Багатьом радіоаматорам, напевно, на розум приходила така думка: "Як незграбно виходить! Трансивери неухильно зменшуються в розмірах і в вазі, а блоки живлення як і раніше залишаються, важкі й громіздкі". Підсумком цих роздумів стала розробка блоку живлення, який на даний момент встиг побувати в багатьох радіоекспедицій і на зльотах, де в досить жорстких умовах, цілодобово не виключаючи, мав імпортні трансивери більше десяти різних моделей при повній вихідний потужності

, Як від стаціонарної освітлювальної мережі, так і від бензоагрегатов.

трохи спостережень

Цікаві висновки можна зробити, творчо осмислюючи параметри імпортних трансиверів, що наводяться в їх "Керівництві користувача" і в "Керівництві обслуговування" і повз яких найчастіше проходить погляд навіть найвибагливішого радіоаматора. Судіть самі. Чи потрібна стабілізація напруги для трансивера, напруга живлення якого за паспортними даними може коливатися в межах ± 15% від номінального значення в 13,8, відповідно до ГОСТ мережеве напруга може змінюватися в межах ± 10%?

Прихильникам жорсткої, до мілівольт, стабілізації в блоках харчування можна порекомендувати заміряти коливання напруги живлення безпосередньо на роз'ємі трансивера, тобто з урахуванням падіння напруги на проводах, а також спробувати живити трансивер від автомобільного акумулятора. У першому випадку можна побачити просідання напруги близько 0,5 В, а в другому випадку, з акумулятором, і того більше, причому напруга може коливатися як в мінус, так і в плюс

. Чи варто після таких аргументів прагнути так вже ретельно стабілізувати напругу в блоці живлення?

Заглянувши в принципову схему трансивера, можна ще більше утвердитися в думці, що не варто витрачати зайві сили на стабілізацію. У самому трансивері є власна ефективна внутрішня система харчування окремих вузлів. Взагалі, її можна розділити на три гілки: стабілізатор напруги + 5В для живлення всіх цифрових мікросхем, стабілізатор напруги +9 В для живлення попередніх каскадів приймально-передавального тракту і, нарешті, система харчування вихідного каскаду передавача.

Тільки на підсилювач потужності трансивера надходить повне напруга з роз'єму живлення, та й то воно проходить через внутрішні фільтри і запобіжники. Від перевищення його захищає потужний стабілітрон, розрахований на напругу трохи вище гранично допустимого, включений паралельно живильного ланцюга після запобіжників. Сталість вихідної потужності підтримується системою ALC.

В імпульсних блоках харчування пульсації з частотою перетворення легко фільтруються за допомогою невеликих за місткістю і, відповідно, за габаритами конденсаторів, включених після вихідного випрямляча.

Технічне завдання

Всі вищенаведені міркування і лягли в основу ідеї тієї конструкції, яка нині живить трансивер автора. Ідея незвична, нетрадиційна, і полягала вона в тому, щоб створити перетворювач змінної напруги мережі в постійну напругу, близьке до номінального (13,8 В), з необхідною здатністю навантаження, але без втрат на стабілізацію.

Очевидно, що це пристрій повинен був використовувати принцип високочастотного перетворення випрямленої напруги. Додаткові вимоги до конструкції - простота схеми, по можливості, відсутність дефіцитних, імпортних дорогих деталей, максимальний ККД і мінімально можливий рівень імпульсних перешкод. За попереднім досвідом було ясно, що повністю прибрати імпульсну заваду від джерела при саморобному його виготовленні навряд чи вдасться.

Тому було вирішено застосувати кварцову стабілізацію частоти перетворення і зробити цю частоту максимально високою. Висока частота перетворення дозволяє краще відфільтрувати перешкоди, при цьому зменшуючи габарити блоку живлення. Кварцова ж стабілізація з "круглим" значенням частоти перетворення, наприклад, 50 кГц, дозволяла зосередити уражені ділянки у вузькій смузі. Після монтажу робочого макета в сталевий перфорований корпус перешкоди від джерела стали зовсім непомітними. Але не варто думати, що вони зникли зовсім. Насправді їх

рівень настільки малий, що маскується шумами ефіру.

