ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА UC3843

    Принцип работы ШИМ контроллера UC3843 практически такой же как у UC3845, подробно расписанный в ЭТОЙ СТАТЬЕ. Единственное отличие - в структуре микросхемы UC3843 отсутствует D-триггер, делящий тактовую частоту на два и отсекающий каждый второй импульс внутреннего генератора. Таким образом управляющий импульс может достигать 95-98% от общего периода, а частота преобразования равна частоте задающего генератора.
    Подобная схемотехника позволяет использовать данный ШИМ контроллер при проектировании обратноходовых и бустерных источников питания, а довольно мощный выходной каскад (ток до 1 А) легко справляется с сравнительно мощными полевыми транзисторами.
    В данной конструкции использовалась почти вся комплектация с Али, поэтому ссылок на Али будет довольно много. Однако кое что покупалось и на Ростовском радиорынке.
    При разработке данных блоков питания ставилось две задачи основных + несколько опытов для дальнейших разработок на базе UC3843, поэтому кое что выглядит не совсем так, как должно выглядеть.
    Первая версия, впрочем как и третья предназначена для нагрузки 1...1,5 Ампера долговременно и без принудительного охлаждения.
    Сразу оговорка - обратноходовые блоки питания не любят холостой ход и это сказанно как в прямом, так и в переносном смысле. Дело в том, что в момент закрытия силового транзистора первичная обмотка за счет самоиндукции формирует довольно большой выброс напряжения, который без нагрузки может довольно легко убить силовой транзистор. На фото ниже осциллограмма на стоке силового транзистора при питании преобразователя от 220 вольт:

    На щупе включен делитель 1/10, при развертке 10 вольт на деление не трудно посчитать, что выбросы превышают 600 вольт. Именно по этой причине важен правильный выбор элементов в цепи клампера блоков питания данного типа.
    Итак, принципиальная схема импульсного блока питания №1:

    Сразу скажу - резисторов на 0,5 Вт и 1 Вт у меня далеко не вся линейка номиналов, поэтому на плате блока питания предусмотрена установка либо одного резистора на 1 Вт, либо установка двух резисторов на 0,5 Вт:

    Ферритовый сердечник покупался ЗДЕСЬ, в тот раз было заказано 3 типоразмера, поэтому на доставке мне 5 баксов скинули. Расчет количества витков производилось в программе Денисенко и первоначально долбанула жадность - расчет делался для выходного напряжения 15В при токе 4А.

    В принципе 4 ампера с блока питания получить удалось, но грелся силовой транзистор довольно сильно, да и сам феррит нагревался. В общем данный блок питания был искусственно ограничен по мощности - R16 был установлен комби - 3 штуки по 2,2 Ома в параллель. Выходное напряжение было снижено до 12,6 вольта - посокольку это тестовый вариант и он оказался работоспособным я решил его использовать для питания светодиодов.
    В принципе данный импульсник можно использовать, но силовой транзистор я поставил не совсем удачно - лично для меня проблем нет - алюминиевое ухо к радиатору я то приварить смогу, а вот остальные вряд ли...
    На фото ниже показан максимальный ток до ограничения. Увеличивая нагрузку дальше напряжение уже начинает проваливаться. При коротком замыкании блок питания пытается стартовать, а поскольку обмотка самозапита не выдает нужного напряжения контроллер затыкает по минимальному напряжению и происходит циклический перезапуск.

    На диоды тоже пришлось прикрутить радиатор, благо место под винты оказалось.
    В общем поигравшись с данным блоком питания я решил его переработать - использовать диод для вторичного питания в корпусе ТО-220, набор диодов моста первичного питания заменить сборкой и развернуть силовой транзистор
    В качестве радиаторов выступал листовой алюминий толщиной 2 мм на всю длину платы. Но этого оказалось маловато, поэтому дополнил его радиатором - крышкой и установил вентилятор:

    Нагрузочная способность получилась довольно приличной - блок питания отдавал 4 ампера, но приходилось использовать максимальные обороты вентилятора, а этого не хотелось. Поэтому снизив оборты я нагрузил данный блок питания на 3 ампера и оставил на ночь на прогон.
    В принципе тест прошел вполне успешно - радиатор был теплым, но не горячим, а не большого потока воздуха хватало и для охлаждения феррита. Принципиальная схема источника питания ниже:

    Наверняка сразу бросится в глаза установка диода вторичного питания по минусовой шине. Для схемы это не принципиально, а вот на плате подобное решение позволило избавиться от не нужных перемычек.
    Данный блок питания эксплуатируется уже более трех месяцев. Врать не буду - включается не ежедневно, но если включается, то работает по 6-12 часов подряд. Проблем пока не выявлено:

   
   
    Ну а теперь несколько слов на тему, почему задействовался усилитель ошибки и что из этого вышло.
    На подавляющем большинстве схем блоков питания с использованием этого ШИМ контроллера обратная связь организовывается путем подключения транзистора оптрона на 1-й вывод контроллера, а второй вывод соединяется с минусом первичного питания. Таким образом отключается усилитель ошибки и регулировка выходного напряжения осуществляет TL431. Если же использовать усилитель ошибки возникает режим перерегулирования - условный коф усиления TL431 суммируется с коф усиления усилителя контроллера и реакция на малейшее изменение выходного напряжения слишком большая - попытка удержать на выходе заданное напряжение переходит в релейный режим, при котром вторичное напряжение формируется пачками импульсов. В результате выходное напряжение плавает с амплитудой до 1-го вольта.
    Именно по этой причине коф усиления усилителя ошибки снижался до тех пор, пока не было получено устойчивое изенение длительности импульсов от минимальной нагрузки в 0,2 А до состояния ограничения тока. В результате коф усиления составил на разных экземплярах микросхемы от 5 до 10, т.е. номиналы резисторов R5 и R7 отличались в 5-10 раз.
    Заморочится с усилителем ошибки заставило две вещи:
    1. Двигатель с таходатчиком.
    2. Два элемента Пельтье, валающиеся уже два года без дела.
    Добавив в схему совсем не большое количество элементов удалось получить прототип СТАБИЛИЗАТОРА оборотов вот такой игрушки:

    Двигатель на 12 вольт, усилие на валу развивает до 70 кг, имеет таходатчик (11 импульсов за оборот). Покупалось осенью 18 года, у этого продавца товар не доступен, поэтому РЕЗУЛЬТАТЫ ПОИСКА. Идея заключается в том, чтобы используя только блок питания организовать регулировку и стабилизацию оборотов данного двигателя. В принципе эксперимент прошел удачно, но требуется дополнительный источник питания для контроллера - на минимальных оборотах контроллер соскальзывает на релейный режим работы + самоблокировка по минимальному напряжению питания самого контроллера. Короче говоря самозапит организовать не удалось. В остальном же все отлично отработало.
    Однако реализовать идею в ее первозданном виде не получилось и в итоге данный двигатель обрел вот такую ПЛАТУ УПРАВЛЕНИЯ.
    Элементы Пельтье задуманы как охладители питьевой воды. В обычном режиме производится стабилизация выходного напряжения в 12 вольт. Как только вода охлаждается до установленной температуры сигнал с терморезистора уменьшает выходное напряжение. Причем за счет плавного уменьшения выходного напряжения и потерь "холода" происходит доохлаждение куллера постоянно и данный источник способен работать даже с самозапитом.
    В крайнем случае можно придать иллюзию современного дизайна установив релейный терморегулятор W1209. Но это уже по Вашему усмотрению, мне достаточно крутилки со стрелками БОЛЬШЕ-МЕНЬШЕ.
    Поскольку вторичные цели были достигнуты, было решено вернуться к традиционному исполнению и отказаться от использования усилителя ошибки, доверив контроль выходного напряжения только TL431. Так и появился третий вариант схемы импульсного блока питания на UC3843:

    Мощность данного блока питания сравнительно не велика, поскольку его основная задача питать подстветку с током потребления 0,45 А и плату управления с потреблением меньше 0,7 ампера. Так тест на нагрузку он отрабоал легко. Однако смущал нагрев феррита. Собственно этот нагрев и заставил снизить частоту преобразования и установить на феррит радиатор.

    Кстати, FR207 у меня на нашлось, поэтому снизить скорость диода клампера я решил использованием ферритовых бусин.
    Ну и последний вариант - блок питания для реле, электроклапанов и электромагнитов. В этом преобразователе разделено выходное напряжение на 10 и 15 вольт. 15 вольт используется для включения, а 10 вольт для удержания.
    На всякий случай напоминаю, что для сработки электромагнита требуется больше энергии, чем для его удержания в сработанном состоянии. Использование одного, номинального напряжения гарантирует довольно большой ресурс, но вызывает лишнее потребление и провоцируте хоть и не большой, но все же нагрев катушки соленоида. Используя два напряжения чуток усложняется управление, но снижается общее потрбелние, снижает нагрев катушек + получаем возможность уменьшения времени пролета контактов реле в момент переключения.

