Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[0]

А.В.МИТРОФАНОВ, А.И.ЩЕГОЛЕВ

ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ В БЫТОВОЙ РАДИОАППАРАТУРЕ

Издательство «Радио и связь», 1985 ПРЕДИСЛОВИЕ

Отечественная промышленность из года в год наращивает выпуск различной бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). При этом наметилась тенденция в выпуске большего числа моделей повышенного качества. В бытовую РЭА вводятся дополнительные сервисные устройства: дистанционное управление, таймеры для включения - выключения, разнообразные виды индикации на передних панелях, микропроцессорные устройства обработки звуковых и видеосигналов. Микропроцессорные системы управления внедряются и в электромеханическую бытовую аппаратуру - стиральные машины, холодильники, кондиционеры, швейные машинки.

Однако новейшие достижения электронной техники сегодня пока еще мало затронули источники вторичного электропитания бытовой РЭА. Блоки электропитания составляют ощутимую долю массы серийных радиоустройств. Так, в телевизорах типа «Рубин 714» эта доля составляет не менее 14% всей массы (включая футляр и кинескоп). Для стереофонического усилителя с выходной мощностью 2X50 Вт она еще больше (25 - 30%).

Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопотребления бытовой РЭА связано с широким использованием импульсных источников вторичного электропитания (ИИЭ). Их преимущества по сравнению с традиционными источниками электропитания обеспечиваются заменой силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети 50 Гц, малогабаритным импульсным трансформатором, работающим на частотах 16 - 40 кГц, а также использованием импульсных методов стабилизации вторичных напряжений взамен компенсационных. Это приводит к снижению материалоемкости в 2 - 3 раза и повышению КПД до 80

-85%. Подсчитано, например, что переход на выпуск одних только телевизоров с ИИЭ даст народному хозяйству ежегодную экономию свыше 20 тыс. тонн высококачественной трансформаторной стали и не менее 5

-6 тыс. тонн обмоточного медного провода, а эксплуатация 5 млн. цветных телевизоров с ИИЭ обеспечит ежегодную экономию не менее 500 млн. кВт-ч электроэнергии.

Импульсные источники вторичного электропитания уже нашли достаточно широкое распространение в промышленной аппаратуре. Что касается бытовой РЭА, то с 1978 г. промышленность выпускает переносной цветной телевизор «Электроника Ц-430», имеющий ИИЭ. Надо заметить, что разработка цветного телевизора с такими высокими массо-габаритными и энергетическими показателями, как у этого телевизора, была бы вообще невозможна без применения ИИЭ. В 1982 г. освоен другой малогабаритный цветной телевизор с ИИЭ

-«Юность Ц-404». Ведется подготовка к массовому выпуску крупноэкранных цветных телевизоров с ИИЭ. Создаются ИИЭ для бытовой РЭА других видов. При этом требуется не только разработать конструкции ИИЭ, но и освоить массовый выпуск недорогих новых электронных изделий: мощных высоковольтных транзисторов, быстродействующих выпрямительных диодов, ферритовых сердечников, специальных конденсаторов и интегральных микросхем.

В связи с предстоящим массовым применением ИИЭ в различной аппаратуре, в том числе и бытовой, неизбежно расширяется круг читателей, интересующихся этой проблемой. В книге сделана попытка в достаточно популярной и систематизированной форме изложить как основопологающие принципы построения ИИЭ, работающих непосредственно от сети с напряжением 220 В, так и привести описания конкретных практических схем.

Отзывы и замечания по книге следует направлять по адресу: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио и связь».

Авторы

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

СТРУКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ


Импульсный источник электропитания вырабатывает постоянные и переменные напряжения, необходимые для электропитания блоков аппаратуры, путем ключевого преобразования выпрямленного сетевого напряжения промышленной частоты 50 Гц, Его основными функциональными частями (рис. 1) являются входной помехоподавляющий фильтр (1), сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром (2), ключевой преобразователь напряжения с импульсным трансформатором и схемой управления (3), цепи вторичных напряжений (выпрямленных или переменных), не имеющие гальванической связи с питающей сетью, (4). Ключевой преобразователь работает, как правило, на частоте 16 - 40 кГц, поэтому габаритные размеры и масса импульсного трансформатора в несколько раз меньше, чем сетевого, работающего на частоте 50 Гц. Это обстоятельство, а также более высокий КПД объясняют преимущества использования импульсных источников электропитания (ИИЭ) в бытовой РЭА.

Рис. 1. функциональная схема ИИЭ

Выпрямительная секция ИИЭ, как правило, выполняется по мостовой схеме. Промышленностью освоен ряд мостовых выпрямителей в моноблочном исполнении (см. табл. П1), которые могут быть использованы в ИИЭ, рассчитанных на различные мощности до 300 - 500 Вт. На входе выпрямителя устанавливается LC-фильтр, назначение которого - ослабить уровень помех, поступающих от преобразователя в сеть. Последовательно в цепь нагрузки и конденсатора сглаживающего фильтра Сф иногда включают резисторы Rl, R2 сопротивлением 1 - 50 Ом (в зависимости от мощности ИИЭ), служащие для ограничения импульсных токов через диоды моста.

Ниже будут приведены сведения о типах отечественных конденсаторов, которые можно использовать в качестве Сф. Необхо-мо отметить, что через Сф протекает также импульсная составляющая тока транзисторов преобразователя, работающего на частоте 16 - 40 кГц. Как правило, конструкция высоковольтных электролитических конденсаторов, используемых в качестве Сф, не обеспечивает достаточно малого полного сопротивления на этих частотах, поэтому конденсаторы могут перегреваться из-за протекания высокочастотных импульсных токов. Поэтому Сф обычно шунтируется конденсатором пленочного или керамического типа емкостью 0,047 - 0,47 мкФ.

В зависимости от назначения и заданных параметров ИИЭ может содержать различные дополнительные блоки и цепи: стабилизаторы напряжений, устройства защиты от перегрузок и аварийных режимов, цепи первоначального запуска, подавления помех и др. Однако определяющим узлом любого ИИЭ является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад). Выходные каскады преобразователей напряжения можно разделить на два больших класса: однотактные и двухтактные.

Бытовая РЭА отличается большим диапазоном потребляемой мощности - от единиц ватт для радиоприемников и переносных кассетных магнитофонов до 300 - 400 Вт для мощных высококачественных стереофонических усилителей. Первоначально наибольшее распространение ИИЭ получили в телевизорах с ключевым силовым блоком - выходным каскадом строчной развертки. Разновидности ИИЭ для телевизоров зачастую выполняют те же функции, что и выходной каскад строчной развертки (например, формирование напряжений питания выходных видеоусилителей, маломощных каскадов трактов усиления промежуточных частот звука и изображения и др.), и иногда их применяют на частоте строчной развертки. Это обстоятельство, а также относительно высокая стоимость высоковольтных ключевых транзисторов привели к тому, что в телевизорах нашли распространение схемы ИИЭ, построенные исключительно на однотактном принципе.

Из всех известных двухтактных схем в бытовой аппаратуре (преимущественно в усилителях звуковой частоты) используют полумостовую схему [1]. Эта схема может обеспечивать в нагрузке сравнительно большую мощность (300 - 400 Вт) при наличии всего лишь двух высоковольтных ключевых транзисторов. Однотактные схемы в этом диапазоне выходных мощностей оказываются не эффективными из-за резкого


увеличения габаритных размеров и массы импульсных трансформаторов и ухудшения режимов ключевых транзисторов. В последнее время, в связи с улучшением технологии производства и удешевлением высоковольтных ключевых транзисторов с напряжением коллектора 500 - 700В, двухтактная полумостовая схема с самовозбуждением начинает находить применение в ИИЭ меньшей мощности ввиду ее простоты и экономичности. Особенно предпочтительна она для аппаратуры, в которой отсутствуют значительные изменения мощности в нагрузке или изменения выходных напряжений, возникающие при колебаниях мощности, несущественны.

К ИИЭ, применяемым в бытовой РЭА, предъявляются жесткие и противоречивые требования, заставляющие разработчика тщательно подходить к выбору элементной базы, схемотехники и конструкции. Во-первых, это требование низкой стоимости. Стоимость современных блоков питания с сетевыми трансформаторами составляет не более 10 - 15% от стоимости самой аппаратуры. На таком же уровне желательно сохранить и стоимость ИИЭ. Во-вторых, техника безопасности требует, чтобы изоляция между сетевыми проводами и вторичными цепями ИИЭ выдерживала пробивное напряжение не менее 2 кВ. Это предъявляет серьезные требования к качеству изготовления импульсного трансформатора, а также к конструкции ИИЭ в целом, которая должна к тому же обеспечивать высокую ремонтопригодность.

Наконец, очень высоки требования к уровню помех, излучаемых в сеть и наводимых на цепи аппаратуры. Так, согласно ГОСТ 23511 - 79 квазипиковое напряжение помехи, создаваемой на сетевых зажимах бытовой радиоаппаратуры (кроме телевизоров) в диапазоне частот от 0,15 до 0,5 МГц, не должно превышать 1000 мкВ, а для частот выше 0,5 МГц - 400 мкВ. Согласно ГОСТ 24388 - 80 отношение сигнал-шум для высококачественных стереофонических усилителей, в которых использование ИИЭ дает наиболее ощутимый экономический эффект, должно быть не менее 58 дБ. Это заставляет очень тщательно проектировать конструкцию ИИЭ.

Рассмотрим основные принципы работы различных выходных каскадов преобразователей напряжения ИИЭ для бытовой радиоаппаратуры.

ОДНОТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ОДНОСТОРОННИМ КЛЮЧОМ

Однотактные преобразователи напряжения с транзисторным ключом получили в настоящее время наибольшее распространение в бытовой и промышленной аппаратуре. На рис. 2 приведены две схемы преобразователей, отличающихся полярностью подключения вторичных обмоток импульсного трансформатора к выпрямителям выходного напряжения нагрузки. Надо заметить, что в виду высокой частоты преобразования и незначительного уровня пульсаций в выходных цепях преобразователя предпочтительно использовать однополупериодные схемы выпрямления, что обеспечивает экономию числа быстродействующих выпрямительных диодов. Схема рис. 2,а, получившая наибольшее распространение, характеризуется «обратным» включением выпрямительных диодов [2], проводящих ток в интервале времени, когда транзистор заперт.

Рис. 2. Схемы однотактн ы х транзис т о р-ных преобразователей: с «обратным» (а) и «прямым» (б) включением выпрямителей тока нагрузки

Данный преобразователь обладает рядом преимуществ по сравнению с преобразователем с «прямым» включением выпрямительных диодов. Его работа поясняется с помощью эквивалент-ной схемы и временных диаграмм (рис. 3).

Нагрузка на схеме рис. 3,а приведена к первичной обмотке, поэтому напряжение на эквивалентном сопротивлении нагрузки обозначено rilla, где n = w1/w2. В течение интервала времени 6T, когда транзистор открыт, через индуктивность L1 первичной обмотке протекает линейно нарастающий ток, максимальное значения которого ДП = вЛб Когда транзистор закрывается, полярность напряжения на L1 изменяется и накопленная в ней энергия передается в нагрузку через диод VD1. Спад тока через L! в интервале (1 - б)Т равен



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15]