Компактный преобразователь для зарядки конденсаторов

 

Данный преобразователь был разработан для достижения повышенной компактности при достаточной выходной мощности в кратковременном режиме.
В этом документе мы рассмотрим основные конструкционные особенности и руководство по сборке.

Рассмотрим внешнее устройство и размеры

Примерные размеры 40х40х25 мм

 

Компоновка выполнена таким образом что трансформатор, силовые транзисторы и конденсаторы с диодами расположены с одной стороны платы, микросхема UC3845 в корпусе SMD расположена на другой стороне платы, там же находится и обвязка микросхемы.
Для предотвращения механического повреждения деталей нижняя сторона платы заливается компаундам
например эпоксидной смолой или термоклеем

Схема преобразователя приведена ниже

В отличии от широко известного преобразователя Вальдемара в данной схеме отсутствуют снабберы на первичной и вторичной обмотке, вся энергия потерь выделяется на транзисторах, отсутствие радиатора вынудило применить одновременно 2 транзистора увеличив таким образом поверхность теплоотвода, для защиты от КЗ в схеме предусмотрен контроль тока на резисторе 0.025 ом собранном из 4 резисторов 0.1 ом 2Вт соединённых параллельно. Это позволяет преобразователю данного типа работать более эффективно даже на большие ёмкости, хотя это и чревато перегревом выходных транзисторов, кроме того схема способна выдержать кратковременное короткое замыкание (не более 30 секунд).
Для выбора рабочего напряжения необходимо выставить значение резистора R2.

Приведём пример у микросхемы UC3845 стандартное напряжение отключения 2.5 В для напряжения на выходе 400 В нам нужен делитель с коэффициентом деления 400/2.5=160
по формуле найдём значение R2 в нашем случае при R1 1200 кОм и К 160 это 7.547 кОм

 

если округлить то будет 7.5 кОм .

На схеме показан вариант на напряжение 450 Вольт.

Схема способна выдавать напряжение в диапазоне от 300 до 500 В путём подбора резистора.

В случае необходимости по этой формуле можно подобрать значения резисторов R1 и R2 если подходящие номиналы отсутствуют.
в случае отсутствия приведённых на схеме деталей ниже будет дан список заменимых деталей

 

Перечень элементов и возможные аналоги

 

C1-2200мкФ 16 В в крайнем случае можно заменить любым конденсатором с ёмкостью не меньше 1000 мкФ

И подходящими размерами

C2-10 нФ любой конденсатор не меньше 2.2 нФ и не больше 10 нФ

C3-47 нФ любой конденсатор не меньше 47 нФ и не больше 200 нФ подходящий по размерам

C4-2.2 нФ частотозадающий конденсатор в случае необходимости меняется в паре с резистором R3 по методике описанной в даташите на микросхему UC3845

C5- 3.2 нФ фильтрующая цепочка R4C5 должна обеспечивать постоянную времени 48*10^-8

меняют парой с R4

C6-10 мкФ 450 возможна замена на конденсатор меньшей ёмкости , но только в случае крайней необходимости

R1-1.2 МОм возможна замена на резистор меньшего сопротивления (не меньше 500 кОм)

R2-7.5 кОм подбирается по формуле значение 7.5 кОм дано при условии что R 1 1.2 МОм а напряжение на выходе ~400В

R3- 9.1 кОм частотозадающий резистор в случае необходимости меняется в паре с конденсатором C4 по методике описанной в даташите на микросхему UC3845

R4-150 Ом фильтрующая цепочка R4C5 должна обеспечивать постоянную времени 48*10^-8

меняют парой с C5

R5 R6-11 Ом любой резистор в диапазоне от 8 Ом до 16 Ом

R7- 0.025 Ом для сборки обязательно применение 4 плёночных резисторов 0.1 Ом применение проволочных резисторов НЕДОПУСТИМО

Tr1 Феррит Ч 30 (Б-30) 2000НН феррит Ч-30 весьма распространён и замены не требует

В случае использования

UC3845 широко распространённая микросхема продаётся в большинстве магазинов

VD1 VD2 = HER208 возможная замена UN4007

VT1 VT2 = IRF3205 широко распространённый транзистор замена не требуется (любой подходящий)

 

 

Следующий шаг это намотка трансформатора

Рассмотрим таблицу тестов трансформатора

 

трансформатор флайбэк 704
	индуктивность		витки	A
первичная обмотка	0,0000024			2,66666666666667E-007
вторичная обмотка	0,010502			2,6255E-007
К	66,6666666667		феррит
			Б30
зазор 5 листов А4 по 0.1 мм
	сопротивление	число жил		сечение	заполнение
R1	0,0035		0,125 мм *100	1,22718463030851	3,68155389092554
R2	4,2		0,125 мм *4	0,0490873852123405	9,8174770424681