В результаті вийшов пристрій з наступними параметрами: напруга мережі живлення - 220 ± 10% В; напруга без навантаження - 15,2 В; напруга в режимі прийому - 14,7 В; напруга при передачі в режимі SSB (100 Вт, компресія 25 дБ) - 13,5 В, в режимі CW (100Вт) - 12,5 В; мінімальний ККД 85%. Блок живлення має габарити 100x60x80 мм і вагу близько 350 м

Принцип дії

Рис.1.

При першому погляді на структурну схему джерела живлення (рис. 1) вони не повинні знайти нічого нового, в порівнянні з вже відомими структурними схемами подібних пристроїв, і це абсолютно правильний висновок. У даній конструкції використовуються давно відомі схемні рішення, але елементна база нова.

Як і в інших імпульсних джерелах, таких, наприклад, як в будь-якому сучасному телевізорі або комп'ютері, мережеве напруга подається через фільтр, потім випрямляється доданими мостом. Пульсації фільтруються електролітичним конденсатором. Величина випрямленої напруги на цьому конденсаторі буде приблизно 310В. Ця напруга комутується бруківці "Н" - образної схемою на чотирьох польових транзисторах. У фахівців цей вузол називається "інвертор". З діагоналі моста напругу прямокутної форми подається на понижуючий трансформатор, випрямляється, фільтрується і надходить на вихід пристрою.

Застосування нових транзисторів дозволило значно збільшити крутизну фронтів на виході інвертора, що, в свою чергу, дозволило зменшити час протікання наскрізного струму через плечі моста в момент його перемикання. Ця обставина, в свою чергу, дозволило отримати великий виграш в ККД каскаду і підняти частоту перетворення. Ефективність ключового каскаду підвищилася настільки, що стало можливим зовсім відмовитися від радіаторів для транзисторів. Причому, при максимальній потужності перетворювача, що дорівнює приблизно 250 Вт, корпус блоку живлення за довгий час роботи залишається трохи теплим.

Польові транзистори з ізольованим затвором, на відміну від біполярних, не мають ефекту накопичення неосновних носіїв в області бази - насичення, що не втягує їх швидкість перемикання. До того ж, вони здатні регулювати свій струм стоку при збільшенні температури корпусу. Ще одна дивна їх властивість - вони мають нескінченно великий коефіцієнт посилення за проектною потужністю в статичному режимі, т. Е. Споживаючи потужності по ланцюгу затвора здатні комутувати значні потужності в ланцюзі каналу (ділянка втік-витік).

Тому в динамічному режимі енергія витрачається в основному на компенсацію заряду, накопиченого на Міжелектродні ємності затвор-витік під час попереднього півперіоду напруги, що управляє. Величина даної ємності складає приблизно 1000 пФ і визначає вимоги, що пред'являються до драйверу - він повинен забезпечувати хорошу крутизну фронтів і сталість амплітуди імпульсів, що подаються на затвори ключів, при роботі на ємнісне навантаження. Сучасна елементна база допомогла і тут. Цифрові мікросхеми серії КР1554 (74НС) відмінно справляються з поставленим завданням.

принципова схема імпульсного блоку живлення представлена ​​на рис. 2.

Напруга 220В надходить на бруківку збірку VD1 вузла живлення драйвера через баластний конденсатор С1 і резистор R2, демпфуючий пусковий імпульс струму. Всі діоди цієї збірки для нейтралізації їх динамічної ємності зашунтовані невеликими по ємності конденсаторами С2 - С4. Резистор R1 розряджає конденсатор С1 після вимкнення апарата.

Драйвер складається з кварцованних генератора з частотою 50 кГц і з потужного каскаду. Напруги на затвори в потрібних фазах подаються через трансформаторну схему складання потужностей на двох феритових кільцях.

