Преобразователи напряжения на ТМС-21

Преобразователи напряжения на ТМС-21

Во всех рассмотренных преобразователях используются согласующие импульсные трансформаторы ТМС-21 или ТС2-1 из модулей строчной развертки цветных телевизоров 3-4УСЦТ-3. В таких телевизорах в цепь первичной обмотки импульсного трансформатора обычно включен высоковольтный транзистор КТ940А, а в качестве нагрузки вторичной понижающей обмотки используется мощный высоковольтный КТ838А или аналогичный.

На 1 показана схема понижающего преобразователя напряжения 12 В/3,3 В. Преобразователь построен по схеме с принудительным возбуждением. Задающий генератор построен на логических элементах DD 1.1, DD 1.2 КМОП микросхемы К561ЛА7. Частота генерации выбрана около 28 кГц, форма — меандр. На элементах DD1.3, DD1.4 реализован усилитель мощности управляющих импульсов. Первичная обмотка трансформатора включена в коллекторную цепь мощного высокочастотного составного транзистора VT1 типа 2SC3987. На схеме структура использованного составного транзистора показана в упрощенном виде. Транзистор имеет изолированный корпус. Пониженное напряжение снимают с вторичной обмотки Т1. На мощном диоде Шот- тки реализован однополупериод- ный выпрямитель. Конденсаторы С9, СЮ образуют фильтр выпрямленного напряжения. Этот преобразователь при его питании напряжением 12… 12,5 В обеспечивает выходное напряжение 3,3 В на нагрузке 1 А, при этом потребляемый преобразователем ток будет около 0,34 А. Задача максимально оптимизировать схему преобразователя пока не ставилась, возможно, что при более тщательной проработке обвязки импульсного трансформатора можно получить больший КПД. Правильную фазировку обмоток импульсного трансформатора определяют по наименьшему напряжению на выво-,дах конденсатора С9. В зависимости от типа подключения выхода преобразователя напряжения, он может работать как источник постоянного напряжения с гальванической развязкой, так и как источник дополнительного напряжения положительной или отрицательной полярности.

Маломощный дроссель 1.1 и относительно мощный 1.2 образуют фильтры питания интегральной микросхемы 001 и силового ключа УТ1.

Размах амплитуды импульсов напряжения коллектор-эмиттер при напряжении питания 12 В транзистора УП почти не зависит оттока нагрузки и составляет около 70 В. Такое напряжение несколько больше максимально допустимого для транзистора типа 25С3987, поэтому, если этот транзистор будет использован не только для экспериментов, но и в

законченной конструкции практического назначения, то нужно позаботиться об эффективном охлаждении корпуса транзистора, что повысит надежность, и (или) применить более высоковольтный составной биполярный транзистор, например, 2601026 (100 В, 15 А, 100 Вт), 2501044А (170 В, 6 А, 60 Вт).

Если «поменять местами» обмотки импульсного трансформатора и немного изменить схему, то вместо понижающего преобразователя напряжения получится повышающий преобразователь. Принципиальная схема такого преобразователя показана на 2. Фазировка обмоток Т1 должна быть такой, чтобы на конденсаторе С9 было меньшее напряжение. В этом преобразователе постоянное напряжение +12 В трансформируется в напряжение положительной полярности +26 В и отрицательной полярности -100 В. Допустимый ток нагрузки для отрицательного напряжения не должен

превышать нескольких миллиампер, при этом выходное напряжение сильно зависит от тока нагрузки. Это напряжение можно использовать, например, для проверки стабилитронов, высоковольтных транзисторов, газоразрядных ламп. Выпрямитель напряжения +26 более мощный, при этом выходное напряжение зависит от нагрузки в меньшей степени — при токе нагрузки 1 50 мА оно снижается на 3 В. Размах амплитуды напряжения в этом преобразователе примерно на 10 В меньше, чем в понижающем преобразователе. При попытке использования на месте У01 вместо диода НЕШ 55 диода Шоттки БРЗбО (603, 3 А), тот был моментально пробит.

Нагрев импульсного трансформатора при работе с максимальным током нагрузки не превышает + 10°С относительно комнатной температуры, если в вашем случае нагрев УП будет больше, то транзистор должен быть установлен на небольшой теплоотвод. При установке в преобразователь напряжения, собранном по схеме 2, популярного мощного высоковольтного полевого транзистора IRF640 (200 В, 1 8 А, 125 Вт) выходное напряжение преобразователя увеличилось с 26 В до 27,5 В, при этом потребляемый ток остался прежним. Амплитуда импульсов напряжения сток-исток составила около 40 В. При увеличении тока нагрузки до 1 А выходное напряжение снизилось с 26 до 18 В. Мощный полевой транзистор целесообразно

применять при напряжении питания преобразователя 10… 15 В. При напряжении питания 3…5 В целесообразней использовать биполярный транзистор, а при напряжении питания 5… 1 0 В подойдут полевые транзисторы с малым пороговым напряжением открывания сток-затвор, например 1К1.244Е.

Об упрощении схемы

Об упрощении схемы

Схему не составляет проблем упростить. Для этого изменяют как схему блока питания, так и схему термостабилизации. Стабилизатор напряжения упрощается за счет использования 9-вольтовых зарубежных ИМС стабилизаторов (7809 и 7909) в типовом включении. Нельзя только забывать особенности ИМС стабилизаторов. Речь идет о минимально допустимых нагрузках (ток нагрузки менее 10 мА может приводить к неустойчивой работе ИМС) и самовозбуждениях ИМС.

Критичной оказывается лишь одна точка в схеме 1 — это напряжение на резисторе 146. Если это напряжение будет меняться, то стабильности в схеме никогда не достичь. Вопрос, тем не менее, решается предельно просто. Значение напряжения 3,1 В. Его допустимо уменьшить до 2,5…2,7 В.

В итоге, вместо ІЧ6 вполне подходит ТІ.431. Ее включают предельно просто, соединив катод с управляющим выводом вместо резистора ІЧ6, а сопротивление В5 надо уменьшить до 2 кОм, чтобы ток через ТІ.431 был значительно больше 1 мА.

Таким образом, в схеме термостабилизации деталей не добавляется, зато в блоке питания их становится на 7 шт. меньше (ИМС 7809 — вместо КТ817 и 7909 — взамен КТ816).

Выпрямительный мост \Ю2 также можно заменить двумя диодами, т.е. использовать схему удвоения напряжения. В таком случае и одна из 10-вольтовых обмоток трансформатора становится ненужной. Ток в данной цепи составляет до 10 мА, следовательно, такая схема себя вполне оправдывает.

Что касается непосредственно схемы стабилизации температуры, то из нее можно исключить каскад на 0А2.2 и резисторы В10, 1411. Резистор Я2 также можно исключить, замкнув его накоротко. В результате схема значительно упрощается.

Об оксидных конденсаторах

Об оксидных конденсаторах

В конструкции [1] одним только оксидным конденсаторам требуется немало пространства. Использовано четыре конденсатора емкостью 2000 мкФ каждый.

А ведь эти конденсаторы весьма чувствительны к повышению температуры. Срок их службы с ростом температуры резко сокращается, что создает дополнительную неприятность для всех радиолюбителей, проектировщиков и ремонтников техники (РЭА).

Такие конденсаторы где угодно внутри конструкции размещать не следует. Нужны места с минимальным прогревом внутреннего пространства корпуса аппаратуры.

Отсюда и вывод: везде, где только предоставляется возможность избежать применения оксидных конденсаторов большой емкости, надо этим пользоваться.

О недостатках схемы паяльной станции

О недостатках схемы паяльной станции

Важнейший момент в схеме 1 [1] — это некорректное использование стабилитрона Д818Е. Он выполняет функцию источника опорного напряжения.

Применение простейшего параметрического стабилизатора напряжения в таком ответственном месте схемы недопустимо. Чтобы вся схема стабильно работала, требуется стабильный ток (10 мА) для Д818Е, т.е. вместо балластного резистора 131 (750 Ом) нужен генератор стабильного тока. Для этого нужно заменить Д818Е на"П431 в типовом включении. Еще проще — установить вместо Д818Е ИМС стабилизатора напряжения. Например,подходит 7809.

В данном случае, при питании через балластный резистор [1] стабилитрон Д818Е обеспечить высокой стабильности напряжения не может.

Во-первых, по причине коммутации нагревателя паяльника.

Во-вторых, сетевое напряжение в наших электросетях также не стоит на месте.

И все это влияет на значение напряжения Д818Е и стабильность температуры жала.

Частотозадающие элементы С4 и И5 схемы [1] должны быть высокостабильными. Об этом в [1] также ничего не сказано.

Узел управления нагревателем паяльника [1] выполнен не оптимально, так как от параметров экземпляра 11216 (давно устаревшего германиевого транзистора) зависит надежность этого узла.

Автор данной публикации экспериментировал с подобными схемами. Были проведены испытания схем З и 4 применительно к схеме 1, чтобы заменять ПТ типа 1ВЕ248Ы. Интерес к тематике, собрать «что-то из ничего», всегда был и будет, особенно на периферии. Тем более что у многих сохранились старые транзисторы в большом количестве.

Согласно справочным данным, германиевые транзисторы типов П216, П217 имеют разброс по величине напряжения насыщения икэнас в пять раз и более. Однако германиевые транзисторы имеются свои нюансы, которые нужно учитывать. Иначе падение напряжения на открытом германиевом транзисторе будет не меньше, чем на кремниевом.

На первый взгляд может показаться, что схемы З и 4 почти не отличаются. Но для З в качестве УТ1 нужен транзистор с большим И21Э, и самым серьезным недостатком схем З и 2 [1] является именно неоптимальное управление П216.

При токе базы (П216) Іб=30 мА, для б21э=60, при работе на паяльник (11н=12 Ом) требуется мощный резистор 112. Рассеиваемая на нем мощность расходуется впустую. Это плата за «простоту» схемы. Если П216 имеет И21Э меньше 60, то сопротивление И2 придется уменьшать. При б21э=30 — в два раза. Мощность на резисторе Я2 также возрастет вдвое. И 2-ваттным резистором уже не обойтись.

Все сказанное относится и к 4, только вместо И2 подразумевается 137. Обращает на себя внимание и наличие низкоомного мощного резистора 139 в схеме 4, который ухудшает параметры схемы.

Включение резистора в цепь базы П216 не приносит никаких преимуществ в данном случае, если сравнивать 2 и 4. Недостаток же схемы 4 проявляется как раз в том, что часть коллекторного тока (1к) транзистора \/Т2 уходит не на то, чтобы «получше» открыть УТ1, а на бесполезный нагрев 139. Поэтому в схеме З применяли ИЗ мощностью всего в 0,25 Вт, а не 2 Вт, как на 2. Вот такие «мелочи» в четырех резисторах.

Типовое значение 1п21э для П216 обычно 20…30. Для надежного управления П216 требуется запас по току от схемы управления (драйвера) \/Т1 и УТ2.

В схеме 2 при 132=510 Ом был икэнас=270 мВ, а при 132=300 Ом — икэнас=170 мВ, что уже приближается к полевому транзистору 113Р540. Поэтому для П216Д в схеме 2 никакой радиатор не был нужен (при икэ_ нас=170 МВ).

В схеме 2 практически нет запаса по току 1б для П216, т.е. эта схема наиболее критична к подбору экземпляра П216 с максимальным значением б21э.

Избавились от недостатков из-за нагрева мощных резисторов в схеме 4. Обе схемы ключей были испытаны в схеме 1 взамен мощного ПТ. При этом оксидный конденсатор в выпрямителе не устанавливался.

Впрочем, и мощные резисторы в ней не нужны, так как в схеме З весь ток базы П216 проходит через 13н, не разогревая никаких резисторов.

В качестве \/Т1 используется маломощный транзистор с небольшим И21э. Составной транзистор в данной позиции не нужен. Включение дополнительного транзистора позволяет разрешить проблему низкого |121э П216. Результирующее усиление равно произведению И21э обоих транзисторов, т.е. И21эобщ=Ь21э \/Т2 ^21э^ТЗ, так как схема уже является составной. У нее есть недостаток — увеличенное икэнас. Поэтому в качестве драйвера (\/Т2) тоже установлен германиевый транзистор, т.е. для сохранения малого, минимально достижимого икэнас для УТЗ, требуется такой \/Т2, который его сможет обеспечить.

О предотвращении возможных проблем

О предотвращении возможных проблем

Если схема изготовлена на печатной плате [2], то проблем с ВЧ генерацией ОУ в схеме не было. При другом исполнении вероятны непредвиденные ситуации. Чтобы исключить влияние вольтметра на схему компаратора ЭА2.1, ВКЛЮЧен ДОПОЛНИТеЛЬНЫЙ реЗИСТОр Ядоп- Сопротивление резистора Вдоп выбирают в пределах 10…33 кОм.

Все ОУ должны работать «чисто» на постоянном токе. Для проверки подключаем по очереди к выходам всех трех ОУ осциллограф, через его штатный емкостной делитель 10/1. Никаких следов самовозбуждений не должно быть. Компаратор и ОА2.2 должны четко переключаться. Никаких ВЧ «заполнений» при переключении ОУ не должно быть. Если что-то подобное и появилось, то его обязательно устраняют, так как ВЧ самовозбуждение ОУ ухудшает точностные параметры схемы.

В проводящем состоянии на переходе сток-исток падение напряжения должно быть минимальным [2].

Следует отметить, что конденсатор на выходе мостового выпрямителя — это головная боль и потенциальная проблема во всех конструкциях, где только он установлен. Ремонтники знают сколько от них хлопот. В схеме 1 оксидный конденсатор в выпрямителе 30 В не нужен.

В итоге, авторская конструкция паяльной станции 1 поместилась в небольшом перфорированном металлическом корпусе размерами 160x145x63 мм. Т.е. более сложная конструкция [2] размещена в значительно меньшем корпусе, чем простая схема [1].

О точности поддержания температуры

О точности поддержания температуры

Автор не занимался исследованиями в отношении прецизионности поддержания температуры потому, что точность поддержания температуры в схеме 1 оказалась достаточной практически для любых монтажных работ.

Нарекания были только к самой конструкции жала. Особенно досаждает его специальное покрытие, которое, конечно, продлевает срок службы жала, но изрядно досаждает в работе с паяльником. Удобство такой конструкции жала в работе с малогабаритными и поверхностными компонентами неоспоримо. Однако поверхность такого жала чрезмерно чувствительна к «чистоте» канифоли и другим факторам.

В результате, поверхность жала быстро покрывается слоем «грязи», которая мешает при пайке. Благо, что этот слой удаляется без особых осложнений.

В результате, приходится дополнительно присматриваться к используемым флюсам и припоям. Это идет только на пользу всему делу. Ведь низкокачественные паяльные материалы проявляются не только на «блеске» пайки, но и на прочности паяного соединения.

Для реализации максимальных возможностей схемы в качестве R1, R3, R5, R6, R8, R16 и R19 использованы прецизионные резисторы. Связано это с тем, что для получения максимальной стабильности температуры требуется максимальная стабильность опорного напряжения на выводе 3 ОУ DA2.1 и стабильное усиление каскада DA1. Если задаться целью «выжать из схемы все», то нужен и качественный переменный резистор R7, например, многооборотный.

Можно поступить иначе. Регулировку всего диапазона температур разбивают на поддиапазоны. При этом каждому из них соответствует и свой более узкий участок регулировки. Потребуется ступенчатое переключение. Сузив диапазон, повышаем точность установки температуры и долговременную ее стабильность. Это позволяет отказаться от использования переменного резистора.

Для контроля температуры в прибор добавлено гнездо ХТ1. К нему можно подключить цифровой вольтметр.

Следует отметить тот факт, что большинство заводских конструкций паяльных станций сложны именно по причине наличия вспомогательных функций.

Зачастую сама схема стабилизации температуры оказывается гораздо проще, чем вся остальная схема.

Плата за применение термопары — это наличие дополнительного каскада усиления напряжения, снимаемого с термопары. Каскад усиления выполнен на дешевом прецизионном зарубежном ОУ.

Весь алгоритм, вся «сложность» работы схемы сосредоточены на сравнении между собой двух напряжений на входах компаратора ОА2.1. Поэтому, если вдруг понадобилась особая ювелирная точность поддержания температуры, то в качестве ОА2.1 можно применять компаратор, а не ОУ.

Точностные характеристики схемы 1 по сравнению с [1] улучшены, поскольку изменено включение прецизионного ОУ. Устранена неработоспособность схемы прототипа.

Использован и совсем иной стабилизатор напряжения. Все это подробно рассмотрено в [2].

Опрос

Какая услуга Вам необходима?

Показать результаты

Загрузка ... Загрузка ...
Декабрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Ноя    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031