Стабильный высоковольтный блок питания для ламповых усилителей
В ламповых усилителях, традиционно, до последнего времени используются нестабильные блоки питания, состоящие из трансформатора, диодного выпрямителя и конденсатора(ов). При этом , при полной нагрузке (мах. выходной мощности) анодное напряжение проседает до 70-80 процентов от его значения на *холостом* ходу.
В популярном SSB виде работы усилителя, постоянно меняется сигнал возбуждения усилителя и вбесте с ним *прыгает* анодное напряжение. Детали усилителя должны быть расчитаны для максимального напряжения (на холостом ходу)..
К тому же, лампа *видит* более или менее *неправильную* нагрузку (Р-контура). Если вы при длительном нажатии, настроили усилитель, а передаете в режиме SSB (импульсный режим), то анодное напряжение будет значительно больше!
***
Ниже будет описан простой тиристорный регулятор, который без особых проблем может быть встроен в имеющийся блок питания. Он держит анодное напряжение постоянным в приделах 3%. Одно важное условие - трансформаторы для накала и анодного напряжения должны быть раздельными!
Производители высококачественных усилителей, как Henry Radio или Аmeritron уже много лет, как заметили проблему слишком *мягких* блоков питания и приняли некоторые *пассивные* меры по стабилизации напряжения.
На рисунке 1 показана схема решения с применением дросселя.
Дроссель (Dr), как *дроссель с насыщением* выполнен без воздушного зазора. Можно дополнить дроссель параллельным конденсатором(Ср) и настроить на частоту пульсаций 100Гц. Таким методом ,при изменении нагрузки в приделах 10:1, удается держать относительно константным анодное напряжение. Так как, выходное напряжение в режиме холостого хода(молчания) сильно возрастает, в большинстве случаев на выходе подключается мощное нагрузочное сопротивление.
Недостаток такого решения являются большие габариты БП, к тому же на параллельном конденсаторе(Ср) имеются импульсы тока в несколько киловольт, что требует повышенного внимания к изоляции.
Идеальным решением наверное будет импульсный блок питания, имеющий небольшие размеры, вес .Авторы статьи, при реализации такого блока питания (1,2кватт при 4 квольт выходного напряжения ), установили, что это вполне возможно. Однако при неосторожном обращении с блоком, детали блока быстро выходят из строя. Постройку такого блока питания поэтому можно не рекомендовать.
***
Высоковольтный блок питания с регулировкой по первичной обмотке.
Поскольку требования точности регулировки высоковольтного блока в сравнении с лабораторным блоком питания мене строги, приходит идея регулировки при помощи тиристора, включенного в первичную обмотку трансформатора. В тоже время, несмотря на применение метода (Phasenanschnit) требуется довольно сложное схемное решение, поэтому Greg Mclntire, АА5С пошел дальше и отказался от постоянно регулируемой подачи энергии на трансформатор.
На рисунке 2 показан этот принцип.
Выходное напряжение БП сравнивается с опорным и при превышении последнего, триак отключает трансформатор от сети. Уменьшится выходное напряжение, компаратор вернется в исходное положение и триак вновь подключит транс к сети. Напряжение на выходе выпрямителя снова возрастет.
Такое, на первый взгляд, простое решение при постройке БП часто создает проблему - сильное гудение трансформатора. Происходит это из-за того, что время включения триака не всегда совпадает с частотой сети. В первичке появляется поток постоянного тока, отчего сердечник трансформатора входит в насыщение, появляются больщие импульсы тока, которые дополнительно нагружают транс и триак.
***
Улучшеная схема.
Во-первых, триак, управляемый через оптокоплер, заменен на полупроводниковое реле( это решение АА5С опробовал, однако в виду сильного обратного воздействия сети далее не использовал).
Во-вторых, первичная обмотка трансформатора теперь отрывается от сети не полностью, а через мощное сопротивление остается подключенным!
Сопротивление этого резистора выбирается таким, что бы при максимальном напряжении в сети (и как следствие максимальном *холостом* анодном напряжении БП) устанавливают выходное напряжение, которое немного меньше необходимого рабочего, анодного напряжения лампы. Значение этого сопротивления не является критическим и при ниже описанном тесте сопротивление находилось в приделах от 200 до 500 ом., при мощности около 100 ват. Трансформатор будет постоянно подмагничен, отчего при включении полупроводникового реле нет больших импульсов, бросков тока.
Рисунок 4 показывает как реализована эта схема.
При помощи делителя, анодное напряжение снижается до уровня около 5 вольт. Делитель выполнен на высоковольтных сопротивлениях. Автор использовал резисторы 4,7Мом, 1ватт.Особо обратите внимание при постройке делителя на соблюдение мер бесопасности.
Компаратор LM393 сравнивает выходное анодное напряжение ( на выходе делителя) с опорным напряжением, которое подготовлено при помощи стабилитрона ZPD10 (10 вольт) и устанавливается потенциометром (Р). Компаратор имеет гистерезис около 50вольт (в расчете на высокое напряжение).Через эмитерный повторитель на Т1 управляется електронное реле. Светодиод показывает состояние реле.
Необходимое напряжение, 15вольт, для указанной схемы, получено от небольшого (1ВА) трансформатора. Можно также использовать и другие источники питания.
Особую роль в источнике 15 вольтового питания имеет электролитический конденсатор (220мкф), подключенный параллельно стабилитрону. Он позволяет реализовать*мягкий старт*, анодного трансформатора. Поэтому стартовый ток мощного транса будет уменьшен и чувствительные предохранители в доме не *вылетят*.
В качестве электронного реле может быть применено электронное реле любого типа, с управлением постоянным напряжением в пределах 12-20 вольт и на ток в два раза больше тока для усилителя (при номинальном значении сети. В Европе это 230 вольт). Эти реле имеют размер, приблизительно размер сигаретной пачки. Реле имеет шурупы для подключения сети и напряжение управления. Реле должно быть прикреплено на радиатор (алюминиевую пластину), который(я) должны быть изолированными как от сети, так и от напряжения включения реле. Мощность рассеивания ,которую надо отвести от реле, составляет около 10-20 ватт.
Автор использует реле от Siemens Тип В23100-С 0302-А 225 , 25А.
***
Изготовление и настройка
Детали:
- I1- LM393 (Comparator)
- D1- ZPD 10 (10V,5mA)
- D2, D3- LED
- D4- 1N4001
- T1- BC547 (n-p-n)
- E1- Relais
- R: 4,7Mom(1W)
- R: (1/8Wat)
- Trimmpoti 10k
- Elkos 220µF/35V
- C-0,1µF –Folien
Relais:
Осторожно высокое напряжение!
Перед тем как схема будет введена в эксплуатацию, надо замерить анодное напряжение вашего усилителя в режиме нагрузки. Для этого вполне достаточно измерительного инструмента, который в большинстве случаев имеется в усилителе.
После этого необходимо включить в провод, идущий к первичной обмотке анодного трансформатора, мощное (около 100 ват) переменное сопротивление (реостат). Усилитель находится при этом в режиме приема. Изменяя величину реостата выставляем анодное напряжение в режиме молчания немного меньше, чем при номинальной нагрузке. После этого можно переменное сопротивление заменить на постоянное (соответствующей мощности).
Далее подключается параллельно сопротивлению электронное реле, которое соединяется со схемой управления. Потенциометром 10к (Р) устанавливается на минимум. /Естественно в обесточенном и безопасном состоянии/.
Снова включаем блок управления, высокое напряжение . Если все правильно собрано, то на выходе БП находится напряжение, которое немного меньше его необходимого номинального. Светодиод не горит. Это означает, что реле заперто.
После этого крутим медленно потенциометер /триммер 10к /.В определенном положении начинает мигать светодиод, и выходное анодное напряжение начинает возрастать / все еще в положении холостого хода, приема!). Изменение анодного в такт мигания светодиода в приделах 50 вольт ,говорит о правильной работе регулятора.
Теперь можно усилитель включить на передачу. Реле включается (светодиод горит) и анодное напряжение остается приблизительно постоянным. Таким образом изготовление и настройка завершены!
5.Опыт эксплуатации.
Описанный способ регулировки высокого напряжения был в переходный период 87/88 годов построен проверен (DL8МХ) на усилителе L7 фирмы Drake. Каких либо проблем, HF помех или чрезмерной нагрузки сети не было замечено.
Трансформатор нагревался заметно меньше, чем до модернизации. Наверное из за того, что транс большее время питается пониженным напряжением сети. Дополнительные потери на сопротивлении (около 50ватт), в общем балансе мощности усилителя можно пренебречь.
На описанном усилителе без переделки, анодное напряжение на холостом ходу составляло 3600 вольт и при полной нагрузке /нажатие ключа 1,3кватт/ 2900 вольт. После установки регулятора в режиме холостого хода анодное равно 3000 вольт и под полной нагрузкой 2900 вольт. Надо еще заметить, что из-за внутреннего сопротивления сети у DL8МХ , напряжение сети при полной нагрузке усилителя понижалось почти на 5%.
/Свободный перевод статьи „Ein stabilisiertes Netzteil für
Röhrenendstufen“
из журнала UKW-BERICHTE 2/88 W.Hercher,DL8MX,
J.Jirmann,DB1NV/
Антон Арендт (DL2BDA)
24.11.2009
