Подключение импульсного трансформатора от телевизора начинается с отключения устройства от сети. Затем необходимо определить выводы трансформатора: первичные и вторичные обмотки. Обычно первичная обмотка соединяется с питающим напряжением, а вторичная — с нагрузкой, требующей понижения или повышения напряжения.
При подключении важно учитывать полярность, а также обеспечить надежные механические соединения, чтобы избежать коротких замыканий. Рекомендуется использовать амперметр и вольтметр для проверки работы трансформатора после подключения, а также соблюдать осторожность при работе с высокими напряжениями.
Принципы функционирования и основы ремонта блоков питания
Необходимым условием для работы телевизионного приемника является наличие стабилизированных напряжений. Эту функцию выполняет блок питания.
На работу блока питания влияет много факторов, от которых зависит не только качество выдаваемых стабилизированных напряжений, но и работоспособность блока питания в целом.
Перечислим основные факторы:
- стабильность промышленного сетевого напряжения;
- помехи, создаваемые в бытовой электросети мощными потребителями (электроплиты, холодильники, утюги и т.д.) и, как следствие, броски сетевого напряжения;
- изменение тока нагрузки блока питания в зависимости от работы телевизионного приемника (дежурный, рабочий, уровень яркости, громкости и т.д.).
В связи с этим основной тенденцией в развитии схемотехники блоков питания является повышение устойчивости работы и стабильности выходных напряжений к влиянию перечисленных факторов.
Если рассматривать схемы отечественных и импортных телевизоров 70-х — начала 80-х годов, то блок питания строился по стандартной схеме:
- фильтр;
- сетевой трансформатор;
- выпрямитель;
- линейные стабилизаторы.
Дальнейшее развитие микроэлектронной техники в области построения БИС для узлов и трактов телевизионных приемников привело к тому, что блок питания, построенный по указанной схеме, стал иметь неоправданно большие габариты и вес по сравнению с остальными узлами телевизора. Неоправданно росла и потребляемая мощность (КПД блока питания на основе стабилизатора непрерывного действия 40-50%).
Все эти недостатки блоков питания непрерывного действия привели ко все большему применению в телевизорах импульсных блоков питания, которые по сравнению с блоками питания непрерывного действия обладают следующими преимуществами:
- высокий КПД (80-90%);
- малые габариты и вес;
- облегченный тепловой режим блока питания, а значит, и всего телевизора;
- высокая надежность.
Конечно, импульсному блоку питания присущи и некоторые недостатки, главный из которых -высокий уровень помех, диапазон которых составляет 15кГц — 20МГц. Но существующие схемотехнические способы борьбы с помехами позволяют снизить уровень помех до приемлемых величин, не влияющих на качество работы узлов и блоков телевизионного приемника. На сегодняшний день практически все блоки питания (рабочего режима) импортных телевизоров построены по схеме импульсного преобразователя. Если же в схеме телевизора блок питания дежурного режима выполнен автономно, то, как правило, он реализовывается по схеме блока питания со стабилизатором непрерывного действия. Разработчики исходят из соображений небольшого потребляемого тока блоками телевизора в дежурном режиме и простоты реализации схемы блока питания на основе стабилизатора непрерывного действия.
БЛОК ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ СТАБИЛИЗАТОРА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Обобщенная структурная схема блока питания телевизора на основе стабилизатора непрерывного действия представлена на рисунке 1.
Помехоподавляющий фильтр предназначен для защиты узлов и блоков телевизора от внешних помех питающей цепи. Как правило, используется схема фильтра, показанная на рисунке 2.
Конденсатор С1 предназначен для защиты от противофазных, С2, СЗ — от синфазных импульсных помех.
Силовой трансформатор предназначен .для гальванической развязки схемы от сети. Как правило, для питания от сети 50Гц применяются трансформаторы броневого и стержневого типа, выполненные на магнитопроводах оптимальной формы. Броневая форма практически равноценна стержневой по массе, но уступает по объему и стоимости. Несмотря на это, при небольшой мощности (до 200Вт) отдается предпочтение броневым трансформаторам, как более простым по конструкции.
При мощности несколько сотен ватт применяются стержневые трансформаторы с двумя катушками на ленточных магнитопроводах оптимальной формы.
В выпрямителях для питания телевизора применяются однополупериодная схема выпрямления (рис. 3), двухполупериодная схема выпрямления с выводом от средней точки (рис. 4), мостовая схема (рис. 5), схема с удвоением напряжения (рис. 6), схема с умножением напряжения (рис. 7).
Режим выпрямления в значительной степени определяется типом фильтра, подключенного к его выходу. Вместе с рассматриваемыми выпрямителями применяются емкостные фильтры Г-образные, LC, RC и П-образные CLC, CRC фильтры (рис. 8).
Стабилизаторы, показанные на структурной схеме, представляют собой устройства, поддерживающие постоянное напряжение со стороны потребителей (узлов телевизора). По принципу действия стабилизаторы непрерывного действия можно разделить на параметрические и компенсационные. Для стабилизации напряжения используют нелинейные элементы, падение напряжения на которых мало зависит от протекающего через них тока — это стабилитроны и стабисторы. На рисунке 9 представлены варианты схемы параметрического стабилизатора.
Рис. 9а представляет собой однокаскадный параметрический стабилизатор. Если необходимо получить более высокую степень стабилизации, применяют 2-х каскадный вариант, рис. 9в. На рисунке 9с изображена схема параметрического стабилизатора, где в качестве гасящего резистора применен стабилизатор тока на R1, VT1, VD1, применение которого позволяет повысить КПД параметрического стабилизатора.
На рисунке 10 схема компенсационного стабилизатора напряжения, представлена выполненного на транзисторах.
Стабилизатор состоит из регулирующего элемента VT1, усилителя постоянного тока VT2, источника опорного напряжения R3, R4, R5 и конденсатора фильтра С1. Переменный резистор R4 позволяет осуществлять регулировку выходного напряжения. При небольшом токе нагрузки достаточно одного транзистора в составе регулирующего элемента VT1. Если ток нагрузки достигнет нескольких ампер, необходимо добавить VT1, VT2, R1 перемычку а-b разорвать, а-с соединить.В настоящее время стабилизаторы компенсационного типа на дискретных элементах почти не применяются, их вытеснили стабилизаторы в интегральном исполнении. Как правило, такие стабилизаторы имеют встроенную защиту от перегрузки, требуют минимального количества внешних элементов и получили в связи с этим широкое применение, примером могут быть стабилизаторы серий 78ХХ; 79ХХ.
БЛОК ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
В настоящее время в конструкциях импортных телевизионных приемников широкое распространение получили импульсные блоки питания, построенные на основе преобразователя с широтноимпульсной модуляцией — ШИМ. Структурная схема импульсного блока питания представлена на рисунке 11.
Помехоподавляющий фильтр служит для эффективного устранения помех, возникающих при работе импульсного преобразователя.
Сетевой выпрямитель и фильтрующий конденсатор выполняют функцию выпрямления напряжения сети и сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. В моделях телевизоров, рассчитанных на широкий диапазон сетевого напряжения (90В — 260В), как правило, устанавливается блок-автомат, который определяет уровень напряжения сети и изменяет в зависимости от этого режим работы выпрямителя (режим с умножением напряжения или обычный двухполупериодный).
Преобразователь напряжения условно можно разделить на 2 части:
- автогенератор (однотактный инвертор с трансформаторной ПОС) с импульсным трансформатором, вторичными выпрямителями и стабилизаторами;
- ШИМ — контроллер.
Автогенератор служит для преобразования постоянного напряжения, поступающего с сетевого выпрямителя и фильтра в переменное прямоугольной формы.
Импульсный трансформатор обеспечивает режим автогенерации и питания собственно ШИМ -контроллера, вторичных выпрямителей и стабилизаторов, гальваническую развязку нагрузки от сети.
ШИМ-контроллер обеспечивает ШИМ-управление автогенератором, т.е. регулирует количество энергии, передаваемой в нагрузку. В его состав входят следующие компоненты:
- источник опорного напряжения (ИОН);
- генератор пилообразного напряжения (ГПН);
- формирователь Uсмещ.;
- усилитель Uоши6ки;
- ШИМ — компаратор;
- логическая схема объединения;
- схема защиты;
- цепь дополнительной стабилизации; в цепь запуска;
- схема питания ШИМ-контроллера в режиме стабилизации;
- выходной формирователь сигнала управления автогенератором.
На ШИМ-контроллер возложены функции управления мощным силовым ключом автогенератора, стабилизации напряжения на нагрузке, защиты блока питания от перегрузок по току, перенапряжения, перегрева выходных силовых элементов блока питания.
Питание ШИМ-контроллера первоначально осуществляется от делителя, подключаемого к выпрямителю сетевого напряжения. В дальнейшем, когда на обмотках импульсного трансформатора появляется напряжение, ШИМ-контроллер запитывается от одной из его обмоток. ШИМ-контроллер формирует импульсную последовательность с заданным соотношением длительности импульса к длительности паузы. Главным преимуществом контроллера с ШИМ — управлением перед контроллерами с фазоимпульсным (ФИМ) и частотно-импульсным управлением (ЧИМ), которое определило его применение в схемах импульсных блоков питания телевизоров, является постоянное значение частоты работы преобразователя, что позволяет построить простую схему подавления импульсных помех, создаваемых преобразователем.
Рассмотрим работу ШИМ — контроллера.
ГПН генерирует пилообразное напряжение с частотой работы автогенератора. Это напряжение поступает на вход ШИМ — компаратора. На другой его вход поступает напряжение ошибки с выхода усилителя сигнала ошибки. Значение напряжения ошибки пропорционально разности между опорным напряжением, формируемым источником опорного напряжения, и напряжением смещения. Напряжение смещения формируется из двух величин:
- Uoc — напряжения обмотки связи импульсного трансформатора, величина его пропорциональна выходным напряжениям блока питания;
- Uд0п стаб — напряжения ошибки, которое вырабатывает схема контроля выходного напряжения одного из вторичных каналов блока питания (обычно это канал, питающий блок строчной развертки телевизора).
Вторая составляющая напряжения смещения имеет место, если в схеме блока питания присутствует цепь дополнительной стабилизации. Назначение этой цепи — повышение качества выходных напряжений блока питания. Таким образом, уровень напряжения ошибки изменяется пропорционально току нагрузки или выходным напряжениям блока питания. В результате такого варианта схемы образуется замкнутая цепь регулирования уровня выходных напряжений блока питания.
Работу ШИМ — компаратора поясняет временная диаграмма на рис.12.
На выходе компаратора образуется импульсная последовательность с постоянным периодом Т. Длительность же импульсов определяется уровнем превышения сигнала ошибки Uom над напряжением ГПН — Uгпн. При возрастании выходных напряжений растут Uoc. Uдопстаб, значение Uoш также растет, в результате работы ШИМ — компаратора длительность управляющего импульса уменьшается, время открытого состояния силового ключа автогенератора уменьшается, а, значит, уменьшается количество накопленной и переданной импульсным трансформатором в нагрузку энергии, уменьшается значение выходных напряжений блока питания по среднему значению. Таким образом обеспечивается стабилизация выходных напряжений.
На структурной схеме (рис. 11) показана схема объединения, назначение которой состоит в блокировке поступления импульсов с ШИМ-компаратора на формирователь сигнала управления силовым ключом в случае аварийной ситуации:
- нарушение температурного режима силового ключа;
- превышение максимального тока через силовой ключ;
- превышение одним из контролируемых выходных напряжений максимального значения.
Гальваническая развязка узлов телевизора от напряжения сети обеспечивается с помощью импульсного трансформатора Т1, а также по цепи управляющих сигналов с помощью оптоэлект-ронных пар D1, D2 (смотрите рис. 11).
Основной тенденцией в развитии схемотехники импульсных блоков питания телевизоров в настоящее время является переход от конструкций, выполненных на дискретных элементах к конструкциям на интегральных микросхемах с минимальным количеством элементов обвязки. Прежде всего это касается ШИМ — контроллеров и вторичных стабилизаторов напряжения. Важно также отметить все большее применение в качестве силовых ключей полевых транзисторов КМОП -структуры, которые в отличие от биполярных транзисторов имеют неоспоримые преимущества, как-то:
- более простое управление;
- повышенная частота переключения;
- облегченный тепловой режим.
Особенности построения и работы блоков питания современных импортных телевизоров можно рассмотреть на примере конкретных принципиальных схем ниже в источнике.
Источник: А.В.Родин, Н.А.Тюнин. Блоки питания импортных телевизоров, 2001 г.
Использем трансформатор от старого телевизора
Сетевой источник питания для различных самодельных конструкций и проверки их на макетах можно сделать самому. Это и несложно, и в то же время чрезвычайно полезно для повышения своего мастерства, расширения знаний и приобретения опыта, на что, собственно, и направлена вся радиолюбительская деятельность. Радиолюбителям чаще всего требуются два источника питания: один — маломощный, на напряжение от 3 до 12 В и с током нагрузки в десятки, от силы сотни миллиампер; другой — мощный, на напряжение 13,8 В с максимальным током 5. 10 А. Первый нужен для отработки различных устройств на макетах и в других случаях, когда потребляемый ток невелик и "гонять" продолжительное время мощный источник просто не имеет смысла. Второй необходим для питания мощных усилителей, СВ аппаратуры, любительских радиостанций, автомагнитол и т. п. Он же с успехом может служить для зарядки автомобильных аккумуляторных батарей, если в нем имеется узел ограничения максимального тока. Напряжение 13,8 В, ставшее уже стандартным, как раз и соответствует напряжению в бортовой сети автомобиля при работающем генераторе и заряжающейся батарее.
В любом отслужившем свой срок ламповом или лампово-полупроводниковом телевизоре вы найдете трансформаторы, да и другие детали и для маломощного, и для мощного блока питания. Маломощный блок на 12 В можно, например, собрать с использованием готового выходного трансформатора кадровой развертки (ТВК) от лампового телевизора. В ряде случаев пригоден и выходной трансформатор лампового усилителя звуковой частоты (ТВЗ), но эффективное (действующее) напряжение на его вторичной обмотке составит около 6 В, при этом выпрямленное не превзойдет 9 В. О том, как собрать блок питания, неоднократно рассказывалось в радиолюбительской литературе, и повторяться здесь не стоит. Остановимся лишь на некоторых мало известных, но важных моментах. Они относятся к любому самодельному устройству.
Прежде всего следует определить пригодность трансформатора для блока питания, а для этого надо измерить ток холостого хода первичной обмотки и напряжение на вторичной. Понадобятся авометр, настольная лампа на 220 В мощностью 25. 40 Вт и автомобильные лампы на 12 В мощностью 1. 5 Вт, чтобы проверить выходное напряжение под нагрузкой. На чистом рабочем столе с хорошим диэлектрическим покрытием (сухая фанера, гетинакс, пластик) собирают цепь последовательно соединенных настольной лампы, авометра, установленного на предел измерения переменного тока не менее 0,5 А и первичной обмотки испытываемого трансформатора. Выводы вторичной обмотки (или обмоток) трансформатора остаются свободными. Лампа здесь выполняет защитную функцию: если вы допустили грубую ошибку, подсоединив низковольтную вторичную обмотку вместо первичной, если в обмотке (или обмотках) трансформатора имеется замыкание и т. д., ничего страшного не произойдет — при включении лампа будет светиться, а авометр покажет лишь потребляемый ею ток. Вместо лампы можно использовать мощный (например, проволочный) резистор сопротивлением 1. 1,5 кОм. Если ток холостого хода окажется в норме, при последующих включениях лампу или резистор использовать уже не надо.
При работе надо неукоснительно соблюдать правила техники безопасности: все соединения делать, не подключая цепь к сети, изолировать их ПВХ трубками, оснастить цепь сетевым шнуром с вилкой и только потом, заложив левую руку за спину или в карман и держа вилку в правой руке, подключить ее к розетке, посмотреть показания авометра и отключить цепь. Ток холостого хода должен составлять не более 20. 30 мА для маломощного трансформатора (возможно, придется перевести авометр на меньший предел, отключив предварительно испытываемую цепь от сети) и не более 100. 150 мА для мощного. Больший ток указывает на то, что число витков первичной обмотки мало и, следовательно, магнитная индукция в магнитопроводе слишком велика. Такие трансформаторы "гудят", нагреваются и имеют сильное поле рассеяния, создающее электромагнитные наводки на другую аппаратуру (см., например, статью В. Полякова "Уменьшение поля рассеяния трансформатора" в "Радио", 1983, # 7, с. 28, 29). В ряде случаев, если есть свободная вторичная обмотка на полтора-два десятка вольт, можно включить ее последовательно с первичной и из негодного трансформатора получить вполне приличный — оказывается, что число витков надо увеличить совсем немного, чтобы существенно уменьшить ток холостого хода.
Ток холостого хода зависит и от сборки магнитопровода — чем плотнее его части или пластины прилегают друг к другу, тем лучше. В одном из экспериментов ток холостого хода трансформатора ТВЗ-1-9 был равен 40 мА. Его Ш-образный магнитопровод собран встык с небольшим зазором (в усилителе звуковой частоты телевизора через первичную обмотку проходит постоянный подмагничивающий анодный ток лампы, поэтому зазор необходим, чтобы магнитопровод не намагничивался до насыщения). В трансформаторах, работающих без подмагничивания, зазор не нужен, поэтому магнитопровод пришлось разобрать и собрать снова "вперекрышку" когда замыкатели Ш-образных пластин располагаются то с одной, то с другой стороны. В результате ток холостого хода уменьшился до 25 мА, а "гудения" трансформатора стало практически не слышно. После переделки этот трансформатор прекрасно подошел для маломощного блока питания на напряжение 6 В.
Рассмотрим теперь вопросы изготовления мощных блоков питания. Для них подойдут сетевые трансформаторы ламповых и лампово-полупроводниковых телевизоров, например, ТС-270 или ТС-180. Расшифровка типа проста: трансформатор сетевой, число обозначает мощность. Его конструкция очень удобна и легка для повторения: две катушки надеты на боковые стороны О-образного магнитопровода, составленного из двух частей и скрепленного стяжками. Первичная (сетевая) обмотка имеет две одинаковые части на двух катушках с тремя выводами от каждой. Секция между выводами 1-2 рассчитана на 110 В, а между выводами 2-3 — на 17 В. Переключатель сети наверняка не нужен, потому что сетей с напряжением 127 В практически осталось мало, а вот наличие 127-вольтных обмоток очень полезно. Соединив их последовательно (рис. 1), получим трансформатор, работающий в легком режиме, без насыщения магнитопровода и с током холостого хода всего около 50 мА. Такой трансформатор может работать сутками. Если же надо на какое-то время его форсировать, отключают выводы 3 и 3′ и соединяют выводы 2 и 3′ (3 и 2′) или даже 2 и 2′ ведь в телевизоре-то этот режим считается нормальным! Выходное напряжение выпрямителя или ток зарядки при этом возрастет.
Среди вторичных обмоток этих трансформаторов есть несколько, рассчитанных на напряжение 40. 60 В и сравнительно небольшой ток. Для зарядного устройства они бесполезны, а вот накальные обмотки на напряжение 6,3 В и ток 4,7 А подойдут. Если у трансформатора три таких обмотки, их надо соединить последовательно и подключить к мостовому выпрямителю на мощных (десятиамперных) полупроводниковых диодах (рис. 1). Ограничителем зарядного тока с успехом может служить автомобильная лампа на напряжение 12 В мощностью от 50 до 150 Вт.
Для получения нужной мощности несколько ламп соединяют параллельно. При нормальном зарядном токе лампы едва светятся, по их накалу можно судить о зарядном токе, а падение напряжения на них невелико. Этот же ограничитель предохраняет устройство от замыкания на выходе или от подключения батареи в обратной полярности — при этом лампы ярко светятся (а при обратной полярности батареи чаще всего перегорают). Если же поставить лампы на 26 В и еще большей мощности, "защита от дурака" будет полной — лампы не выйдут из строя и при обратном подключении батареи к включенному в сеть устройству.
