В принципе, вопросы мощных импульсных блоков питания обсуждались на форуме неоднократно, например:
Двухступенчатый БП для УМЗЧ;
ЛБП для души и для работы;
Мощный лабораторный блок питания.
Тем не менее, поскольку все эти темы "заговорены" (из-за обилия в них постов выловить полезное сложновато), решил открыть еще одну. Уж извините подлеца...
Давно замыслил сваять себе мощный ЛБП с регулировкой от 0 до 30 В и с ограничением тока КЗ (регулируемым) до 10 А. Конечно, снять 300 Вт с трансформатора, в принципе, можно, но вот рассеять их на линейном регулирующем транзисторе(ах) - отнюдь не тривиальная задача. На форуме и в Сети "бродит" множество хороших и разных схем импульсных БП подобного типа, и все было бы неплохо, если бы не остаточные ВЧ-пульсации, остающиеся в выходном напряжении "по определению". Так что волей-неволей стопы направились по пути проектирования двухступенчатого БП: первая "ступень" - импульсный преобразователь сетевого напряжения в регулируемое постоянное, превышающее выходное на постоянное значение 3..5 В и вторая "ступень" - линейный стабилизатор, на регулирующем транзисторе которого рассеиваемая мощность при максимальном токе не превысит 30...50 Вт. В этом деле мне очень помогли советы коллег в теме
Импульсная зарядка для авто-аккумуляторов (новодел), за что им искренняя благодарность!
Все это была преамбула. Теперь - амбула. Ограничения, которые я ставил сам себе при проектировании (своеобразной "лабораторной работе"):
1. Максимальное использование комплектующих компьютерных БП либо вообще без их доработки, либо с минимальной доработкой.
2. Отсутствие источника дежурного питания (конфигурация АТ), поскольку глубоко убежден, что для источников,
не питающих устройства, требующих такового, он нужен лишь в исключительных случаях.
3. Форм-фактор стандартного корпуса компьютерного БП.
4. Возможность использования схемотехники для "гамма"-варианта зарядки для аккумуляторов.
На данном этапе (поскольку вся эта работа была "отдыхом" от основной), разработана только первая "ступень" импульсного преобразователя, которая, тем не менее, может быть и самостоятельным устройством. В последующем (где-то в феврале) выложу и схему линейной "ступени". Конечно же, поскольку "все велосипеды изобретены до нас", на оригинальность не претендую, но тем не менее, узел поддержания разницы напряжений вход-выход линейной "ступени"
в явном виде нигде пока что мне не встречался. Не буду настаивать на авторстве, если кто-то из уважаемых коллег "ткнет меня носом" в подобное решение.
Итак, схема (рис.). Обычный хорошо известный полумостовой преобразователь на ШИМ-модуляторе TL494. Напряжение со вторичной обмотки "силового" импульсного трансформатора Т2 выпрямляется мостовым выпрямителем, что позволяет при максимальной длительности импульсов получить выходное напряжение этой ступени до 48 В (есть резерв для более высоковольного варианта блока). Напряжение питания микросхемы снимается со средней точки выходной обмотки. Такое подключение мало известно, но обеспечивает
постоянное напряжение, равное половине выпрямленного диодным мостом, т.е., 24 В. независимо от длительности импульсов. Дроссель L3 - опциональный, всего лишь для уменьшения пульсаций выходного напряжения.
В TL494 задействованы оба усилителя: как выводы 1, 2 для стабилизации напряжения, так и 15, 16 для ограничения тока КЗ. Последняя цепь, как я полагаю, все равно полезна в случае пробоя линейного регулирующего транзистора (даже палка раз в год стреляет), несмотря на предполагаемое введение в линейный стабилизатор ограничителя выходного тока. Вот такая двойная защита. Токоизмерительным резистором является R35, падение напряжения на нем в отрицательной относительно общего провода полярности сравнивается с опорным напряжением, задаваемым подстроечным резистором R8. Может показаться странным, что основной конденсатор фильтра С20 стоит только перед токоизмерительным резистором, а после него - С23 всего на 1 мкФ. К этому решению привели результаты симулирования в Мультисиме. Если увеличить емкость С23, даже до 100 мкФ, на токоизмерительном резисторе начинают выделяться пульсации, связанные с током его заряда. И пошли-поехали скачки напряжения и нестабильность в цепи регулирования тока (свист!!!). Это же симулирование показало, что емкость конденсатора корректирующей цепочки между 3-м и 16-м выводами достаточна всего 47 пф!!! Иначе усилитель будет "дубово" реагировать на перегрузку по току.
Теперь о схеме стабилизации напряжения. Цепь, идущая на 1-й вывод (R1R12) - стандартная, с выхода импульсного преобразователя, а вот опорное напряжение для 2-го вывода берется не с 12-го вывода (Uref = 5 В), а с выхода линейного стабилизатора. Однако, резистор R5 этого делителя (R5R11) "подперт" на уровне примерно 0,3 В дополнительным стабилизатором напряжения на германиевом диоде VD1. Казалось бы, можно обойтись банальным делителем между Uref и землей, но тогда его сопротивление (даже сотни ом) будет существенно влиять на разницу напряжений между входом и выходом линейной "ступени", которая будет снижаться с увеличением выходного напряжения. А с диодом "дельта U" - просто замечательно линейная во всем диапазоне выходных напряжений. Кремниевый диод (при уменьшении коэффициента деления делителей R1R12 и R5R11, равный по схеме 1:10) тоже не подойдет, т.к. напряжение на 1-м и 2-м выводах при максимальных выходных напряжениях выйдет за пределы 5 В, допустимых по даташиту. В крайнем случае можно ставить диод Шоттки и то эти напряжения будут на пределе...
Теперь об обмотке ІІІ, отсутствующей в трансформаторах БП. Она предназначена для организации двухполярного питания операционных усилителей линейной "ступени" напряжением +/- 10 В. Для нее трансформатор придется немного доработать. Отпаять от выводов провода "5-вольтовой" обмотки и распаять "косу" (обычно там по 3 провода). Найти в "косе" и отпаянных концах по два провода "звонящихся", которые подпаять назад к этим же выводам и вывести их отдельной "косичкой", а оставшиеся провода перекинуть на соседние выводы, к которым подпаяны начала "12-вольтовых" обмоток. К сожалению, в некоторых мощных трансформаторах вторичная обмотка бывает выполнена медной шинкой с отводами. Такие трансформаторы для подобной доработки не годятся. В итоге получаем по две "12-вольтовых" обмотки с промежуточными отводами (которые используются для питания кулера) и изолированную от них 20-вольтовую со средней точкой. Что нам и требовалось.
А теперь вопросы:
1. Есть ли в схеме "ересь" и, если есть, то где?
2. Можно ли что-то улучшить, дополнить?
3. Какие функции еще были бы нужны?
4. Ну, и вообще, какие будут мнения?