Харчування на драйвер надходить від окремого вузла харчування, що використовує баластовий конденсатор в мережевий ланцюга. Випрямлена пульсуюча напруга з моста підводиться безпосередньо до стабілітрону VD2. Зазвичай в подібних схемах в ланцюзі стабилитрона, послідовно з ним, ставиться обмежувальний резистор, але в даному випадку його роль виконує сам конденсатор С1. Від ємності цього конденсатора залежить максимальний струм, який можна отримати від випрямляча. Без додаткового резистора схема також набуває ряд корисних властивостей: збільшується ККД і здатність навантаження.

Якщо подивитися осцилограму напруги на стабілітроні VD2, коли ще не припаяні фільтруючий конденсатор С7 і стабілізатор напруги DA1, форма напруги, в порівнянні з формою вихідної напруги простого двухполуперіодного випрямляча з фільтрами, виглядає незвично. Замість звичних "горбів" ми побачимо майже постійне, рівне напругу, прорізаний тонкими негативними імпульсами, що виникають в момент переходу синусоїди напруги через нуль. Амплітуда імпульсів дорівнює напрузі стабілізації стабілітрона +10 В. конденсатор С7 набагато легше відфільтрувати ці імпульси, ніж двохнапівперіодне випрямлена напруга синусоїдальної форми.

Після монтажу стабілізатора DA1 і конденсатора С11 можна зробити перші випробування. Кілька разів з невеликими інтервалами включити і вимкнути напруга в електромережі. Якщо нічого не вибухнуло, можна залишити мережу включеної і проконтролювати напругу на виході стабілізатора +5 В. Потім необхідно перевірити здатність навантаження вузла живлення драйвера. Цей вузол зовсім не боїться короткого замикання, тому його навантажувальну здатність грубо можна оцінити, просто приєднавши тестер, включений як міліамперметр, до виходу стабілізатора - паралельно висновків конденсатора С11. При цьому стрілка приладу повинна показати струм не менше 25 мА.

Елементи схеми знаходяться під потенціалом освітлювальної мережі і експерименти (настройку, попередні випробування) слід проводити через розділовий мережевий трансформатор з коефіцієнтом трансформації 1: 1, потужністю близько 100 Вт.

Таблиця 1.

Стабілізовану напругу +5 В подається на драйвер - мікросхеми DD1, DD2. Перша з них (DD1) - мікроконтролер сімейства AVR розробки фірми ATMEL. Для роботи цю мікросхему необхідно попередньо запрограмувати. Дамп машинних кодів прошивки наведено в таблиці 1. Треба сказати, що перший варіант блоку живлення був зібраний взагалі без застосування мікроконтролера: окремий кварцовий генератор на 100 кГц, дільник на два і вузол затримки запуску на RC-ланцюжку.

Пристрій був цілком працездатний. Але воно мало неприємні перехідні процеси під час запуску. З мікропроцесором такого явища немає. Контролер DD1 виконує три порівняно прості завдання: гарантовану двухсекундную програмну затримку після включення живлення, вироблення протифазних прямокутних імпульсів на своїх висновках 6 і 7 і вироблення стробирующих імпульсів на виводі 5. Тактові інтервали в мікро-ЕОМ задаються кварцовим резонатором ZQ1 з частотою 10 МГц. Для установки мікроконтролера на платі бажано передбачити роз'єм.

Функціонування запрограмованої мікросхеми DD1 слід перевірити осцилографом. На висновках 6 і 7 повинен бути протифазний меандр з частотою 50 кГц, а на виводі 5 - короткі негативні імпульси. Амплітуда сигналів повинна бути дорівнює напрузі живлення мікросхеми +5 В, а фронти - крутими, без завалів і викидів. Струм споживання мікросхеми DD1 - близько 6 мА. З виходів контролера імпульси подаються на входи мікросхеми DD2. Це чотири D-тригера з загальними входами синхронізації і скидання.

Саме застосуванням мікросхеми DD1 блок живлення зобов'язаний своїми чудовими властивостями. Серія КР1554 (її імпортний аналог 74НС) розроблена вже досить давно і, на мою думку, незаслужено обійдена увагою радіоаматорів. Ось тільки деякі її характеристики, взяті з довідника: напруга живлення - +1 ... 7В, струм споживання в статичному режимі - не більше 80 мкА, вихідний струм на окремому виведення - до 86 мА, максимальна тактова частота - 145 МГц.

Два останніх параметра і забезпечують найвищу швидкість перемикання ключів VT1 - VT4, мінімізуючи час протікання наскрізних струмів через плечі моста на цих транзисторах, а звідси і високий ККД, і відсутність радіоперешкод. Ланцюжок С22, R4, VD7 служить для автосброса тригерів DD2 в момент включення живлення мережі. Конденсатори С16, С17 - блокувальні. Вони повинні бути встановлені поблизу висновків харчування мікросхем DD1, DD2. Після установки мікросхем на плату слід провести чергові електричні вимірювання. Сумарний струм споживання процесора і тригерів без приєднаних трансформаторів ТЗ і Т4 повинен бути близько 6,5 мА, а форма сигналу на виходах DD2 - прямокутної, без викидів і завалів на фронтах і спадах імпульсів.

Два вихідних трансформатора драйвера ТЗ і Т4 ідентичні по конструкції і намотані проводом ПЕВ-0,1 на феритових кільцях марки НМ1000, .. НМ2000 з зовнішнім діаметром близько 10 мм. Обмотка виконана "кіскою" з восьми мідних провідників з лакової ізоляцією. З них чотири провідника утворюють первинну обмотку і з'єднані послідовно - початку з кінцями. Чотири залишилися є вторинними і з'єднані, як показано на схемі. Таким чином, кожен трансформатор виходить знижувальним з коефіцієнтом трансформації 4: 1. Перед намотуванням дроту полотно скручують (4 - 6 скруток на сантиметр). Всі гострі грані кілець, і зовнішні, і внутрішні, необхідно округляти. Застосування схеми з двох кільцевих трансформаторів з роздільними магнітними потоками дозволило отримати необхідну потужність драйвера.

На перший погляд, здавалося, що досить було б порушити всі виходи мікросхеми DD2 синфазно і запараллелить їх, однак це допомагає незначно. Здатність навантаження вузла залежить від внутрішнього опору виходів мікросхеми DD2. При паралельному з'єднанні виходів їх еквівалентну внутрішній опір зменшується в арифметичній прогресії, із застосуванням же понижувального трансформатора воно зменшується з геометричною прогресією. Цей схемотехнічний прийом дозволив отримати необхідну навантажувальну здатність драйвера при збереженні вихідної крутизни фронтів і спадів імпульсів. Нагадаю, що потужність драйвера витрачається в основному на перезарядку междуелектродного ємності затвор-витік транзисторів VT1 - V

T4. Такий спосіб складання потужностей при бажанні можна застосувати і в вихідному каскаді.

Як визначити правильне число витків трансформаторів ТЗ, Т4? Критерієм служить ступінь збільшення струму споживання драйвера при приєднанні первинних обмоток трансформаторів до виходів мікросхеми DD2. Вторинні обмотки при цьому не навантажені. Експеримент слід починати з порівняно великої кількості витків - 30 ... 40 і поступово зменшувати їх число, контролюючи струм драйвера. Спочатку струм збільшується дуже незначно, але з певного моменту кожен прибраний виток буде приводити до різкого збільшення струму. Число витків треба залишити таким, щоб струм холостого ходу драйвера був на межі зростання. При цьому будуть максимальна здатність навантаження і ККД трансформаторів.

Для зручності експерименти можна проводити одиночним проводом. Таку методику можна застосувати і для уточнення числа витків будь-якого трансформатора - як мережевого, так і високочастотного. Для описуваного блоку харчування сумарний струм споживання мікросхем DD1, DD2 з трансформаторами ТЗ і Т4 на холостому ходу, без навантаження, повинен бути близько 8 мА. Навантажувальну здатність драйвера перевіряють за допомогою резисторів опором близько 100 Ом, тимчасово приєднаних до вторинних обмоток трансформаторів ТЗ, Т

4.

Осцилографом контролюють амплітуду і форму імпульсів. Як і для колишніх вимірювань, спотворень прямоугольности бути не повинно, а амплітуда імпульсів повинна бути близько 5 В. Після приєднання вторинних обмоток трансформаторів до ланцюгів затворів транзисторів VT1-VT4 струм споживання драйвера збільшиться приблизно до 12 мА. Вихідний каскад зібраний за мостовою схемою. Переваги цієї схеми, в порівнянні з більш поширеною полумостовой, очевидні: це учетверение вихідної потужності, кращий ККД як самих транзисторів, так і вихідного силового трансформатора Т2.

Застосовувані в силовому каскаді польові транзистори з ізольованим затвором Кп707а мають "праву" характеристику залежності струму стоку від напруги на затворі. Це означає, що струм через канал, ділянку втік-витік буде текти тільки при позитивних значеннях напруги між витоком і затвором. Та й то, при напрузі на затворі менше 3В транзистор все ще залишається закритим. Тому доцільно "підняти" амплітуду імпульсів розгойдування над нульовим рівнем. В іншому випадку негативні напівперіоди цих імпульсів пропали б даром - транзистори все одно

, Закриті! З ЦІМ завдання справляються RC-ланцюжки R6 - R9, С31 - С34 и діоді VD10 - VD13 в ланцюг затворів VT1 - VT4. Такий прийом дозволить Зменшити амплітуду напруги розгойдування вдвічі. До речі, "мертва зона" напруги на затворі автоматично забезпечує захисний інтервал між моментами виключення одного плеча моста і включенням іншого, що зменшує величину наскрізного струму через пари транзисторів в момент їх перемикання.

Харчування вихідних транзисторів здійснюється від випрямляча напруги, зібраного по бруківці схемою на діодах VD3 - VD6. Конденсатори С18 - С21 запобігають виникненню модулирующей перешкоди, проникаючої з мережі. Конденсатор С23 згладжує пульсації випрямленої напруги. При бажанні його ємність можна дещо збільшити. Резистор R5 розряджає цей конденсатор при виключенні блоку живлення і призначений в основному для забезпечення безпеки любителів потрапляти під залишковий заряд на високовольтних електролітичних конденсаторах.

Резистор R3 (термістор з негативним температурним коефіцієнтом) забезпечує демпфірування імпульсу струму зарядки конденсатора С23 в момент включення живлення мережі. У момент включення блоку в мережу R3 має температуру навколишнього середовища і його опір дорівнює номінальній - 10 Ом. З підвищенням потужності в навантаженні потужність, що розсіюється на цьому елементі, також підвищується

, І він починає розігріватися. Внаслідок цього його опір падає. Він ніби сам себе закорачивает. Використання термістора додатково дає ще ефект деякої стабілізації вихідної напруги блоку харчування. Він може бути замінений звичайним резистором потужністю близько 10 Вт з номіналом 5 Ом.

На вході блоку живлення варто двохкаскадний фільтр L1 і Т1, 06, 08 - 010. Попередній фільтр L1 виконаний на феритових кільцях діаметром близько 20 мм з проникністю 1000 ... 2000 і містить три обмотки, розташовані по радіусу під кутом 120 градусів один до одного і мають по три витка. Намотування виконують мережевим проводом в ПВХ ізоляції до рівномірного заповнення всього периметра муздрамтеатру в один шар.

Для фільтруючого трансформатора Т1 використовується ферритові кільце, подібне L1. Обидві обмотки містять по 30 витків, виконані ізольованим мережевим проводом і розташовуються на діаметрально протилежних сторонах муздрамтеатру.

Рис.3. Внутрішній монтаж блоку живлення.

Номінальне значення напруги, що подається з виходу мережевого випрямляча на вихідний каскад, так само + 310В, а струм, що протікає через обидва плеча моста без підключеного вихідного трансформатора Т2 з поданням керуючою напругою від драйвера, не повинен перевищувати 12 мА, т. Е. По 6 мА на кожне плече. Резистори R10, R11 демпфують імпульси наскрізних струмів через пари транзисторів VT1, VT2 і VT3, VT4. Їх також можна використовувати для осциллографического спостереження амплітуди і форми цих імпульсів.

Для перших, після завершення монтажу вихідного каскаду, включень блоку живлення, можна порекомендувати знижена напруга живлення 10 ... 15В, що подається від окремого джерела. Режим роботи транзисторів VT1 - VT4 такий, що вони взагалі не потребують радіаторах - на платі вони розташовані вертикально, в один ряд, і злегка обдуваются двенадцатівольтових вентилятором розмірами 40x40 мм, узятим від комп'ютера.

Живлення вентилятора береться з виходу блоку живлення і надходить на мотор через стабілізатор на мікросхемі DA2. При цьому пристрій отримує достатнє охолодження, а вентилятор не чутно.

Вихідний трансформатор ТЗ намотаний на горшкообразном ферритовом муздрамтеатрі марки М2000НМ1 діаметром 30 мм. Треба простежити, щоб муздрамтеатр був без зазору в керна. Первинна обмотка містить 60 витків дроту ПЕЛШО, намотування виконана внавал, витки рівномірно розподілені по каркасу. Використання Секціонірованние

каркаса категорично неприпустимо - первинну і вторинну обмотки намотують в два шари, одна над іншою.

В іншому випадку широкополосность трансформатора порушується, виникають коливальні процеси і різко знижується загальний ККД блоку. Вторинну обмотку від первинної екранують смужкою мідної фольги в ізоляції. Екран утворює півтора незамкнутих витка. Для вторинної обмотки використовується джгут з парного числа провідників діаметром близько 0,1 мм, скручених разом.

Такий саморобний літцендрата заправляють в термоусадочну трубку діаметром 4 ... 6 мм. Цією трубкою роблять три витка поверх первинної обмотки. Потім провідники поділяють за кількістю на дві рівні групи. Почала першої групи з'єднують з кінцями другої групи. Таким чином

, Утворюється обмотка з шести витків з висновком від середньої точки.

Рис.4. Вид з боку роз'ємів

Після виготовлення трансформатора Т1 і його монтажу - традиційний тест завмер струму вихідних транзисторів в режимі холостого ходу. Він повинен бути близько 25 мА при повній напрузі харчування +310 В. Вторинна обмотка навантажена на двонапівперіодний полумостовой випрямляч на діодах VD8, VD9. Діоди розташовані на загальному радіаторі - алюмінієвої платівці розмірами 30x40 мм. Радіатор, трансформатор Т1 і вихідні транзистори обдуваются вентилятором. Випрямлена напруга подається на вихідний роз'єм XS2 через фільтр Т5, 025 - 030. Трансформатор Т5 по конструкції аналогічний Т1, але виконаний товщим проводом.

У блоці живлення застосовані конденсатори К73-17 ємністю 0,68 мкФ на напругу 400В (01) і імпортний фірми Rubicon ємністю 100 мкФ на напругу 400 В (023). Для підвищення надійності рекомендуємо встановити резистори R1 і R5 опором 100 кОм потужністю не менше 1 Вт, а діоди КД2998 (VD8, VD9) замінити на 2Д252А або 2Д252Б або імпортний 30CPQ060.

Конструктивно блок живлення як "народився", так і по сей день існує у вигляді цілком добротно зробленого, але все ж макета. Деталі змонтовані на платі з двосторонньо фольгованого склотекстоліти методом поверхневого монтажу, без отворів, на різаних "п'ятачках". З'єднання виконані проводами під фторопластовою ізоляції. Металізація на іншій стороні плати збережена.