интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Высоковольтный импульсный стабилизатор. Стабилизатор напряжения высоковольтный схема


Высоковольтный стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания

Высоковольтный стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания

Существует огромное количество схем низковольтных стабилизаторов напряжения. Совершенно иная ситуация с высоковольтными стабилизаторами. . Вот почему мы решили разработать этот простой регулятор, который может справиться с высоким  напряжением. Эта схема может быть использована, например, в составе блока питания гибридного усилителя низкой частоты.

Собственно стабилизатор  состоит всего из трех транзисторов. На четвертом транзисторе собран узел защиты от короткого замыкания на выходе.

Принципиальная схема высоковольтного стабилизатора напряжения.

Диод D1 защищает T2 от отрицательных напряжений, которые могут возникнуть при коротком замыкании входа или при подключении  к выходу большой емкостной нагрузки.Для получения нудного опорного напряжения на базе T3  мы используем два стабилитрона на 39 В, соединенных последовательно.

Поскольку номиналы R6 и R7 одинаковы, выходное напряжение будет в два раза больше, что составляет около 155 В. T4 работает в качестве  буфера для напряжения делителя R6 / R7. Это означает, что мы можем использовать резисторы более высокого сопротивления и ток базы транзистора  T2 не повлияет на выходное напряжение делителя R6 / R7.

Узел ограничения выходного тока в случае короткого замыкания построен на транзисторе Т1 и его работа также осень. При увеличении выходного тока выше 30 мА, напряжение, падающее на R1 возрастает настолько, что открывается транзистор T1. Открывшись, T1 ограничивает напряжение эмиттер-база транзистораT2. Резистор R2 необходим для защиты T1 от быстрых скачков (пиков_ напряжения на R1. Резистор R3 необходим для запуска регулятора. Без R3 на выходе не было бы напряжения, и, следовательно, у транзистора Т2 не было бы тока базы. R3 слегка приоткрывает транзистор T2, немного, но достаточно для того, чтобы регулятор запустился.

Во нормальном режиме работы при падении напряжения на транзисторе Т2 около 15 В  и токе около 30 мА нет необходимости в дополнительном охлаждении регулирующего транзистора T2. Температура перехода составляет около 70 ° C, что означает, что вы можете обжечь пальцы, если не будете осторожны! Чем ниже входное напряжение, тем больший ток может обеспечить этот стабилизатор.

Во случае короткого замыкания и входного напряжения 140 В ток составляет около 30 мА, а T2, конечно же, требует охлаждения. Поэтому лучше сразу установить регулирующий транзистор на радиатор, чтобы предотвратить его выход из строя в случае возникновения режима короткого замыкания. Чтобы увеличить выходное напряжение, вы должны увеличить сопротивление резистора R6. Если вы хотите использовать более высокое опорное напряжение, вы должны заменить T4 на MJE350.

Транзисторы для сборки стабилизатора можно недорого купить в Китае по следующим ссылкам:

musbench.com

Высоковольтный выпрямитель и стабилизатор

В отличие от низковольтных источников питания напряжение вторичной обмотки трансформатора уже известно (230 В), поэтому расчет схемы стабилизатора напряжения должен будет производиться, исходя из этого значения несглаженного высоковольтного напряжения, а не в обратном порядке.

Мостовой выпрямитель будет заряжать накопительный конденсатор до напряжения 325 В. Хотя существуют герметизированные схемы-сборки мостовых выпрямителей, предназначенные для таких напряжений, все-таки безопаснее будет использовать дискретные полупроводниковые диоды, так как это позволит использовать увеличенные расстояния между выводами и уменьшит риск случайно закоротить выводы выпрямителя. Если принято решение использовать дискретные диоды, то следует использовать быстродействующие диоды с малым временем восстановления, такие, например, как RHRD4120 или STTA512D (предельное значение обратного напряжения VRRM составляет 1200 В). Эти диоды характеризуются как меньшими значениями токов выброса, так и меньшей их длительностью по сравнению со стандартными диодами с р-n переходами и, следовательно, меньшим уровнем шумов. Еще лучше было бы использовать диоды Шоттки, изготовленные из карбида кремния, для которых значение VRRM составляет 600 В, и которые стали доступными для применения в последнее время (например SDO1060). Если необходимо использовать диоды с напряжением VRRM > 1500 В, но со значением тока IDC < 500 мА, то могут оказаться полезными небольшие диоды, например BY228, которые первоначально предназначались для использования в качестве демпфирующих диодов (или гасящих диодов по номенклатуре изделий США) в схемах строчной развертки телевизоров. В рассматриваемых схемах, как правило, необходимы не очень высокие значения непрерывно потребляемого тока (около 100 мА), поэтому выбор будет остановлен на элементах с наиболее низкими значениями рабочих токов, но превышающих указанное значение, так как диоды, которые рассчитаны на более высокие значения токов всегда имеют меньшее быстродействие и более высокий уровень шумов.

Максимальное рабочее напряжение разрабатываемого стабилизатора напряжения должно составлять 300 В, тогда как максимальное напряжение на накопительном конденсаторе выпрямителя составит 325 В. Следовательно можно допустить суммарное падение напряжения 25 В, вызванное падениями напряжений на самом стабилизаторе, полупроводниковых диодах и пульсаций напряжения на конденсаторе. Если применить вновь ранее уже использовавшийся критерий, в соответствии с которым для напряжения пульсаций принималось значение 5%, то величина напряжения пульсаций составит примерно 17 В. Однако, падение напряжения в 17 В за счет пульсаций будет гораздо больше того значения от общей величины в 25 В, что можно было бы допустить с учетом дополнительных падений напряжения на других элементах. Поэтому было бы совсем неплохо уменьшить это значение до 10 В, либо еще меньше. В силу этого, идеальным для использования оказался бы накопительный конденсатор с емкостью 220 мкФ и низким значением эквивалентного последовательного сопротивления. Следует отметить, что такой конденсатор, заряженный до 325 В запасет на своих обкладках значительную энергию, поэтому при проверке цепей схемы с таким конденсатором надо проявлять особо высокую осторожность.

