Бестрансформаторный блок питания большой мощности для любительского передатчика
Заманчивая идея избавиться от крупногабаритного и очень тяжелого силового трансформатора в блоке питания усилителя мощности передатчика, давно озадачивает радиолюбителей. Особенно, эта идея привлекательна для участников радиоэкспедиций, где каждый лишний килограмм массы аппаратуры ощущается «собственным горбом». В различных радиолюбительских изданиях прошлых лет публиковались конструкции бестрансформаторных блоков питания. Но это, как правило, были устройства относительно маломощные, предназначенные для питания передатчиков мощностью 100...400 Вт, кроме того, требующие наличия защиты от «неправильного» включения вилки питания в розетку.
Применение современных малогабаритных электролитических конденсаторов позволяет сконструировать и изготовить мощный высоковольтный блок питания небольшого размера и веса. Предлагаемый вариант блока питания разработан для усилителя мощности на лампе ГУ-43Б, включенной по схеме с общим катодом с выходной мощностью 1,5 кВт (подводимая — 3 кВт).
Используя включение лампы по схеме с общим катодом, при данной схеме питания, входной сигнал на управляющую сетку подается через ВЧ трансформатор, и никак иначе. Если же подавать сигнал просто через конденсатор, то из-за того, что выходная цепь драйвера гальванически связана со своим корпусом, на сетку попадет переменная составляющая питающей сети 50 Гц. К тому же это приведет к нарушению режима работы усилителя мощности. Но в схеме с общей сеткой, где управляющая сетка соединена с катодом, такой проблемы не возникает. Некоторые особенности принципиальной схемы такого усилителя мощности с бестрансформаторным питанием показаны на, рис. 6.5.
Приведенный способ включения не требует дополнительной защиты от «неправильного» подключения к сети (случайный поворот вилки питания, когда могут быть перепутаны «фаза» и «ноль»), т.к. отсутствует гальваническая связь цепей питания с корпусом (в двухполупериодных умножителях она и недопустима!). Однако, следует еще раз напомнить, что этот блок питания вырабатывает высокое напряжение, опасное для жизни.
По правилам техники безопасности корпус радиостанции должен быть надежно соединен с исправным заземлением. В целях личной безопасности и безопасности окружающих работы с высоковольтными источниками питания следует проводить очень осмотрительно, и они могут производиться только опытными и подготовленными радиолюбителями. Этот блок питания представляет собой бестрансформаторный десятикратный умножитель-выпрямитель напряжения.
При напряжении питающей сети переменного тока 230 В постоянное выходное напряжение составляет 3240 В без нагрузки и 3000 В при нагрузке 1 А. Потребляемая нагрузкой мощность составляет 3 кВт. При испытании в качестве нагрузки использовался набор из мощных резисторов суммарным сопротивлением 3 кОм и общей мощностью 3 кВт. Эту мощность можно потреблять от блока питания довольно продолжительное время, не опасаясь перегрева его деталей (например, работать в ЧМ режиме). При работе в режиме SSB или CW просадка питающего напряжения имеет существенно меньшую величину и зависит от пикфактора SSB сигнала или скважности телеграфных посылок. Общая масса блока питания составляет 5,8 кг, что значительно меньше массы аналогичного трансформаторного блока.
Схема умножителя симметричная, двухполупериодная (рис. 6.6). Каждое плечо обеспечивает пятикратное умножение напряжения сети. Во избежание неприятностей, рабочее напряжение используемых конденсаторов должно выбираться с достаточным запасом. Каждый конденсатор, кроме С1 и СГ, состоит из шести конденсаторов в последовательно-параллельном включении, зашунтиро-ванных резисторами (рис. 6.7).
Все конденсаторы, которые составляют сборную емкость, по 470 мкФ каждый. Шунтирующие резисторы применены двухваттные, по 220 кОм. Выпрямительные диоды расчитаны на обратное напряжение не менее 800 В и рабочий ток не менее 7 А.
Включение блока питания (см. рис. 6.6), производится в два приема. Сначала напряжение сети подается через ограничительный 50-ваттный резистор 200 Ом, затем, спустя 5... 10 секунд, он замыкается контактами реле К1.1. Во избежание ошибочного включения в обход ограничительного резистора, вместо этого реле ни в коем случае нельзя использовать какие-либо ручные переключатели или тумблеры. Включение реле обеспечивает простая схема самоблокировки, создающая необходимую задержку (на схеме не показана). Выключение может производиться в обратном порядке или сразу. Сетевое напряжение подается через плавкий предохранитель или автоматический выключатель на ток срабатывания 15 А. Для защиты от каких-то непредвиденных обстоятельств, например, внутренний пробой лампы и т.п., между блоком питания и нагрузкой установлены высоковольтные предохранители на 2 А и постоянно включены ограничительные 50-ваттные резисторы по 20...30 Ом.
Все конденсаторы, кроме С1 и СГ, диоды и шунтирующие резисторы размещаются на двух печатных платах из фольгированного стеклотекстолита, толщиной 2 мм. Причем, каждое плечо умножителя собирается на отдельной плате. На рис. 6.8 приводится одна из плат, на другой, такой же плате, располагается обратная полярность конденсаторов и диодов. Размер каждой платы 240x170 мм. Токопроводящие дорожки на платах продублированы (пропаяны) толстым многожильным проводом. Электролитические конденсаторы, из которых набираются С2...С5 (С2'...С5'), использованы по 470 мкФ, 400 В. Они имеют внешний диаметр 35 мм и высоту 50 мм. Между собой платы соединяются с помощью керамических стоек, монтажом внутрь. На шасси усилителя конденсаторный блок устанавливается на изоляционной пластине из толстого фторопласта.
Конденсаторы С1 и СГ 3300 мкФ, 400 В должны быть хорошо изолированы от корпуса и устанавливаются отдельно. (Помните, что имеете дело с высоким напряжением 3000 В — здесь качественная изоляция важна превыше всего!). Бестрансформаторные блоки питания в усилителях мощности категорически не допускают гальванической связи питающих цепей и корпуса.