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 рис [1-3]. 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 A 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 емкости, 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 C1 …С16 подключатся к нагрузке параллельно. Это позво­ляет получить от выпрямителя сред­нее значение тока разрядки в 16 раз больше, чем ток зарядки. Таким об­разом, сетевой 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 (В). 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 (рис.2) размещены детали умножителя, на второй (рис.З) — 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 IRFP37N50А, которые характеризу­ются U_макс=500 В. Iси=37 А, Uнас=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.