Диодная развязка питания: схемы резервирования источников и автоматического переключения

Как работает диодная развязка питания. Какие схемы резервирования источников питания существуют. Как реализовать автоматическое переключение на резервный источник. Какие проблемы возникают при использовании современных импульсных блоков питания.

Принцип работы диодной развязки питания

Диодная развязка питания — это простой и эффективный способ объединения нескольких источников питания для обеспечения бесперебойной работы нагрузки. Основная идея заключается в использовании диодов для предотвращения обратного тока между источниками.

Как это работает:

• Диоды включаются последовательно с каждым источником питания
• Ток может течь только от источника к нагрузке, но не наоборот
• При отказе одного источника, нагрузка автоматически питается от оставшихся
• Источники с более высоким напряжением имеют приоритет

Преимущества диодной развязки:

• Простота реализации
• Надежность и отсутствие активных компонентов
• Мгновенное переключение без разрыва питания
• Возможность объединения разнотипных источников

Недостатки:

• Падение напряжения на диодах (0.3-0.7В)
• Потери мощности на диодах
• Необходимость подбора диодов под рабочий ток

Основные схемы резервирования источников питания

Существует несколько базовых схем резервирования источников питания с использованием диодной развязки:

1. Простая схема с двумя источниками

Это самый простой вариант, когда используются два источника — основной и резервный:

• Основной источник имеет более высокое напряжение
• При его отказе нагрузка переключается на резервный
• Часто используется комбинация сетевой БП + аккумулятор

2. Схема с тремя и более источниками

Позволяет подключить произвольное количество источников питания:

• Источники располагаются по убыванию напряжения
• При отказе верхнего подключается следующий по списку
• Обеспечивает высокую отказоустойчивость

3. Схема с общей шиной

Все источники подключаются к общей силовой шине через диоды:

• Позволяет легко наращивать число источников
• Упрощает монтаж в шкафах и стойках
• Требует выравнивания напряжений источников

Автоматическое переключение на резервный источник

Для автоматического переключения на резервное питание при отказе основного источника можно использовать следующие схемы:

1. На основе реле

Простая схема с электромагнитным реле:

• Реле подключено к основному источнику
• При наличии напряжения контакты замкнуты
• При отказе реле отключается и подключает резерв
• Недостаток — задержка переключения

2. На полевом транзисторе

Более быстродействующая схема:

• Затвор транзистора управляется от основного источника
• При наличии напряжения транзистор открыт
• При отказе мгновенно закрывается
• Малые потери на транзисторе

3. С компаратором напряжения

Позволяет точно контролировать момент переключения:

• Компаратор сравнивает напряжение источников
• При падении основного ниже порога переключает на резерв
• Можно задать гистерезис переключения

Проблемы при использовании современных импульсных блоков питания

При использовании импульсных AC/DC преобразователей в качестве основного источника возникают некоторые сложности:

• Выходные цепи БП могут создавать обратный ток в резервный источник
• Это приводит к разряду аккумулятора при отключении сети
• Простая диодная развязка не всегда эффективна

Для решения этой проблемы применяются следующие подходы:

• Использование специальных контроллеров заряда-разряда
• Схемы с измерением напряжения аккумулятора
• Развязка через DC/DC преобразователи
• Применение ключей на полевых транзисторах

Выбор оптимального решения зависит от конкретного применения и требований к системе резервного питания.

Особенности применения диодной развязки в различных устройствах

Диодная развязка питания находит применение в самых разных областях электроники и энергетики. Рассмотрим некоторые особенности ее использования в различных устройствах:

Системы бесперебойного питания (ИБП)

В ИБП диодная развязка часто используется для подключения аккумуляторных батарей:

• Предотвращает разряд батарей при работе от сети
• Обеспечивает мгновенное переключение при отказе сети
• Позволяет реализовать параллельную работу нескольких ИБП

Автомобильная электроника

В автомобилях диодная развязка применяется для:

• Подключения дополнительных аккумуляторов
• Развязки бортовой сети и аудиосистемы
• Защиты электронных блоков от перенапряжений

Солнечные электростанции

В солнечных системах диодная развязка необходима для:

• Предотвращения обратного тока через солнечные панели ночью
• Развязки нескольких параллельных цепочек панелей
• Защиты от короткого замыкания в одной из цепочек

Выбор диодов для схем резервирования питания

При разработке схем с диодной развязкой важно правильно выбрать диоды. Основные параметры, на которые нужно обратить внимание:

• Максимальный прямой ток — должен соответствовать току нагрузки
• Обратное напряжение — не менее удвоенного напряжения питания
• Прямое падение напряжения — желательно минимальное
• Быстродействие — особенно важно для импульсных схем

Наиболее подходящие типы диодов:

• Диоды Шоттки — малое падение напряжения, высокое быстродействие
• Ультрабыстрые диоды — для высокочастотных импульсных схем
• Силовые выпрямительные диоды — для больших токов

При выборе следует учитывать условия эксплуатации и возможные перегрузки в системе питания.

Альтернативные методы резервирования источников питания

Помимо диодной развязки существуют и другие способы обеспечения бесперебойного питания нагрузки:

Метод горячего резервирования

При этом методе несколько источников работают параллельно на общую нагрузку:

• Все источники включены постоянно
• Нагрузка распределяется между ними
• При отказе одного, остальные принимают нагрузку
• Требуется выравнивание токов источников

Метод холодного резервирования

В этом случае резервный источник включается только при отказе основного:

• Экономия ресурса резервного источника
• Необходима схема контроля и переключения
• Возможна кратковременная потеря питания при переключении

Использование специализированных ИМС

Существуют готовые микросхемы для управления резервированием питания:

• Обеспечивают интеллектуальное переключение источников
• Контролируют заряд аккумуляторов
• Имеют встроенную защиту и диагностику

Выбор оптимального метода зависит от требований к надежности, стоимости и сложности реализации системы питания.

11. Схемы резервирования источников питания

Для резервирования питания ответственных энергопотребителей используют параллельное соединение нескольких источников питания, исключая при этом взаимное влияние одного источника на другой.
При повреждении или отключении одного из нескольких питающих устройств нагрузка автоматически и без разрыва цепи питания подключится к источнику питания, напряжение которого выше остальных. Обычно в цепях постоянного тока для разделения питающих цепей используют полупроводниковые диоды. Эти диоды препятствуют влиянию одного источника питания на другой. В то же время на этих диодах нерационально расходуется некоторая доля энергии источника питания. В этой связи в схемах резервирования стоит использовать диоды с минимальным падением напряжения на переходе. Обычно это германиевые диоды.

В первую очередь питание на нагрузку подают с основного источника, имеющего обычно (для реализации функции самопереключения на резервное питание) более высокое напряжение. В качестве такого источника чаще всего используют сетевое напряжение (через блок питания). В качестве источника резервного питания обычно используют батарею или аккумулятор, имеющие напряжение заведомо меньшее, чем у основного источника питания.
Самые простые и очевидные схемы резервирования источников постоянного тока показаны на рис. 10.1 и 10.2. Подобным образом можно подключить неограниченное количество источников питания к ответственному радиоэлектронному оборудованию.
Схема резервирования источников питания (рис. 10.2) отличается тем, что роль диодов, разделяющих источники питания, выполняют светодиоды. Свечение светодиода индицирует задействованный источник питания (обычно имеющий более высокое напряжение). Недостатком подобного схемного решения является то, что максимальный ток, потребляемый нагрузкой, невелик и непревышает максимально допустимого прямого тока через свето-диод.

Рис. 10.1. Основная схема резервирования источников питания

Рис. 10. 2. Схема резервирования источников питания с использованием светодиодов

Рис. 10.3. Схема резервирования источника питания охранного устройства

Кроме того, на светодиоде падает около двух вольт, необходимых для его работы. Световая индикация неустойчива при несущественной разности напряжений питания.
Схема авторезервирования источника питания для ответственного оборудования — охранного устройства [10.1, 10.2] — приведена на рис. 10.3. На схеме условно показан основной — сетевой источник питания. На его выходе — нагрузке RH и конденсаторе С2 — формируется стабильное напряжение 12 6 или более! Батарея резервного питания GB1 подключена к сопротивлению нагрузки через цепочку диодов VD1 и VD2. Поскольку разность напряжения на этих диодах минимальна, ток через диоды в нагрузку не протекает. Однако, стоит отключиться основному

источнику питающего напряжения, как диоды откроются. Таким образом питание подается на нагрузку без перебоев.
Светодиод HL1 индицирует исправное состояние резервного источника питания, а диод VD2 не допускает питание светодио-да от источника основного питания.
Схему можно изменить таким образом, чтобы два светодио-да независимо друг от друга индицировали рабочее состояние обоих источников питания. Для этого достаточно схему (рис. 10.3) дополнить элементами индикации.
Устройство для автоматического включения резервной батареи питания описано в патенте ГДР № 271600 [10.3], а его схема показана на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Схема устройства для автоматического включения резервной батареи питания

В исходном (штатном) режиме ток от источника основного питания Еа через светодиод-индикатор тока нагрузки поступает в нагрузку. Транзистор VT1 открыт, транзистор VT2 закрыт, резервная батарея питания Еь отключена. Как только произойдет отключение основного источника питания, светодиод HL1 погаснет, закроется транзистор VT1 и, соответственно, откроется транзистор VT2. Батарея Еь подключится к нагрузке.
Недостатком устройства является то, что максимальный ток через нагрузку не может превышать максимально допустимого тока через светодиод. Кроме того, на самом светодиоде теряется до 2 В. Если пожертвовать функцией индикации и заменить светодиод на германиевый диод, рассчитанный на повышенный ток, это ограничение снимется.
Для нормальной работы телефонных автоматических определителей номера (АОН) необходимым условием является
использование резервного источника питания. Схема одного из них [10.4] показана на рис. 10.5.
Когда источник питания включают в сеть, срабатывает реле К1, которое одновременно является датчиком разряда аккумулятора GB1. Через резистор R2 протекает зарядный ток 5… 10 мА. При отключении сетевого напряжения устройство получает питание от аккумулятора GB1, однако, если напряжение на аккумуляторе упадет ниже 6,5 В, реле отключится. Контакты реле разомкнут цепь питания и защитят таким образом аккумулятор от дальнейшего разряда.

Рис. 10.5. Схема автоматического включения резервного источника питания для АОНа

Аккумуляторная батарея состоит из шести элементов Д-0,55. Ее ресурса хватает для автономной работы телефона в течение часа.
В схеме использовано реле РЭС-64А РС4.569.724.
Налаживают устройство подбором резистора R1, которым устанавливают напряжение отпускания реле К1. Подбором R2 устанавливают величину зарядного тока. Для исключения перезаряда аккумулятора рекомендуется снизить величину зарядного тока до 0,2 мА.
Автоматический перевод питания нагрузки, например, радиоприемника, на резервное батарейное питание при отключении сетевого источника питания позволяет осуществить устройство по схеме на рис. 10.6 [10.5]. Режим работы устройства индицируется свечением светодиода: зеленый цвет — работа в штатном режиме; красный — в аварийном (на батареях).
Особенностью индикатора является то, что при работе от батареи ее разряд через подключенный основной блок питания исключен за счет использования диода в цепи затвора полевого транзистора.
Для того чтобы при работе устройства от блока питания не происходила подпитка нагрузки от батареи, выходное напряжение блока питания должно на 0, 7… 0, 8 В превышать напряжение батареи.

Рис. 10.6. Схема автоматического переключения нагрузки на резервное питание с индикацией

Рис. 10.7. Схема автоматического коммутатора питания

Дальнейшим развитием предыдущего устройства является автоматический коммутатор питания (рис. 10.7) [10.6]. Устройство предназначено для установки в любые носимые и переносные устройства (приемники, плейеры, магнитофоны), имеющие внутренние источники питания. Автоматический коммутатор питания позволяет автоматически переходить от внутреннего к внешнему питанию и обратно.
В исходном состоянии, когда внешний источник питания отключен, реле К1 обесточено, и через его нормально замкнутые контакты напряжение подается с батареи GB1 на нагрузку RH и через диод VD1 на нижний по схеме (красный) диод HL1. При подключении внешнего источника питания реле К1 срабатывает, его контакты К1.1 устанавливаются в нижнее по схеме положение, и питание на нагрузку подается от внешнего источника. Так как на анод верхнего по схеме диода HL1 (зеленого цвета) подается напряжение на 2 В больше, чем на анод нижнего диода HL1 (красного цвета), двухцветный двуханодный светодиод HL1 светится зеленым цветом, указывая на режим работы от сети. При пропадании сетевого напряжения обмотка реле К1 обесточивается, и нагрузка автоматически переключается на работу от батареи GB1. Об этом сигнализирует индикатор HL1, меняя цвет свечения с зеленого на красный. Диод VD1 следует взять типа КД503, КД521 или КД510. Падение напряжения на нем в прямом включении должно быть не менее 0,7 б.-Тогда при свечении зеленого светодиода не будет подсвечиваться красный.
Резистором R2 устанавливают ток через HL1, равный 20 мА. Реле К1 типа РЭС-15 (паспорт РС4.591.005) или другое с рабочим напряжением не более 5 В. Обычно срабатывание реле происходит при напряжении, на 30…40% меньшем его рабочего напряжения.
При настройке устройства резистор R1 подбирают такой величины, чтобы реле К1 надежно срабатывало при напряжении 4 В. При использовании реле К1 других типов с напряжением срабатывания, близким к 4,5 В, резистор R1 можно исключить.
При сетевом питании электронно-механических часов наблюдается неприятный эффект: при отключении сетевого напряжения происходит остановка хода часов.
Более надежными и удобными в эксплуатации являются комбинированные блоки питания — сетевые блоки питания в сочетании с никель-кадмиевыми аккумуляторами Д-0,1 или Д-0,125 (рис. 10.8) [10.7].
Здесь конденсаторы С1 и С2 выполняют функцию балластных реактивных элементов, гасящих избыточное напряжение сети. Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов С1 и С2 при отключении устройства от сети.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то при отрицательной полуволне сетевого напряжения на верхнем (по схеме) проводе диод VD2 откроется, и через него будут заряжаться конденсаторы С1 и С2. При положительных же полуволнах конденсаторы станут перезаряжаться, ток потечет, в первую очередь, через открытый диод VD3 и начнет подзаряжаться аккумулятор GB1 и конденсатор СЗ. Напряжение на полностью заряженном аккумуляторе будет не менее 1,35 В, на светодиоде HL1 — около 2 В. Поэтому светодиод начнет открываться и тем самым ограничивать зарядный ток аккумулятора. Следовательно, аккумулятор постоянно будет в заряженном состоянии.

Рис. 10.8. Комбинированный блок питания электронно-механических часов

При наличии напряжения в сети часы питаются от нее во время положительных полупериодов, а во время отрицательных полупериодов — энергией, запасенной аккумулятором GB1 и конденсатором СЗ. При пропадании сетевого напряжения источником питания становится аккумулятор.
Освещение циферблата включают размыканием контактов выключателя SA1. В этом случае ток зарядки и разрядки конденсаторов С1 и С2 протекает через нити накала ламп EL1 и EL2, и они начинают светиться. А ранее замкнутый двуханодный стабилитрон VD1 теперь выполняет две функции: ограничивает напряжение на лампах до значения, при котором они светятся с небольшим недокалом, а в случае перегорания нити накала одной из ламп пропускает через себя зарядно-разрядный ток конденсаторов, что предотвращает нарушение работы блока питания в целом.
Двуханодный стабилитрон VD1 типа КС213Б можно заменить на два включенных встречно-последовательно стабилитрона Д814Д, КС213Ж, КС512А. Светодиод HL1 — АЛ341 с прямым падением напряжения при токе 10 мА — 1,9…2,1 В. Лампы накаливания EL1 и EL2 типа СМН6,3-20 (на напряжение 6,3 В и ток и м/ч; или аналогичные, корпус выключателя SA1 должен быть надежно изолирован от сети.
В блоке питания для электронных часов (рис. 10.9) гашение избыточного сетевого напряжения осуществляется резисторами R1 и R2 [10.8]. Это не самое экономичное решение проблемы, но при малых токах потребления вполне оправдано. Кроме того, при случайном касании выхода выпрямителя максимальный ток через тело человека не достигнет опасных значений (не более 4 мА), поскольку величина ограничивающих ток резисторов достаточно велика.

Рис. 10.9. Схема резервированного питания электронных часов

С выхода стабилизатора (аналога стабилитрона и, одновременно, индикатора включения — светодиода HL1) напряжение питания через германиевый диод VD5 подается на электронные часы. В случае отключения сетевого напряжения часы получают питание от батареи GB1, при наличии сетевого напряжения ток выпрямителя подзаряжает элемент питания. В схеме не использован конденсатор фильтра. Роль конденсатора фильтра большой емкости выполняет сам элемент питания.
Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник бесперебойного питания (рис. 10.10) для кварцевых электронно-механических часов вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА [10.9]. Напряжение, снимаемое с емкостного делителя С1 и С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2, СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.
Рассмотренные ранее устройства автоматического перехода на резервное питания в случае отключения основного источника использовали в качестве базового (основного) источник постоянного тока. Менее известны схемы резервирования устройств, работающие на переменном токе. Схема одного из них, способного работать в цепях как постоянного, так и переменного тока приведена ниже [10.10].

Рис. 10.10. Схема низковольтного источника бесперебойного питания

Рис. 10.11. Схема включения источника резервного питания с гальванической развязкой

Схема включения источника резервного питания с гальванической развязкой (ИР/7) питается от источника управляющего сигнала (рис. 10.11), потребляя при этом минимальный ток (доли мА). Управляющий сигнал поступает на резистивный делитель R1, R2. Стабилитрон VD6 и диоды VD1 — VD5 защищают вход устройства от перенапряжения и неправильного подключения полярности. ИР/7 отключен контактами реле К1.1. Напряжение, снимаемое с резистора R2 и стабилитрона VD6, поступает через диод VD5 на электролитический конденсатор С1 большой емкости. Этот конденсатор при первом включении устройства заряжается до 9… 10 В за 2.. .3 минуты, после чего схема готова к работе. Скорость заряда и потребляемый устройством ток определяются резистором R1. Транзистор VT1 закрыт падением напряжения на VD5.

Через диод VD7 и резистор R4 устройство подключено к ИР/7.
При отключении управляющего напряжения переход эмиттер — база входного транзистора устройства более не шунтируется. Транзисторы VT1 и VT2 открываются. Конденсатор С1 разряжается через реле К1 и транзистор VT2. Контакты К1.1 реле замыкаются, включая ИРП. Питание на схему поступает от ИРП. Одновременно контакты реле К1.2 могут управлять другой нагрузкой. Если на входе устройства вновь появляется управляющее напряжение, транзистор VT1 запирается. Соответственно, запирается и транзистор VT2. Реле К1 обесточивается, отключая своими контактами К1.1 ИРП. Напряжение на конденсаторе С1 сохраняется на уровне 9… 10 Б, и схема переходит в ждущий режим работы.

Прекращаем ставить диод / Хабр

Нет, это не очередной «вечняк»

После прочтения статьи о защите электрических схем от неправильной полярности питания при помощи полевого транзистора, я вспомнил о том, что давно имею не решенную проблему автоматического отключения аккумулятора от зарядного устройства при обесточивании последнего. И стало мне любопытно, нельзя ли применить подобный подход в другом случае, где тоже испокон века в качестве запорного элемента использовался диод.

Эта статья является типичным гайдом по велосипедостроению, т.к. рассказывает о разработке схемы, функционал которой уже давно реализован в миллионах готовых устройств. Поэтому просьба не относится к данному материалу, как к чему-то совсем утилитарному. Скорее это просто история о том, как рождается электронное устройство: от осознания необходимости до работающего прототипа через все препятствия.

Зачем все это?

При резервировании низковольтного источника питания постоянного тока самый простой путь включения свинцово-кислотного аккумулятора – это в качестве буфера, просто параллельно сетевому источнику, как это делалось в автомобилях до появления у них сложных «мозгов». Аккумулятор хоть и работает в не самом оптимальном режиме, но всегда заряжен и не требует какой-либо силовой коммутации при отключении или включении сетевого напряжения на входе БП. Далее более подробно о некоторых проблемах такого включения и попытке их решить.

История вопроса

Еще каких-то 20 лет назад подобный вопрос не стоял на повестке дня. Причиной тому была схемотехника типичного сетевого блока питания (или зарядного устройства), которая препятствовала разряду аккумулятора на его выходные цепи при отключении сетевого напряжения. Посмотрим простейшую схему блока с однополупериодным выпрямлением:

Совершенно очевидно, что тот же самый диод, который выпрямляет переменное напряжение сетевой обмотки, будет препятствовать и разряду аккумулятора на вторичную обмотку трансформатора при отключении питающего напряжения сети. Двухполупериодная мостовая схема выпрямителя, несмотря на несколько меньшую очевидность, обладает точно такими же свойствами. И даже использование параметрического стабилизатора напряжения с усилителем тока (такого, как широко распространенная микросхема 7812 и ее аналоги), не меняет ситуацию:

Действительно, если посмотреть на упрощенную схему такого стабилизатора, становится понятно, что эмиттерный переход выходного транзистора исполняет роль все того же запорного диода, который закрывается при пропадании напряжения на выходе выпрямителя, и сохраняет заряд аккумулятора в целости и сохранности.

Однако в последние годы все изменилось. На смену трансформаторным блокам питания с параметрической стабилизацией пришли более компактные и дешевые импульсные AC/DC-преобразователи напряжения, которые обладают гораздо более высоким КПД и соотношением мощность/вес. Вот только при всех достоинствах, у этих источников питания обнаружился один недостаток: их выходные цепи имеют гораздо более сложную схемотехнику, которая обычно никак не предусматривает защиту от обратного затекания тока из вторичной цепи. В результате, при использовании такого источника в системе вида “БП -> буферный аккумулятор -> нагрузка”, при отключении сетевого напряжения аккумулятор начинает интенсивно разряжаться на выходные цепи БП.

Простейший путь (диод)

Простейшее решение состоит в использовании диода с барьером Шоттки, включенного в разрыв положительного провода, соединяющего БП и аккумулятор:

Однако основные проблемы такого решения уже озвучены в упомянутой выше статье. Кроме того, такой подход может быть неприемлемым по той причине, что для работы в буферном режиме 12-вольтовому свинцово-кислотному аккумулятору нужно напряжение не менее 13.6 вольт. А падающие на диоде почти пол вольта могут сделать это напряжение банально недостижимым в сочетании с имеющимся блоком питания (как раз мой случай).

Все это заставляет искать альтернативные пути автоматической коммутации, которая должна обладать следующими свойствами:

1. Малое прямое падение напряжения во включенном состоянии.
2. Способность без существенного нагрева выдерживать во включенном состоянии прямой ток, потребляемый от блока питания нагрузкой и буферным аккумулятором.
3. Высокое обратное падение напряжения и низкое собственное потребление в выключенном состоянии.
4. Нормально выключенное состояние, чтобы при подключении заряженного аккумулятора к изначально обесточенной системе не начинался его разряд.
5. Автоматический переход во включенное состояние при подаче напряжения сети вне зависимости от наличия и уровня заряда аккумулятора.
6. Максимально быстрый автоматический переход в выключенное состояние при пропадании напряжения сети.

Если бы диод являлся идеальным прибором, то он без проблем выполнил все эти условия, однако суровая реальность ставит под сомнение пункты 1 и 2.

Наивное решение (реле постоянного тока)

При анализе требований, любому, кто хоть немного «в теме», придет мысль использовать для этой цели электромагнитное реле, которое способно физически замыкать контакты при помощи магнитного поля, создаваемого управляющим током в обмотке. И, наверное, он даже набросает на салфетке что-то типа этого:

В этой схеме нормально разомкнутые контакты реле замыкаются только при прохождении тока через обмотку, подключенную к выходу блока питания. Однако если пройтись по списку требований, то окажется, что эта схема не соответствует пункту 6. Ведь если контакты реле были однажды замкнуты, пропадание напряжения сети не приведет к их размыканию по той причине, что обмотка (а с ней и вся выходная цепь БП) остается подключенной к аккумулятору через эти же контакты! Налицо типичный случай положительной обратной связи, когда управляющая цепь имеет непосредственную связь с исполнительной, и в итоге система приобретает свойства бистабильного триггера.

Таким образом, подобный наивный подход не является решением проблемы. Более того, если проанализировать сложившуюся ситуацию логически, то легко можно прийти к выводу, что в промежутке “БП -> буферный аккумулятор” в идеальных условиях никакое другое решение кроме вентиля, проводящего ток в одном направлении, быть просто не может. Действительно, если мы не будем использовать какой-либо внешний управляющий сигнал, то что бы мы не делали в этой точке схемы, любой наш коммутирующий элемент, однажды включившись, сделает неотличимым электричество, создаваемое аккумулятором, от электричества, создаваемого блоком питания.

Окольный путь (реле переменного тока)

После осознания всех проблем предыдущего пункта, «шарящему» человеку обычно приходит в голову новая идея использования в качестве односторонне проводящего вентиля самого блока питания. А почему бы и нет? Ведь если БП не является обратимым устройством, и подведенное к его выходу напряжение аккумулятора не создает на входе переменного напряжения 220 вольт (как это и бывает в 100% случаев реальных схем), то эту разницу можно использовать в качестве управляющего сигнала для коммутирующего элемента:

Бинго! Выполняются все пункты требований и единственное, что для этого нужно – это реле, способное замыкать контакты при подаче на него сетевого напряжения. Это может быть специальное реле переменного тока, рассчитанное на сетевое напряжение. Или обычное реле со своими мини-БП (тут достаточно любой беcтрансформаторной понижающей схемы с простейшим выпрямителем).

Можно было бы праздновать победу, но мне это решение не понравилось. Во-первых, нужно подключать что-то непосредственно к сети, что не есть гуд с точки зрения безопасности. Во-вторых, тем, что коммутировать это реле должно значительные токи, вероятно, до десятков ампер, а это делает всю конструкцию не такой тривиальной и компактной, как могло показаться изначально. Ну и в-третьих, а как же такой удобный полевой транзистор?

Первое решение (полевой транзистор + измеритель напряжения аккумулятора)

Поиски более элегантного решения проблемы привели меня к осознанию того факта, что аккумулятор, работающий в буферном режиме при напряжении около 13.8 вольта, без внешней «подпитки» быстро теряет исходное напряжение даже в отсутствии нагрузки. Если же он начнет разряжаться на БП, то за первую минуту времени он теряет не менее 0.1 вольта, чего более чем достаточно для надежной фиксации простейшим компаратором. В общем, идея такова: затвором коммутирующего полевого транзистора управляет компаратор. Один из входов компаратора подключен к источнику стабильного напряжения. Второй вход подключен к делителю напряжения блока питания. Причем коэффициент деления подобран так, чтобы напряжение на выходе делителя при включенном БП было примерно на 0.1..0.2 вольта выше, чем напряжение стабилизированного источника. В результате, при включенном БП напряжение с делителя всегда будет преобладать, а вот при обесточивании сети, по мере падения напряжения аккумулятора, оно будет уменьшаться пропорционально этому падению. Через некоторое время напряжение на выходе делителя окажется меньше напряжения стабилизатора и компаратор при помощи полевого транзистора разорвет цепь.

Примерная схема такого устройства:

Как видно, к источнику стабильного напряжения подключен прямой вход компаратора. Напряжение этого источника, в принципе, не важно, главное, чтобы оно было в пределах допустимых входных напряжений компаратора, однако удобно, когда оно составляет примерно половину напряжения аккумулятора, то есть около 6 вольт. Инверсный вход компаратора подключен к делителю напряжения БП, а выход – к затвору коммутирующего транзистора. Когда напряжение на инверсном входе превышает таковое на прямом, выход компаратора соединяет затвор полевого транзистора с землей, в результате чего транзистор открывается и замыкает цепь. После обесточивания сети, через некоторое время напряжение аккумулятора понижается, вместе с ним падает напряжение на инверсном входе компаратора, и когда оно оказывается ниже уровня на прямом входе, компаратор «отрывает» затвор транзистора от земли и тем самым разрывает цепь. В дальнейшем, когда блок питания снова «оживет», напряжение на инверсном входе мгновенно повысится до нормального уровня и транзистор снова откроется.

Для практической реализации данной схемы была использована имеющаяся у меня микросхема LM393. Это очень дешевый (менее десяти центов в рознице), но при этом экономичный и обладающий довольно неплохими характеристиками сдвоенный компаратор. Он допускает питание напряжением до 36 вольт, имеет коэффициент передачи не менее 50 V/mV, а его входы отличаются довольно высоким импедансом. В качестве коммутирующего транзистора был взят первый из доступных в продаже мощных P-канальных MOSFET-ов FDD6685. После нескольких экспериментов была выведена такая практическая схема коммутатора:

В ней абстрактный источник стабильного напряжения заменен на вполне реальный параметрический стабилизатор из резистора R2 и стабилитрона D1, а делитель выполнен на основе подстроечного резистора R1, позволяющего подогнать коэффициент деления под нужное значение. Так как входы компаратора имеют весьма значительный импеданс, величина гасящего сопротивления в стабилизаторе может составлять более сотни кОм, что позволяет минимизировать ток утечки, а значит и общее потребление устройства. Номинал подстроечного резистора вообще не критичен и без каких-либо последствий для работоспособности схемы может быть выбран в диапазоне от десяти до нескольких сотен кОм. Из-за того, что выходная цепь компаратора LM393 построена по схеме с открытым коллектором, для ее функционального завершения необходим также нагрузочный резистор R3, сопротивлением несколько сотен кОм.

Регулировка устройства сводится к установке положения движка подстроечного резистора в положение, при котором напряжение на ножке 2 микросхемы превышает таковое на ножке 3 примерно на 0.1..0.2 вольта. Для настройки лучше не лезть мультиметром в высокоимпедансные цепи, а просто установив движок резистора в нижнее (по схеме) положение, подключить БП (аккумулятор пока не присоединяем), и, измеряя напряжение на выводе 1 микросхемы, двигать контакт резистора вверх. Как только напряжение резким скачком упадет до нуля, предварительную настройку можно считать завершенной.

Не стоит стремиться к отключению при минимальной разнице напряжений, потому что это неизбежно приведет к неправильной работе схемы. В реальных условиях напротив приходится специально занижать чувствительность. Дело в том, что при включении нагрузки, напряжение на входе схемы неизбежно просаживается из-за не идеальной стабилизации в БП и конечного сопротивления соединительных проводов. Это может привести к тому, что излишне чувствительно настроенный прибор сочтет такую просадку отключением БП и разорвет цепь. В результате БП будет подключаться только при отсутствии нагрузки, а все остальное время работать придется аккумулятору. Правда, когда аккумулятор немного разрядится, откроется внутренний диод полевого транзистора и ток от БП начнет поступать в цепь через него. Но это приведет к перегреву транзистора и к тому, что аккумулятор будет работать в режиме долгого недозаряда. В общем, окончательную калибровку нужно проводить под реальной нагрузкой, контролируя напряжение на выводе 1 микросхемы и оставив в итоге небольшой запас для надежности.

В результате практического испытания были получены такие результаты. Сопротивление в открытом состоянии соответствует проходному сопротивлению из даташита на транзистор. В закрытом состоянии паразитный ток во вторичной цепи БП измерить не удалось ввиду его незначительности. Потребляемый ток в режиме работы от аккумулятора составил 1.1 мА, причем он практически на 100% состоит из тока, потребляемого микросхемой. После калибровки под максимальную нагрузку, время срабатывания без нагрузки вышло почти 15 минут. Столько времени понадобилось моему аккумулятору, чтобы разрядиться до того напряжения, которое поступает от БП на устройство под полной нагрузкой. Правда, отключение при полной нагрузке происходит почти сразу (менее 10 секунд), но это время зависит от емкости, заряда, и общего «здоровья» аккумулятора.

Существенными недостатками этой схемы являются относительная сложность калибровки и необходимость мириться с потенциальными потерями энергии аккумулятора ради корректной работы.

Последний недостаток не давал покоя и после некоторых обдумываний привел меня к мысли измерять не напряжение аккумулятора, а непосредственно направление тока в цепи.

Второе решение (полевой транзистор + измеритель направления тока)

Для измерения направления тока можно было бы применить какой-нибудь хитрый датчик. Например, датчик Холла, регистрирующий вектор магнитного поля вокруг проводника и позволяющий без разрыва цепи определить не только направление, но и силу тока. Однако в связи с отсутствием такого датчика (да и опыта работы с подобными девайсами), было решено попробовать измерять знак падения напряжения на канале полевого транзистора. Конечно, в открытом состоянии сопротивление канала измеряется сотыми долями ома (ради этого и вся затея), но, тем не менее, оно вполне конечно и можно попробовать на этом сыграть. Дополнительным доводом в пользу такого решения является отсутствие необходимости в тонкой регулировке. Мы ведь будем измерять лишь полярность падения напряжения, а не его абсолютную величину.

По самым пессимистичным расчетам, при сопротивлении открытого канала транзистора FDD6685 около 14 мОм и дифференциальной чувствительности компаратора LM393 из колонки “min” 50 V/mV, мы будем иметь на выходе компаратора полный размах напряжения величиной 12 вольт при токе через транзистор чуть более 17 mA. Как видим, величина вполне реальная. На практике же она должна быть еще примерно на порядок меньше, потому что типичная чувствительность нашего компаратора равна 200 V/mV, сопротивление канала транзистора в реальных условиях с учетом монтажа вряд ли будет меньше 25 мОм, а размах управляющего напряжения на затворе может не превышать трех вольт.

Абстрактная реализация будет иметь примерно такой вид:

Тут входы компаратора подключены непосредственно к плюсовой шине по разные стороны от полевого транзистора. При прохождении тока через него в разных направлениях, напряжения на входах компаратора неизбежно будут отличаться, причем знак разницы будет соответствовать направлению тока, а величина – его силе.

На первый взгляд схема оказывается предельно простой, однако тут возникает проблема с питанием компаратора. Заключается она в том, что мы не можем запитать микросхему непосредственно от тех же цепей, которые она должна измерять. Согласно даташиту, максимальное напряжение на входах LM393 не должно быть выше напряжения питания минус два вольта. Если превысить этот порог, компаратор прекращает замечать разницу напряжений на прямом и инверсном входах.

Потенциальных решений возникшей проблемы два. Первое, очевидное, заключается в повышении напряжения питания компаратора. Второе, которое приходит в голову, если немного подумать, заключается в равном понижении управляющих напряжений при помощи двух делителей. Вот как это может выглядеть:

Эта схема подкупает своей простотой и лаконичностью, однако в реальном мире она, к сожалению, не реализуема. Дело в том, что мы имеем дело с разницей напряжений между входами компаратора всего в единицы милливольт. В то же время разброс сопротивлений резисторов даже самого высокого класса точности составляет 0.1%. При минимально приемлемом коэффициенте деления 2 к 8 и разумном полном сопротивлении делителя 10 кОм, погрешность измерения будет достигать 3 mV, что в несколько раз превышает падение напряжения на транзисторе при токе 17 mA. Применение «подстроечника» в одном из делителей отпадает по той же причине, ведь подобрать его сопротивление с точностью более 0.01% не представляется возможным даже при использовании прецизионного многооборотного резистора (плюс не забываем про временной и температурный дрейф). Кроме того, как уже писалось выше, теоретически эта схема вообще не должна нуждаться в калибровке из-за своей почти «цифровой» сущности.

Исходя из всего сказанного, на практике остается только вариант с повышением напряжения питания. В принципе, это не такая уж и проблема, если учесть, что существует огромное количество специализированных микросхем, позволяющих при помощи всего нескольких деталей соорудить stepup-преобразователь на нужное напряжение. Но тогда сложность устройства и его потребление возрастет почти вдвое, чего хотелось бы избежать.

Существует несколько способов соорудить маломощный повышающий преобразователь. Например, большинство интегральных преобразователей предполагают использование напряжения самоиндукции небольшого дросселя, включенного последовательно с «силовым» ключом, расположенным прямо на кристалле. Такой подход оправдан при сравнительно мощном преобразовании, например для питания светодиода током в десятки миллиампер. В нашем случае это явно избыточно, ведь нужно обеспечить ток всего около одного миллиампера. Нам гораздо более подойдет схема удвоения постоянного напряжения при помощи управляющего ключа, двух конденсаторов, и двух диодов. Принцип ее действия можно понять по схеме:

В первый момент времени, когда транзистор закрыт, не происходит ничего интересного. Ток из шины питания через диоды D1 и D2 попадает на выход, в результате чего на конденсаторе C2 устанавливается даже несколько более низкое напряжение, чем поступает на вход. Однако если транзистор откроется, конденсатор C1 через диод D1 и транзистор зарядится почти до напряжения питания (минус прямое падение на D1 и транзисторе). Теперь, если мы снова закроем транзистор, то окажется, что заряженный конденсатор C1 включен последовательно с резистором R1 и источником питания. В результате его напряжение сложится с напряжением источника питания и, понеся некоторые потери в резисторе R1 и диоде D2, зарядит C2 почти до удвоенного Uin. После этого весь цикл можно начинать сначала. В итоге, если транзистор регулярно переключается, а отбор энергии из C2 не слишком велик, из 12 вольт получается около 20 ценой всего пяти деталей (не считая ключа), среди которых нет ни одного намоточного или габаритного элемента.

Для реализации такого удвоителя, кроме уже перечисленных элементов, нам нужен генератор колебаний и сам ключ. Может показаться, что это уйма деталей, но на самом деле это не так, ведь почти все, что нужно, у нас уже есть. Надеюсь, вы не забыли, что LM393 содержит в своем составе два компаратора? А то, что использовали мы пока только один из них? Ведь компаратор – это тоже усилитель, а значит, если охватить его положительной обратной связью по переменному току, он превратится в генератор. При этом его выходной транзистор будет регулярно открываться и закрываться, отлично исполняя роль ключа удвоителя. Вот что у нас получится при попытке реализовать задуманное:

Поначалу идея питать генератор напряжением, которое тот сам фактически и вырабатывает при работе, может показаться довольно дикой. Однако если присмотреться внимательнее, то можно увидеть, что изначально генератор получает питание через диоды D1 и D2, чего ему вполне достаточно для старта. После возникновения генерации начинает работать удвоитель, и напряжение питания плавно возрастает примерно до 20 вольт. На этот процесс уходит не более секунды, после чего генератор, а вместе с ним и первый компаратор, получают питание, значительно превышающее рабочее напряжение схемы. Это дает нам возможность непосредственно измерять разность напряжений на истоке и стоке полевого транзистора и достичь-таки своей цели.

Вот окончательная схема нашего коммутатора:

Пояснять по ней уже нечего, все описано выше. Как видим, устройство не содержит ни одного настроечного элемента и при правильной сборке начинает работать сразу. Кроме уже знакомых активных элементов добавились только два диода, в качестве которых можно использовать любые маломощные диоды с максимальным обратным напряжением не менее 25 вольт и предельным прямым током от 10 mA (например, широко распространенный 1N4148, который можно выпаять из старой материнской платы).

Эта схема была проверена на макетной плате, где доказала свою полную работоспособность. Полученные параметры полностью соответствуют ожиданиям: мгновенная коммутация в оба направления, отсутствие неадекватной реакции при подключении нагрузки, потребление тока от аккумулятора всего 2.1 mA.

Один из вариантов разводки печатной платы тоже прилагается. 300 dpi, вид со стороны деталей (поэтому печатать нужно в зеркальном отражении). Полевой транзистор монтируется со стороны проводников.

Собранное устройство, полностью готовое к монтажу:

Разводил старым дедовским способом, поэтому вышло немного криво, однако тем не менее девайс уже несколько дней исправно выполняет свои функции в цепи с током до 15 ампер без всяких признаков перегрева.

Архив с файлами схемы и разводки для EAGLE.

Спасибо за внимание.

Гальваническая развязка. Кто, если не оптрон? / Хабр

Функция концевиков

Действие этой кнопки заключается в том, что при открытых дверях на панели горит специальный символ. В том случае, если при постановке на сигнализацию дверь не закрыта либо закрыта не полностью, то есть кнопка-концевик разомкнута, то «сигналка» обязательно известит вас об этом.

В некоторых моделях автомашин в случае нахождения в замке зажигания ключей при открытой водительской двери невозможно опустить на ней собачку блокировки дверей, а автоматика сразу же поднимет все блокираторы. Это поможет избежать такой распространённой ситуации, как случайное захлопывание ключей в замке. Концевые выключатели работают как на размыкание, так и на смыкание.

Если отключить концевики, то перестанет работать индикация открытой двери. Тогда могут возникнуть проблемы с сигнализацией. Кроме того, бывают ситуации, когда необходим свет в багажнике или салоне.

Диодная развязка для сигнализации

Частенько необходимо подключить дополнительное питание для каких- либо электронных устройств вашего автомобиля. Например- чтобы при постановке на сигнализацию автомобиль дружелюбно помыргивал поворотниками или фарами. Или, чтобы при нажатии на сервисную кнопку сигнализации открывался багажник или включались фары. Да мало ли применений можно найти.

Тупо подключиться прямо к питанию вашего потребителя не получится, т.к. в большинстве случаев это приведет к нежелательным последствиям: дополнительное напряжение питания попадет в цепи, не предназначенные для него. Например- включается зажигание. Или фары. С другой стороны, когда дополнительное напряжение снято, при попытке включить этот потребитель- основное питание попадает уже в дополнительные цепи. Чтобы такого не происходило, необходимо предусмотреть схему «развязки» напряжений, чтобы ток шел только в одну сторону.

Простейшей развязкой являются два диода, включенные параллельно. Выходы диодов соединяют и подключают.

Подключение автосигнализации

Назначение разъемов и их контактов

Назначение контактов разъема «Х2»

Назначение контактов разъема «Х4»

Назначение контактов разъема «Х3»

Подключение цепей питания автосигнализации Starline B62 Dialog

Для подключения цепей питания используются два провода: +12 В и масса (красный и черный провода сигнализации).

В первую очередь подключите провод массы автосигнализации. Для подключения к массе (черный провод 16-ти контактного разъема «X3») рекомендуется использовать штатный болт (гайку) массы. При этом на конце провода необходимо обжать клемму под соответствующий болт. Запрещается подключать провод массы к кузову с помощью самореза из-за недостаточной надежности соединения. При использовании штатного болта или гайки необходимо убедиться, что между клеммой провода массы и кузовом нет пластмассы. Например, если болт крепит к кузову элемент торпедо. При наличии пластмассы контакт не будет .

Не давно, облазив интернет в поисках решения проблемы с подключением концевиков дверей к сигнализации наткнулся на интересную статью и решил поделиться с вами, может кому то пригодится . .) )

Это общая схема подключения сигнализации к автомобилям ВАЗ десятого, одиннадцатого и двенадцатого семейства. Она учитывает наличие вежливой подсветки салона автомобиля, которой управляет штатный иммобилайзер. Можно подключать сигнализацию непосредственно к лампе плафона, в этом случае сигнализация должна иметь задержку постановки на охрану на время горения плафона. Недостаток в том, что можно не заметить и оставить открытую дверь, а ещё хуже, если ее в этот период успеют незаметно вскрыть, что очень реально. Ниже примеры диодов для развязки, в данном случае это могут быть диоды 1N4001-1N4007, они выдерживают ток до 1А. Для слаботочных цепей этого вполне достаточно. Для других цепей лучше использовать более мощные по току диоды.

Диоды D1, D3, D4, D5 позволяет сигналам от.

Как не стоит делать (распространенные ошибки).

Часто, для экономии времени и средств автолюбители пытаются сделать коммутаторы попроще. Посмотрим, к чему это может привести.

Наиболее распространенная схема с диодной развязкой:

Диоды D1 и D2 пропускают ток только в одном направлении: от генератора к аккумуляторам. Таким образом, при потреблении тока от одного аккумулятора не будет разряжаться другой. Существенным недостатком схемы является большое падение напряжения на мощных диодах 0,7-1,1В. Аккумуляторы будут заряжаться не полностью. Для компенсации этого недостатка фирмы-производители подобных устройств рекомендуют увеличить напряжение генератора путем замены реле-регулятора на нестандартный (с повышенным или регулируемым напряжением). Но, представьте себе, насколько это трудоемкая процедура: снять генератор, разобрать (демонтировать) щеточный узел, заменить его новым узлом с регулятором, собрать, установить на автомобиль. Вероятно, далеко не каждый.

В блог пишем отчеты, на форум — вопросы и все остальное!

Принцип изоляции электрической цепи от других цепей в одном устройстве называется гальваническая развязка или изоляция. С помощью такой изоляции осуществляется передача сигнала или энергии от одной электрической цепи к другой, без прямого контакта между цепями.

Как найти концевики дверей?

Если вы не знаете, где находится концевик двери, то начинать их поиск следует изготовленной контролькой либо «цешкой». С концевиков дверей снимают сигналы – принцип кнопки. Делается это в целях защиты автосигнализации по периметру автомобиля. При открытой двери концевик не зажат, свободен, а на его проводе висит плюс или минус. Но бывает это крайне редко.

Прежде всего, необходимо найти провод, полярность которого меняется и появляется либо плюс, либо минус при закрытии или открытии двери.

Как только лампа контрольки загорится зелёным, нужно нажать на концевик незакрытой двери или вовсе закрыть её. Если лампа погасла либо зажглась красным, то мы нашли нужный провод.

Для того чтобы убедиться в том, что все двери связаны в один провод, необходимо, оставив контрольку на этом проводе, поочерёдно открыть все двери. Если лампа контрольки не реагирует на прозвонку остальных дверей, то это свидетельствует о том, что в данном автомобиле все концевики дверей не связаны, и необходимо таким же методом найти оставшиеся от каждой двери отдельные провода. Как правило, несвязанными между собой являются концевик водительской двери и пассажирской.

• Благодарю за просмотр видео. Поддержите автора и оцените ролик. — карта Сбербанка 4276300045438390 — ЯндексДеньги … Не работают концевики дверей AUDI 11 ⌚1 год назад
• Работоспособность концевых выключателей дверей. Работа концевика двери 461 просмотр ⌚1 год назад
• Покупал здесь: … Лада Гранта (Lada Granta) Пыльники для концевиков дверей. 984 просмотра ⌚1 год назад
• После покупки авто, через два месяца возникла проблема с корректной работой концевиков дверей. #сампосе… не работают концевики дверей ваз 2114 ⌚1 год назад
• Сегодня я обслуживал концевики дверей,которые перестали работать и понял,что это просто фишка от завод… УАЗ Патриот стиль концевики дверей, решение проблемы!!! 952 просмотра ⌚1 год назад
• В етом ролике вы увидите установку концевиков дверей. НОВЫЙ Уаз Патриот Концевики дверей ФИШКА Завода!!! Панель приборов заработала. 10 671 просмотр ⌚1 год назад
• Маленьким надфилем выводим в идеал. Первое видео, Tayota Carina 2, установка концевиков двери 148 просмотров ⌚1 год назад
• Напаиваем паяльником източенную пластиковую пимпочку концевика двери бмв е34. Шлифовка пластиковой пимпочки концевика двери бмв е34 100 просмотров ⌚1 год назад
• Высверливаем сверлом 8мм до видимости в отверстии металла самой основы, далее в тисках ударом выколотки… Напаивание пластика концевика двери бмв е34 ⌚1 год назад
• установка задних концевиков на рено логан Высверливание заклепки концевиков двери бмв е34 для разборки и дальнейшего ремонта бмв ⌚1 год назад
• Подробный обзор процесса замены микрика на трехконтактный геркон. Преимущество геркона в отсутствии трущ… установка задних концевиков рено логан 1 ⌚1 год назад
• Решил разобраться с родовой проблемой всех Патриотов — неработающими концевиками дверей. Тут небольшо… Ремонт микровыключателя замка двери (WV, Audi, Seat, Skoda) 5 633 просмотра ⌚1 год назад
• Моя группа ВКонтакте, добавляйтесь в друзья, будем общаться и делиться опытом эксплуатации своих Mazda Demio… Почему в Патриоте не работают концевики дверей 2 ⌚1 год назад
• Доход от $20/день: https://bit.ly/343578pКонцевик (кнопка открытия) дверей Daewoo Lanos, Matiz, Nexia, Chevrolet Aveo … Замена концевика двери на Mazda Demio 3 224 просмотра ⌚1 год назад
• Снимаем и ремонтируем концевик водительской двери на Гранте 2018 года. Концевик (кнопка открытия) дверей Daewoo Lanos, Matiz, Nexia, Chevrolet Aveo, Shin Kum ⌚1 год назад
• Доход от $20/день: https://bit.ly/343578pКонцевик (кнопка открытия) дверей Daewoo Lanos, Matiz, Nexia, Chevrolet Aveo … Ремонт концевика двери на Гранте. 9 ⌚1 год назад
• Всем привет сегодня я вам расскажу принцип работы дверных концевиков https://www.bestchange.ru/?p=914413. Замерзает концевик замка водительской двери Каптюр 201 просмотр ⌚1 год назад
• Как быстро доработать концевики двери на лада гранта,калина. Концевик (кнопка открытия) дверей Daewoo Lanos, Matiz, Nexia, Chevrolet Aveo, ⌚1 год назад
• Концевик Дверей Принцип работы 1 ⌚1 год назад
• Гранта.доработка концевиков дверей 3 ⌚1 год назад

Тэги:

По датам: 15.05.2020 — 16.05.2020 — 17.05.2020

Комментируемое видео:

Невероятный фильм про космос HD 2018

⇒ «лучший фильм о космосе» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020
Как я откосил от армии
⇒ «Невероятная история! Обычно происходит всё наоборот, в армию берут инвалидов, калек и так далее. А тут… или повезло, или фантазии сценариста этого ролика. Как бы там ни было видео получилось лёгкое, не напряжное. С юмором (куда ж без него). Об армии, о призыве в армию, прохо…» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020
ТОП ЛИПУЧКА (ФРИКЦИОННЫЕ) ШИНЫ КОТОРЫЕ ВЫ ПОКУПАЛИ!!!
⇒ «Viаtti brina 521 тоже очень хорошая липучка, за более чем адекватные деньги.» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020
Тестим читы на видео
⇒ «Никогда не пользовался читами в мультиплеерных играх, но в то-же время было любопытно узнать как-же они работают и что видит игрок, когда он их использует. Мне кажется самый безобидный чит в этом видео — wallhack, конечно он дает неплохое преимущество, но он не идет ни в какое…» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020
Топ 5 трейлеров Самых смешных комедий
⇒ «оч очень прикольные» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020
GTA : Криминальная Россия (По сети) #1 -Начало!
⇒ «тирома» Смотреть полностью… Добавлено — 16.05.2020

Устранение неполадок, которые возникают с дверными концевиками

Вина в этом случае лежит только на владельце автомобиля, который из-за невнимательности вовремя не смог заметить нерабочие концевики дверей. Ведь контроль за их работой в каждой машине весьма нагляден и не заметить нерабочее состояние трудно.

Но решение этой проблемы сегодня довольно простое – герметичный пыльник, который полностью закрывает кнопку и не допускает в этот механизм пыль, грязь и влагу.

Перед тем как начать устанавливать пыльник, нужно на его изнанке проколоть крестообразную насечку в месте крепления концевика. После этого нужно установить саморез в отверстие кнопки, затем надеть пыльник и ввести отвёртку через прокол, на кузове закрепить. Этот способ удивляет своей надёжностью, простотой и доступностью.

Концевики дверей ВАЗ 2110

Первым признаком неработающих концевиков двери является тот факт, что свет не загорается при открытии двери, а также не становится на охрану сигнализация. Эта проблема наиболее типична для ВАЗа десятого поколения.

Концевики дверей ВАЗ 2110 выходят из строя практически каждые три года. Во избежание таких проблем необходимо ежегодно зачищать данные детали наждачной бумагой. Кроме того, для долговечности (против окисления) можно обработать их ВД-40, а также установить пыльники.

Проблемы с концевиками

Ещё одной проблемой может стать неверно выбранное место для установки этих деталей.

Также концевики дверей могут быстро покрываться коррозией и окисляться. Через нить лампочки салона на контакт концевика подаётся плюс либо сигнализация во избежание ложных срабатываний подтягивает вход к плюсовому потенциалу. В таком случае при попадании конденсата на контакты возникает утечка электрического тока слабой степени, которой не будет достаточно для срабатывания сигнализации или зажигания лампы салона. А вот для такой электрохимической реакции, как окисление-разложение, металла хватит. Некоторое время спустя такой концевик не будет срабатывать.

Полупроводниковые диоды

Полупроводниковые

диоды
используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости, либо между полупроводником и металлом.
Полупроводниковые

диоды
— очень простые устройства. Кроме оценки силы тока диода, есть три основных вещи, которые вы должны держать в уме: 1. Катод (сторона с полосой) 2. Анод (сторона без полосы) 3. Диод пропускает «-» от катода к аноду (не пропускает «+») и «+» от анода к катоду (не пропускает «-»).

Дверные концевики: где находятся, подключение, проверка

Изначально концевики на двери ставились для автоматического включения плафона салона. Схема подключения у них была простейшей – все соединялись параллельно, то есть было безразлично, какая дверь открыта. В бюджетных комплектациях автомобилей часто вовсе ставился только концевик водительской двери.

Слабым звеном таких концевиков стала необходимость размещать их в крайне неудобном месте: нажимала на них выступающая часть металлического листа двери в нижнем углу, реже конструкторам удавалось разместить концевик выше. Из-за этого они часто выходили из строя даже несмотря на герметизирующий колпачок снаружи. Для автомобиля с сигнализацией это означало случайные срабатывания тревоги в неподходящее время или, что ничуть не лучше, возможность открытия двери без срабатывания сигнализации.

В дальнейшем схемы подключения концевиков в дверях усложнились – изначально для индикации конкретной открытой двери на примитивных бортовых компьютерах. Здесь уже к каждой двери шел свой сигнальный провод, что усложнило установку сигнализаций: так как подключить концевики нужно к единственному входу центрального блока, попытка соединить его со всеми концевиками сразу приводит к нарушению индикации на экране бортового компьютера (показывает все двери открытыми одновременно). Из-за этого приходится применять диодную развязку, позволяющую объединить логически выходы концевиков, не нарушая работу компьютера.

Решение проблемы с надежностью концевиков оказалось достаточно простым. Давно стало нормой, что концевик двери находится в самом механизме замка, то есть он высоко поднят и хорошо защищен от попадания воды, если, конечно, исправен уплотнитель стекла. Отметим, что сам принцип работы концевика двери при этом изменился. Если концевой выключатель двери установлен в прихлопе, то срабатывает он при определенном положении двери, замыкая контакты, когда она начинает открываться.

Проще всего это сделать, конечно, если концевик стоит в прихлопе: подденьте пластиковый фиксатор и вытащите на себя. Если же концевик стоит в замке, то уже придется разбирать дверь. Для проверки проводки достаточно снять разъем с концевика и замкнуть контакты в колодке. Если при этом индикация открытия отработала как положено, то нужна замена концевика двери, иначе дело явно не в нем. Если сигнализация устанавливается на бюджетную машину в минимальной комплектации, где концевик есть только один или их нет вовсе, их приходится подключать самостоятельно. Здесь грубейшая ошибка – это применение дешевых концевиков от сигнализаций, которые использовать не стоит.

Надежность у них крайне мала, а для крепления требуется использовать саморез – это лишнее отверстие в кузове, да еще и в потенциально опасном в плане коррозии месте. Идеальный вариант – это установка штатных концевиков от более дорогих комплектаций, поскольку с целью унификации установочные отверстия для них есть во всех вариантах автомобиля.

Модуль гальванической развязки и задержки отключения питания для DIY аудиопроцессора в авто

Всем добрый день. Это будет небольшой обзор-заметка. Заканчивается год, а у меня в рамках обзоров остался один незавершенный вопрос. Если кто следил, то в обзоре DIY аудиопроцессора в авто, после установки устройства, я остался с проблемой наводок по линии питания (в динамиках можно было слушать приятный гул генератора на небольшой громкости), а также с проблемой небольшого хлопка в динамиках после выключения питания. Подобные проблемы появились также у людей, кто решил повторить мой проект, и, соответственно возникли вопросы по ликвидации этих недочетов системы. В ходе поисков вариантов решения, был рожден небольшой модуль гальванической развязки питания (на базе DC-DC преобразователя B1212S-2W) и схемы задержки отключения питания аудиопроцессора. Получился рабочий прототип, который уже успешно прошел испытания. Подробности в обзоре. С проблемой помех и шумов по линии питания процессора на ADAU1701 я уже сталкивался ранее, при внедрении аудиопроцессора в домашний УНЧ. Там я перепробовал разные варианты схем питания, но все равно приходилось ловить земляную петлю. Так было, пока я не решился попробовать запитать плату DSP от DC-DC преобразователя, который стоял на PiFi I2C DAC для RaspberryPi. Это был DC-DC модуль с гальванической развязкой B0505S. Припаялся к выводам преобразователя на плате и все шумы и помехи исчезли. Такой же способ я решил применить к аудиопроцессору в авто. Для своего устройства я решил приобрести модуль B1212S-2W. Заказывал в трех местах:

• 1 шт./лот B1212S B1212S-2W DIP-4
• 1 шт./лот B1212S-2W B1212S B1212S-2 B1212 DIP-4
• 1 шт. B1212S-2W DIP-4 Модуль Аутентичные B1212S B1212S-2 DIP B1212

Все рабочие.
Преобразователь выглядит следующим образом:

Пользуясь рекомендациями по подключению данных модулей от одного из производителей (DELUS B-1W & F-1W Series)

собрал на макетной плате небольшую схему из предохранителя 1А, диода, конденсатора (поставил параллельно два по 820 uF) и модуля B1212S-2W. После преобразователя поставил пленочный конденсатор 1,8 uF.:

Собрал и пошел пробовать в авто. Помехи по питанию пропали, сразу тишина, зато хлопок при выключении только увеличился, его стало уже реально слышно, что совсем не хорошо для динамиков. Затем я стал экспериментировать с конденсаторами большой емкости после преобразователя, чтобы придержать падение напряжения на ADAU1701, но B1212S-2W не выдержал таких издевательств. Пришлось заказывать новый.

В то же время, надо было решать вопрос с хлопком при выключении. Единственной идеей тогда было поставить реле задержки выключения питания, которое я даже заказал. (DC 12 В светодиодный цифровой дисплей домашней автоматизации реле задержки Триггера времени цепи таймер управления цикл Регулируемый переключатель релейный модуль) Но мне не нравился вариант, что реле должно всегда находиться в рабочем состоянии с действующим питанием.

Я начал поиск в сети различных схем задержки отключения питания, которые я смог бы реализовать. Для многих обитателей муськи это элементарные вещи, а для меня это реально вопрос).

Нашел следующую схему, которая мне понравилась своей простотой, а главное тем, что необходимые детали у меня были в наличии:

На базе неё я подготовил следующую схему своего модуля фильтра питания и устройства задержки выключения:

В данной схеме время задержки отключения питания задается емкостью конденсатора С1 (я использовал конденсатор 820 uF), а также резистором R2. При номинале резистора в 1кОм время задержки составило 2-3 секунды, я поставил резистор 3кОм, тем самым увеличив время выключения до 8-10 секунд, решил перестраховаться, так как не знаю, как быстро отключаются полностью усилители.

Нашел небольшое 12В реле от схемы защиты старого усилителя сабвуфера, VT1 – простой биполярный NPN транзистор. Так как напряжение в авто при рабочем двигателе составляет около 14,2В, то я решил добавить в схему стабилитрон на 12В (5Вт) с балластным резистором 8,2 Ом (я использовал резисторы 3Ом+4,7Ом, 2Вт). Тем самым напряжение питания на DC-DC преобразователе B1212S-2W теперь не превышает 12,6В. На выходе DC-DC преобразователя пришлось поставить конденсатор С3 емкостью 1,8 мкФ, больше не было в наличии. По всем линиям питания закрылся предохранителями 1А.

Схему изначально планировал собрать на макетной плате, поэтому и разводку платы делал для удобного макетного способа сборки. Делал в KiCAD, чтобы точно знать, что всё влезет с простыми соединениями:

Нашел старый корпус от разобранного ноутбучного БП, и установил свою плату прямо в нем, припаяв и зафиксировав провода питания и сигнала REM +12В:

Не сделал фото установки в авто, было холодно, хотелось сделать быстро, и было не до фото. Просто подключил все провода питания, и сам аудиопроцессор к клеммнику нового фильтра питания.

Включил питание, убедился в отсутствии шумов и помех, а также отсутствии хлопка при выключении, всё заработало как я хотел. Сделал несколько включений и выключений, и обнаружил, что на каждое третье-четвертое включение ADAU1701 не стартует, тишина. По линии питания добавились конденсаторы, увеличилось время нарастания напряжения и ADAU1701 не хочет стабильно запускаться. Такая же проблема была и в домашнем УНЧ, но тогда мне подсказал уважаемый dskinder в комментариях к тому обзору (ссылка на комментарий:), и я опять воспользовался советом, и уже прямо в авто добавил к конденсатору С13 на плате ADAU1701 параллельно конденсатор емкостью 1мкФ:

В итоге проблемы с запуском ADAU1701 исчезли, хлопки исчезли, шумы и ставший родным звук генератора тоже покинули систему. На сегодняшний момент все текущие проблемы решены, можно смело пользоваться.

Если у кого есть замечания, или более простые варианты решения, то буду очень рад критике и советам, так как компетентных людей в этой сфере на данном ресурсе очень много.

Файл проекта в KiCAD: power_filter_kicad.zip

Концевик багажника

Штатно в багажнике концевой выключатель ставится для срабатывания плафона подсветки в нем, на машинах со штатной сигнализацией он также служит для контроля открытия во время активной охраны. Также концевик может использоваться штатным центральным замком, блокируя запирание, если багажник не захлопнут.

Если же речь идет о дешевой машине в минимальной комплектации, то подключить концевик багажника при установке сигнализации придется самостоятельно. Легче всего владельцам тех автомобилей, где более дорогие комплектации предусматривают штатный концевик сигнализации багажника: как и с дверями, здесь достаточно установить в предусмотренное место оригинальную деталь. В противном случае, увы, придется сверлить отверстие и ставить универсальный. Все чаще отдельной деталью выключатель в багажнике не ставится, а встраивается в сам замок, как и в случае с дверями.

Как не стоит делать (распространенные ошибки)

Как не стоит делать (распространенные ошибки).

 

Часто, для экономии времени и средств автолюбители пытаются сделать коммутаторы попроще. Посмотрим, к чему это может привести.

Наиболее распространенная схема с диодной развязкой:

Диоды D1 и D2 пропускают ток только в одном направлении: от генератора к аккумуляторам. Таким образом, при потреблении тока от одного аккумулятора не будет разряжаться другой. Существенным недостатком схемы является большое падение напряжения на мощных диодах 0,7-1,1В. Аккумуляторы будут заряжаться не полностью. Для компенсации этого недостатка фирмы-производители подобных устройств рекомендуют увеличить напряжение генератора путем замены реле-регулятора на нестандартный (с повышенным или регулируемым напряжением). Но, представьте себе, насколько это трудоемкая процедура: снять генератор, разобрать (демонтировать) щеточный узел, заменить его новым узлом с регулятором, собрать, установить на автомобиль. Вероятно, далеко не каждый автолюбитель способен проделать эту работу во дворе. Придется тратить время и деньги в автосервисе с непрогнозируемым конечным результатом. В большинстве автосервисов очень не любят возиться с нестандартным оборудованием. Помимо перечисленных проблем диодная развязка не отслеживает режимы зарядки аккумуляторов, перегружается генератор.

Вероятно, единственный удачный вариант применения схем с изолирующими диодами для зарядки маломощных гелевых аккумуляторов при добавлении помехозащитного фильтра и схемы ограничении зарядного тока.

 

Многочисленные схемы с реле, срабатывающие при включении зажигания:

Действительно, при выключении зажигания контакты реле размыкаются, аккумуляторы изолированы один от другого. Но проблема перегрузки генератора и возможная недозарядка основного аккумулятора остаются.

Для устранения этой беды (перегрузка генератора) иногда подключают силовое реле через реле времени. Надеясь, что за первые 2-10 минут (выдержка времени) основной аккумулятор успеет подзарядиться и будет можно безопасно подключить доп.аккумулятор.

Однако в таких схемах не учитываются особенности работы реальных генераторов. Указанный в паспорте ток генератора соответствует его работе на предельных оборотах. С понижением оборотов ток генератора соответственно падает. Например: на генераторе читаем надпись 70А. Эти 70А генератор отдает при частоте вращения 6000 об/мин. Скажите, Вы постоянно ездите с такими оборотами двигателя? Нет? При движении с оборотами двигателя 2-3 тыс.об/мин ток генератора снизится примерно в 2-2,5 раза. На холостых оборотах ток генератора едва достаточен для питания системы зажигания и габаритных фонарей. Даже включение фар ближнего света может привести к разряду аккумулятора, не говоря уже о других дополнительных нагрузках. При холостых оборотах и соответствующем падении напряжения в бортовой сети необходимо отключать доп.аккумулятор (что бы не разряжать его), но простейшие релейные схемы этого делать не умеют. Выходом из этого положения может быть использование «писклявого вольтметра», подключенного к основному аккумулятору. Но у многих ли стоит подобная штучка? А в пробке, на светофоре (холостые обороты двигателя) Вы будете поддавать газу до прекращения писка вольтметра?

 

Экзотические схемы с использованием токовых реле, ручных (не автоматических) переключателей и т.п. рассматривать здесь не будем, т.к. учетом характеристик реальных генераторов, подобные схемы работают еще хуже, чем рассмотренные выше примитивные схемы.

 

Хочу обратить внимание на толщину проводов до доп.аккумулятора. Многие считают, что необходимо использовать провода с возможно большим сечением для уменьшения потерь. Да, потери мощности на проводах «от сварки» действительно будут меньше. Но давайте реально оценим момент включения доп.аккумулятора на зарядку, если основной аккумулятор уже подзарядился. Учитывая малое внутреннее сопротивление аккумуляторов, получаем громадный бросок тока. Ток в импульсе может достигать 200-500А. Какие контакты реле это выдержат, кроме пускового реле стартера? Хотите использовать его для подключения доп.аккумулятора?

Выход очень простой: выбираем сечение и длину проводов так, что бы ток в импульсе (момент включения) не превышал 50-60А. при этом существенно снижаются помехи в бортовой сети, появляется возможность использовать относительно небольшое автомобильное реле. Потери в таких проводах? Не превышают 1-2% от коммутируемой мощности. Согласитесь, это совсем немного.

 

Несколько раз сталкивался с желанием автолюбителей использовать доп.аккумулятор только для пуска стартера. Давайте заглянем под капот и посмотрим на толщину и длину проводов от основного аккумулятора до стартера. Впечатляет? Теперь представьте себе, что с увеличением длины провода к доп.аккумулятору, например, в 5 раз, необходимо в те же 5 раз увеличить сечение (толщину) этого провода. Будете прокладывать подобный кабель в багажник к доп.аккумулятору? Справедливости ради надо отметить, что в последних моделях БМВ основной аккумулятор располагается в багажнике, толщина проводов соответствующая. В таком расположении есть смысл, т.к. температура багажника намного меньше температуры под капотом. Аккумулятор при этом будет служить дольше. Но толщина проводов и их стоимость весьма впечатляют. Думаю, Вы согласитесь со мной: это не наш метод. Тем более, что стоимость аккумуляторов в настоящее время невысока и продолжает снижаться.

Таким образом, приходим к выводу: от доп.аккумулятора разумнее всего питать доп.оборудование на стоянке, а не пытаться заводить от него двигатель. В крайнем случае всегда можно снять доп.аккумулятор, поставить его под капот вместо неожиданно разрядившегося основного аккумулятора или подключить параллельно штатному с помощью толстых проводов «прикуривателя».

 

Если, прочитав все вышеизложенное, Вы собрались проектировать коммутатор, подобный моим коммутаторам, обратите внимание на величину гистерезиса. Эти цифры взяты не с потолка, действительно являются оптимальными. Почему это так подробно расписывать не буду. Если Вы способны спроектировать и рассчитать схемы коммутаторов, то на этот вопрос сможете ответить сами.

Гальваническая развязка цепей питания — Вместе мастерим

Продвинутая гальваническая развязка

Автор: игорь_сумы
Опубликовано 07.02.2017
Создано при помощи КотоРед.

Всякий кот, если ему приходится брать в лапы импульсный блок питания с целью его отремонтировать, всегда рискует. То конденсатор возьмет да и испустит дух, то транзистору вздумается отлететь в мир иной ну и другие неприятности бывают. Давно известно, что включение импульсных блоков питания после ремонта через лампочку позволяет избежать брызг, искр, запахов и проч. Фр-ррр, как вспомню, — волосы дыбом на хвосте. А еще опытные коты настоятельно рекомендуют пользоваться при ремонте ИИП гальванической развязкой. Жуть эти импульсные блоки питания. Но мир таков, что их все больше и больше и часто приходится их ремонтировать. Вот как раз для таких котов и предназначено это устройство. Оно позволяет настраивать ИИП через гальваническую развязку, запускать ИИП через лампочку и без оной, кратковременно и на долго. Идею этого устройства я подсмотрел в Польше в сервисном центре маленького городка. Там подобное устройство (правда мощностью в 3 кВт) и без автоматики, точнее с автоматикой на реле, эксплуатируется уже много лет и мне довелось с ним работать. Понять насколько это замечательная идея. И я решил сделать нечто подобное. Я ограничился мощностью трансформатора в 100Вт ибо утюгов и фенов я не беру в лапы с целью ремонта, а для бытовых ИИП этого вполне хватит. Вот что у меня получилось:

Трансформатор гальванической развязки включен в сеть через автомат на 6А на тот случай если что-то пойдет совсем не так, его должно выбить. Пока подобное не случалось. В принципе автомат можно заменить обычным тумблером. В оригинальной конструкции была применена «пробка — автомат» от электросчетчика. Органы управления: слева на фото автомат включения, над ним зеленый светодиод «Готов», под ним переключатель ламп-баеретеров, о нем я расскажу позже. Далее модернизированная выходная розетка, о ней тоже скажу позже, под ней переключатель на 3 положения без фиксации для кратковременной подачи напряжения на выход. Справа от розетки — окно, прикрытое красным светофильтром, через него можно видеть нити накала ламп. Под окном — красная кнопка без фиксации — кнопка включения прибора в долговременный режим.

Работать с этим прибором так:
1. Включаем прибор автоматом, при этом кратковременно вспыхнет светодиод «Готов», что сигнализирует об исправности прибора. В принципе не мешало-бы дополнить прибор еще одним светодиодом, для индикации включенного состояния, но лень свойственная котам и сложность разборки конструкции пока не позволили это сделать. Я решил, что добавлю светодиод когда буду заменять перегоревшую лампу. Итак, светодиод моргнул, все хорошо.
2. Вывести переключатель под розеткой из среднего положения и подать питание на ИИП через лампочку (влево подаем 110В, вправо — 220В). Возможности подать напряжение исключаяя лампочку из цепи этим переключателем нет. Это сделано в целях безопасности. Подав напряжение наблюдаем через окно на то, как вспыхнула и почти погасла лампа-баретер. Если это так, то все в порядке. Можно переходить к «красной кнопке», если же лампа постоянно горит ярко — что-то в схеме ИИП не так, не стоит подавать напряжение. Подробнее методика ремонта ИИП с помощью лампочки много раз описывалась на просторах Интернета
3. Переходим к «Красной кнопке» одно кратковременное нажатие на нее приведет к включению режима 1 . Сработает реле К1 и своими замыкающими контактами подаст напряжение на выход через лампу, а размыкающими разорвет цепь 110В. Это сделано опять таки для безопасности. Ибо никакие ошибочные манипуляции с прибором не выведут его из строя. Без этого контакта можно представить ситуацию, когда и реле К1 сработает и зацепив переключатель хвостом можно закоротить пол вторичной обмотки трансформатора. Не брезгуйте этим контактом если будете повторять это устройство и оставите в нем режим 110В. В этом режиме работы (т.е. 220В через лампочку) группа синих светодиодов в верхней части розетки,на схеме обозначенная VD7-VD8, начнет мигать с частотой около 1 Гц. Повторное кратковременное нажатие на «красную кнопку» отключит этот режим.
4. Длительное (более 1 сек) нажатие на «красную кнопку» включит реле К2 и напряжение 220В со вторичной обмотки трансформатора будет подано в нагрузку в обход ламп-баретеров. Это режим 2. При этом табло из синих светодиодов будет светиться постоянно. Отключить этот режим можно так же длительно удерживая «красную кнопку». Или вытащив из розетки вилку ИИП, об этом расскажу позже.

Схема силовой части прибора

В приборе установлены две лампы-баретеры. На 15Вт и на 60Вт. Первая — для ремонта маломощных ИИП, которые применяются в зарядках телефонов и т.п. Вторая — на 60 Вт для ремонта ИИП телевизоров, усилителей и других относительно-мощных ИИП. Переключатель ламп находится под выключателем питания. К сожалению он позволяет только добавить лампу в 60Вт в параллель к 15-ваттной. Это не совсем логично, но мне очень хотелось применить именно такой, вытяжной выключатель от старой АТС. Он мне так напоминает выключатель питания моего первого осциллографа С1-83, который как раз включался вытяжным выключателем. Ностальгия случается и с котами. Вы можете применить другой выключатель, а лучше переключатель.

Схема блока автоматики.
Блок автоматики питается от дополнительной обмотки трансформатора. Величина переменного напряжения – 18В. За основу блока автоматики взято вот это устройство https://www.drive2.ru/c/292144/ изначально предназначенное для автомобиля. Уж очень мне понравилась идея управлять одной кнопкой. В польском прототипе использовались раздельные конопки и механический микровыключатель в розетке для автоматического сброса при отключении нагрузки. Я применил электронный, на фотореле (DD1/1, DD1/2 на принципиальной схеме). На элементах DD1/3 и DD1/4 собран генератор 1Гц для моргания светодиодной панелью в режиме 1.

Модернизированная розетка. В начале я хотел применить механический микропереключатель и купил для этой цели стенную розетку со шторкой и крышкой турецкой фирмы ViKo. Однако, эксперименты показали, что крышка совсем не нужна и только мешает работе, я ее аккуратно срезал дремелем и разместил на ее месте табло из семи ярких синих светодиодов. Диоды спаял последовательно на полосочке макетной платы и поместил в прозрачную термоусадку. Сверху прикрыл табло синим светофильтром из оргстекла. Шторка, прикрывающая контакты от детей, подпружинена достаточно мощной пружиной, преодолеть силу которой не просто. Я бы сдвигал прибор с места на столе, что не хорошо. Поэтому я решил сделать фотореле. На месте удаленной шторки в розетке я вклеил друг на против друга фотопару из инфракрасного светодиода АЛ107 и фотодиода ФД256. Если посмотреть в правую дырочку розетки через цифровой фотоаппарат телефона то свечение светодиода видно. Если фотодиод засвечен светом светодиода или естественным светом – транзистор VT1 открыт и микроконтроллер находится в состоянии Reset. Если в розетку вставить вилку, транзистор VT1 закроется, а VT2 откроется и загорится зеленый светодиод «Готов». При включении питания светодиод кратковременно вспыхивает из-за зарядки конденсатора С1. Работу микроконтроллера, программу для него, а так же детальнейшее описание его работы можно найти перейдя по ссылке, которую я указал выше. В качестве W1 использована «пищалка» от компьютера. Без генератора. Можно применить малогабаритную динамическоую головку. С пьезоизлучателем схема не работает. Звуковое сопровождение полезно и оживляет даже такое простое устройство.

Весь блок автоматики размещен на одной макетной плате. Печатная плата не разрабатывалась. Хотя по фотографии можно перенести проволочную «вязь» в рисунок для печатной платы. Это уже на Ваше усмотрение.

Примененные детали.
Трансформатор: готовый 220В на 36В. Был перемотан. Вторичная обмотка удалена, вместо нее намотал 944 витка проводом диаметром 0,55мм. Виток к витку, с межслойной изоляцией. Кроме этого намотана обмотка для питания блока автоматики. Она состоит из 75 витков такого-же провода. Трансформатор пропитан бакелитовым лаком горячей сушки.
Реле. Применены безродные реле от промышленных реле времени серии ВЛ-64. Реле на 24В постоянного тока. Хотя они нормально срабатывают и от 18В. Так же я остановился на этих реле потому что они имеют открытую электромагнитную систему, что позволяет оперативно проверять состояние контактов. Но реле крепились на плату. Поэтому я изготовил из стеклотекстолита две переходные платы для крепления реле. В принципе у Вас может быть другая конструкция как блока реле, так и прибора в целом.

Переключатель без фиксации (на фото черно-коричневый с винтовыми клеммами): от какой-то авиационной техники рассчитан на 10А
Вытяжной переключатель – от старой АТС. Применять не рекомендую. Крепить сложно, да и изоляция не рассчитана на 220В.
Остальные компоненты не должны вызывать вопросов: патроны для ламп стандартные, автомат на 6А тоже. Монтаж силовой части выполнен гибким проводом сечением 1,5мм2.

Устройство смонтировано в подходящем корпусе. Снизу прикрутил резиновые ножки, что бы прибор не скользил по столу. Сверху не мешало – бы предусмотреть ручку. Прибор-то довольно тяжелый. Уже заказал ручку из Китая. Где то едет. Так, что прибор еще можно модернизировать. Работать с прибором просто и приятно. Больше никаих лампочек на столе, от которых прогорает сам стол или бумага на нем. Все аккуратно. Приборчик приятно «мурлыкает» при работе с «красной кнопкой». Кроме этого я нашел возможность оперативно проверять лампочки накаливания, не разбирая прибора. Для этого нужно «красной кнопкой» включить режим 2 и вывести переключатель кратковременного включения в положение 110В. При этом на лампочку (или группу ламп) будет подано 110В и в ее исправности легко убедиться посмотрев через окно (прикрытое красным светофильтром) на нить накала.

Все вопросы как обычно, в личку, или на форум, если моя конструкция нуждается в обсуждении.
ЗЫ. Я благодарен пользователю с ником «Самокат ветерана» из сайта www//http:drive2.ru за то, что он сконструировал устройство которое мне идеально подошло. Не пришлось придумывать свой вариант.

В электронике и электротехнике используется большое количество схем, в которых требуется изолировать или отделить высокое силовое напряжение от низкого напряжения управляющих цепей. За счет этого создается своеобразная защита низковольтных устройств от влияния высокого напряжения. То есть, в таких цепях уже нет течения обычного электрического тока. В таких случаях, при отсутствии тока, между устройствами возникает большое омическое сопротивление, вызывающее разрыв цепи. Данную проблему успешно решает гальваническая развязка, с помощью которой убирается гальваническая связь между устройствами.

Таким образом, энергия или сигналы будут передаваться от одной цепи к другой при отсутствии между ними какого-либо электрического контакта. Применение гальванических развязок дает возможность бесконтактного управления, обеспечивает надежную защиту людей и оборудования от поражения электротоком.

Принцип действия

Гальваническая развязка в соответствии со своей функцией известна также под понятием гальванической изоляции. Данные системы обеспечивают электрическую изоляцию конкретной цепи по отношению к другим видам цепей, находящихся рядом.

Благодаря своим особенностям, гальваническая развязка обеспечивает обмен сигналами или энергией между цепями, исключая при этом непосредственный электрический контакт. С ее помощью образуется независимая сигнальная цепь за счет формирования независимого контура тока сигнальной цепи по отношению к токовым контурам других цепей.

Гальваническая изоляция используется во время измерений в силовых цепях и в цепях обратной связи. Данное техническое решение обеспечивает также электромагнитную совместимость, усиливает защиту от помех, повышает точность измерений. Используемый блок гальванической развязки на входе и выходе каждого устройства способствует улучшению их совместимости с другими приборами в условиях сложной электромагнитной обстановки.

Для того чтобы лучше представить себе, что такое гальваническая развязка, можно рассмотреть ее действие на примере стандартного промышленного электродвигателя. На производстве в большинстве случаев используется значение питающего напряжения, значительно превышающее 220 вольт и представляющее серьезную опасность для обслуживающего персонала.

В связи с этим, подача тока на обмотки и включение двигателя осуществляется с применением специальных устройств, обеспечивающих коммутацию силовых цепей. В свою очередь, коммутаторы также управляются, чаще всего кнопками включение и выключения. Именно на этом участке и требуется развязка, защищающая оператора от воздействия опасного напряжения. Оно не попадает на пульт управления, благодаря механическому взаимодействию конструктивных элементов пускателя с магнитным полем.

В настоящее время данные системы используются в различных вариантах технических решений: индуктивные, оптические, емкостные и электромеханические.

Трансформаторная (индуктивная) развязка

Для того чтобы построить индуктивную развязку, следует использовать магнитоиндукционные устройства – трансформаторы. Его конструкция может быть с сердечником или без сердечника.

Оборудование цепей гальваноразвязкой индуктивного типа осуществляется с помощью трансформаторов, у которых коэффициент трансформации составляет единицу. К источнику сигнала подключается первичная катушка, а вторичная соединяется с приемником. На этом принципе гальванические развязки трансформаторного типа служат основой для создания магнитомодуляционных устройств.

Выходное напряжение, возникающее во вторичной обмотке, напрямую связано с напряжением на входе трансформаторного устройства. В связи с этим, индуктивная развязка имеет серьезные недостатки, почему и ограничивается ее применение:

• Невозможно изготовить компактное устройство из-за существенных габаритных размеров трансформатора.
• Частота пропускания ограничивается частотной модуляцией самой развязки.
• Помехи, возникающие во входном сигнале, снижают качество сигнала на выходе.
• Подобная трансформаторная гальваническая развязка может нормально работать только при наличии переменного напряжения.

Гальваническая развязка оптоэлектронного типа

С развитием высоких технологий, использующих полупроводниковые элементы, все более широкое распространение получают БГР – блоки гальванической изоляции на основе оптоэлектронных узлов. Их основой служат оптроны, известные среди электротехников в качестве оптопар, выполненных на основе диодов, транзисторов, тиристоров и других элементов, обладающих повышенной светочувствительностью.

Общая схема оптической части, связывающая источник данных с приемником, использует в качестве сигнала нейтральные фотоны. Благодаря этому свойству, выполняется развязка цепи на входе и выходе, а также ее согласование с входными и выходными сопротивлениями.

Когда используется оптоэлектронная схема, приемник совершенно не влияет на источник сигнала, поэтому сигналы могут модулироваться в широком частотном диапазоне. Данные устройства обладают компактными размерами, поэтому они часто используются в микроэлектронике.

В конструкцию оптической пары входит световой излучатель, проводящая среда для светового потока, а также приемник, преобразующий свет в электрические сигналы. Сопротивление на входе и выходе оптрона очень большое, прядка нескольких миллионов Ом.

Вначале входной сигнал попадает на светодиод, далее в виде света он по световоду попадает на фототранзистор. На выходе устройства данная схема создает перепад или импульс выходного электрического тока. В результате цепи, связанные с двух сторон со светодиодом и фототранзистором, оказываются изолированными между собой.

Принцип действия емкостной развязки

Нередко возникает вопрос, зачем нужны различные виды развязок, в том числе и емкостная развязка. Эта схема представляет собой систему, в которой между цепями отсутствуют связи через ток, землю и другие элементы.

В этом случае передача данных электрических цепей осуществляется с помощью переменного электрического поля. Изоляция цепей происходит за счет диэлектрика, расположенного между конденсаторными пластинами. Качество развязывающего конденсатора определяется свойствами диэлектрика, размером обкладок и расстоянием между ними. Данный вид изоляции обладает повышенной энергетической эффективностью, устройства на его основе отличаются незначительными размерами, способны передавать электроэнергию и не реагируют на внешние электромагнитные поля.

Нормальная работа устройств обеспечивается разделением частоты сигнала и помех. Таким образом, емкость оказывает рабочему сигналу совсем небольшое сопротивление, а для помех создает преграду.

Работа электромеханической развязки

Помимо уже перечисленных, существует электромеханический вариант развязки. Вопрос для чего он нужен, практически не возникает, поскольку устройства на этой основе широко применяются в электротехнике.

Основой таких приборов служит реле, соединяющее электрические цепи в результате каких-либо изменений входных данных. В итоге они оказываются развязанными, а сама система получила название релейной.

Наиболее ярким примером является схема электромагнитного реле. Эти приборы нужны для защиты электроустановок и в различных автоматических системах. Они разделяются на реле постоянного и переменного тока. Основным элементом считается якорь, которые под действием электромагнита и пружины осуществляет замыкание и размыкание контактов.

Принцип изоляции электрической цепи от других цепей в одном устройстве называется гальваническая развязка или изоляция. С помощью такой изоляции осуществляется передача сигнала или энергии от одной электрической цепи к другой, без прямого контакта между цепями.

Гальваническая развязка дает возможность обеспечения независимости цепи сигналов, так как образуется независимый токовый контур сигнальной цепи от других контуров, в цепях обратной связи и при измерениях. Для электромагнитной совместимости гальваническая развязка является оптимальным решением, так как увеличивается точность измерений, повышается защита от помех.

Принцип действия

Чтобы понять принцип работы гальванической развязки, рассмотрим, как это реализуется в конструкции трансформатора.

Первичная обмотка электрически изолирована от вторичной обмотки. Между ними нет контакта, и не возникает никакого тока, если, конечно, не считать аварийный режим с пробоем изоляции или виткового замыкания. Однако разность потенциалов в катушках может быть значительной.

В результате, если даже вторичная обмотка будет связана электрически с корпусом устройства, а значит и с землей, то все равно на корпусе не возникнет паразитных токов, которые были бы опасны для работников и оборудования.

Виды

Такая изоляция электрических цепей обеспечивается различными методами с применением всевозможных электронных элементов и деталей. Например, трансформаторы, конденсаторы и оптроны способны осуществлять передачу электрических сигналов без непосредственного контакта. Участки цепи взаимодействуют через световой поток, магнитное или электростатическое поле. Рассмотрим основные виды гальванической изоляции.

Индуктивная развязка

Для построения трансформаторной (индуктивной) развязки необходимо применить магнитоиндукционный элемент, который называется трансформатором. Он может быть как с сердечником, так и без него.

При развязке трансформаторного вида применяют трансформаторы с коэффициентом трансформации, равным единице. Первичная катушка трансформатора соединяется с источником сигнала, вторичная – с приемником. Для развязки цепей по такой схеме можно применять магнитомодуляционные устройства на основе трансформаторов.

При этом напряжение на выходе, которое имеется на вторичной обмотке трансформатора, будет напрямую зависеть от напряжения на входе устройства. При таком методе индуктивной развязки существует ряд серьезных недостатков:

• Значительные габаритные размеры, не позволяющие изготовить компактное устройство.
• Частотная модуляция гальванической развязки ограничивает частоту пропускания.
• На качество выходного сигнала влияют помехи несущего входного сигнала.
• Действие трансформаторной развязки возможно только при переменном напряжении.

Оптоэлектронная развязка

Развитие электронных и информационных технологий полупроводниковых элементов в настоящее время повышает возможности проектирования развязки с помощью оптоэлектронных узлов. Основу таких узлов развязки составляют оптроны (оптопары), которые выполнены на основе тиристоров, диодов, транзисторов и других компонентов, чувствительных к свету.

В оптической части схемы, которая связывает приемник и источник данных, носителем сигнала выступают фотоны. Нейтральность фотонов дает возможность выполнить электрическую развязку выходной и входной цепи, а также согласовать цепи с различными сопротивлениями на выходе и входе.

В оптоэлектронной развязке приемник не оказывает влияние на источник сигнала, поэтому есть возможность модулирования сигналов широкого диапазона частот. Важным преимуществом оптических пар является их компактность, которая позволяет их применение в микроэлектронике.

Оптическая пара состоит из излучателя света, среды, проводящей световой поток, и приемника света, который преобразует его в сигнал электрического тока. Сопротивление выхода и входа в оптроне очень велико, и может достигать нескольких миллионов Ом.

Принцип действия оптрона довольно простой. От светодиода выходит световой поток и направляется на фототранзистор, который воспринимает его и осуществляет дальнейшую работу в соответствии с этим световым сигналом.

Более подробно работа оптопары выглядит следующим образом. Входной сигнал поступает на светодиод, который излучает свет по световоду. Далее световой поток воспринимается фототранзистором, на выходе которого создается перепад или импульс электрического тока выхода. В результате выполняется гальваническая развязка цепей, которые связаны с одной стороны со светодиодом, а с другой – с фототранзистором.

Диодная оптопара

В этой паре источником светового потока является светодиод. Такая пара может применяться вместо ключа и работать с сигналами частотой в несколько десятков МГц.

При необходимости передачи сигнала источник подает на светодиод питание, в результате чего излучается свет, попадающий на фотодиод. Под действием света фотодиод открывается и пропускает через себя ток.

Приемник воспринимает появление тока как рабочий сигнал. Недостатком диодных оптопар является невозможность управления повышенными токами без вспомогательных элементов. Также к недостаткам можно отнести их малый КПД.

Транзисторная оптопара

Такие оптические пары имеют повышенную чувствительность, в отличие от диодных, а значит, являются более экономичными. Но их скорость реакции и наибольшая частота соединения оказывается меньше. Транзисторные оптические пары обладают незначительным сопротивлением в открытом виде, и большим в закрытом состоянии.

Управляющие токи для транзисторной пары выше выходного тока диодной пары. Транзисторные оптроны можно применять разными способами:

• Без вывода базы.
• С выводом базы.

Без вывода базы коллекторный ток будет напрямую зависеть от тока светодиода, но транзистор будет иметь длительное время отклика, так как цепь базы всегда открыта.

В случае с выводом базы есть возможность увеличить скорость реакции подключением вспомогательного сопротивления между эмиттером и базой транзистора. Тогда возникает эффект, при котором транзистор не переходит в состояние проводимости до тех пор, пока диодный ток не достигнет значения, необходимого для падения напряжения на резисторе.

Такая гальваническая развязка обладает некоторыми преимуществами:

• Широкий интервал напряжений развязки (до 0,5 кВ). Это играет большую роль в проектировании систем ввода информации.
• Гальваническая развязка может функционировать с высокой частотой, достигающей нескольких десятков МГц.
• Компоненты схемы такой развязки имеют незначительные габаритные размеры.

При отсутствии гальванической изоляции наибольший ток, который проходит между цепями, может ограничиться только малыми электрическими сопротивлениями. В результате это приводит к возникновению выравнивающих токов, которые причиняют вред элементам электрической цепи и работника, которые случайно прикасаются к незащищенному электрооборудованию.

Диодный мост в блоке питания компьютера

Дата: 29.08.2015 // 0 Комментариев

Диодный мост — важный элемент в цепи питания любого устройства, без него редко обходится работа любого блока питания или выпрямителя. Процесс проверки диодного моста будет интересный не только радиолюбителям, но и автомобилистам. Состоит это устройство из четырех диодов, собранных по мостовой схеме, и может быть выполнено как в едином корпусе, так с помощью отдельных диодов. В автомобиле мост состоит из шести диодов, если генератор трехфазный. О том, как проверить диодный мост читаем далее.

Более подробно о принципе работы диодного моста можно ознакомиться в предыдущей нашей статье.

Как проверить диодный мост?

В случае, если мост состоит из отдельных диодов, необходимо поочередно их выпаивать и проверять. Принцип проверки детально читаем в статье о том, как проверить диод.

Пример того, как проверить диодный мост мы покажем на диодной сборке. Подопытная сборка — GBU408, 4A 800V. В данном корпусе заключены четыре диода связанным между собой должным образом. Если хоть один из диодов окажется неработоспособным, придется заменить весь мост целиком.

Для удобства проверки диодов изображена схема, по которой соединены диоды в данном корпусе. Она поможет протестировать каждый диод и не запутаться с выводами.

Тест диода D1 – выводы 1;3.

Тест диода D2 – выводы 3;4.

Тест диода D3 – выводы 1;2.

Тест диода D4 – выводы 2;4.

В данном случае все диоды работают исправно, такой диодный мост рабочий.

Как проверить диодный мост без мультиметра?

Есть еще несколько способов, как проверить диодный мост если нет под рукой мультиметра. Например, стоит подать постоянное напряжение на вход диодного моста и измерить его потом на выходе. Поменяв после этого полярность напряжения, на входе смотреть на показатели вольтметра. Если показатели напряжения не изменяются в зависимости от полярности, в принципе можно сказать, что мост выполняет свою функцию.

В этой статье, я немного расскажу об основах ремонта компьютерных, импульсных блоков питания стандарта ATX. Это одна из первых моих статей, я написал её примерно 5 лет назад, по этому прошу строго не судить.

Меры предосторожности.
Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.

Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.

Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.

Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.

Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отсос для припоя и (или) оплетка. Служат для удаления припоя.
Отвертка
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр
Пинцет
Лампочка на 100Вт
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.
Устройство БП.

Немного о том, что мы увидим, вскрыв блок питания.

Внутреннее изображение блока питания системы ATX

A – диодный мост, служит для преобразования переменного тока в постоянный

B – силовые конденсаторы, служат для сглаживания входного напряжения

Между B и C – радиатор, на котором расположены силовые ключи

C – импульсный трансформатор, служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки

между C и D – радиатор, на котором размещены выпрямительные диоды выходных напряжений

D – дроссель групповой стабилизации (ДГС), служит для сглаживания помех на выходе

E – выходные, фильтрующие, конденсаторы, служат для сглаживания помех на выходе

Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.

Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.

Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.

Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.

Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.

Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.

Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.

БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG.
БП уходит в защиту,
БП работает, но воняет.
Завышены или занижены выходные напряжения
Предохранитель.

Меры предосторожности.

Ремонт импульсных БП, довольно опасное занятие, особенно если неисправность касается горячей части БП. Поэтому делаем всё вдумчиво и аккуратно, без спешки, с соблюдением техники безопасности.

Силовые конденсаторы могут длительное время держать заряд, поэтому не стоит прикасаться к ним голыми руками сразу после отключения питания. Ни в коем случае не стоит прикасаться к плате или радиаторам при подключенном к сети блоке питания.
Для того чтобы избежать фейерверка и сохранить ещё живые элементы следует впаять 100 ватную лампочку вместо предохранителя. Если при включении БП в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все нормально, а если при включении лампа зажигается и не гаснет – где-то короткое замыкание.
Проверять блок питания после выполненного ремонта следует вдали от легко воспламеняющихся материалов.

Какой инструмент понадобится:

Паяльник, припой, флюс. Рекомендуется паяльная станция с регулировкой мощности или пара паяльников разной мощности. Мощный паяльник понадобиться для выпаивания транзисторов и диодных сборок, которые находятся на радиаторах, а так же трансформаторов и дросселей. Паяльником меньшей мощности паяется разная мелочевка.
Отвертка.
Бокорезы. Используются для удаления пластиковых хомутов, которыми стянуты провода.
Мультиметр.
Пинцет.
Лампочка на 100Вт.
Очищенный бензин или спирт. Используется для очистки платы от следов пайки.

Устройство БП.

Что мы увидим, вскрыв блок питания.

Распиновка разъема 24 pin и измерение напряжений.

Знание контактов на разъеме ATX нам понадобится для диагностики БП. Прежде чем приступать к ремонту следует проверить напряжение дежурного питания, на рисунке этот контакт отмечен синим цветом +5V SB, обычно это фиолетовый провод. Если дежурка в порядке, то следует проверить наличие сигнала POWER GOOD (+5V), на рисунке этот контакт помечен серым цветом, PW-OK. Power good появляется только после включения БП. Для запуска БП замыкаем зеленый и черный провод, как на картинке. Если PG присутствует, то, скорее всего блок питания уже запустился и следует проверить остальные напряжения. Обратите внимание, что выходные напряжения будут отличаться в зависимости от нагрузки. Так, что если увидите на желтом проводе 13 вольт, не стоит беспокоиться, вполне вероятно, что под нагрузкой они стабилизируются до штатных 12 вольт.
Если у вас проблема в горячей части и требуется измерить там напряжения, то все измерения надо проводить от общей земли, это минус диодного моста или силовых конденсаторов.

Визуальный осмотр.

Первое, что следует сделать, вскрыть блок питания и произвести визуальный осмотр.
Если БП пыльный вычищаем его. Проверяем, крутится ли вентилятор, если он стоит, то это, скорее всего и является причиной выхода из строя БП. В таком случае следует смотреть на диодные сборки и ДГС. Они наиболее склонны к выходу из строя из- за перегрева.
Далее осматриваем БП на предмет сгоревших элементов, потемневшего от температуры текстолита, вспученных конденсаторов, обугленной изоляции ДГС, оборванных дорожек и проводов.

Первичная диагностика.

Перед вскрытием блока питания можно попробовать включить БП, чтобы наверняка определиться с диагнозом. Правильно поставленный диагноз – половина лечения.

Неисправности:

БП не запускается, отсутствует напряжение дежурного питания;
БП не запускается, но дежурное напряжение присутствует. Нет сигнала PG;
БП уходит в защиту;
БП работает, но воняет;
Завышены или занижены выходные напряжения.

Предохранитель.

Если вы обнаружили, что сгорел плавкий предохранитель, не спешите его менять и включать БП. В 90% случаев вылетевший предохранитель это не причина неисправности, а её следствие. В таком случае в первую очередь надо проверять высоковольтную часть БП, а именно диодный мост, силовые транзисторы и их обвязку.

Термистор.

Задачей термистора является снижение броска тока при включении. При возникновении высоковольтного импульса сопротивление термистора резко уменьшается до долей Ома и шунтирует нагрузку, защищая ее и рассеивая поглощенную энергию в виде тепла. При перенапряжении в сети термистор резко уменьшает свое сопротивление, и возросшим током через него выжигается плавкий предохранитель. Остальные элементы блока питания при этом остаются целыми.

Термистор выходит из строя из-за скачков напряжения, вызванными например грозой. Так же термисторы выходят из строя, если по ошибке вы переключили БП в режим работы от 110в. Вышедший из строя термистор обычно определить не сложно. Обычно он чернеет и раскалывается, а на окружающих его элементах появляется копоть. Вместе с термистором обычно перегорает предохранитель. Замену предохранителя можно производить только после замены термистора и проверки остальных элементов первичной цепи.

Диодный мост.

Диодный мост представляет собой диодную сборку или 4 диода стоящие рядом друг с другом. Проверить диодный мост можно без выпаивания, прозвонив каждый диод в прямом и обратном направлениях. В прямом направлении падение тока должно быть около 500мА, а в обратном звониться как разрыв.

Диодные сборки измеряются следующим образом. Ставим минусовой щуп мультиметра на ножку сборки с отметкой «+», а плюсовым щупом прозваниваем в направления указанных на картинке.

Конденсаторы.

Вышедшие из строя конденсаторы легко определить по выпуклым крышкам или по вытекшему электролиту. Конденсаторы заменяются на аналогичные. Допускается замена на конденсаторы немногим большие по ёмкости и напряжению. Если из строя вышли конденсаторы в цепи дежурного питания, то блок питания будет включаться с n-ого раза, либо откажется включаться совсем. Блок питания с вышедшими из строя конденсаторами выходного фильтра будет выключаться под нагрузкой либо так же полностью откажется включаться, будет уходить в защиту.

Иногда, высохшие, деградировавшие, конденсаторы выходят из строя, без каких либо видимых повреждений. В таком случае следует, предварительно выпаяв конденсаторы проверить их емкость и внутренние сопротивление. Если емкость проверить нечем, меняем все конденсаторы на заведомо рабочие.

Резисторы.

Номинал резистора определятся по цветовой маркировке. Резисторы следует менять только на аналогичные, т.к. небольшое отличие в номиналах сопротивления может привести к тому, что резистор будет перегреваться. А если это подтягивающий резистор, то напряжение в цепи может выйти за пределы логического входа, и ШИМ не будет генерировать сигнал Power Good. Если резистор сгорел в уголь, и у вас нет второго такого же БП, чтобы посмотреть его номинал, то считайте, что вам не повезло. Особенно, это касается дешевых БП, на которые практически не возможно достать принципиальных схем. Ниже представлена таблица цветовой маркировки резисторов:

Диоды и стабилитроны.

Проверяются методом прозвона в обе стороны. Если звонятся в обе стороны как К.З. или разрыв, то не исправны. Сгоревшие диоды следует менять на аналогичные или сходные по характеристикам, внимание обращаем на напряжение, силу тока и частоту работы.

Транзисторы, диодные сборки.

Транзисторы и диодный сборки, которые установлены на радиатор, удобнее всего выпаивать вместе с радиатором. В «первичке» находятся силовые транзисторы, один отвечает за дежурное напряжение, а другие формируют рабочие напряжения 12в и 3,3в. Во вторичке на радиаторе находятся выпрямительные диоды выходных напряжений (диоды Шоттки).

Проверка транзисторов заключается в “позвонке” р-п-переходов, также следует проверить сопротивление между корпусом и радиатором. Транзисторы не должны замыкать на радиатор. Проверка диодного моста: Если он выполнен в виде отдельной сборки, его нужно просто аккуратно выпаять и протестировать уже разделенную цепь на печатной плате. В том случае, если выпрямитель выполнен из отдельных диодов, вполне возможно проверить его, не выпаивая их все из платы. Достаточно прозвонить каждый из них на короткое замыкание в обоих направлениях, и выпаивать только подозреваемые в неисправности. Исправный диод должен иметь сопротивление в прямом направлении около 600 Ом и в обратном — порядка 1.3 МОм.

Если все транзисторы и диодные сборки оказались исправные, то не спешите запаивать радиаторы обратно, т.к. они затрудняют доступ к другим элементам.

ШИМ.

Если ШИМ визуально не поврежден и не греется, то без осциллографа его проверить довольно сложно.
Простым способом проверки ШИМ, является проверка контрольных контактов и контактов питания на пробой.
Для этого нам понадобиться мультиметр и дата шит на микросхему ШИМ. Диагностику ШИМ следует проводить, предварительно выпаяв её. Проверка производится прозвоном следующих контактов относительно земли (GND): V3.3, V5, V12, VCC, OPP. Если между одним из этих контактов и землей сопротивление крайне мало, до десятков Ом, то ШИМ под замену.

Способ проверки внутреннего стабилизатора: Суть способа заключается в проверке внутреннего стабилизатора микросхемы. Этот метод годится для модели tl494 и ее полных аналогов. При отключенном от сети блоке питания нужно подать на 12-ю ножку микросхемы постоянное напряжение от +9 до +12 вольт, при этом подсоединив «минус» к 7-ой ножке, после чего необходимо замерить напряжение на 14-й ножке — оно должно быть равно 5 вольтам. Если напряжение сильно отклонено (±0.5 В), это свидетельствует о неисправности внутреннего стабилизатора микросхемы. Данный элемент лучше купить новый.

По поводу ремонта дежурного питания что-либо конкретное посоветовать трудно — может сгореть все, что угодно, но это компенсируется довольно простым устройством данной части. Будет вполне достаточно полазить по форумам по данной тематике, чтобы найти причину неисправности и метод ее устранения.

Дежурное питание и POWER GOOD.

Теперь рассмотрим другую ситуацию: предохранитель не сгорает, все элементы, упомянутые выше, исправны, но устройство не запускается.

Немного отойдем от темы и вспомним, как работает блок питания стандарта АТХ. В ждущем режиме (именно в нем находится «выключенный» компьютер) БП все равно работает. Он обеспечивает дежурное питание для материнской платы, чтобы ты мог включить или отключить компьютер кнопкой, по таймеру, или при помощи какого-либо устройства. «Дежурка» представляет собой 5 вольт, которые постоянно (пока компьютер включен в электрическую сеть) подаются на материнскую плату. Когда ты включаешь компьютер, материнская плата формирует сигнал PS_ON и запускает блок питания. В процессе запуска системы проходит проверка всех питающих напряжений и формируется сигнал POWER GOOD. В том случае, если по каким-либо причинам напряжение сильно завышено или занижено, этот сигнал не формируется, и система не стартует. Впрочем, как уже упомяналось выше, во многих NONAME блоках питания защита отсутствует напрочь, что пагубно сказывается на всем компьютере.

Итак, первым делом нужно проверить наличие 5 вольт на контактах +5VSB и PS_ON. Если на какомто из этих контактов напряжения нет или оно сильно отличается от номинала, это указывает на неисправности либо в цепи вспомогательного преобразователя (если нет +5 vsb), либо на неисправность ШИМ контроллера или его обвязки (неработоспособность PS_ON).

Дроссель групповой стабилизации (ДГС).

Выходит из строя из-за перегрева (при остановке вентилятора) или из-за просчетов в конструкции самого БП (пример Microlab 420W). Сгоревший ДГС легко определить по потемневшему, шелушащемуся, обугленному изоляционному лаку. Сгоревший ДГС можно заменить на аналогичный или смотать новый. Если вы решите смотать новый ДГС, то следует использовать новое ферритовое кольцо, т.к. из за перегрева старое кольцо могло уйти по параметрам.

Трансформаторы.

Для проверки трансформаторов их следует предварительно выпаять. Их проверяют на короткозамкнутые витки, обрыв обмоток, потерю или изменение магнитных свойств сердечника.

Чтобы проверить трансформатор на предмет обрыва обмоток достаточно простого мультиметра, остальные неисправности трансформаторов определить гораздо сложнее и рассматривать их мы не будем. Иногда пробитый трансформатор можно определить визуально.

Опыт показывает, что трансформаторы выходят из строя крайне редко, поэтому их нужно проверять в последнюю очередь.

Профилактика вентилятора.

После удачного ремонта следует произвести профилактику вентилятора. Для этого вентилятор надо снять, разобрать, почистить и смазать.

Отремонтированный блок питания следует длительное время проверить под нагрузкой.
Прочитав эту статью, вы самостоятельно сможете произвести легкий ремонт блока питания, тем самым сэкономив пару монет и избавить себя от похода в сервис или магазин.

Современные источники питания Phoenix Contact для применения в системах АСУ ТП на объектах энергетики — Энергетика и промышленность России — № 22 (186) ноябрь 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 22 (186) ноябрь 2011 года

При существующем разнообразии электротехнического оборудования вопрос выбора источника питания является и простым, и сложным одновременно.

Расширенный диапазон входных напряжений

Источники питания серии QUINT компании Phoenix Contact отличаются широкодиапазонным входом, причем входное напряжение не нужно выставлять. Диапазон напряжений однофазных источников питания составляет 84‑264 VAC, а трехфазные блоки могут работать с напряжением от 3х320 до 3х575 В. Конечно, нормативными требованиями ограничиваются максимальные значения колебаний сети, но в реальности случается всякое, и эти источники питания продолжают функционировать даже при наличии экстремальных колебаний напряжения в сети питания.

В источниках питания с фиксированным входным диапазоном перед включением необходимо выставить переключатель в положение «115 В» или «230 В». Рассмотрим пример: входное напряжение пропускается через интегральную схему, которая определяет, какое напряжение на входе – 115 В или 230 В;
и если в питающей сети возникнут колебания напряжения, то возвратное напряжение часто считывается неправильно, и это может привести к повреждению источника питания, а возможно, и к остановке системы. В источниках питания с автоматическим выбором диапазона напряжение питания определяется автоматически, и подобные проблемы возникнуть не могут.

Еще одна особенность входных цепей источников QUINT – это возможность подключения к сети как переменного, так и постоянного тока. Например, в электроэнергетике очень часто используется схема резервирования, когда основное питание осуществляется от сети переменного тока, а резервное питание обеспечивают аккумуляторные батареи.

Компенсация кратковременных провалов напряжения

Кроме колебаний питающей сети, часто возникают ситуации, когда появляются кратковременные провалы напряжения. Импульсные источники питания компенсируют такие типы отказов за счет использования буферных конденсаторов. Конденсаторы, используемые в источниках питания QUINT Power, обеспечивают время компенсации кратковременного отказа по питанию, по меньшей мере, 20 мс, а в некоторых моделях – до 120 мс.

На ответственных производствах, где используется достаточно чувствительное к качеству питания оборудование, использовать нерегулируемые источники питания нельзя, поскольку колебания входного напряжения непосредственно сказываются на выходном напряжении.

Статический запас мощности для повышения эксплуатационной надежности систем
Еще одной особенностью источников питания QUINT является наличие функции статического резерва мощности (Power Boost). Ошибки при выборе компонентов системы или неисправность отдельных компонентов перегружают электрическую систему, что со временем может привести к системным отказам и остановке оборудования. Источники питания QUINT имеют запас мощности до 50 процентов от номинального значения. Большинство аналогичных источников либо имеют запас существенно меньший, либо он доступен только в течение очень короткого промежутка времени.

Power Boost позволит длительно работать в режиме перегрузки, при этом сигнал об этом режиме работы будет передан в систему управления, и у обслуживающего персонала будет время устранить причину. Можно привести простой пример: это постепенное увеличение потребляемого тока, которое происходит вследствие накопления грязи на регулирующих клапанах, что приводит к увеличению потребляемой ими мощности. С источником питания QUINT такая ситуация не приведет к немедленному аварийному останову оборудования, а позволит устранить проблему с минимальными потерями.

Превентивная функция мониторинга

В больших системах управления все ключевые элементы имеют сигнализацию состояния, и по мере роста и увеличения сложности системы наличие такой сигнализации становится все более важным. Превентивная функция мониторинга источников питания QUINT обеспечивает непрерывный контроль состояния выходного тока и напряжения и позволяет предупредить систему управления о возможности возникновения критической ситуации до того, как авария произошла.

Если блок питания обеспечивает ток выше номинального, значит он перешел в режим использования запаса мощности Power Boost. В этом случае блок питания, рассчитанный на 10 А, может выдавать выходной ток до 15 А. ИП и нагрузка функционируют в нормальном режиме, но предупредительный сигнал о перегрузке или, точнее, о предаварийном режиме передается в систему управления.

При дальнейшем увеличении нагрузки происходит просадка выходного напряжения источника питания, и если оно оказывается ниже порога, то формируется сигнал аварии. Чаще всего минимальное напряжение для потребителей, таких, как контроллеры, находится в диапазоне от 18 до 20 В, так что даже после снижения напряжения ниже порога сигнала аварии, который составляет 0,9 от заданного выходного напряжения, потребитель будет продолжать получать достаточное для работы напряжение питания.

Динамический запас мощности для надежного отключения автоматических выключателей

Источники питания, изготавливаемые с применением низковольтных трансформаторов, могут в случае короткого замыкания выдать большой ток, который будет достаточен для отключения автоматических выключателей в течение нескольких миллисекунд. Пришедшие им на смену источники питания с импульсными трансформаторами имеют множество преимуществ, но до сих пор они не могли выдать ток, необходимый для отключения в случае короткого замыкания дешевых, не быстродействующих, автоматических выключателей.

В источниках питания QUINT удалось совместить преимущества импульсных ИП с возможностью использования стандартных автоматических выключателей для защиты от токов КЗ. С использованием технологии селективного отключения нагрузки SFB (Selective Fuse Breaking) автоматические выключатели отключаются всего за несколько миллисекунд. Для достижения этого эффекта источник питания обеспечивает 6‑кратный резерв выходной мощности в течение 12 миллисекунд.

Устойчивость к кратковременному увеличению напряжения

Источники питания QUINT Power обеспечивают повышенную эксплуатационную надежность еще и благодаря тому, что способны выдерживать напряжение вплоть до 300 В переменного тока. Такие всплески напряжения являются типичными для асимметричных «мягких» энергосистем, где неправильно распределенная нагрузка приводит к перекосу фаз и возможному увеличению напряжения в одной из фаз. У большинства источников питания в таких случаях на входе устройства срабатывает варистор, и устройство оказывается дефектным. Что касается источника питания QUINT Power, то такие выбросы напряжения не могут его повредить.

Резервирование для обеспечения высокой отказоустойчивости системы

Высокая надежность ключевых компонентов системы для непрерывных технологических процессов является обязательным условием. Все большее распространение получает концепция избыточности основных компонентов системы, которые должны обеспечить безопасную, эффективную и, что очень важно, стабильную работу. Концепция заключается в резервировании компонентов – например, для электроснабжения необходимо использовать, по крайней мере, один дополнительный источник питания. Таким образом, если один из источников питания отказывает, то резервный продолжает подавать напряжение – единичный отказ не приводит к изменению технологического процесса.

В целях достижения более высокой степени надежности для развязки источников питания используются диодные модули. В маловероятном случае (хотя это, конечно, может произойти в любой момент) в системе может возникнуть внутреннее короткое замыкание на выходе одного из источников питания. В этом случае диодная развязка позволяет резервному источнику питания работать, несмотря на КЗ в параллельной линии, так что действительно осуществляется 100‑процентное резервирование.

Одной из новейших разработок является модуль резервирования QUINT Oring. Интеллектуальный диодный модуль позволяет выровнять небольшие отклонения напряжений (на каждый из источников распределяется ровно по 50 процентов нагрузки) и сигнализировать о возникших критических отклонениях. Одним из примеров работы такой системы может стать система резервирования питания в шкафах управления на АЭС, где особенно важны такие параметры, как заблаговременная сигнализация о неисправностях и надежное резервирование системы.

Заключение

Мы надеемся, что в данной статье удалось осветить ту часть особенностей источников питания QUINT Power, которые позволяют применять их в самых ответственных системах и производствах. Многие характеристики не имеют аналогов, поэтому компания Phoenix Contact может утверждать, что предлагает своим партнерам самые современные и инновационные решения в области электропитания оборудования.

Почему мы используем модули диодной защиты?

Диодный модуль может использоваться для 100% -ной развязки двух источников питания одного типа, которые подключены параллельно на выходной стороне для увеличения мощности или обеспечения резервирования.

Диодная защита для источника постоянного тока является важной частью системы управления. Отказ источника питания может привести к остановке процесса, что приведет к значительной потере дохода.

Для предотвращения незапланированных отключений пользователи часто используют резервные источники питания, т.е.е. источники питания с их выходами, подключенными параллельно, где в случае отказа одного источника питания остается достаточно источников питания, чтобы обеспечить требуемый ток нагрузки.

Резервные источники питания также могут использоваться для увеличения допустимой нагрузки по току — в этом случае проблема связана не столько с незапланированными отключениями, сколько с тем фактом, что один источник питания не может обеспечить требуемый ток нагрузки.

Для увеличения текущей мощности предпочтительны блоки питания с «активным распределением нагрузки».Это включает в себя обмен данными между источниками питания и регулировку их выходных напряжений таким образом, чтобы каждый источник подавал одинаковый ток.

Если используются два источника питания, каждый из них будет обеспечивать половину требуемого тока. Если используются три источника питания, каждый из них обеспечивает треть необходимого общего тока.

Без активного распределения нагрузки каждый источник питания должен быть отрегулирован таким образом, чтобы их выходные напряжения были одинаковыми, они должны поддерживаться при одинаковой температуре окружающей среды, а проводка между каждым источником питания и общей точкой должна быть одинаковой длины — все сложные условия для обслуживания .

Независимо от причины использования резервных источников питания, как правило, диодная защита устанавливается последовательно с выходом каждого источника питания, чтобы вышедший из строя источник питания не мог потреблять ток от любых действующих источников питания.

При коротком замыкании на выходе блока питания этот блок отключится, но он также может вызвать короткое замыкание любых блоков питания, подключенных параллельно, что приведет к их отключению.

Диод на выходе каждого источника питания предотвращает это.

Использование диодов для изоляции источников питания, часто называемых «диодами ИЛИ», имеет недостаток, заключающийся в увеличении рассеиваемой мощности внутри шкафа управления.

Типичный диод понижает напряжение на 0,7 В при прохождении тока. Это означает 0,7 Вт на ампер тока нагрузки. Если два резервных источника питания выдают в общей сложности 10 А, то диоды рассеивают в шкафу 7 Вт. Использование диодов Шоттки может снизить рассеиваемую мощность примерно до 4 Вт.

В любом случае это рассеивание мощности нежелательно и увеличивает температуру окружающей среды внутри шкафа.Иногда используются мостовые выпрямители, поскольку они относительно недороги, рассчитаны на большое рассеивание мощности и могут быть установлены непосредственно на стене шкафа, так что шкаф действует как теплоотвод.

Надежность — это проблема (или должна быть) при использовании диодов OR. Если диод выходит из строя из-за короткого замыкания, то защиты нет, и напряжение от этого источника увеличивается на 0,7 В.

Если не используется активное распределение нагрузки, источник питания может попытаться передать полный ток нагрузки.Если источники питания подключены параллельно для увеличения допустимой нагрузки по току, источник питания может перейти в состояние перегрузки по току и отключиться.

Если один из диодов ИЛИ выходит из строя в состоянии разомкнутой цепи, то резервирования больше нет, и может произойти отключение оставшегося источника питания.

Как вариант, можно использовать активную диодную схему. Они основаны на использовании полевого МОП-транзистора с дополнительной схемой вместо диода. Преимущество полевых МОП-транзисторов заключается в очень низком сопротивлении в открытом состоянии, что значительно снижает рассеиваемую мощность.

Например, при 10 А диод рассеивает 7 Вт, в то время как схема активного диода на основе MOSFET может рассеивать всего 0,4 Вт. Очевидно, что это снижает температуру окружающей среды внутри шкафа, а также обеспечивает большую надежность.

Также читайте: Переключатель Pull Up и Pull Down

Сцепление и развязка | Приложения

Конденсаторы развязки

При проектировании схемы многие начинающие инженеры и любители принимают стабильный и хорошо регулируемый источник питания как должное только для того, чтобы обнаружить, что их схемы не работают должным образом во время тестирования или после того, как сборка уже завершена.Аналоговые схемы, такие как усилители звука или радио, могут издавать странный гул или потрескивающий шум, слышимый на заднем плане, а цифровые схемы, такие как микроконтроллеры, могут стать нестабильными и непредсказуемыми. Причина такой низкой производительности часто кроется в том, что на практике входное напряжение редко бывает стабильным. Вместо этого при просмотре с помощью осциллографа источник питания постоянного тока часто показывает множество сбоев, скачков напряжения и составляющих переменного напряжения.

Что такое развязывающий конденсатор?

Разделительный конденсатор действует как локальный резервуар электрической энергии.Конденсаторам, как и батареям, нужно время для зарядки и разрядки. При использовании в качестве разделительных конденсаторов они препятствуют быстрым изменениям напряжения. Если входное напряжение внезапно падает, конденсатор обеспечивает энергию для поддержания стабильного напряжения. Точно так же, если есть скачок напряжения, конденсатор поглощает избыточную энергию.

