Малогабаритный «военный» трансформатор 400 Гц в преобразователе напряжения из 12 в 220 Вольт

Для уменьшения веса военной радиоаппаратуры применялась частота питающей сети 400 Гц. При этом трансформатор габаритной мощностью 210 В•А с частотой питающей сети 400 Гц (например ТПП148-220-400) имел такие же размеры как на 30 В•А с частотой питающей сети 50 Гц (например ТН36-220-50). Впоследствии сокращения численности вооруженных сил нашего государства, часть трансформаторов на 400 Гц «освобождалась» от работы по прямому назначению, и ни как не могла пригодиться для народного хозяйства, так как индуктивность первичной обмотки трансформатора на 400 Гц была слишком малой для питающей сети частотой 50 Гц. Обычно такие трансформаторы шли на металлолом.

↑ Схема преобразователя и её работа

Не смотря на это таким трансформаторам можно еще найти применение, например в роли повышающего преобразователя напряжения с 12 на 220 В (Рис. 1), для питания сетевых потребителей от аккумуляторной батареи. Благодаря применению трансформатора на 400 Гц можно существенно уменьшить вес преобразователя.

Основной проблемой двухтактного преобразователя напряжения можно назвать сквозной ток через ключевые транзисторы при переключении. Для подавления этого эффекта существуют множество схем. В данном случае, используя информацию из [1], был собран формирователь управляющих импульсов на КМОП микросхемах серии К561 с делителем частоты на 10.

Роботу схемы можно пояснить на временных диаграммах (Рис. 2). Формирователь управляющих импульсов состоит из генератора импульсов на элементах DD1.1 – DD1.2, драйвера DD1.3 – DD1.4 и делителя частоты на 10 на микросхеме DD2. Частота генератора импульсов DD1.1 – DD1.2 лежит в диапазоне 4,5 – 6 кГц и определяется сопротивлением резистора R2, R3 и емкостью конденсатора С1. С выхода драйвера DD1.3 – DD1.4 импульсы подаются на вывод 14 делителя частоты DD2 (Рис. 2).

Импульсы положительной полярности появляются на выходах 0 – 9 последовательно, по кругу, в нашем случае они с выводов 3, 2, 4, 7 микросхемы DD2 через диоды VD1 – VD4 через ограничивающий резистор R5 поступают на базы транзисторов VT1, VT2, открывая транзистор VT5.
Соответственно импульсы с выводов 1, 5, 6, 9 DD2 через диоды VD5 – VD8 через ограничивающий резистор R6 поступают на базы транзисторов VT3, VT4 открывая транзистор VT6.
Когда импульс появляется на выходе 4 (вывод 10 DD2) или 9 (вывод 11 DD2) формируется пауза. Выключатель SA1.1 – SA1.2 установлен для увеличения паузы (контакты разомкнуты), когда к преобразователю подключена маломощная нагрузка, для уменьшения тока потребления. Драйвер на транзисторах VT1 – VT4 необходим для быстрого открывания – закрывания ключевых транзисторов VT5 и VT6.
Транзисторы типа IRF3105 имеют значительную емкость затвор-исток (3200 пФ), если их подключить непосредственно к DD2, то выходное сопротивление микросхемы DD2 и емкость затвор-исток образует паразитную RC-цепь, которая размазывает (затягивает во времени) управляющие импульсы на затворах.

Цепь R9C4, а также VD10, VD11, С3, R10 служит для уменьшения выбросов импульсов по амплитуде на первичной обмотке трансформатора Т1 при подключении нагрузки к вторичной обмотке. При отсутствии указанных цепей может произойти пробой по напряжению ключевых транзисторов VT5 и VT6.

Диод VD12 служит для защиты цепей преобразователя при неправильном подключении аккумуляторной батареи, при этом резко увеличится потребляемый ток через открытый диод VD12 и автомат SA3, последний, при этом, разомкнет свои контакты.

По указанной схеме можно собрать преобразователь и на 50-ти герцовых трансформаторах, уменьшив частоту задающего генератора до 500 – 600 Гц и увеличив емкость C4 до 2,2 – 4,7 мкФ.

↑ О деталях

Вместо микросхем серии К561 можно применить К176 и К564. Транзисторы VT1, VT3 – КТ503В, КТ3102Б, КТ315Б, VT2, VT4 – КТ502В, КТ3107Б, КТ361Б с любым буквенным индексом. Диоды VD1 – VD8 – кремниевые рассчитанные на прямой ток не менее 30 мА, например КД522, КД510, КД521 с любым буквенным индексом. Диоды VD10 – VD11 на прямой ток не менее 1 А и обратным напряжением не менее 100 В, например КД212Б, КД226Б.

Транзисторы VT5 и VT6 типа IRF3105 можно заменить на IRFZ44, IRFZ46, IRFP250, IRFВ260, через слюдяные прокладки установлены на алюминиевом радиаторе площадью 50 кв. см., при работе практически не нагреваются.

Стабилитрон VD9 на напряжение стабилизации 10 – 11 В, например КС210А, Д814В. Выключатели SA1 и SA2 могут быть типа МТ1, но в нашем случае использованы штатные переключатели установленные на корпусе.

Выключатель SA1 с двумя группами замыкающихся контактов. SA3 автомат на ток 16 А. Силовой трансформатор Т1 типа ТПП148-220-400 (210 В•А), его четыре обмотки по 5 В соединены последовательно, при этом соблюдена фазировка выводов обмоток, перемычки запаяны между выводами 6-7, 8-9, 10-11, у нас получились две обмотки по 10 В с отводом от середины.

В качестве трансформатора Т1 можно применить, например, ТПП158-220-400 (310 В•А), ТПП170-220-400 (243 В•А), ТПП152-220-400 (210 В•А), ТПП264-220-400 (210 В•А), ТПП281-220-400 (210 В•А), ТПП283-220-400 (210 В•А), ТПП275-220-400 (170 В•А), ТПП276-220-400 (170 В•А), ТН60-220-400 (105 В•А), ТН61-220-400 (112 В•А) и др. справочные данные которых можно взять из [2].

↑ Наладка

При наладке желательно иметь осциллограф, как говорится, лучше один раз увидеть импульс, чем сто раз услышать о нем. Перед подключением следует проверить монтаж на наличие ошибок. Подключаем аккумуляторную батарею, замыкаем контакты выключателя SA2 и измеряем напряжение (+11 В) на выводах 14 микросхемы DD1 и 16 – DD2.
Регулируя движок резистора R2 устанавливаем требуемую частоту генерации генератора импульсов DD1.1 – DD1.2 в диапазоне 4,5 – 6 кГц.

Проверяем наличие импульсов на выводах 14, 3, 2, 4, 7, 1, 5, 6, 9 микросхемы DD2, на базах транзисторов VT1, VT2 и на базы транзисторов VT3, VT4, на затворах транзисторов VT5 и VT6, относительно минусового провода, а также между базами транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4 согласно временной диаграмме (Рис. 2).

Так как драйвер представляем собой эмиттерный повторитель, то форма сигнала на затворе транзистора VT5 такая же как на базах транзисторов VT1, VT2, соответственно на затворе транзистора VT6 такая же как на базах транзисторов VT3, VT4. При работающем преобразователе напряжение в точке соединения резистора R10 и конденсатора C3 должно составлять +25 В.

Ток потребления преобразователя, без нагрузки в цепи 220 В, составил 0,4 А при разомкнутых контактах выключатель SA1, и 0,5 А при замкнутых. При подключении нагрузки в виде лампы накаливания 220 В 100 Вт потребляемый ток вырос до 8,5 А.

Неудобством при пользовании преобразователем можно отнести гул, если его можно назвать гулом, силового трансформатора Т1, частота которого лежит в диапазоне 450 – 600 Гц, к этой частоте слух человека имеет повышенную чувствительность. Так что, преобразователь с аккумуляторной батареей приходится устанавливать в коридоре, а напряжение 220 В подавать к потребителю с помощью удлинителя.

↑ Использованная литература:

1. С. Алексеев. Применение микросхем серии К561. – Радио №1 1987 с. 43.
2. Малогабаритные трансформаторы и дроссели: С34 Справочник / И.Н. Сидоров и др. – М.: Радио и связь, 1985. – 416 с., ил.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации