрямителя от перегрева, в данной части электрической схемы используют радиаторы. Кроме того, на сам диодный мост устанавливается термопредохранитель, в задачу которого входит отключение электропитания в том случае, если диодный мост нагрелся до температуры, превышающей 80–90 градусов.

Высокочастотные помехи, создаваемые при работе инверторного устройства, могут через его вход попасть в электрическую сеть. Чтобы этого не произошло, перед выпрямительным блоком схемы устанавливается фильтр электромагнитной совместимости. Состоит такой фильтр из дросселя и нескольких конденсаторов.

Сам инвертор, который преобразует уже постоянный ток в переменный, но обладающий значительно более высокой частотой, собирается из транзисторов по схеме «косой мост». Частота переключения транзисторов, за счет которых и происходит формирование переменного тока, может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный таким образом высокочастотный переменный ток имеет амплитуду прямоугольной формы.

Получить на выходе устройства ток достаточной силы для того, чтобы можно было с его помощью эффективно выполнять сварочные работы, позволяет понижающий напряжение трансформатор, установленный за инверторным блоком. Для того чтобы получить с помощью инверторного аппарата постоянный ток, после понижающего трансформатора подключают мощный выпрямитель, также собранный на диодном мосту.

Элементы защиты инвертора и управления им

Избежать влияния негативных факторов на работу инвертора позволяют несколько элементов в его принципиальной электрической схеме.

Для того чтобы транзисторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный, не сгорели в процессе своей работы, используются специальные демпфирующие (RC) цепи. Все блоки электрической схемы, которые работают под большой нагрузкой и сильно нагреваются, не только обеспечены принудительным охлаждением, но также подключены к термодатчикам, отключающим их питание в том случае, если температура их нагрева превысила критическое значение.

Из-за того, что конденсаторы фильтра после своей зарядки могут выдавать ток большой силы, который в состоянии сжечь транзисторы инвертора, аппарату необходимо обеспечить плавный пуск. Для этого используют стабилизаторные устройства.

В схеме любого инвертора имеется ШИМ-контроллер, который отвечает за управление всеми элементами его электрической схемы. От ШИМ-контроллера электрические сигналы поступают на полевой транзистор, а от него – на разделительный трансформатор, имеющий одновременно две выходные обмотки. ШИМ-контроллер посредством других элементов электрической схемы также подает управляющие сигналы на силовые диоды и силовые транзисторы инверторного блока. Для того чтобы контроллер мог эффективно управлять всеми элементами электрической схемы инвертора, на него также необходимо подавать электрические сигналы.

Для выработки таких сигналов используется операционный усилитель, на вход которого подается формируемый в инверторе выходной ток. При расхождении значений последнего с заданными параметрами операционный усилитель и формирует управляющий сигнал на контроллер. Кроме того, на операционный усилитель поступают сигналы от всех защитных контуров. Это необходимо для того, чтобы он смог отключить инвертор от электропитания в тот момент, когда в его электрической схеме возникнет критическая ситуация.

Достоинства и недостатки сварочных аппаратов инверторного типа

Аппараты, которые пришли на смену привычным всем трансформаторам, обладают рядом весомых преимуществ.

• Благодаря совершенно иному подходу к формированию и регулированию сварочного тока масса таких устройств составляет всего 5–12 кг, в то время как сварочные трансформаторы весят 18–35 кг.
• Инверторы обладают очень высоким КПД (порядка 90%). Это объясняется тем, что в них расходуется значительно меньше лишней энергии на нагрев составных частей. Сварочные трансформаторы, в отличие от инверторных устройств, очень сильно греются.
• Инверторы благодаря такому высокому КПД потребляют в 2 раза меньше электрической энергии, чем обычные трансформаторы для сварки.
• Высокая универсальность инверторных аппаратов объясняется возможностью регулировать с их помощью сварочный ток в широких пределах. Благодаря этому одно и то же устройство можно использовать для сварки деталей из разных металлов, а также для ее выполнения по разным технологиям.
• Большинство современных моделей инверторов наделены опциями, которые минимизируют влияние ошибок сварщика на технологический процесс. К таким опциям, в частности, относятся «Антизалипание» и «Форсирование дуги» (быстрый розжиг).
• Исключительная стабильность напряжения, подаваемого на сварочную дугу, обеспечивается за счет автоматических элементов электрической схемы инвертора. Автоматика в данном случае не только учитывает и сглаживает перепады входного напряжения, но и корректирует даже такие помехи, как затухание сварочной дуги из-за сильного ветра.
• Сварка с использованием инверторного оборудования может выполняться электродами любого типа.
• Некоторые модели современных сварочных инверторов имеют функцию программирования, что позволяет точно и оперативно настраивать их режимы при выполнении работ определенного типа.