    Казалось бы на этом можно было закончить изыскания в области контроллера UC3843, но мне на давал покоя принцип работы DK124 - ПОДРОБНО ЗДЕСЬ. Этот контроллер кроме ШИМ регулировки имеет несколько ступеней регулировки частоты и не попробовать этот же принцип я не мог.
    В качестве оптрона СВЕТОДИОД-ФОТОТРАНЗИСТОР использовался самодельный оптрон методика изготовления которого показана здесь:

    Регулировку частоты в зависимости от выходных параметров удалось получить не сразу - слишком разные токи свечения светодиода оптрона PC817 и используемого белого светодиода. Пришлось вводить подстроечный резистор регулирующий ток через каждый светодиод.
    В итоге удалось получить полноценную регулировку и ШИМ и частотой.
    Во время тестов выяснилась еще одна неприятность - используемый в блоке питания супрессор нагревается до температуры выше 100 градусов и естественно, что может стать причиной выхода из строя данного блока питания. Размышлял я не долго - принцип работы супрессора и клампера радикально отличается, но они выполняют одну и ту же задачу - подавляют выбросы обратного напряжения на силовом транзисторе. Поэтому параллельно супрессору я поставил клампер согласно расчетам программы Денисенко.
    Таким образом выделяемое тепло я разделил на два элемента не влияющие друг на друга и хотя суупрессор все равно имеет температуру чуть выше, чем мне хотелось, но не выходит за пределы безопсаного режима работы.
    Теперь осталось выяснить что собственно дает регулировка выходного напряжения частотой.
    Спустя пару часов выяснилось, что она не дает практически ни чего - температура и силового транзистора и супрессора одинаковая и на частоте преобразования 53 кГц и на частоте 105 кГц.
    В принципе я тешил слабую надежду на то, что радиакльно что то может измениться - во всех блоках питания в которых использовался принцип стабилизации изменением частоты использовался либо резонанс, либо дроссель рассеивания. Ни того, ни другого в данном блоке питания не было.
    В общем разрезав дорожку я установил последовательно первичной обмотке дроссель на 4 мкГн, выпаянный из какого то БП.
    В итоге температура супрессора осталось прежней, а вот температура силового транзистора снизилась на 10ºС (!).
    Замеры проводились при входном напряжении 230 вольт, при выходном напряжении 10 вольт протекающий через нагрузку ток составлял 1,5 ампера, что является СРЕДНИМ потреблением для данного источника питания.
    В итоге получилась следующая схема источника питания:

    На схеме уже подредактированы моточные данные, феррит использовался КИТАЙСКИЙ, зазор 0,3 мм (суммарно получается 0,6 мм).
    Регулировка данного инвертора осуществляется следующим образом:
    Проделываются все операции описанные в следующем параграфе, при этом движок резистора R1 должен находиться в правом по схеме положении примерно на сопротивлении 400...500 Ом.
    После проверки всех режимов работы блок питания нагружается на величину СРЕДНЕЙ нагрузки и перемещением движка R1 добиваются увеличения частоты преобразования в 2 раза.
    Контролируем изменние частоты в зависимости от нагрузки. При МАКСИМАЛЬНОЙ нагрузке частота должна опуститься до расчетной величины - до той, на которую расчитывали трансформатор.

    Первое включение свежесобранного блока питания лучше сделать от отдельного источника питания напряжением 12-15вольт. Напряжение подается непосредственно на контроллер и проверяется его работоспособность и частота управляющих импульсов.
    Если все нормально, то перемычкой это же напряжение подается и на плюсосвой вывод сетевого конденсатора - проверяется напряжение на первичной обмотке, проверяется вторичное напряжение. Да, да - блок питания будет пытаться вытянуть вторичное напряжение, ведь длительность управляющих импульснов с UC3843 будет достигать максимального значения.
    Дальше уже как обычно - вместо сетевого предохранителя лампа накаливания и пробуем включить в сеть. Кстати, на выход БП необходимо повесить хоть какую ни будь нагрузку. Резистора на 150-220 Ом вполне подойдет.
    Более подробно пуско-наладочные работы показанны в видео:

    Тесты данных блоков питания показаны в этом видео:

   
   
    Архив с принципиальными схемами блоков питания в формате СПЛАН и чертежами печатных плат в формате СПРИНТ лежат в АРХИВЕ.
    Некоторые рекомендации по выбору компонентов приведены ЗДЕСЬ.
   Программа для расчетов импульсных блоков питания ЗДЕСЬ.