После вышеизложенных рассуждений можно приступить к рассмотрению схемы стабилизатора, начиная со схемы делителя напряжения (рис. 6.44).

Если по цепи делителя пропустить ток величиной 5 мА, то на нижнем резисторе падение напряжения должно составить примерно 300 В, поэтому понадобится резистор с сопротивлением 60 кОм и мощностью рассеяния 1,5 Вт. Если вместо этого резистора использовать другой, например, имеющий сопротивление 220 кОм и мощность рассеяния 2 Вт, то на этом резисторе будет выделяться мощность всего 0,4 Вт, которая оказывается вполне допустимой. Далее, такая замена дает и другое преимущество, заключающееся в том, что из-за того, что сопротивление резистора верхнего плеча делителя должно возрасти, то эквивалентное сопротивление Тевенина также увеличится, поэтому понадобится конденсатор, который шунтирует вывод Настройка (ADJ) на землю, с меньшим значением емкости. Так как цепь смещения не потребляет ток 5 мА(минимальное значение тока нагрузки, обеспечивающее правильное функционирование интегрального стабилизатора напряжения 317 серии), отсутствие нагрузки на выходе стабилизатора напряжения вызовет увеличение выходного напряжения. Однако лампы, для которых осуществляется предварительный подогрев катодов в режиме пониженного энергопотребления, будут всегда обеспечивать необходимую нагрузку стабилизатора, а поэтому данная проблема не окажется существенной.

Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Рис. 6.44 Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Примечание. Как транзистор MJE340, так и интегральный стабилизатор напряжения 317Т серии должны монтироваться с применением тщательно выполненной электрической изоляции на соответствующих теплоотводящих радиаторах. В качестве радиаторов можно использовать алюминиевый уголок с толщиной стенки 3 мм.

По нижнему резистору с сопротивлением 220 кОм протекает ток величиной 1,358 мА, причем ток 50 мкА является током смещения, протекающим через вывод Настройка интегрального стабилизатора напряжения 317 серии. По резистору верхнего плеча будет протекать, следовательно, ток 1,308 мА, который должен вызвать на нем падение напряжения 1,25 В. Таким образом, величина сопротивления верхнего резистора должна будет составить 955,7 Ом. Однако точность задания величины опорного напряжения интегрального стабилизатора 317 серии составляет 4%, поэтому есть небольшой допуск на величину сопротивления указанного резистора. Можно было бы использовать для подгонки переменный резистор, однако, их надежность гораздо меньше, чем у постоянных резисторов, а отказ одного из компонентов схемы с высоковольтными кремниевыми приборами может привести практически к катастрофическим последствиям. Более безопасным вариантом окажется использование постоянного резистора со стандартным значением сопротивления 1 кОм, но при этом надо предусмотреть место для установки дополнительного параллельно включаемого резистора, точная величина которого будет подбираться при настройке всей схемы, так называемый настраиваемый при регулировке элемент (в западной литературе часто обозначается, как АОТ).

Перед тем, как собирать схему, необходимо замерить и записать точное значение сопротивления резистора, обозначенного в схеме, как 220 кОм, мощность 2 Вт (так как вполне возможно, что его действительная величина будет немного отличаться от паспортной и составит, например, 221 Ом). После сборки схемы может оказаться, что выходное напряжение будет составлять, например, 290 В. Благодаря цепи делителя напряжения падение напряжения на резисторе 220 кОм должно составлять 288,75 В, поэтому величина протекающего по нему тока составит 1,307 мА. Для определения величины тока в верхнем резисторе необходимо из этого значения тока вычесть собственный ток смещения стабилизатора напряжения, равный 50 мкА (после чего величина тока верхнего резистора составит 1,257 мА). Умножение полученного значения тока на сопротивление 1 кОм верхнего резистора даст величину опорного напряжения (1,257 В)

После этого можно продолжить работу по настройке схемы. Если разделить напряжение 298,74 В на сопротивление 221 кОм, то получится ток, равный 1,352 мА. После этого надо вычесть ток смещения, равный 50 мкА, что даст значение 1,302 мА и разделить на него величину опорного напряжения 1,257 В. Результат деления даст требуемую величину сопротивления, равную 965,6 Ом. Включение резистора с сопротивлением 27 кОм параллельно с уже имеющимся резистором 1 кОм даст точное значение высоковольтного напряжения 300 В. Хотя описанный метод и кажется очень усложненным и нудным, он гарантирует гораздо более высокую степень безопасности по сравнению с использованием подстроечного переменного резистора.

Эквивалентное сопротивление Тевенина относительно вывода Настройка стабилизатора составляет примерно 950 Ом, что требует использования шунтирующего на землю конденсатора с емкостью 1,5 мкФ. Такой конденсатор очень дорог и занимает большой объем (рабочее напряжение 400 В), поэтому величина емкости обычно уменьшается до 470 пФ и используется соответствующий по типу стандартный конденсатор.

В рекомендациях по применению, которые заполонили технические паспорта этой группы стабилизаторов напряжения, требуется устанавливать резистор между эмиттером последовательно включенного транзистора и интегральным стабилизатором 317 серии, чтобы ограничить ток короткого замыкания. В других схемах, в частности, предложенной, Дж. Дж. Курцио (J. J. Curcio) также сохраняется данный резистор по целому ряду причин, хотя его величина часто уменьшена для снижения падения напряжения на нем. Введение подключенного к земле конденсатора на выходе стабилизатора обеспечивает ВЧ фильтрацию, что улучшает устойчивость работы стабилизатора напряжения. Некоторым недостатком такого варианта можно считать, что в этом случае будет отсутствовать возможность спасительного для стабилизатора закорачивания на землю возможных токов короткого замыкания.