Разделительные конденсаторы используются для фильтрации скачков напряжения и пропускания только постоянной составляющей сигнала. Идея состоит в том, чтобы использовать конденсатор таким образом, чтобы он шунтировал или поглощал шум, делая сигнал постоянного тока как можно более плавным.Из-за этого развязывающие конденсаторы также называются шунтирующими конденсаторами, поскольку они шунтируют источник питания, когда это необходимо. Их можно рассматривать как небольшие источники бесперебойного питания, предназначенные для одной печатной платы или даже одного компонента на плате. Нередко наличие одного конденсатора для каждой используемой интегральной схемы. Фактически, в цифровых системах почти все конденсаторы на плате могут использоваться для развязки.

Развязка источника питания

Разделительные конденсаторы часто используются для развязки цепи от источника питания.Некоторым компонентам для правильной работы требуется строго регулируемый источник питания. Хороший пример — микроконтроллеры и микропроцессоры. Если произойдет скачок напряжения, программа, загруженная в процессор, может пропустить инструкции и начать вести себя непредсказуемо. Цифровые логические схемы также чувствительны к напряжению источника питания. Поэтому для стабильной работы он должен быть хорошо отрегулирован.

По этой причине в схему добавлены разделительные конденсаторы, чтобы сгладить напряжение источника питания.Хорошим практическим правилом для цифровых схем является использование одного керамического конденсатора емкостью 100 нФ для каждой логической интегральной схемы, а также одного электролитического конденсатора большего размера (до нескольких сотен мкФ) на плату или сегмент схемы. Электролитический конденсатор большего размера накапливает большую часть энергии в цепи и развязывает более низкие частоты. Однако электролитические конденсаторы имеют плохие высокочастотные характеристики, а логические вентили могут работать на очень высоких частотах — компьютерные процессоры могут иметь рабочие частоты в диапазоне гигагерц.На этих более высоких частотах керамические конденсаторы обеспечивают лучшую развязку. Для достижения наилучших результатов развязывающий конденсатор следует размещать как можно ближе к микросхеме.

На следующей схеме показано использование развязывающих конденсаторов с логическим вентилем 7400 И-НЕ (вывод 14 используется для положительного напряжения питания, а вывод 7 подключен к земле):

Развязка переходной нагрузки

В цифровых схемах источник питания может быть «загрязнен шумами, исходящими от логических схем или других устройств.Логические схемы состоят из миллионов логических вентилей, которые постоянно меняют свои выходные состояния между ВКЛ и ВЫКЛ, что означает, что многие транзисторы включаются и выключаются бесчисленное количество раз в секунду. С каждым переключателем эти транзисторы создают так называемую переходную нагрузку. В результате ток, потребляемый устройством, колеблется, создавая шум, который распространяется обратно к источнику питания. Когда конденсаторы используются для развязки источника питания, они выполняют две функции: защищают источник питания от электрических шумов, генерируемых в цепи, и защищают цепь от электрических шумов, генерируемых другими устройствами, подключенными к тому же источнику питания.

Конденсаторы связи

В то время как развязывающие конденсаторы подключаются параллельно пути сигнала и используются для фильтрации составляющей переменного тока, конденсаторы связи, с другой стороны, подключаются последовательно к пути сигнала и используются для фильтрации составляющей постоянного тока сигнала. . Они используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах.

Аналоговые приложения

В аналоговых схемах конденсаторы связи широко используются в усилителях. Смещение напряжения транзистора имеет решающее значение для нормальной работы усилителя.Роль конденсаторов связи состоит в том, чтобы предотвратить влияние входящего сигнала переменного тока на напряжение смещения, приложенное к базе транзистора. В таких приложениях сигнал подается на базу транзистора через последовательно подключенный конденсатор связи. Значение емкости должно быть выбрано таким образом, чтобы полезный сигнал, например голос, мог свободно распространяться, блокируя при этом составляющую постоянного тока.

Цифровые приложения

В цифровых схемах, особенно в системах связи, конденсаторы связи используются для блокировки сигнала постоянного тока в линии передачи.Наличие сигнала постоянного тока в линии передачи означает, что некоторая часть энергии тратится впустую, поскольку тепло рассеивается на сопротивлении линии передачи. Это также может вызвать другие проблемы, такие как проблемы с заземлением или проблемы накопления заряда между двумя удаленными подключенными цепями.

Конденсатор развязки

— обзор

Конденсатор развязки — незаменимый компонент на каждом уровне системы распределения энергии. В распределительных сетях на кристалле эта емкость достигается за счет емкости MOS или емкости MIM [325].Типичное различие между двумя типами развязывающих емкостей на кристалле заключается в том, что МОП-конденсатор обеспечивает более высокую плотность за счет более высокого тока утечки по сравнению с MIM-конденсатором [687]. Конденсаторы развязки Trench также можно использовать в качестве альтернативы для уменьшения тока утечки МОП-емкости, хотя эта технология довольно дорога [688]. Типичные разделительные конденсаторы эффективны на небольшом расстоянии от коммутируемой нагрузки. Это эффективное расстояние было проанализировано для двумерных систем [686].Однако для трехмерных схем развязывающая емкость соседнего яруса может быть расположена на расстоянии в несколько десятков микрометров от коммутирующей нагрузки из-за короткого пути TSV с низким сопротивлением. Поэтому при распределении развязывающей емкости в трехмерной системе следует учитывать весь трехмерный стек, а не отдельные уровни.

Чтобы исследовать эффекты развязывающей емкости между уровнями, обсуждаются некоторые простые случаи, основанные на аналитической модели шума источника питания, представленной в Разделе 18.2. Эти системы состоят из различного количества уровней, каждый из которых представляет собой микропроцессор Intel, изготовленный на основе 65-нм технологического узла CMOS [678]. Каждый ярус состоит из пяти блоков схем с одинаковой площадью основания и одинаковой плотностью тока 100 А / см ² [674]. Все блоки переключаются одновременно, создавая наихудший шум источника питания. Форма волны тока представляет собой линейно нарастающую функцию со временем нарастания 0,7 нс.

Сеть питания содержит 43 дорожки питания (заземления) между каждой парой контактных площадок питания (заземления).Сопротивление сегмента провода R _w в (18,8) составляет 0,22 Ом. Индуктивность выводов корпуса составляет 0,5 нГн. TSV имеют высоту 200 мкм и диаметр 50 мкм. Эффективная индуктивность (половина индуктивности контура) для одного TSV определяется с помощью решателя EM как 0,06 нГн. Наконец, предполагается, что для развязывающих МОП конденсаторов доступно 20% каждого яруса.

В каждом из этих сценариев развязывающая емкость одинакова на каждом уровне, что может быть невозможно по нескольким причинам.Эти причины включают, например, ограниченное пространство для развязывающей емкости на каждом уровне, различные технологические узлы между уровнями и условия эксплуатации цепей. Особая ситуация возникает, когда цепи на соседних ярусах закрываются для экономии энергии. В этих случаях развязывающая емкость (преднамеренная или внутренняя) этих уровней больше не доступна, поскольку эти транзисторы действуют как переключатели мощности, которые изолируют эту емкость от сети распределения питания всей системы.Эта ситуация усиливает положительное влияние емкости соседних ярусов. Конкретные топологии, которые преодолевают это изменение в развязывающей емкости, обсуждаются в следующем подразделе.

18.4.1 Топологии развязки емкостей для трехмерных ИС со стробированием по мощности

Стробирование по мощности — широко используемый метод для значительного снижения мощности интегрированной системы. Те цепи, которые не выполняют задачу в течение определенного времени, временно отключаются от источника питания для устранения утечки и динамического тока.Большие транзисторы, обычно называемые «транзисторами сна», отключают шины питания от «виртуального» источника питания, который подключен к схемам [689]. Побочным эффектом стробирования мощности является уменьшение общей емкости системы. Следовательно, емкость в этих цепях не может вести себя как разделительные конденсаторы и помогать уменьшать резкие скачки тока в соседних цепях. Эта ситуация более тонкая в трехмерных схемах по двум причинам. Во-первых, из-за потенциально большей плотности мощности по сравнению с двумерными схемами, методы с низким энергопотреблением, такие как стробирование мощности, могут применяться более агрессивно.Во-вторых, короткие и низкоомные вертикальные пути, обеспечиваемые TSV, позволяют емкости соседних ярусов более эффективно удовлетворять резкие потребности в токе внутри яруса.

Другой аспект стробирования мощности — это процесс перехода стробируемой схемы мощности в рабочее состояние. Если несколько цепей одновременно переходят в активное состояние, внезапное потребление тока может вызвать значительное падение напряжения источника питания. Это падение напряжения проявляется в виде шума источника питания в соседних активных цепях [690].Принимая во внимание эти две проблемы, в этом подразделе обсуждаются методики эффективного использования развязывающей емкости в трехмерных схемах.

Топология, которая позволяет использовать развязывающую емкость, несмотря на то, что блок схемы находится в режиме стробирования, проиллюстрирована на рис. 18.31 [691]. Основное отличие от стандартной стробируемой схемы питания состоит в том, что развязывающий конденсатор подключается как к общему источнику напряжения, так и к виртуальной шине питания через два переключающих транзистора, которые выбирают одну из двух линий питания.

Рисунок 18.31. Реконфигурируемая топология развязывающей емкости, при которой развязывающий конденсатор подключается к шине питания, даже если спящие транзисторы выключены [691].

Если транзистор переключатель 2 включен, а переключатель 1 выключен, разделительный конденсатор подключается к виртуальному В _dd . Если схема активна, транзисторы спящего режима включены, а развязывающий конденсатор обеспечивает заряд локальных блоков схемы, показанных на рис.18.31, а не к более удаленным цепям, поскольку путь к шине V _dd является более резистивным. В качестве альтернативы, если схема закрыта по мощности, переключатель 2 , выключен, а переключатель 1 , включен, разделительный конденсатор подает заряд на другие схемы, отключая шину В, _dd от виртуального источника питания.

Для этой топологии существует компромисс между переключающим транзистором и развязывающим конденсатором, поскольку общие накладные расходы на эти компоненты должны быть как можно меньше при соблюдении любых ограничений по напряжению.Дальнейшее увеличение развязывающей емкости бесполезно, поскольку площадь и, следовательно, сопротивление переключающих транзисторов в открытом состоянии велики, что ограничивает эффективность конденсатора. В качестве альтернативы, если переключающий транзистор имеет большие размеры, что снижает импеданс разрядного тракта конденсатора, ток утечки увеличивается. Следовательно, выбор подходящего размера для этих двух компонентов необходим для достижения системы разделительных конденсаторов с наивысшей эффективностью.

Другая топология подключения развязывающей емкости показана на рис.18.32, где развязывающий конденсатор напрямую подключен к шине В _dd . Конденсатор обеспечивает достаточный заряд для соседних цепей независимо от того, являются ли блоки локальных цепей закрытыми. Однако путь разряда для блоков локальной схемы включает в себя транзистор ожидания. Следовательно, эта топология может демонстрировать больший шум источника питания по сравнению с реконфигурируемой топологией, показанной на рис. 18.31. Однако, поскольку транзисторы спящего режима обычно имеют большие размеры (эквивалентная ширина транзистора составляет порядка миллиметров), падение напряжения на этих устройствах чрезвычайно мало.

Рисунок 18.32. Всегда на топологии развязки емкостей. Заряд, подаваемый в блоки локальной схемы, проходит через транзисторы сна [692].

Для оценки эффективности и изучения компромиссов между этими двумя топологиями рассматривается электросеть для трехмерной схемы с тремя уровнями. Самый верхний уровень подключен к пакету с подключениями C4. В этой топологии используется десять металлических слоев [693]. Два верхних уровня — это глобальная электросеть, а уровни 7 и 8 — виртуальная сеть.Кроме того, предполагается, что для TSV будет производиться сквозной технологический процесс. Сетка 1 мм × 1 мм. Сегменты энергосистемы и TSV моделируются множеством π-сегментов RLC . Соединения C4 смоделированы как секции RL . Кроме того, нагрузка состоит из пары инверторов разного размера, распределенных по цепи. Наконец, ограничение падения напряжения установлено на 5% от В _dd , 50 мВ.

Поскольку трехмерная схема включает три уровня, оценивается несколько сценариев с одним или несколькими активными уровнями.Эти сценарии перечислены в столбцах 1-3 таблицы 18.4, где также указан максимальный шум источника питания для всех этих сценариев. Емкость развязки гарантирует, что ограничение по напряжению удовлетворяется для стандартной топологии со всеми активными уровнями (и, следовательно, подключенными к глобальному В _dd ). Как показано в Таблице 18.4, для других сценариев, где некоторые уровни являются закрытыми по мощности, традиционная топология нарушает ограничение по напряжению. Такое поведение связано с более низкой развязывающей емкостью, доступной во всем 3-мерном стеке.В качестве альтернативы, обе другие топологии демонстрируют значительно меньший шум источника питания.

Таблица 18.4. Пиковый шум напряжения для различных сценариев активности трех уровней трехмерной схемы для стандартной, реконфигурируемой и постоянно включенной топологий развязки емкости [692]

Рабочее состояние уровней			Шум разъединения источника питания Топологии емкости (мВ)
Верхний уровень	Средний уровень	Нижний уровень	Стандартный	Реконфигурируемый		Всегда включен
										Уменьшается						Уменьшается																Вкл.	50	50	—	50	—
Вкл.	Выкл.	Вкл.	48.16	43,48	9,7%	43,40	9,9%
Выкл.	Выкл.	Вкл. Вкл.	Вкл.	48,55	44,50	8,3%	42,89	11,7%
Выкл.	Вкл.	Выкл.	52,51		38,781%	37,55	28,5%

Еще одним важным параметром, влияющим на шум мощности в стробированных цепях, является время пробуждения неактивных цепей, которое влияет на работу активных систем. Такое поведение характерно как для двумерных, так и для трехмерных схем. Простой способ уменьшить потребность в токе во время процесса пробуждения (переход от стробируемого к рабочему состоянию) состоит в том, чтобы немного задержать время включения транзисторов сна, чтобы гарантировать, что потребляемый ток увеличивается медленнее. .Для этого подхода используется шлейфовая цепочка буферов, как показано на рис. 18.33. Однако недостатком этого подхода является продолжительное время пробуждения схемы. Чтобы избежать этой ситуации, контроллер пробуждения инициирует процесс пробуждения в два этапа, когда включается небольшое количество транзисторов спящего режима, а затем включаются остальные транзисторы [694]. Продолжительность каждого шага постоянна и обычно составляет несколько тактов.

Рисунок 18.33. Последовательная цепочка буферов включает транзисторы ожидания, последовательно обеспечивая постепенное увеличение тока, ограничивая резкие изменения тока в электросети [695].

Этот двухэтапный метод также применим к трехмерным схемам; однако ситуация более сложная, поскольку шум источника питания, проявляемый на каждом уровне, сильно зависит от расположения уровня в стеке [695]. Для трехмерных стеков, предполагающих, что каждый уровень активен, неактивен или переходит в активное состояние, существует несколько случаев, когда шум источника питания изменяется во всех возможных сценариях работы. Поэтому между двумя этапами используется разное время пробуждения в зависимости от уровня, который переходит в активное состояние, и уровней, которые уже активны.Эта информация используется для управления адаптивным контроллером пробуждения, где длительность каждого шага тщательно контролируется [695]. Задача этого адаптивного контроллера — сократить общее время пробуждения при соблюдении любых ограничений по шуму источника питания.

Этот адаптивный двухступенчатый контроллер пробуждения был протестирован для трехмерной схемы с пятью уровнями, где предполагается технологический узел 22 нм. На первом этапе 5% транзисторов ожидания включаются, тогда как остальные транзисторы включаются на втором этапе.Однако продолжительность каждого шага регулируется в соответствии с рабочими условиями всего трехмерного стека. Сравнение эффективности контроллера пробуждения выполняется как с постоянным, так и с адаптивным шагом. Адаптивный контроллер демонстрирует среднее уменьшение на 28% времени пробуждения трехмерного стека без нарушения ограничения шума источника питания. Хотя здесь это не обсуждается, количество транзисторов ожидания, включенных между двумя этапами, является еще одной переменной для управления временем пробуждения за счет более сложного контроллера.

Дизайн, различия и способы применения

Общая проблема, с которой сегодня сталкивается вся цифровая электроника, — это шум. Это происходит из-за более быстрых интерфейсов, а также из-за низкого энергопотребления устройств от силовых и сигнальных линий. К счастью, этот шум можно уменьшить с помощью развязки, чтобы отделить одну цепь от других внутри системы. Пассивный компонент, такой как разделительный конденсатор, наиболее часто используется в различных схемах, таких как усилитель, сложный фильтр, аналоговые и силовые электронные схемы.В этой статье обсуждается обзор этого конденсатора и его работы.

Что такое разделительный конденсатор?

Определение: Разделительный конденсатор — это один из видов конденсаторов, используемый для развязки или изоляции двух разнородных электронных схем или развязки сигналов от переменного тока к постоянному. Этот конденсатор играет ключевую роль, устраняя шум, искажения мощности и защищая систему, обеспечивая чистый источник постоянного тока.

Конденсаторы развязки

В логических схемах метод развязки важен.Например, если логическая схема работает с напряжением питания 5 В, если напряжение превышает 2,5 В, то это будет считаться высоким сигналом. Точно так же, если напряжение ниже 2,5 В, то это будет сигнал низкого уровня. