CC BY
12УДК 621.311.6
А.Ю. Семененко, Д.П. Ястребов, В.А. Швецов
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: restartH01@mail.ru
РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ УЗЛАМИ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ РЕМОНТА ТЕХНИКИ НА РЫБОПРОМЫСЛОВЫХ СУДАХ И КОРАБЛЯХ
На сегодняшний день существует множество источников питания, все они предназначены для питания различных потребителей с разными параметрами и способами реализации. Преимуществом разработки перед низкочастотными преобразователями напряжения является малый вес и габариты, а выходная мощность и КПД во много превосходят сетевые трансформаторы. Существуют и недостатки: такие как издаваемые генератором помехи и высокочастотное излучение (ВЧ), но эти проблемы можно снизить путем установки экрана и фильтров ВЧ. В статье рассмотрен разработанный полумостовой сетевой импульсный лабораторный источник питания с номинальной мощностью в 3 000 Ватт, с регулировкой напряжения в широком диапазоне 1,2-65 вольт и с регулировкой тока 0,10-50 ампер, со срабатыванием защиты по выходным параметрам блока питания. Разрабатываемый блок питания может генерировать двухполярное питание для питания различных усилителей звука. Основное предназначение разработки - выполнять функции лабораторного источника питания для проверки различных устройств и аппаратуры, где один лабораторный блок питания заменяет узкоспециализированные аналоги. В отличие от аналогов, данная разработка обладает высокой надежностью и стабильностью, в которой использованы высококачественные компоненты, которые дают блоку запас по мощности компонентов.
Ключевые слова: полумостовой сетевой импульсный лабораторный источник питания, аккумуляторные батареи, система ограничения по току, фильтры высоких частот.
A.U. Semenenko, D.P. Yastrebov, V.A. Shvetsov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: restartH01@mail.ru
DEVELOPMENT OF A PULSED LABORATORY POWER SUPPLY WITH ADDITIONAL CONTROL UNITS FOR THE REPAIR OF EQUIPMENT ON FISHING VESSELS AND SHIPS
Today there are many power supplies, all of them are designed to power various consumers with different parameters and implementation methods. The advantage of the development over low-frequency voltage converters is low weight and dimensions, and the output power and efficiency are much superior to mains transformers. There are disadvantages such as generator-emitted interference and high-frequency radiation (HF), but these problems can be reduced by installing a shield and high-frequency filters. The report considers the developed halfbridge network switching laboratory power supply with a nominal power of 3 000 watts, with voltage regulation in a wide range of 1.2-65 volts and with current regulation of 0.10-50 amperes, with protection operation according to the output parameters of the power supply. The power supply under development can generate bipolar power to power various audio amplifiers. The main purpose of the development is to perform the functions of a laboratory power supply for testing various devices and equipment, where one laboratory power supply replaces highly specialized analogs. The development, in contrast to analogs, has high reliability and stability, in which high-quality components are used, which give the unit a power reserve of components.
Key words: half-bridge network switching laboratory power supply, storage batteries, current limiting system, high-frequency filters.
На сегодняшний день существует множество источников питания, все они предназначены для питания различных потребителей с разными параметрами и способами реализации. Учреждения, в которых применяются блоки питания (БП) с регулируемым выходным питанием, имеют дело с различным оборудованием, форму питающего сигнала которого трудно точно предсказать [1]. Так, работа с электроникой автомобилей различных марок и моделей не может быть выполнена с применением одного-единственного источника питания. Та же ситуация с ремонтом техники и оборудования, в первую очередь компьютерного. Большое распространение получил лабораторный блок питания, который заключает в себе большой потенциал функций и возможностей для запуска и ремонта различной техники [2].
Цель статьи - разработка импульсного лабораторного источника питания с дополнительными узлами управления для ремонта техники на рыбопромысловых судах и кораблях.
Для достижения поставленной цели разработан лабораторный источник питания с системами защиты от перенапряжения и перегрева. Разработанный полумостовой сетевой импульсный лабораторный источник питания имеет следующие характеристики: номинальная мощность в 3 000 Вт; регулировка напряжения в широком диапазоне - 1,2-65 В и с регулировкой тока 0,10-50 А; срабатывание защиты по выходу, также блок питания содержит узлы заряда аккумуляторных батарей и проверки светодиодов. Разработка может выдавать двухполярное питание для питания различных усилителей звука. Основное предназначение разработки - выполнять функции лабораторного источника питания для проверки различных устройств и аппаратуры, где один лабораторный блок питания заменяет узкоспециализированные аналоги [3]. На сегодняшний день готова переделанная система управления, распечатана силовая плата, на ней ШИМ-контроллер, драйвер, система триггерной защиты по току, термозащита, термовыключатель для кулера, часть схемы обратной связи по напряжению. Схема переделана для внедрения дополнительных узлов. Разработанная схема представлена на рис. 1.
40-60V
Рис. 1. Структурная схема устройства импульсного источника питания с узлами защиты и управления
Краткое описание лабораторного блока питания согласно рис. 1. Источник питания построен на основе ШИМ-контроллера SG3525. Рабочая частота широтно-импульсной модуляции (ШИМ) задается компонентами R10, C11, R7 (последний задает мертвое время в зависимости от сопротивления резистора, мертвое время может длиться до 5%).
Конденсатор С12 обеспечивает плавный пуск - это плавное увеличение скважности импульсов после запуска ШИМ-контроллера, такое решение обеспечивает мягкий заряд выходных конденсаторов и минимизирует значение ударных токов в момент запуска схемы.
Диоды и обеспечивают скоростной разряд затворов ключей в момент отсутствия импульса. Защита по току построена с применением трансформатора тока ТЯ2 - увеличение тока во вторичной цепи (пример - короткое замыкание на выходе) приведет к резкому увеличению тока в первичной цепи, вследствие этого увеличится напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока. Эта обмотка нагружена резистором 3Я. На этом резисторе будет образовываться определенное падение напряжение. Это напряжение выпрямляется диодами УВ9, УВ10 и через делитель Я42, Я44 поступает на вход триггерной защелки, которая построена на транзисторах УТ3, УТ4. Если напряжение на входе триггера более 0,6-0,7 В, защелка сработает, откроется УТ4, а затем и УТ3. На выводе 10 микросхемы ШИМ поступит напряжение более 2,5 В, вследствие чего сработает внутренняя защита и микросхема перестанет генерировать импульсы. Сработает индикаторный светодиод HL2. Защита не сбросится, пока блок не будет отключен от сети и не разрядятся входные электролитические конденсаторы.
Подстроечным резистором Я44 регулируют ток срабатывания защиты, если нужна регулировка в более широком пределе - меняется резистор 3Я: чем больше его сопротивление, тем меньше ток срабатывания защиты и наоборот.
Рабочая частота микросхемы ШИМ - около 64 кГц, частота на выходах в два раза меньше, что можно увидеть на рис. 2. Импульсы с выхода микросхемы ШИМ (выходы 14 и 11) поступают на драйвер Ш2110. Выход драйвера управляет ЮВТ-транзисторами.
Рис. 2. Регулировка скважности ШИМ-сигнала и управление ключами
Лабораторные исследования выполняли с 12.09.20 по 18.03.21. В результате лабораторных исследований была оценена надежность элементной базы устройства и определены метрологические характеристики результатов контрольных измерений, которые представлены на рис. 3. Преимуществами разработки перед низкочастотными преобразователями напряжения являются малый вес и габариты, а выходная мощность и КПД во много раз превосходят сетевые трансформаторы, что видно из результатов исследований на рис. 3 [4]. Существуют и недостатки, такие как издаваемые генератором помехи и высокочастотное излучение (ВЧ), но эти проблемы можно снизить путем установки экрана и фильтров ВЧ [5]. Разработка в отличие от аналогов обладает высокой надежностью и стабильностью, использованы высококачественные компоненты, которые дают разработанному блоку в 20 раз и более запас по мощности компонентов по сравнению с аналогами. Например, существуют и более мощные источники у китайских производителей, но качество производства некоторых критически важных для целей и задач данного научного исследования элементов, входящих в их устройство, находится на низком уровне, т. к. в их производстве использованы недорогие малосильные элементы, работающие на пределе своих возможностей [4].
Рис. 3. Изменение частоты генерации разной выходной мощности
Обслуживающий персонал или будущие специалисты смогут произвести ремонт и получить практические навыки в схемотехнике. Что касается судовых компаний и рыбодобывающих комплексов, полученные навыки у персонала при повышении квалификации или переквалификации позволят снизить количество аварий на судах, выход оборудования из строя из-за неправильной эксплуатации персоналом и повысить в итоге безопасность мореплавания.
Литература
1. Демянчук Я.И. Разработка лабораторного блока питания: Материалы междунар. науч.-практ. конф. молодых исследователей им. Д.И. Менделеева. - Тюмень: Изд-во ТИУ, 2016. -С.421-424.
2. Гусев В.Г., Гесев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высшая школа, 2008. - 797 с.
3. Мороз К. Импульсный блок питания 0...30 В, 0,01...5 А // Радио. - 2008. - № 4. - С. 23-24.
4. Лабораторный блок питания с управлением от микроконтроллера [Электронный ресурс]. - URL: http://avr.ru/ ready/contr/power/power (дата обращения: 15.11.21).
5. Браммер Ю.А., Пащук И.Н. Импульсные цифровые устройства. - М.: Высшая школа, 2002. - 350 с.
