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胆机用稳压电源的设计与制作

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推荐 两壶居士 发表于 2014-12-4 20:57:46 | 只看该作者 |只看大图 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
本帖最后由 两壶居士 于 2014-12-4 20:57 编辑

胆机用稳压电源的设计与制作
由于制作胆机的需要,最近自己设计了一台多路高压稳压电源。
本来,制作稳压电源是一个古老的课题,现成的集成稳压块也很多,最常见的就有LM317、337系列,但集成电路稳压器的最高输入电压不过40V,输出电压也不过30多伏,离胆机要求的几百伏相去甚远。如上所述,这就要求自己用分立件设计一台合乎要求的高压稳压电源。
作为胆机用的万能电源,需要供给灯丝的电源、屏极高压正电源、帘栅高压正电源和栅极负偏压电源。除灯丝用交流供电外,其余三路都要直流可调稳压电源,以满足不同电子管的需要。其中不同电子管所需屏极电源,低者至少要数十伏,高的如FU-5型电子管的阳极电压上至一两千伏。我们升斗小民,高大上的电子管玩不起,一般所用的管子也就几百伏,所以我设计的稳压电源最高输出电压定为500V左右,分四档连续可调,最大输出电流定为250mA;帘栅电压略低,电流也小些;栅极则需要负电压,初步设计定为0~-120V,这样应付普通的胆机电路也该可以了。
稳压电源的最关键元件就是调整管。要制作高达500V左右的稳定电源,可以采用的方案大致有下面几种:
1.  调整管和取样放大管都用电子管,也许还包括充气稳压管以及胆整流管;
2.  调整管和取样放大管都用高反压晶体三极管,要求BUCBO>1kV,BUCEO>600V;
3.  调整管和取样放大管都用场效应管,要求耐压1kV;
4.  调整管用高反压管,放大管用低压管,其间用光耦联系。
如果采用第一种方案,则光用于调整管和放大管的灯丝耗电就需要20~30W,如果整流也用胆管,则每只整流管又得追加10W左右。而且胆管所占空间较大,产生的热量也相当可观,屏阴间至少有20~30V的电压降,其总体效率很低。再说,相应的充气稳压管也不太好买。如果要求零伏起调,电路仍然比较复杂。这种方案唯一的优点是电子管的过压与过载能力是晶体管不能比拟的。
第二、三种方案大同小异,不仅调整管要求高反压,而且取样放大管也要求高反压,满足这种要求的管子不太好买。两者相比,场效应管为电压控制器件,所以取样放大管的工作电流可以设计得很小,因而整体功耗更小。
不论普通三极管或场效应管,其过压过载能力都很差,所以需要完善的保护电路,故电路较电子管稳压器复杂。
第四种方案仅调整管需要高反压,取样放大只需耐压很低的三极管,两者之间的控制用光耦联系。所以这种方案除调整管外,对其他元件的要求都很低,它能输出的最高电压仅取决于调整管的耐压值,最高输出电压可以轻松设计到1kV以上。但这种方案也有一个缺点:它的电压的取样比(输出电压与加在放大管基极上的那部分电压的比值,图2、3中的UB/UO)很小,这样会使电压调整率降低,稳压电源的内阻增加。
四种电路分别见图1~图4。
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image048.jpg



权衡以上四种电路的利弊,决定选图2所示的类型。因为比较起来,晶体管电路还是成熟些,如果输出电压只500V左右,还是可以找到耐压足够的器件的,制作成功应该没有问题。我设计的电路见下图:



从图中可见,稳压电源共有两路:一路是0~500V输出的正电压,最大负载电流为250mA。这路输出供屏极电源用,分成4档:0~130V、120~250V、240~380V、370~500V。每档输出电压都连续可调,用数字电压表和数字电流表显示。
另一路是栅极负偏压,只一路:0~-130V,最大输出电流也是250mA。当然,作为栅极负压,是几乎不消耗电流的,即使是乙类功放,消耗电流也不会很大。我之所以将电流设计得和屏极电源一样大,是考虑到,万一屏极500V还嫌不够,那么将它和负电源串联起来使用就可以达到600V以上。
负电源只有130V的输出,这路所用的晶体管,耐压完全没有问题。所以我们选择器件,主要是针对500V这路而言。当分档开关S1置于交流400V时复合调整管VT1、VT2所承受的输入电压最高时接近600V;放大管VT4、VT5实际承受的电压也达到500V以上。据此,我选用电视机的行管D1403做VT1,D1403的BVCBO达1.4kV,BVCEO达800V,最大允许功耗为120W;选BUT12担任VT2、VT4和VT5,据商家说,BUT12的反向击穿电压可达1kV,拿回家实测BVCEO约600V左右,耐压的余量似乎还不多,但确实找不到耐压更高的管子了,也只好让它披挂上阵。
晶体管是种很娇气的元件,瞬间的过压和过载都可能会使它化为一缕青烟,所以在输出端加了限流型保护电路。图中还画了晶闸管的截流型保护电路,但实际的作品中没有加上,只有VT3组成的限流型保护。
VD2、VD5也是起保护作用,防止放大管的BE结出现高的反向电压。C4、C13是防止在电压分档开关换档或电位器接触不良时,放大管的基极瞬间悬空。
负输出稳压电源中,复合调整管和放大管要用到PNP型高反压管,这里选用KSP92,商家说它的耐压有200V,回家没有测试,直接就装上使用了,貌似还经受住了考验。
输出的电压、电流指示分别用500V的数字电压表和500mA的数字电流表,它们需要单独用5V电源供电,图中没有画出。
两路的调整都用多圈电位器,很平稳。