 

По ней следует что трансформатор-дроссель имеет 200 витков 4 проводами диаметра 0.125 во вторичной обмотке
и 3 витка 100 проводами диаметра 0.125 в первичной

 

Намотка выполнена следующим методом
Первая часть состоит из 100 витков с изоляцией через каждые 50 витков (в качестве изоляции использована прозрачная липкая лента подходящей ширины ( ~11-12 мм) после чего идёт слой изоляции и 3 витка первичной обмотки, начало, небольшой участок в середине и конец вторичной обмотки изолирован термоусадочной трубкой 1 мм диаметра. Небольшой участок в середине позволяет избежать соприкосновения вторичной и первичной обмотки и даёт достаточную изоляцию а изоляция выводов по концам позволяют избежать замыкания обмотки трансформатора на корпус феррита. После намотки первичной обмотки она тщательно изолируется (на места выводов желательно положить изоляцию) и мотается остававшиеся 100 витков с изоляцией через каждые 50 витков. Следует упомянуть что вполне достаточно 1 слоя липкой ленты для достаточной изоляции.
Особое внимание следует уделить обозначению началу обмоток. По схеме подключения обратноходовых дросселей-трансформаторов их первичная и вторичная обмотка должны быть включены в разной полярности
так если в первичной обмотке начало идёт на транзисторы то во вторичной на диоды должен быть подключён конец обмотки, что бы не перепутать обмотки должны все быть намотаны в одну сторону с обязательным обозначением начала обмотки, например кусочком цветной изоленты.

Рассмотрим альтернативу использования нескольких проводов диаметра 0.125

 

 

Отлично видно что эквивалентный диаметр 4 проводов 0.125 это 1 провод 0.25
однако применять вместо 100 жил 0.125 1 жилу диаметром 1.25 нельзя так как данный провод не подходит по сечению для частоты 50 кГц

Частота	Глубина проникновения тока, мм.
Серебро	Медь	Золото	Алюминий	Никель	Хром
50 kГц	0,2871	0,2956	0,3521	0,3691	0,6336	0,8132

Для примера приведём замены проводов .

число жил	диаметр	сечение	эквивалентный диаметр 1 жилы
	0.15	0.053014376	0.259807621
	0.15	1.237002107	1.25499004
	0.25	0.049087385	0.25
	0.25	1.22718463	1.25

Зазор между чашечками составляет 0.5 мм, в качестве калибра использованы листы А4 для принтера, 5 колец из бумаги обеспечивают зазор 0.5 мм.

 

На данной фотографии есть всё что надо для намотки трансформатора

Примерная длина провода неаобходимого для намотки 200 витков ~20 метров

 

 

Для намотки вторичной обмотки на середину провода мы наденем 2 кусочка термоусадки.
Первый большой кусок мы используем на выводе трансформатора.
Второй кусочек понадобится для перехлёста первичной и вторичной обмотки.

Что бы остаток вторичной обмотки не проваливался нужно по краям проложить липкую ленту так что бы она выходила за каркас. Поверх выводов первичной обмотки тоже нужно положить скотч что бы при намотке

провода вторички не продавило к вторичной обмотке.

 

 

Здесь показанно расположение элементов на плате и их соедение с дорожками платы .

Точками указаны места пайки.

Для тех кто путает распиновку транзистора ниже дана схема

 

Рассмотрим выходные параметры которые развивает данная модель в тестах.

450 В на конденсатор 1000 мкФ

400 В на конденсатор 1000 мкФ

 

 

Средняя мощность развиваемая тестовой схемой на 450 В 45 Вт схемой на 400 В 28 Вт (небольшие конструкционные различия)

Для питания такого преобразователя нужен достаточно мощный источник питания (не менее 50 Вт)

Достаточно распространённый вариант любые хорошие щелочные батарейки (8 штук дюрасел) или новые маталгидридные аккумуляторы (не менее 10 штук).
Идеальный вариант это литийионные батареи из ноутбуков (18600) и литий-полимерные батареи из радиоуправляемых вертолётов на напряжение не менее 11 В
максимальное допустимое напряжение питанее не более 15 В

Батареи типо «крона» недостаоточно мощные что бы питать данную схему

Так же не подходят батареи из магазина FIX и маломощные солевые батареи

ПЕРЕПОЛЮСОВКА ПИТАНИЯ НЕДОПУСТИМА! ЭТО ВЫВОДИТ ИЗ СТРОЯ МИКРОСХЕМУ UC3845.