Ситуация окажется несколько хуже, когда накальных обмоток на напряжение 6,3 В и ток 4,7 А будет только две, как, например, у трансформатора ТС-180-2. При их последовательном соединении получим всего 13 В. Тут уж не до ограничителя зарядного тока — его едва хватает даже при непосредственном соединении аккумуляторной батареи с выходом выпрямительного моста. Целесообразно мост собрать не на кремниевых, а на германиевых диодах, например, Д305. У них меньше прямое падение напряжения (0,3 В вместо 0,7 В), поэтому и зарядный ток будет больше. Его можно довести до 5 А, форсируя режим первичной обмотки по мере зарядки батареи. Но тем не менее мощность трансформатора в этом случае используется всего на треть. Чтобы изготовить на этом трансформаторе зарядное устройство с током 10. 15 А (а такой ток вполне допустим в начале зарядки батарей емкостью 40. 50 Ач), надо намотать новую вторичную обмотку. Это не так уж и сложно.
Многих останавливает отсутствие провода большого диаметра для вторичной обмотки. Действительно, для большого тока нужен толстый провод (см. таблицу). Но можно с успехом обойтись тем, что есть, используя намотку в несколько проводов. Если намотать двухтактную обмотку для выпрямителя по схеме рис. 2 в три провода и соединить две таких обмотки, размещенных на двух катушках трансформатора параллельно, требуемый диаметр провода для 15-амперного устройства составит всего 0,8 мм. Для ускорения работы обе половины обмотки на каждой катушке необходимо наматывать в шесть проводов. Число витков вторичной обмотки — 2×46.
Технология здесь такова: освободив катушки от всех обмоток, кроме первичной с ее внешней изоляцией, наматывают пробные 46 витков, чтобы узнать длину провода, и отмеряют шесть отрезков нужной длины. Припаяв выводы по три провода к лепесткам каркаса, наматывают обмотку, следя, чтобы провода не перехлестывались. При переходе на второй слой укладывают изоляцию из кабельной бумаги. Концы проводов, опять по три, припаивают к двум другим лепесткам каркаса, затем омметром проверяют, не перепутались ли провода. Если все сделано правильно, то малое сопротивление будет только между выводами 6 и 8, а также 5 и 7.
Собрав трансформатор и соединив с общим проводом средние выводы обмоток на двух катушках, надо определить, какие крайние выводы соединять вместе. Для этого включают трансформатор в сеть и вольтметром переменного тока (авометром) измеряют напряжение между крайними выводами обмоток на разных катушках. Соединяют вместе те, между которыми напряжение равно нулю, после чего подключают к анодам диодов. При неправильном соединении произойдет замыкание. Руководствоваться нумерацией выводов на рис. 2 надо с осторожностью, потому что неизвестно, в какую сторону вы намотали витки, а от этого зависит фаза напряжения.
В заключение несколько слов о борьбе с помехами, проникающими из сети. Когда трансформатор изготавливают только для зарядного устройства, используемого в гараже, проблема помех вас не волнует, и экраны из тонкой фольги, расположенные между первичной и вторичными обмотками, можно удалить. Если же к работающему устройству будут подключать радиоприемную аппаратуру, экраны лучше оставить, а их выводы (4 и 4′) соединить с общим проводом. Конденсатор С1 фильтрует высокочастотные помехи, наводимые из сети. Для дополнительной защиты служат конденсаторы С2 и С3, шунтирующие по высокой частоте вторичную обмотку. Их емкость может быть в пределах от 0,01 до 0,5 мкФ. Бумажные конденсаторы здесь не подходят из-за заметной индуктивности выводов, лучше применить керамические.
Описанное зарядное устройство годится даже для питания коротковолновой радиостанции мощностью 100 Вт, потребляющей до 20 А при напряжении 13,6 В. В этом случае автомобильный аккумулятор не отключают, он выполняет функцию буферной батареи. Схема соединений показана на рис. 3. Подключать радиостанцию и аккумуляторную батарею (GB1) к выпрямителю зарядного устройства отдельными проводами ни в коем случае нельзя, так как возрастут пульсации питающего напряжения из-за конечного сопротивления проводов. При рекомендуемом же включении даже не требуется сглаживающий оксидный конденсатор. Если вы все-таки захотите его поставить, включать надо как можно ближе к разъему питания радиостанции.
Радио №4, 1999В. Поляковг. Москва Источник: shems.h1.ru