В основу устройства положен двухтактный полумостовой импульсный преобразователь (инвертор) на мощных транзисторах VT4 и VT5, управляемый широтно-импупьсным контроллером DA1 по низковольтной стороне. Такие преобразователи, устойчивые к повышению питающего напряжения и изменению сопротивления нагрузки, хорошо зарекомендовали себя в источниках питания современных компьютеров. Поскольку в ШИ-контроллере К1114ЕУ4 находятся два усилителя ошибки, для контроля зарядного тока и выходного напряжения не требуется дополнительных микросхем.

Быстродействующие диоды VD14, VD15 защищают коллекторный переход транзисторов VT4, VT5 от обратного напряжения на обмотке I трансформатора Т2 и отводят энергию выбросов обратно в источник питания. Диоды должны обладать минимальным временем включения.

Терморезистор R9 ограничивает ток зарядки конденсаторов С7, С8 при включении устройства в сеть.

Для подавления помех со стороны преобразователя служит сетевой фильтр С1, С2,С5,L1.

Цепи R19, R21, С12, VD9 и R20, R22, C13, VD10 служат для форсирования процесса закрывания коммутирующих транзисторов путем подачи в их базовую цепь минусового напряжения. Это позволяет снизить коммутационные потери и увеличить КПД преобразователя.

Конденсатор С9 предотвращает подмагничивание магнитопровода трансформатора Т2 из-за неодинаковой ёмкости конденсаторов С7 и С8.

Цепь R17, С11 способствует уменьшению амплитуды выбросов напряжения на обмотке I трансформатора Т2.

Трансформатор Т1 гальванически развязывает вторичные цепи от сети и передает управляющие импульсы в базовую цепь коммутирующих транзисторов. Обмотка III обеспечивает пропорционально токовое управление. Использование трансформаторной развязки позволило сделать эксплуатацию устройства безопасной.

Выпрямитель зарядного тока выполнен на диодах КД2997А (VD11, VD12), способных работать на сравнительно высокой рабочей частоте преобразователя.

Резистор R26 - выполняет роль датчик тока. Напряжение с этого резистора, поданное на неинвертирующий вход первого усилителя ошибки контроллера DA1, сравнивается с напряжением на его инвертирующем входе, устанавливаемом резистором R1 "ТОК ЗАРЯДА". При изменении сигнала ошибки изменяется скважность управляющих импульсов, время открытого состояния коммутирующих транзисторов инвертора и, значит, передаваемая в нагрузку мощность.

Напряжение с делителя R23, R24, пропорциональное напряжению на заряжаемой батарее, поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки и сравнивается с напряжением на резисторе R4, приложенным к инвертирующему входу этого усилителя. Таким образом происходит регулирование выходного напряжения. Это позволяет избежать интенсивного кипения электролита в конце зарядки путем снижения зарядного тока.

ШИ - контроллер имеет встроенный источник стабильного напряжения 5 В, который питает все делители напряжения, задающие требуемые значения напряжения на выходе устройства и зарядного тока.

Рис. 1. Принципиальная схема импульсного зарядного устройства.

Поскольку питание на микросхему DA1 поступает с выхода устройства, недопустимо снижение выходного напряжения устройства до 8 В - в этом случае прекращается стабилизация зарядного тока и он может превысить предельно допустимое значение. Подобные ситуации исключает узел, собранный на транзисторе VTЗ и стабилитроне VD13, - он блокирует включение зарядного устройства, если его нагрузить неисправной либо сильно разряженной батареей (с ЭДС менее 9 В). Стабилитрон, а значит, и транзистор узла остаются закрытыми, а вход DTC (вывод 4) микросхемы DA1 - подключенным через резистор R6 к выходу Uref встроенного источника образцового напряжения (вывод 14). Напряжение на входе DTC при этом - не менее 3 В, и формирование импульсов запрещено.

При подключении к выходу устройства исправной батареи открывается стабилитрон VD13 и вслед за ним транзистор VTЗ, замыкая на общий провод вход DTC контроллера и тем самым разрешая формирование импульсов на выводах 8 и 11 (выходы C1, С2 - открытый коллектор). Частота следования импульсов - около 60 кГц. После усиления по току транзисторами VT1, VT2 они через трансформатор Т1 передаются на базу коммутирующих транзисторов VT4 и VT5.

Частоту повторения импульсов определяют элементы R10 и С6. Её рассчитывают по формуле:

F=1,1/R10 * С6.

Настройка устройства

Для налаживания преобразователя потребуются ЛАТР, осциллограф, исправная аккумуляторная батарея и два измерителя - вольтметр и амперметр (до 20 А). Если в распоряжении радиолюбителя окажется развязывающий трансформатор 220 В х 220 В мощностью не менее 300 Вт, следует устройство включить через него - работать будет безопаснее.