Резистор с сопротивлением 31 кОм, включенный последовательно со стабилитроном с рабочим напряжением 15 В, задает ток стабилитрона. Для снижения шумов и максимальной устойчивости ток стабилитрона должен превышать значение 5 мА. Известно, что на выходе стабилизатора напряжение составляет 300 В, поэтому напряжение на верхней точке стабилитрона должно будет составлять 315 В. При величине тока стабилизатора 100 мА, на накопительном конденсаторе напряжение пульсаций составит примерно 5 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения, поэтому среднее значение постоянного напряжения составит: (339 — 2,5) В = 336,5 В. Следовательно, напряжение на резисторе с сопротивлением 31 кОм составит (336,5 В — 315В), а ток, протекающий через стабилитрон, составит 7,2 мА. Поэтому, если возникнет необходимость изменить напряжение, поступающее на стабилизатор напряжения, то величина сопротивления этого резистора должна быть пересчитана заново, чтобы обеспечить необходимое значение тока стабилитрона.

next-sound.ru

Высоковольтный выпрямитель и стабилизатор

В отличие от низковольтных источников питания напряжение вторичной обмотки трансформатора уже известно (230 В), поэтому расчет схемы стабилизатора напряжения должен будет производиться, исходя из этого значения несглаженного высоковольтного напряжения, а не в обратном порядке.

Мостовой выпрямитель будет заряжать накопительный конденсатор до напряжения 325 В. Хотя существуют герметизированные схемы-сборки мостовых выпрямителей, предназначенные для таких напряжений, все-таки безопаснее будет использовать дискретные полупроводниковые диоды, так как это позволит использовать увеличенные расстояния между выводами и уменьшит риск случайно закоротить выводы выпрямителя. Если принято решение использовать дискретные диоды, то следует использовать быстродействующие диоды с малым временем восстановления, такие, например, как RHRD4120 или STTA512D (предельное значение обратного напряжения VRRM составляет 1200 В). Эти диоды характеризуются как меньшими значениями токов выброса, так и меньшей их длительностью по сравнению со стандартными диодами с р-n переходами и, следовательно, меньшим уровнем шумов. Еще лучше было бы использовать диоды Шоттки, изготовленные из карбида кремния, для которых значение VRRM составляет 600 В, и которые стали доступными для применения в последнее время (например SDO1060). Если необходимо использовать диоды с напряжением VRRM > 1500 В, но со значением тока IDC < 500 мА, то могут оказаться полезными небольшие диоды, например BY228, которые первоначально предназначались для использования в качестве демпфирующих диодов (или гасящих диодов по номенклатуре изделий США) в схемах строчной развертки телевизоров. В рассматриваемых схемах, как правило, необходимы не очень высокие значения непрерывно потребляемого тока (около 100 мА), поэтому выбор будет остановлен на элементах с наиболее низкими значениями рабочих токов, но превышающих указанное значение, так как диоды, которые рассчитаны на более высокие значения токов всегда имеют меньшее быстродействие и более высокий уровень шумов.

Максимальное рабочее напряжение разрабатываемого стабилизатора напряжения должно составлять 300 В, тогда как максимальное напряжение на накопительном конденсаторе выпрямителя составит 325 В. Следовательно можно допустить суммарное падение напряжения 25 В, вызванное падениями напряжений на самом стабилизаторе, полупроводниковых диодах и пульсаций напряжения на конденсаторе. Если применить вновь ранее уже использовавшийся критерий, в соответствии с которым для напряжения пульсаций принималось значение 5%, то величина напряжения пульсаций составит примерно 17 В. Однако, падение напряжения в 17 В за счет пульсаций будет гораздо больше того значения от общей величины в 25 В, что можно было бы допустить с учетом дополнительных падений напряжения на других элементах. Поэтому было бы совсем неплохо уменьшить это значение до 10 В, либо еще меньше. В силу этого, идеальным для использования оказался бы накопительный конденсатор с емкостью 220 мкФ и низким значением эквивалентного последовательного сопротивления. Следует отметить, что такой конденсатор, заряженный до 325 В запасет на своих обкладках значительную энергию, поэтому при проверке цепей схемы с таким конденсатором надо проявлять особо высокую осторожность.

После вышеизложенных рассуждений можно приступить к рассмотрению схемы стабилизатора, начиная со схемы делителя напряжения (рис. 6.44).

Если по цепи делителя пропустить ток величиной 5 мА, то на нижнем резисторе падение напряжения должно составить примерно 300 В, поэтому понадобится резистор с сопротивлением 60 кОм и мощностью рассеяния 1,5 Вт. Если вместо этого резистора использовать другой, например, имеющий сопротивление 220 кОм и мощность рассеяния 2 Вт, то на этом резисторе будет выделяться мощность всего 0,4 Вт, которая оказывается вполне допустимой. Далее, такая замена дает и другое преимущество, заключающееся в том, что из-за того, что сопротивление резистора верхнего плеча делителя должно возрасти, то эквивалентное сопротивление Тевенина также увеличится, поэтому понадобится конденсатор, который шунтирует вывод Настройка (ADJ) на землю, с меньшим значением емкости. Так как цепь смещения не потребляет ток 5 мА(минимальное значение тока нагрузки, обеспечивающее правильное функционирование интегрального стабилизатора напряжения 317 серии), отсутствие нагрузки на выходе стабилизатора напряжения вызовет увеличение выходного напряжения. Однако лампы, для которых осуществляется предварительный подогрев катодов в режиме пониженного энергопотребления, будут всегда обеспечивать необходимую нагрузку стабилизатора, а поэтому данная проблема не окажется существенной.

Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Рис. 6.44 Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Примечание. Как транзистор MJE340, так и интегральный стабилизатор напряжения 317Т серии должны монтироваться с применением тщательно выполненной электрической изоляции на соответствующих теплоотводящих радиаторах. В качестве радиаторов можно использовать алюминиевый уголок с толщиной стенки 3 мм.

По нижнему резистору с сопротивлением 220 кОм протекает ток величиной 1,358 мА, причем ток 50 мкА является током смещения, протекающим через вывод Настройка интегрального стабилизатора напряжения 317 серии. По резистору верхнего плеча будет протекать, следовательно, ток 1,308 мА, который должен вызвать на нем падение напряжения 1,25 В. Таким образом, величина сопротивления верхнего резистора должна будет составить 955,7 Ом. Однако точность задания величины опорного напряжения интегрального стабилизатора 317 серии составляет 4%, поэтому есть небольшой допуск на величину сопротивления указанного резистора. Можно было бы использовать для подгонки переменный резистор, однако, их надежность гораздо меньше, чем у постоянных резисторов, а отказ одного из компонентов схемы с высоковольтными кремниевыми приборами может привести практически к катастрофическим последствиям. Более безопасным вариантом окажется использование постоянного резистора со стандартным значением сопротивления 1 кОм, но при этом надо предусмотреть место для установки дополнительного параллельно включаемого резистора, точная величина которого будет подбираться при настройке всей схемы, так называемый настраиваемый при регулировке элемент (в западной литературе часто обозначается, как АОТ).

Перед тем, как собирать схему, необходимо замерить и записать точное значение сопротивления резистора, обозначенного в схеме, как 220 кОм, мощность 2 Вт (так как вполне возможно, что его действительная величина будет немного отличаться от паспортной и составит, например, 221 Ом). После сборки схемы может оказаться, что выходное напряжение будет составлять, например, 290 В. Благодаря цепи делителя напряжения падение напряжения на резисторе 220 кОм должно составлять 288,75 В, поэтому величина протекающего по нему тока составит 1,307 мА. Для определения величины тока в верхнем резисторе необходимо из этого значения тока вычесть собственный ток смещения стабилизатора напряжения, равный 50 мкА (после чего величина тока верхнего резистора составит 1,257 мА). Умножение полученного значения тока на сопротивление 1 кОм верхнего резистора даст величину опорного напряжения (1,257 В)

После этого можно продолжить работу по настройке схемы. Если разделить напряжение 298,74 В на сопротивление 221 кОм, то получится ток, равный 1,352 мА. После этого надо вычесть ток смещения, равный 50 мкА, что даст значение 1,302 мА и разделить на него величину опорного напряжения 1,257 В. Результат деления даст требуемую величину сопротивления, равную 965,6 Ом. Включение резистора с сопротивлением 27 кОм параллельно с уже имеющимся резистором 1 кОм даст точное значение высоковольтного напряжения 300 В. Хотя описанный метод и кажется очень усложненным и нудным, он гарантирует гораздо более высокую степень безопасности по сравнению с использованием подстроечного переменного резистора.

Эквивалентное сопротивление Тевенина относительно вывода Настройка стабилизатора составляет примерно 950 Ом, что требует использования шунтирующего на землю конденсатора с емкостью 1,5 мкФ. Такой конденсатор очень дорог и занимает большой объем (рабочее напряжение 400 В), поэтому величина емкости обычно уменьшается до 470 пФ и используется соответствующий по типу стандартный конденсатор.

В рекомендациях по применению, которые заполонили технические паспорта этой группы стабилизаторов напряжения, требуется устанавливать резистор между эмиттером последовательно включенного транзистора и интегральным стабилизатором 317 серии, чтобы ограничить ток короткого замыкания. В других схемах, в частности, предложенной, Дж. Дж. Курцио (J. J. Curcio) также сохраняется данный резистор по целому ряду причин, хотя его величина часто уменьшена для снижения падения напряжения на нем. Введение подключенного к земле конденсатора на выходе стабилизатора обеспечивает ВЧ фильтрацию, что улучшает устойчивость работы стабилизатора напряжения. Некоторым недостатком такого варианта можно считать, что в этом случае будет отсутствовать возможность спасительного для стабилизатора закорачивания на землю возможных токов короткого замыкания.

Резистор с сопротивлением 31 кОм, включенный последовательно со стабилитроном с рабочим напряжением 15 В, задает ток стабилитрона. Для снижения шумов и максимальной устойчивости ток стабилитрона должен превышать значение 5 мА. Известно, что на выходе стабилизатора напряжение составляет 300 В, поэтому напряжение на верхней точке стабилитрона должно будет составлять 315 В. При величине тока стабилизатора 100 мА, на накопительном конденсаторе напряжение пульсаций составит примерно 5 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения, поэтому среднее значение постоянного напряжения составит: (339 — 2,5) В = 336,5 В. Следовательно, напряжение на резисторе с сопротивлением 31 кОм составит (336,5 В — 315В), а ток, протекающий через стабилитрон, составит 7,2 мА. Поэтому, если возникнет необходимость изменить напряжение, поступающее на стабилизатор напряжения, то величина сопротивления этого резистора должна быть пересчитана заново, чтобы обеспечить необходимое значение тока стабилитрона.