制作从变压器开始,制作骨架,绕线,浸漆,各种工艺一样都不能少,骨架是复铜板板拼成的。


正在绕制的变压器


初次级之间用铜箔加个静电隔离层


在线包上画标记

下图是已经绕好的变压器。


浸绝缘漆,要在在电磁炉上煮一会,将气泡排除。


浸漆后晒干(没有烘箱,只好劳驾太阳公公了)。浸漆烘干前,有点锈迹斑斑。


用一个光驱的外壳做底盘,制作的中间过程没有留下照片,只好把成品内外都看一下。


从下图可以看到,浸漆后的变压器面貌已焕然一新。


各部分元件


面板上旋钮和开关的排列


电源分四路连续可调,正高压最低输出0V,最高输出520V


做好的高压稳压电源已现在经在我的书架一隅安身立命,不仅人住的是蜗居,连电源也受到主人的连累。下图显示的是负电压最高输出-134V。


高压稳压电源完工后的第一件任务就是用来测试6C19的输出特性。现在显示的是栅负压。(注意电压表下面开关的位置!)


这次显示的屏极正电压的值Ua=100V,右边显示的屏极电流Ia=90mA。电流表由于取用电源的关系,以流出稳压电源的为负,不要误会它是负电源,负电源一路没有电流指示。


部分测试记录


    这是根据测试结果描绘的6C19的特性曲线,并且以此为依据设计的低频放大器的参数.


      这个高压稳压电源基本上是满意的,它可以作为各种电子管的高压电源(屏极和帘栅极电源),同时也可以作测试电子管特性曲线的实验电源。输出用数字电压表和数字电流表显示,十分方便和精确。


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2#
王栋春 发表于 2014-12-4 21:07:49 | 只看该作者
很好的DIY,楼主绕制的变压器很专业呀,那个屏蔽层的绕制很到位,不过个人感觉浸漆铁芯会使变压器铁损增加,我绕制变压器都是浸线圈,个人意见仅供参考
3#
 楼主| 两壶居士 发表于 2014-12-4 21:22:52 | 只看该作者
本帖最后由 两壶居士 于 2014-12-4 21:25 编辑
王栋春 发表于 2014-12-4 21:07
很好的DIY,楼主绕制的变压器很专业呀,那个屏蔽层的绕制很到位,不过个人感觉浸漆铁芯会使变压器铁损增加, ...

我刚好认为浸漆后损耗会变小,浸漆前测得变压器空载电流约0.2A,浸漆后,空载电流小于0.1A.
浸漆对铁芯起到紧固作用,使工作时产生的机械振动声减小,因而也减小了消耗在这上面的能耗.
4#
共和国同龄人 发表于 2014-12-4 21:43:48 | 只看该作者
学习胆机的好资料,我复制收藏了,谢谢版主
关于浸漆过去我老师教缠绕变压器时就要求铁芯与线包一起浸漆,其目的是防潮和防止铁芯松动产生噪音,实际使用,也要求单片矽钢片两面也应刷绝缘漆!
5#
王栋春 发表于 2014-12-4 22:09:07 | 只看该作者
看来对于这个我也做过测量,结果却于二位的不同,改天绕制变压器时再测试一下
6#
windowspp 发表于 2014-12-5 07:50:54 | 只看该作者
好高的电压啊。。。收藏。。。
7#
 楼主| 两壶居士 发表于 2014-12-5 07:58:53 | 只看该作者
windowspp 发表于 2014-12-5 07:50
好高的电压啊。。。收藏。。。

如果采用光耦,最高可超过1000V
8#
reniya 发表于 2014-12-5 09:12:03 | 只看该作者
收藏了,备用。多谢分享。
9#
alex_q 发表于 2014-12-5 13:08:51 | 只看该作者
做工很犀利,多谢前辈分享!
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