KENWOOD TS-990S

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.


Worldwide HAM Radio QSL Website