 

tubeamplifier-narod.ru

Высоковольтный импульсный стабилизатор | Техника и Программы

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Относительно простая схема на рис. 17.11 служит примером того, каких характеристик теперь можно достичь, применяя высокотехнологичные транзисторы и диоды. Величины напряжения и мощности, приведенные на рисунке, еще несколько лет назад были в области фантазии или уст­ройства с такими параметрами имели стоимость, доступную только во­енным и космическим разработкам. Использование простых дискретных транзисторов в управлении удовлетворяет требованиям направления, ко­торое не видит никакой необходимости значительного усложнения схе­мы при больших уровнях мощности. Конечно, выбор схемы является прерогативой конструктора, но совершенно бесспорно, что такой метод управления является грубым. Эту схему, вероятно, легко сделать устой­чивой к большим уравнительным токам, часто наводимым внешним оборудованием. В любом случае, при полной нагрузке к.п.д. достигает величины 92 процента. Это, вместе с 0,6-процентной общей стабилиза­цией по входному напряжению и по нагрузке, и 0,75 В максимальным значением пульсаций при полной нафузке, должно рассеять любые со­мнения относительно свойств предложенной схемы.

На рис. 17.11 два транзистора 2N21\\ Q2 и Q3 образуют дифференци­альный усилитель, который вместе со стабилитроном 1Л751 выполняет функцию простого компаратора напряжения. Его работа ограничена ли­нейной областью. Поскольку рассматриваемый стабилизатор является импульсным, а не линейным, под величиной, поступающей на компара­тор, лучше всего иметь в виду пульсации напряжения, а не установив­шийся уровень постоянного напряжения. Компаратор вырабатывает сиг­нал рассогласования, который характеризует выше или ниже опорного напряжения его входной сигнал. Благодаря линейному режиму работы компаратора, этот сигнал рассогласования сохраняет свою треугольную форму.

Следующий каскад, включающий транзисторы Q4 и Q5, является триггером Шмита. Этот каскад формирует импульсы переменной дли­тельности зависящей от амплитуды сигнала на выходе компаратора; таким образом, схема управления в целом ведет себя как широтно-им­пульсный модулятор. Переключающий транзистор Q\ управляется непос­редственно сигналом с выхода триггера Шмита. Конечным результатом работы перечисленных узлов является стабилизация выходного напряже­ния путем управления длительностью рабочего. Номинальная частота автоколебаний этого источника составляет около 7 кГц.

clip_image002

Рис. 17.11. Схема регулируемого высоковольтного импульсного стаби­лизатора. Delco Electronics Division.

nauchebe.net

Варианты применения стабилизатора высоковольтного напряжения

LC-фильтры хороши для снижения фонового напряжения, но их выходной импеданс достаточно высок (составляет десятки Ом). Это обстоятельство особенно важно для однотактных усилителей с несимметричным выходом, так как выходная лампа не может различать приведенную нагрузку со стороны громкоговорителя (через выходной) трансформатор и внутреннее сопротивление источника питания, включенное последовательно с ним (рис. 7.28).

Размах амплитуд напряжения выходной лампы распределяется по этим двум элементам, хотя можно учесть и резистивную составляющую сопротивления, действующую в выходном трансформаторе. При снижении мощности выходное сопротивление возрастает. Стабилизатор высоковольтного напряжения позволяет получить для усилителя с несимметричным выходом оптимальную отдачу высоковольтного питания, и в значительной степени решает эту проблему.

Влияние отличного от нуля значения сопротивления источника питания усилителя мощности

Рис. 7.28 Влияние отличного от нуля значения сопротивления источника питания усилителя мощности

Схема стабилизатора напряжения на двух транзисторах

Рис. 7.29 Схема стабилизатора напряжения на двух транзисторах

Поскольку, каждый канал усилителя требует напряжения 300 В при силе тока 130 мА, можно в качестве источника высоковольтного напряжения использовать, например, приведенный на рис. 6.46 без каких-то изменений. Однако так как для подавления пульсаций не хотелось бы затрачивать слишком много дополнительных усилий, некоторая адаптация схемы простого двухтранзисторного стабилизатора, примененного в исходном варианте, может оказаться вполне уместной. Подобная модернизация приведена на рис. 7.29.

Преимуществом стабилизатора, собранного на двух транзисторах, является малое падение напряжения и, следовательно, невысокая рассеиваемая мощность. Можно принять, что падение напряжения на стабилизаторе равно, или превышает 10 В и рассмотреть, что произойдет в случае, когда напряжение сети питания снижается на 6% (если такое возможно). Таким образом, номинальное высоковольтное напряжение, необходимое для подачи на вход стабилизатора, определяется:

Проверка паспортных данных лампы-кенотрона EZ81 показала, что для ее работы необходим силовой трансформатор, у которого высоковольтные обмотки с отводом от средней точки рассчитаны на напряжения 412-0-412 В.

Высоковольтные мощные биполярные транзисторы имеют достаточно низкое значение h-параметра hFE, низкую рабочую частоту и высокую стоимость, поэтому использование в стабилизаторе высоковольтного МОП полевого транзистора может оказаться предпочтительнее при его последовательном включении в схему.

В случае, когда шумы не являются определяющим фактором, имеет смысл выбрать опорное (эталонное) напряжение с максимально возможным значением, так как это снизит выделяемую мощность на рассогласующем (ответвляющем) транзисторе, а также позволит использовать более высокий коэффициент передачи цепи обратной связи для уменьшения выходного сопротивления. Выбор напряжения 220 В в качестве рабочего для стабилизатора напряжения представляется оптимальным, так как он должен еще обеспечить значение выходного напряжения 285 В. Хотя в продаже имеются полупроводниковые стабилизаторы на напряжение 220 В, предпочтительнее использовать три последовательно включенных стабилитрона, имеющих рабочие напряжения 72 В. Причина заключается в том, что полупроводниковые стабилизаторы на высокие напряжения характеризуются более высокими уровнями шумов, потому что они вынуждены использоваться в области очень малых токов, чтобы снизить мощность, выделяющуюся на приборе, (которая, как известно, равна произведению протекающего тока на падение напряжения). Использование трех последовательно включенных полупроводниковых стабилитронов определяет их ток величиной 4 мА, что позволяет уменьшить уровень шумов. Для дальнейшего снижения уровня шумов стабилитроны шунтируются конденсаторами с емкостью 22 мкФ и рабочими напряжениями 350 В.

Напряжение на затворе МОП полевого транзистора составит Vout + Vgs = 300 + 4 = 304 В (несмотря на большой разброс параметров приборов, величина 4 В представляет все-таки достаточно грубое приближение для значения управляющего напряжения затвора Vgs мощного МОП полевого транзистора). Так как коллектор рассогласующего транзистора подключен к затвору МОП полевого транзистора, а на эмиттер подается опорное напряжение, равное 216 В (3 х 72 В), напряжение коллектор-эмиттер составит VCE = (304 —216) В = 88 В. Так как необходимо, чтобы рассогласующий транзистор пропускал на стабилизатор ток величиной 4 мА, то ток коллектора составит Ic = 4 мА, а мощность, выделяемая на транзисторе, составит 352 нВт. Этот результат представляется очень важным, так как он подтверждает, что выбор значений напряжения между коллектором и эмиттером VCE и коллекторного тока Ic позволяет использовать маломощный транзистор.

При работе коллекторное напряжение рассогласующего транзистора VCE = 88 В, однако, в момент включения конденсатор с емкостью 22 мкФ, шунтирующий стабилитрон, фиксирует величину эмитерного напряжения рассогласующего транзистора на значении О В, следовательно, транзистор должен выдерживать коллекторное напряжение VCE = 330 В. Так как требования для рассогласующего транзистора определены, можно остановить выбор на идеальном варианте — транзисторе типа MPSA44, рассчитанном на напряжение 400 В и мощность рассеяния 625 нВт.

Высоковольтные транзисторы характеризуются малым значением параметра hFE, и указанный транзистор не является исключением. При проверке в ожидаемом рабочем режиме hFE ≈ 100. Так как Ic = 4 мА, то Ib = Ic / hFE= 40 мкА. Даже в том случае, когда через цепь выборочного делителя напряжения пропускается ток 1 мА, результат работы делителя напряжения нельзя рассматривать в качестве точного, так как базовый ток 40 мА искажает результат.

Первоначально ток цепи выборочного делителя напряжения был установлен исходя из условия мощности, рассеиваемой на резисторе с меньшим сопротивлением. Если будут выбраны компоненты схемы, имеющие мощность рассеяния 0,6 Вт, но при этом на них будет выделяться 0,2 Вт, они будут оставаться холодными. Резистор подключен к базе транзистора MPSA44, напряжение на которой на 0,7 В превышает напряжение на эмиттере, следовательно, к резистору приложено напряжение 217 В. Если воспользоваться соотношением Р = V2/R, то сопротивление резистора должно составить 2172/0,2 = 235 кОм. Поэтому можно использовать ближайшее номинальное значение стандартного ряда 240 кОм, на котором будет рассеиваться мощность 196 мВт. Ток же через резистор определяется делением напряжения 217 В на сопротивление резистора 240 кОм, то есть составит 904 мА.

Так как базовый ток рассогласующего транзистора составляет 40 мА, то через верхний резистор делителя проходит ток, равный (904 + 40) мА = 944 мА. Падение напряжения на этом резисторе составит (300 — 217) В = 83 В, а его сопротивление будет равно частному отделения напряжения 83 В на ток 944 мА и составит 87,9 кОм. Резистор, имеющий ближайшее стандартное значение 91 кОм, удовлетворит требованиям схемы.

В области верхнего резистора отсутствует точка для подключения конденсатора так как низкое значение затухания цепи делителя (2,8 дБ) означает, что она только в незначительной степени может содействовать снижению пульсаций, хотя требуемая величина емкости могла бы продемонстрировать ответную реакцию стабилизатора на низкочастотные переходные токи.

Наименее критичным элементом схемы, который необходимо рассчитать, является величина сопротивления коллекторной нагрузки рассогласующего транзистора. Известно, что на вход стабилизатора подается напряжение 330 В, а напряжение на коллекторе составляет 304 В, следовательно, падение напряжения на резисторе составляет 26 В. Так как через него проходит коллекторный ток Iс = 4 мА, то величина сопротивления составит частное отделения напряжения на ток, то есть 6,5 кОм. Следует в данном случае использовать резистор со стандартным значением сопротивления 6,2 кОм.

Приблизительно оценочные вычисления, выполненные на оборотной стороне старого конверта, показали, что выходное сопротивление этого стабилизатора составит 5 МОм и он будет ослаблять фон более, чем на 50 дБ. Таким образом, полученные результаты можно признать более, чем удовлетворительными и дающие лучший результат, чем использование еще одного дополнительного дросселя в сглаживающем фильтре.

 

tubeamplifier-narod.ru

Схема стабилизатора высокого напряжения

   Для питания ламповых усилителей, с целью уменьшения помех и повышения качества звука приходиться применять специальные схемы стабилизаторов анодного питания. Для этого существуют интегральные микросхемы, применяя которые можно создавать простые высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного типа. Это микросхемы SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N - они предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. Цифровое обозначение в маркировке микросхемы будет соответствовать рабочему напряжению микросхемы в вольтах.

   Принципиальная схема линейного стабилизатора на выходное напряжение 115 В показана выше. Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В или вторичная обмотка силового трансформатора. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В.

   Если напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиться свыше рабочего напряжения микросхемы, то открывается выходной п-p-n транзистор микросхемы, коллектор которого выведен на вывод 2. Это приводит к тому, что понижается напряжение затвор-исток, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора. На мощном высоковольтном полевом n-канальном транзисторе VT1 выполнен истоковый повторитель напряжения. Светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения, кроме того, цепь R3HL1 разряжает оксидные конденсаторы при отключенной нагрузке. Резистор R1 должен быть проволочным. Его сопротивление и мощность выбирают исходя из параметров подключенной к стабилизатору нагрузки.

   Если, например, к выходу стабилизатора подключена нагрузка мощностью 30 Вт, то при питании устройства от сети 220 В, на транзисторе будет рассеиваться мощность около 80 Вт. Если же входным напряжением для стабилизатора будет, например, напряжение +180 В (выход выпрямителя «лампового» трансформатора), то при выходном напряжении 115 В и токе нагрузки 0,5 А установленный на теплоотвод транзистор будет рассеивать около 33 Вт тепловой мощности. Это немало, поэтому, линейные высоковольтные стабилизаторы напряжения целесообразно применять для питания слаботочной нагрузки - входных и буферных каскадов УНЧ.

Плата стабилизатора высокого напряжения

   Стабилизатор высокого напряжения может быть смонтирован на печатной плате размерами 105x50 мм. Для увеличения выходного напряжения стабилизатора в цепь вывода 3 DA1 можно включить стабилитрон. Например, если у вас имеется микросхема SE140N «на 140 В», а вам нужен стабилизатор на выходное напряжение 180 В, то нужно последовательно с выводом 3 включить стабилитрон 1N4755A или два последовательно включенных стабилитрона КС520В. Через стабилитрон будет протекать сумма токов через выводы 1 и 2 микросхемы. Автор схемы: Бутов А.П.

Похожие схемы

aes2.ru

Высоковольтный выпрямитель и стабилизатор

В отличие от низковольтных источников питания напряжение вторичной обмотки трансформатора уже известно (230 В), поэтому расчет схемы стабилизатора напряжения должен будет производиться, исходя из этого значения несглаженного высоковольтного напряжения, а не в обратном порядке.

Мостовой выпрямитель будет заряжать накопительный конденсатор до напряжения 325 В. Хотя существуют герметизированные схемы-сборки мостовых выпрямителей, предназначенные для таких напряжений, все-таки безопаснее будет использовать дискретные полупроводниковые диоды, так как это позволит использовать увеличенные расстояния между выводами и уменьшит риск случайно закоротить выводы выпрямителя. Если принято решение использовать дискретные диоды, то следует использовать быстродействующие диоды с малым временем восстановления, такие, например, как RHRD4120 или STTA512D (предельное значение обратного напряжения VRRMсоставляет 1200 В). Эти диоды характеризуются как меньшими значениями токов выброса, так и меньшей их длительностью по сравнению со стандартными диодами с р-n переходами и, следовательно, меньшим уровнем шумов. Еще лучше было бы использовать диоды Шоттки, изготовленные из карбида кремния, для которых значение VRRMсоставляет 600 В, и которые стали доступными для применения в последнее время (например SDO1060). Если необходимо использовать диоды с напряжением VRRM > 1500 В, но со значением тока IDC < 500 мА, то могут оказаться полезными небольшие диоды, например BY228, которые первоначально предназначались для использования в качестве демпфирующих диодов (или гасящих диодов по номенклатуре изделий США) в схемах строчной развертки телевизоров. В рассматриваемых схемах, как правило, необходимы не очень высокие значения непрерывно потребляемого тока (около 100 мА), поэтому выбор будет остановлен на элементах с наиболее низкими значениями рабочих токов, но превышающих указанное значение, так как диоды, которые рассчитаны на более высокие значения токов всегда имеют меньшее быстродействие и более высокий уровень шумов.

Максимальное рабочее напряжение разрабатываемого стабилизатора напряжения должно составлять 300 В, тогда как максимальное напряжение на накопительном конденсаторе выпрямителя составит 325 В. Следовательно можно допустить суммарное падение напряжения 25 В, вызванное падениями напряжений на самом стабилизаторе, полупроводниковых диодах и пульсаций напряжения на конденсаторе. Если применить вновь ранее уже использовавшийся критерий, в соответствии с которым для напряжения пульсаций принималось значение 5%, то величина напряжения пульсаций составит примерно 17 В. Однако, падение напряжения в 17 В за счет пульсаций будет гораздо больше того значения от общей величины в 25 В, что можно было бы допустить с учетом дополнительных падений напряжения на других элементах. Поэтому было бы совсем неплохо уменьшить это значение до 10 В, либо еще меньше. В силу этого, идеальным для использования оказался бы накопительный конденсатор с емкостью 220 мкФ и низким значением эквивалентного последовательного сопротивления. Следует отметить, что такой конденсатор, заряженный до 325 В запасет на своих обкладках значительную энергию, поэтому при проверке цепей схемы с таким конденсатором надо проявлять особо высокую осторожность.

После вышеизложенных рассуждений можно приступить к рассмотрению схемы стабилизатора, начиная со схемы делителя напряжения (рис. 6.44).

Если по цепи делителя пропустить ток величиной 5 мА, то на нижнем резисторе падение напряжения должно составить примерно 300 В, поэтому понадобится резистор с сопротивлением 60 кОм и мощностью рассеяния 1,5 Вт. Если вместо этого резистора использовать другой, например, имеющий сопротивление 220 кОм и мощность рассеяния 2 Вт, то на этом резисторе будет выделяться мощность всего 0,4 Вт, которая оказывается вполне допустимой. Далее, такая замена дает и другое преимущество, заключающееся в том, что из-за того, что сопротивление резистора верхнего плеча делителя должно возрасти, то эквивалентное сопротивление Тевенина также увеличится, поэтому понадобится конденсатор, который шунтирует вывод Настройка (ADJ) на землю, с меньшим значением емкости. Так как цепь смещения не потребляет ток 5 мА(минимальное значение тока нагрузки, обеспечивающее правильное функционирование интегрального стабилизатора напряжения 317 серии), отсутствие нагрузки на выходе стабилизатора напряжения вызовет увеличение выходного напряжения. Однако лампы, для которых осуществляется предварительный подогрев катодов в режиме пониженного энергопотребления, будут всегда обеспечивать необходимую нагрузку стабилизатора, а поэтому данная проблема не окажется существенной.

Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Рис. 6.44 Практическая схема источника стабилизированного напряжения на 300 В

Примечание. Как транзистор MJE340, так и интегральный стабилизатор напряжения 317Т серии должны монтироваться с применением тщательно выполненной электрической изоляции на соответствующих теплоотводящих радиаторах. В качестве радиаторов можно использовать алюминиевый уголок с толщиной стенки 3 мм.

По нижнему резистору с сопротивлением 220 кОм протекает ток величиной 1,358 мА, причем ток 50 мкА является током смещения, протекающим через вывод Настройка интегрального стабилизатора напряжения 317 серии. По резистору верхнего плеча будет протекать, следовательно, ток 1,308 мА, который должен вызвать на нем падение напряжения 1,25 В. Таким образом, величина сопротивления верхнего резистора должна будет составить 955,7 Ом. Однако точность задания величины опорного напряжения интегрального стабилизатора 317 серии составляет 4%, поэтому есть небольшой допуск на величину сопротивления указанного резистора. Можно было бы использовать для подгонки переменный резистор, однако, их надежность гораздо меньше, чем у постоянных резисторов, а отказ одного из компонентов схемы с высоковольтными кремниевыми приборами может привести практически к катастрофическим последствиям. Более безопасным вариантом окажется использование постоянного резистора со стандартным значением сопротивления 1 кОм, но при этом надо предусмотреть место для установки дополнительного параллельно включаемого резистора, точная величина которого будет подбираться при настройке всей схемы, так называемый настраиваемый при регулировке элемент (в западной литературе часто обозначается, как АОТ).

Перед тем, как собирать схему, необходимо замерить и записать точное значение сопротивления резистора, обозначенного в схеме, как 220 кОм, мощность 2 Вт (так как вполне возможно, что его действительная величина будет немного отличаться от паспортной и составит, например, 221 Ом). После сборки схемы может оказаться, что выходное напряжение будет составлять, например, 290 В. Благодаря цепи делителя напряжения падение напряжения на резисторе 220 кОм должно составлять 288,75 В, поэтому величина протекающего по нему тока составит 1,307 мА. Для определения величины тока в верхнем резисторе необходимо из этого значения тока вычесть собственный ток смещения стабилизатора напряжения, равный 50 мкА (после чего величина тока верхнего резистора составит 1,257 мА). Умножение полученного значения тока на сопротивление 1 кОм верхнего резистора даст величину опорного напряжения (1,257 В)

После этого можно продолжить работу по настройке схемы. Если разделить напряжение 298,74 В на сопротивление 221 кОм, то получится ток, равный 1,352 мА. После этого надо вычесть ток смещения, равный 50 мкА, что даст значение 1,302 мА и разделить на него величину опорного напряжения 1,257 В. Результат деления даст требуемую величину сопротивления, равную 965,6 Ом. Включение резистора с сопротивлением 27 кОм параллельно с уже имеющимся резистором 1 кОм даст точное значение высоковольтного напряжения 300 В. Хотя описанный метод и кажется очень усложненным и нудным, он гарантирует гораздо более высокую степень безопасности по сравнению с использованием подстроечного переменного резистора.

Эквивалентное сопротивление Тевенина относительно вывода Настройка стабилизатора составляет примерно 950 Ом, что требует использования шунтирующего на землю конденсатора с емкостью 1,5 мкФ. Такой конденсатор очень дорог и занимает большой объем (рабочее напряжение 400 В), поэтому величина емкости обычно уменьшается до 470 пФ и используется соответствующий по типу стандартный конденсатор.

В рекомендациях по применению, которые заполонили технические паспорта этой группы стабилизаторов напряжения, требуется устанавливать резистор между эмиттером последовательно включенного транзистора и интегральным стабилизатором 317 серии, чтобы ограничить ток короткого замыкания. В других схемах, в частности, предложенной, Дж. Дж. Курцио (J. J. Curcio) также сохраняется данный резистор по целому ряду причин, хотя его величина часто уменьшена для снижения падения напряжения на нем. Введение подключенного к земле конденсатора на выходе стабилизатора обеспечивает ВЧ фильтрацию, что улучшает устойчивость работы стабилизатора напряжения. Некоторым недостатком такого варианта можно считать, что в этом случае будет отсутствовать возможность спасительного для стабилизатора закорачивания на землю возможных токов короткого замыкания.

Резистор с сопротивлением 31 кОм, включенный последовательно со стабилитроном с рабочим напряжением 15 В, задает ток стабилитрона. Для снижения шумов и максимальной устойчивости ток стабилитрона должен превышать значение 5 мА. Известно, что на выходе стабилизатора напряжение составляет 300 В, поэтому напряжение на верхней точке стабилитрона должно будет составлять 315 В. При величине тока стабилизатора 100 мА, на накопительном конденсаторе напряжение пульсаций составит примерно 5 В двойного амплитудного (пик-пикового) значения, поэтому среднее значение постоянного напряжения составит: (339 — 2,5) В = 336,5 В. Следовательно, напряжение на резисторе с сопротивлением 31 кОм составит (336,5 В — 315В), а ток, протекающий через стабилитрон, составит 7,2 мА. Поэтому, если возникнет необходимость изменить напряжение, поступающее на стабилизатор напряжения, то величина сопротивления этого резистора должна быть пересчитана заново, чтобы обеспечить необходимое значение тока стабилитрона.

 

tubeamplifier.narod.ru


Каталог товаров
    .