Сначала через временный токоограничительный резистор сопротивлением 1 Ом мощностью не менее 75 Вт (или автомобильную лампу мощностью 40-60 Вт) подключают к выходу устройства батарею и убеждаются в наличии плюсового напряжения 5 В на выходе Uref (вывод 14) ШИ контроллера. Подключают осциллограф к выводам 8 и 11 (выходы С1 и С2) контроллера и наблюдают импульсы управления. Движок резистора R1 устанавливают в крайнее нижнее по схеме положение (минимальный зарядный ток) и подают от ЛАТРа на сетевой вход устройства напряжение 36 -48 В.

Транзисторы VT4 и VT5 не должны сильно нагреваться. Осциллографом контролируют напряжение между эмиттером и коллектором этих транзисторов. При наличии выбросов на фронте импульсов следует применить более быстродействующие диоды VD14, VD15 либо точнее подобрать элементы R17 и СП демпфирующей цепи.

Необходимо иметь в виду, что далеко не все осциллографы допускают измерения в цепях, гальванически связанных с сетью. Кроме этого, помните, что часть элементов устройства находится под сетевым напряжением - это небезопасно!

Если все в порядке, напряжение на сетевом входе плавно повышают ЛАТРом до 220 В и контролируют работу транзисторов VT4, VT5 по осциллографу. Выходной ток при этом не должен превышать 3 А. Вращая движок резистора R1, убеждаются в плавном изменении тока на выходе устройства.

Далее из выходной цепи удаляют временный токоограничительный резистор (или лампу) и подключают батарею непосредственно к выходу устройства. Подбирают резисторы R2, R5 так, чтобы пределы изменения зарядного тока регулятором R2 были равны 0,5 и 25 А. Устанавливают максимальное выходное напряжение равным 15 В подборкой резистора R4.

Ручку регулятора R2 снабжают шкалой, проградуированной в значениях зарядного тока. Можно оснастить устройство амперметром.

Коробка и все металлические нетоковедущие части зарядного устройства на время его работы должны бытъ надежно заземлены. Не рекомендуется оставлять работающее зарядное устройство на длительное время без присмотра.

Детали

Диоды КД257Б можно заменить на RL205, а КД2997А - на другие, в том числе на диоды Шатки с обратным напряжением более 50 В и выпрямленным током более 20 А, FR155 - на быстродействующие импульсные диоды FR205, FR305, а также UF4005.

Диоды VD11, VD12 также снабжают общим теплоотводом площадью поверхности не менее 200 см2.

ШИ-контроллер К1114ЕУ4 имеет множество зарубежных аналогов - TL494IN, DBL494, mPC494, IR2M02, КА7500.

Вместо КТ886А-1 подойдут транзисторы КТ858А, КТ858Б или КТ886Б-1.

Транзисторы VT4 и VT5 устанавливают на теплоотводы площадью не менее 100 см.

Использовать в качестве теплоотвода стенки коробки устройства, а также общий теплоотвод для диодов и транзисторов не следует из соображений безопасности эксплуатации зарядного устройства. Размеры теплоотводов можно существенно уменьшить, если принудительно охлаждать их вентилятором.

Трансформаторы самые ответственные и трудоемкие элементы любого импульсного преобразователя. От качества их изготовления зависят не только характеристики устройства, но и вообще его работоспособность.

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х12x6 из феррита М2000НМ.

Обмотка I намотана проводом ПЭВ-2 0,4 равномерно по всему кольцу и содержит 2x28 витков.

Обмотки II и IV - по 9 витков провода ПЭВ-2 0,5.

Обмотка III - два витка провода МГТФ-0,8. Обмотки изолированы одна от другой и от магнитопровода двумя слоями тонкой фторопластовой ленты.

Трансформатор Т2 намотан на броневом магнитопроводе Ш10х10 из феррита М2000НМ (или, еще лучше, М2500НМС), годится и кольцевой магнитопровод аналогичного сечения.

Обмотка I содержит 35 витков провода ПЭВ-2 0,8.

Обмотка II - 2x4 витка жгута сечением не менее 4 мм2 из нескольких проводов ПЭВ-2 или ПЭЛ. Если принудительно охлаждать трансформатор, сечение жгута можно уменьшить.

Следует отметить, что от качества межобмоточной изоляции трансформаторов зависит не только надежность устройства, но и безопасность его эксплуатации, поскольку именно она изолирует вторичные цепи от напряжения сети. Поэтому не следует выполнять ее из подручных материалов - оберточной бумаги, канцелярского скотча и т. д. - и уж тем более пренебрегать ей, как иногда делают малоопытные радиолюбители. Лучше всего применять тонкую фторопластовую ленту или конденсаторную бумагу из высоковольтных конденсаторов, укладывая её в 2 - 3 слоя.