Выпрямитель тока

Сетевой выпрямитель с умножением тока

В маломощных блоках питания часто используется бестрансформаторная схема с гасящим конденсатором. Такая схема при увеличении мощности блока питания приводит к резкому увеличению потребляемого от сети тока. В трансформаторных же блоках питания потребляемый нагрузкой ток и ток в сети связаны коэффициентом трансформации.

Для уменьшения тока-в бестрансформаторных источниках применяются сетевые выпрямители с умножением тока, которые описаны в. На рис.1 представлен сетевой выпрямитель с умножением тока, выполненный на современной элементной базе.

В первоначальный момент конденсаторы С1.. .С16 разряжены. В первую половину отрицательной полуволны сетевого напряжения на клемме А происходит их заряд через цепочку диодов VD1, VD4, VD7, VD10...VD46. Все конденсаторы соединены последовательно, и эта цепочка заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения. Емкости конденсаторов одинаковые, поэтому напряжение на каждом из конденсаторов в 16 раз меньше амплитудного значения, а эквивалентная емкость, подключенная к сети, также в 16 раз меньше емкости одного конденсатора. Диоды VD2, VD3, VD5, VD6.. .VD47 в это время закрыты.

Во второй половине отрицательной полуволны диоды VD1, VD4, VD7, VD10...VD46 закрываются, поскольку сетевое напряжение уменьшается, а конденсаторы заряжены до амплитудного значения, т.е. напряжение на них будет больше. При положительной полуволне сетевого напряжения закрывается диод VD1, и устройство отключается от сети.

В этот момент, если открыть транзисторы VT1 и VT2, низковольтная нагрузка Rh подключится к выходу выпрямителя. Диоды VD2, VD3, VD5, VD6.. .VD47 откроются, и заряженные конденсаторы С1.. .С16 подключатся к нагрузке параллельно. Это позволяет получить от выпрямителя среднее значение тока разрядки в 16 раз больше, чем ток зарядки. Таким образом, выпрямитель позволяет получить низковольтное выходное напряжение при одновременном увеличении выходного тока.

Итак, в первой половине отрицательной полуволны сетевого напряжения происходит заряд конденсаторов, а во время положительной полуволны — отдача накопленной энергии. Величина пульсаций (частотой 50 Гц) выходного напряжения этого выпрямителя значительна, следовательно, на выходе необходим фильтрующий конденсатор большой емкости.

Устройство управления ключами (полевыми транзисторами) VT1, VT2 работает следующим образом. Учтем, что защитные диоды в составе транзисторов включены катодами к стоку. Этот ключ очень хорошо работает на переменном токе, так как имеет низкое проходное сопротивление (доли ома) и гальваническую развязку силовой цепи от цепи управления. В данном устройстве ключ используется из-за необходимости присоединения одного вывода нагрузки к нейтральному выводу сети. На микросхеме DA1 выполнен инвертирующий триггер Шмитта.

В исходном состоянии каналы полевых транзисторов закрыты (нет питания), Во время отрицательной полуволны сетевого напряжения относительно клеммы А на клемме N — положительный потенциал. Ток с нее проходит через резистор R4, стабилитрон VD51, защитный диод полевого транзистора VT1, диоды VD2 и VD1 на клемму А. На стабилитроне VD51 возникает падение напряжения (12 В). Через диод VD50 заряжается конденсатор С17, и микросхема DA1 получает питание. В это время через светодиод оптрона VU1 ток не протекает, соответственно, его фоторезистор закрыт, на выводах 2 и 6 DA1 — высокий уровень, а на выходе (выводе 3)—низкий. Транзисторы VT1, VT2 закрыты, и нагрузка обесточена.

При положительной полуволне сетевого напряжения зажигается светодиод оптрона VU1, и открывается его фототранзистор. Это происходит с задержкой — тогда, когда напряжение на цепочке светодиод VU1-VD49 достигает ее порога открывания, т.е. величины 1,6+3,9=5,5 (S3). Этого времени достаточно для устранения переходных процессов в схеме. На выводах 2, 6 DA1 устанавливается низкий уровень, а на выходе 3 — высокий, открывающий полевые транзисторы VT1, VT2, и нагрузка, как было сказано выше, получает питание.

При активной нагрузке стабилитрон VD49 можно убрать. Для индуктивной нагрузки между стоками транзисторов VT1, VT2 необходимо установить диод (1.5КЕ400СА), защищающий их от всплесков напряжения, возникающих на индуктивной нагрузке при ее коммутации. Устройство собрано на 2-х печатных платах. На первой размещены детали умножителя, на второй — управляющего ключа. Транзисторы VT1, VT2 должны быть высоковольтными, т.к. в закрытом состоянии на них присутствует амплитудное значение сетевого напряжения. Транзисторы типа IRF840 имеют максимальное напряжение сток-исток 500 В и допустимый ток 8 А. Если необходим больший ток, то лучше использовать транзисторы IRFP37N50A, которые характеризуются UMaKC—500 В, 1си—37 A, UHac-1,7 В.

Испытания опытного образца устройства показали, что при сетевом напряжении 220 В напряжение на выходе составило 18,5 В при токе нагрузке 10 А. У. радиолюбителей часто имеются трансформаторы от ламповых телевизоров, которые имеют обмотки для питания анодных цепей (43,5 В, 59,5 В). С помощью данного устройства можно получить необходимое низкое напряжение (с очень большим током), не перематывая трансформатор.