Двухтактные автогенераторные схемы

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

В мощных удочках удобнее выполнять выходной каскад преобразователя по двухтактной схеме. В этом случае нет необходимости бороться с намагничиванием магнитопровода, как это происходит в однотактных схемах, поэтому размеры магнитопровода можно использовать меньшие при той же самой мощности на выходе. Самих схем автогенераторных преобразователей (DC/DC), повышающих постоянное напряжение с 12 В до 300...800 В, в технической литературе имеется большое разнообразие. От выбранного варианта зависит только возможная максимальная выходная мощность и КПД всего устройства.
В качестве примера я привожу несколько практических схем удочек почти в том виде, как они дошли до меня, но с исправлением некоторых грубых ошибок и незначительными дополнениями, которые позволяют сделать эксплуатацию устройств более удобной. Сразу отмечу, что в некоторых схемах используется древняя элементная база, и в этом случае даны рекомендации по замене радиодеталей более современными.


Самая простая из таких схем приведена на рис. 2.24. Она обеспечивает на выходе мощность 60 Вт. Радиус действия летом в теплой воде около 1,5 м. Хорошо ловится карась и карп на мелководье в траве.
Повышающий напряжение автогенератор собран на составных транзисторах VT1, VT2 по типовой схеме. Частота работы такого генератора зависит от параметров магнитопровода, на котором намотан трансформатор (Т1) и нагрузки во вторичной цепи.
Со вторичной обмотки Т1, после выпрямления диодами VD1...VD4, напряжение сглаживается конденсатором С2 и поступает на формирователь импульсов, который уже описан в статье Варианты выполнения формирователей выходных высоковольтных импульсов
Транзисторы обязательно устанавливаются на радиатор. Их можно заменить аналогичными составными, т. е. имеющими большой коэффициент усиления, но с другой проводимостью, типа КТ825(А-В) — в этом случае потребуется изменить полярность подачи питания на схему.
При сборке могут использоваться любые резисторы соответствующей мощности, а конденсаторы лучше применять: С1 типа К50-35 на 16 В; С2 — К50-27 на 450 В; СЗ — МБГО-2 на 630 В; С4 — К73-16 или К42У-2 на 250 В.
Трансформатор Т1 наматывается на двух сложенных вместе ферритовых (М2000НМ или М2500НМ) кольцах типоразмера К45х28х8 мм. Обмотки 1 и 2 содержат по 5 витков (наматывается тремя проводами диаметром около 0,51 мм марки ПЭВ); обмотки 3 и 4 по 8 витков проводом 0,25 мм; обмотки 5 и 6 содержат соответственно 150 и 60 витков (провод 0,25 мм). Сначала наматываем вторичную обмотку (5 и 6), а потом все остальные. Для изготовления дросселя L1 его параметры можно взять такие же, как и на схеме, приведенной на рис. 2.9.
Настройка блока заключается в подборе номиналов резисторов, отмеченных на схеме звездочкой «*». Для настройки схемы подключается эквивалентная нагрузка, в качестве которой можно взять осветительную лампочку на 220 В мощностью 60... 100 Вт. Яркость ее свечения будет зависеть от частоты импульсов и регулируется резистором R6. Работа преобразователя не должна срываться на максимальной мощности, для чего подбирается цепь делителя из резисторов R3-R4:

Второй вариант автогенераторного преобразователя (рис. 2.25) позволяет получить больше мощность в нагрузке благодаря тому, что используется двухкаскадная схема, состоящая из задающего автогенератора (VT1, VT2) и каскада усилителя мощности на транзисторах VT3, VT4. В этом случае выходными транзисторами может управлять маломощный задающий автогенератор — он работает аналогично показанному на рис. 2.24. Резистор R3 ограничивает ток базы транзисторов. Дроссели L1 и L2 препятствуют проникновению ВЧ-помех, возникающих при работе тиристора, в каскады схемы.
Формирователь выходных импульсов выполнен с необычным включением катушки дросселя L3 и конденсатора С7 (работу такого каскада я не проверял, но в случае каких-то проблем их всегда можно соединить, как это показано на схеме рис. 2.9).
Включается работа схемы кнопкой SB1, обеспечивающей подачу питания на задающий автогенератор. Выходное напряжение может переключаться при помощи SA1 в интервале 300...450 В.
При изготовлении трансформаторов и дросселей использован кольцевой магнитопровод из феррита марки М2000НМ. Для намотки трансформаторов Т1, ТЗ и дросселя L3 взяты кольца типоразмера К20х12х6 мм, а для Т2 — К55х32.х9 мм. Дроссели L1 и L2 наматываются на кольце К8х5х2 мм. Намоточные данные индуктивных элементов приведены в табл. 2.2.

Перед намоткой острые грани сердечников закругляем наждачной бумагой или надфилем: иначе они прорежут изоляцию провода обмотки.
При монтаже трансформаторов необходимо соблюдать указанную фазировку: иначе транзисторы будут сразу вылетать (особенно силовые).
При сборке могут применяться радиодетали: резисторы постоянные любого типа соответствующей мощности, регулировочный R4 — СПО-0,5 Вт или СПЗ-4а; конденсаторы С1...СЗ — К50-35; С4, С5 — К10-17; С6 — К50-47 (можно составить из нескольких конденсаторов); С7 — МБГО-2 на 500 В.
Устаревшие транзисторы МП26А (VT1, VT2) можно заменить на КТ830(А-Г), a VT3, VT4 — на КТ8150А или 2N3055.
Элементы, отмеченные на схеме звездочкой «*», потребую! подбора при настройке.
Настройку лучше проводить по мере сборки, начиная с задающего генератора, выполненного на транзисторах VT1, VT2. При указанных элементах и намоточных данных трансформатора Т1 он дол жен выдавать прямоугольные импульсы частотой около 16 кГц , (частота зависит только от параметров магнитопровода, и, в отличии от предыдущей схемы, нагрузка на нее не влияет). Далее подключаем усилитель мощности на транзисторах VT3, VT4, а ко вторичной обмотке Т2 — осветительную лампу на 220 В (100 Вт). При работающем задающем автогенераторе транзисторы VT3 и VT4 должны поочередно открываться и лампа ярко светиться. В таком режиме не следует надолго включать схему (не более минуты), так как можно перегреть транзисторы.
После предварительной настройки повышающего напряжение преобразователя, проверьте работу всей схемы на более мощной нагрузке, например, в качестве которой можно взять лампу на 300 Вт, подключенную к выходным контактам (ХЗ-Х4). Яркость свечения лампы регулируется резистором R4.

Еще один вариант схемы удочки приведен на рис. 2.26. В ней тоже использован двухкаскадный преобразователь, но он собран на более современной элементной базе и работает аналогично предыдущему. Формирователь выходных импульсов типовой (он уже описан в статье Варианты выполнения формирователей выходных высоковольтных импульсов).
Напряжение на выходе преобразователя устанавливается переключателем SA1 и может находиться в пределах диапазона 300...450 В. Частота следования импульсов зависят от положения регулятора R9.
Для изготовления индуктивных элементов может быть использован магнитопровод: для Т1 ферритовое кольцо (М2000НМ) типоразмера К16x10x4,5 мм; Т2 — двойной ферритовый (М2000НМ) сердечник Ш14,5x11,5 мм (сечение магнитопровода в месте расположения катушки 29x11,5 мм); дроссель L1 наматывается на кольцевом магнитопроводе марки МП140 КП36х25х7,5 мм (рис. 2.10) в три слоя. Намоточные данные этих элементов указаны в табл. 2.3.

При монтаже трансформаторов необходимо соблюдать фазировку. Резисторы и конденсаторы могут использоваться такие же, как и в следующей схеме, приведенной ниже, она будет описана более подробно.


Электрическая схема (рис. 2.27) предложена В. Шенцовым [1, с. 93]. Она имеет ряд особенностей и заслуживает более внимательного рассмотрения. Несмотря на относительную сложность формирователя высоковольтных импульсов, схема электронного блока обладает такими достоинствами, как малые габариты и небольшое потребление. Потребляемый ток зависит от типа воды и расстояния между электродами (расстояние должно быть не меньше 3 м). На транзисторах VT1...VT4, трансформаторе Т2 и диодном мосте VD2...VD5 собран силовой преобразователь, повышающий напряжение с 12 до 300 В. При этом происходит заряд накопительных электролитических конденсаторов С6, С7 до напряжения 270...350 В.
Управление силовыми транзисторами VT1, VT2 преобразователя осуществляется задающим автогенератором, собранным на VT3 и VT4 и трансформаторе Т1.
В преобразователе в качестве ключей VT1 и VT2 применены транзисторы, имеющие структуру БСИТ (Bipolar Static Induction Transistor), специально разработанные для высокочастотных источников питания, — они переключаются раз в пять быстрее обычных, а значит, и греются меньше. Физика работы такого транзистора близка к работе обычного биполярного, но из-за конструктивных особенностей он имеет ряд преимуществ:

1) низкое падение напряжения исток-сток в открытом состоянии;
2) повышенный коэффициент усиления;
3) высокое быстродействие при переключении;
4) повышенная устойчивость к тепловому пробою.
Диод VD1 предохраняет повреждение элементов схемы при ошибочном подключении полярности питания (он должен иметь теплоотвод — радиатор).
Обязательно посмотрите форму импульсов на выходе преобразователя — на экране осциллографа должен быть ровный меандр, а выходные транзисторы — греться одинаково. Чем меньше будет выбросов и переходных процессов, тем лучше. Попробуйте изменять в небольших пределах шунтирующие цепочки, контролируя форму импульсов по осциллографу.
Оптимальная частота выходных импульсов настраивается уже на водоеме, что является самостоятельной творческой задачей. Параметры данной схемы приведены для средней частоты выходных импульсов около 30 Гц. Изменением значений элементов схемы можно подобрать нужную частоту в пределах 10...50 Гц.
Рабочая частота автогенератора около 25 кГц. Включение преобразователя происходит при подаче напряжения питания 12 В на задающий генератор путем замыкания кнопки SB1. Таким образом, кнопкой SB1, расположенной в удобном месте (например, на ручке сачка), осуществляется управление работой всего устройства. После появления напряжения на накопительных конденсаторах вступает в действие тиристорный генератор мощных выходных импульсов. Через некоторое время (t0 на рис. 2.28), определяемое сопротивлением резисторов R8-R9 и емкостью конденсатора С8, напряжение на коллекторе VT5 достигает уровня лавинного обратимого пробоя (150...200 В) — транзистор открывается, и конденсатор С8 разряжается через управляющий электрод тиристора VS1. Таким образом, происходит открывание тиристора VS1 и подача напряжения с накопительных конденсаторов на выходные электроды удочки (моменту соответствует график на участке t1). В это время между положительным электродом удочки (контакт XS1/A1) и отрицательным (XS1/A4) действует ток разряда накопительных конденсаторов через воду. В этот момент напряжение на выходе удочки равно напряжению накопительных конденсаторов, а ток в импульсе должен быть не более 8... 10 А.
После отпирания тиристора VS1 напряжение на делителе R12-R17 уменьшается и происходит запирание по базе транзистора VT6, тем самым запускается лавиннопробивной генератор импульса, собранный на этом транзисторе. Питание генератора производится от конденсатора С9, перед этим зарядившегося через диод VD6, дроссель L1, резистор R18 и нагрузку до напряжения накопительных конденсаторов. На катоде диода VD6 в этот момент будет напряжение около 500...600 В. Через время t1 определяемое параметрами элементов R10, R11, С10, VT6 и напряжением на С9, генератор сформирует импульс, отпирающий тиристор VS2, и тем самым запустится процесс запирания тиристора VS1.
Происходит это следующим образом. Конденсатор С9 начинает разряжаться через открытый тиристор VS2 и накопительный дроссель L1. В момент, когда напряжение на конденсаторе С9 станет равно нулю, ток дросселя L1 достигнет максимума (энергия из С9 перейдет в L1), и начнется обратный перезаряд. Ток индуктивности не может мгновенно измениться, поэтому он продолжает течь в том же направлении, и энергия, накопленная в дросселе, переходит обратно в конденсатор С9, при этом полярность заряда изменится. Теперь напряжение на С9 стало противоположно первоначальному. Поскольку ток дросселя L1 уменьшается при этом до нуля, тиристор VS2 закрывается. Напряжение с С9 будет действовать как запирающее на тиристор VS1. Возникает нарастающий ток по цепи C9-L1-VS1-VD6. В какой-то момент этот ток превысит ток, идущий от накопительных конденсаторов С6-С7 через тиристор VS1 в нагрузку, сумма токов станет равна нулю, и тиристор VS1 закроется. После этого в нагрузку пойдет ток дросселя по цепи С6, C7-VD6-C9-L1 и сформируется короткий импульс повышенного напряжения (на выходе удочки оно может достигнуть удвоенного напряжения накопительных конденсаторов).
В момент выброса и по его окончании конденсатор С9 через элементы VD6-L1 и нагрузку перезаряжается до напряжения накопительных конденсаторов С6, С7. Таким образом, схема формирователя мощных выходных импульсов возвращается в исходное состояние. Весь описанный процесс периодически повторяется.
Тиристорный генератор работает до тех пор, пока на конденсаторах С6, С7 есть достаточное для его запуска напряжение (более 200 В). Таким образом, после размыкания кнопки SB1 и прекращения работы силового преобразователя автоматически прекращается формирование импульсов на выходе удочки.
Предельные параметры выходных импульсов удочки определяются мощностью используемых тиристоров и импульсными свойствами накопительных конденсаторов. От параметров колебательного контура C9-L1 зависит устойчивость процесса запирания тиристора VS1 и мощность короткого выброса. Увеличение емкости С9 или уменьшение индуктивности L1 приводит к увеличению энергии запирания и соответственно к большему возможному току в нагрузке, но существует ограничение в виде предельно допустимого тока через тиристор VS2.
В данной схеме на выходе, в момент действия импульса t1, ток может достигать порядка 8...10 А (при напряжении 270...350 В). При перегрузке частота выходных импульсов ограничивается элементами R18, VD7, С11, которые через делитель R14-R15 подают запирающее напряжение, приостанавливающее работу генератора на транзисторе VT5.
Частота выходных импульсов зависит от напряжения аккумулятора, сопротивления нагрузки и может в определенных пределах регулироваться потенциометром R10, позволяющим изменять длительность импульса t1, которая влияет на мощность, снимаемую с накопительных конденсаторов, так как просадка напряжения на них увеличивает длительность цикла формирования выходного импульса.
При монтаже могут использоваться детали: резисторы типа МЛТ, R18 — С5-35 или любой проволочный, переменный резистор R10 любого типа, например СП1-4. Неполярные конденсаторы С1...СЗ типа К10-17, электролитические конденсаторы С6 и С7 лучше использовать импортные (для уменьшения габаритных размеров); С4 и С11 — К53-1(4, 18), остальные можно ставить любых типов с рабочим напряжением не меньше, чем это указано на схеме. Кнопка SB1 подойдет любая малогабаритная. В качестве разъема для подключения всех внешних цепей к блоку можно применить РП14-16Л или аналогичный, имеющий силовые контакты, рассчитанные на ток до 10 А.
Намоточные данные трансформаторов и дросселя приведены на рис. 2.29.

В зависимости от имеющегося у вас магнитопровода может быть выбран один из двух предложенных вариантов.
Транзисторы VT1, VT2 устанавливаются на радиаторы площадью 50... 100 см2. Радиатором также может являться металлический корпус конструкции.
Вариант топологии печатной платы для размещения элементом выделенных на схеме пунктиром, приведен на рис. 2.30.

Общие габариты электронного блока зависят от типов используемых деталей и при максимальной минимизации составляют не более чем размер двух пачек сигарет.
Настройку электрической схемы удочки удобнее начинать с проверки работы задающего автогенератора (осциллографом). Если генерации нет, то, скорее всего, вы перепутали фазировку подключения обмоток и потребуется поменять местами подключение выводов 1 и 4 трансформатора Т1.
Проверку работы транзисторов VT1, VT2 лучше выполнять при подключенном параллельно с конденсаторами С6-С7 резистора сопротивлением около 1 кОм (60 Вт) или лампочке, в качестве эквивалента нагрузки (все автогенераторные импульсные преобразователи нe любят режима холостого хода, и этот не исключение).
После того как вы убедитесь, что повышающий напряжение преобразователь работает нормально, подключите к выводам XS1/1 и XS1/4 мощное сопротивление около 300...430 Ом и контролируйте осциллографом наличие на нем импульсов, их форма должна соответствовать показанной на рис. 2.28.
Дальнейшая настройка устройства выполняется на водоеме при помощи резистора R10.
Самая крупная рыба, которая была поймана при помощи этой схемы, судак весом около 12 кг, но в основном, конечно, попадается более мелкая. Единственное отличие от лова другими удочками заключается в том, что приходится чуть дольше держать нажатой кнопку включения питания, пока рыба сама не приплывет из камышей прямо к сачку.
Литература:
1. Интегральные микросхемы: микросхемы для импульсных источников питания и их применение. 2-е изд. — М.: ДОДЭКА, 2000.
Однотактные схемы удочек
Электроника для рыболова Шелестов И. П.
Полезные вспомогательные узлы

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR