Impulzní zdroj 24V 15A 360W

Impulzní zdroj 24V 15A 360W

     Popis: Toto je relativně jednoduchý a výkonný zdroj malých stejnosměrných napětí s výkonem 360W. Lze ho jednoduše upravit i pro jiná napětí do cca 100V, např. 12V 30A. Zdroj pracuje v propustné (jednočinné) topologii s jedním spínačem. V článku o zdrojích je to II.C. Řízen je obvodem IO1 - UC3844 (datasheet), který pracuje do 50% střídy a má zapínací práh 16V a vypínací 10V. Síťové napětí prochází nejdříve odrušovacím filtrem a termistorem pro omezení zapínacího nárazu, poté je usměrněno a vyfiltrováno kondenzátorem C1, na kterém se objeví 325V. Toho napětí je poté spínáno výkonovým tranzistorem typu MOSFET-N T1. Tranzistor je chráněn bezeztrátovým ochranným a rekuperačním článkem s L1, C8, D5, D6. Napětí je transformováno feritovým transformátorem Tr1, usměrněno ultrarychlou dvojdiodou D7 a vyfiltrováno pomocí L2a a C9. Stabilizace výstupního napětí je zajištěna zenerovou diodou. Když výstupní napětí přesáhne součet zenerova napětí a úbytku diody optronu, začne se otevírat tranzistor optronu a přivádět kladné napětí na vývod 2 obvodu IO1. Tím se sníží střída a napětí dále neroste. Po zapnutí zdroje se nejprve nabije C7 přes R5 na 16V a IO1 začne pracovat. Poté se již napájecí napětí IO1 získává z pomocného vinutí L2b na tlumivce L2. Tím vzniká přibližně 14V. Jedná se o propustný zdroj, a tudíž nelze stabilizované pomocné napětí usměrnit z pomocného vinutí Tr1. Lze ho však získat z pomocného vinutí L2 v blokujícím směru, protože po zavření T1 se na L2a objeví výstupní napětí (s rozdílem úbytku D7). Platí zde transformační poměr a proto je pomocné napětí nezávislé na změnách vstupního (uplatňuje se odvozená stabilizace). Aby se zpětná vazba nerozkmitala na subharmonických frekvencích, je do ní zařazen kompenzační článek R1, R2, C10. Oscilátor R4, C3 určuje pracovní frekvenci, která cca je 75-80kHz.
     Princim ochrany: Bočník R9 určuje maximální proud T1 a tím nepřímo i maximální zátěž zdroje. Pokud zátěž vzroste úbytek na bočníku přesáhne 1V, zdroj přejde do proudového módu. Pokud přetížení nebo zkrat na výstupu trvá, tak se na L2 neobjevuje dostatečné napětí pro napájení IO1. Napětí na C7 poté klesne pod 10V a IO1 přestane pracovat. Zdroj začne cyklovat (podobně jako blokující zdroje s UC384x) a tím snižuje střední proud a střední ztrátu, takže se sníží riziko přehřátí nebo poškození jeho částí. Cyklování je způsobeno tím, že proud skrz R5 nestačí na trvalý provoz IO1. IO2 se v takovém stavu zapíná v krátkých intervalech. Běží, dokud se C7 nevybije vlivem jeho spotřeby z 16V na 10V. Poté se IO2 vypne (jeho spotřeba je v tuto chvíli minimální) a C7 se nabíjí přes R5 z 10V na 16V. Vše se opakuje, dokud není odstraněn zkrat či přetížení.
     Polovodiče: Tranzistor T1 by měl být MOSFET s napětím Uds minimálně 800V, nejlépe 900 až 1000V a s co možná nejmenším typickým odporem ve vodivém stavu (Rds_on typ. - doporučuji pod 0,8R). Také spínací časy čím menší, tím lépe. Některé použitelné typy jsou v tabulce u zdroje 2x 35V. Zdroj jsem úspěšně otestoval s 2SK2648 (800V, 1,28R) a s STW12NK90Z (900V, 0,72R). Druhý z nich se díky menšímu odporu méně zahřívá. Tyto tranzistory jsem získal ze starých ATX propustné topologie. Možné je i paralelní spojování tranzistorů. Dvojdioda D7 je ultrarychlá dvojdioda se společnou katodou se závěrným napětím min. 200V, proudem min. 30A a dobou zotavení Trr nejlépe pod 100ns. Lze použít i 2 samostatné diody např. 200V 15-20A. V případě jiného výstupního napětí je nutné přizpůsobit diodu. Špičkové napětí na diodě je až 5x vyšší než napětí zdroje. Dvojdioda D7 i tranzistor T1 vyžadují chlazení. To může být buď velký pasivní chladič, nebo menší chladič doplněný větrákem. Větrák lze připojit na výstup místo zatěžovacího odporu R11.
     Indukčnosti: Transformátor Tr1 je na feritovém jádře EE z hlavního trafa ze zdroje ATX. Sloupek může mít průřez cca 90-140mm2. Primár by měl mít indukčnost cca 6,4mH (6mH nebo více). Lze použít i trafo z polomostového AT nebo ATX bez úpravy, protože výstupní dvojité vinutí 2x 7z, které zde poskytovalo 12V, lze použít jako 14z. Já jsem také použil toto trafo. Proto také tento zdroj používá jiný typ rekuperace, než zdroj 2x 35V. Toto trafo totiž nemá rekuperační vinutí :). Je potřeba, aby vinutí mělo dostatečný průřez a primár dostatečnou indukčnost. Pokud bychom zdroj upravovali např. na 12V, bude mít vinutí 7z. Volíme tedy cca 0,58 závitu na každý V výstupního napětí. L1 má 60uH, je tvořena 28z drátu 1mm na menším zeleno-modrém železoprachovém kroužku materiál 52 (lze použít i žluto-bílý materiál 26). Oba materiály mají permeabilitu 75. L2 má hlavní vinutí L2a s indukčností 270uH, tvořené 52 závity drátem 1,7mm (nebo 2x 1,2mm) na velkém zeleno-modrém nebo žluto-bílém železoprachovém kroužku (toroidu) s vnitřním průměrem 21mm, vnějším 38mm a výškou 11mm. na něm je také pomocné vinutí L2b - 31z izolovaného drátu s dostatečnou tepelnou odolností (nutné pro bezpečné galvanické oddělení). Při úpravě na jiné výstupní napětí změníme počet závitů na L2a, přibližně 2,17z na každý volt, tedy např. 26z pro 12V a průměr drátu zvolíme odpovídající proudu. L2b se nemění.
     Oživení: Během oživování zdroje je vhodné do série se sítí zapojit žárovku cca 100-500W na 230V, která v případě zkratu omezí proud, a testovat s menší zátěží (10-50W). Také C1 je vhodné během prvních testů použít menší a teprve později vyměnit za 330u. Z bezpečnostního hlediska je lepší při oživování používat oddělovací trafo. Pokud chcete ověřit činnost řídícího obvodu samostatně, připojte ho na nějaký zdroj 17 - 20V přes odpor cca 100R 5W. Pak můžete bez přítomnosti síťového napětí ověrit obdélník 75-80kHz s cca 46% střídou na výstupu (vývod 6 IO1) a referenční napětí 5V na vývodu 8.

     Pozor! Impulzní zdroj by neměli stavět začátečníci, protože většina jeho obvodů je spojena se sítí. Při špatné konstrukci se na jeho výstup může dostat síťové napětí! Vše děláte na vlastní nebezpečí, za případné újmy na zdraví nebo majetku neberu zodpovědnost.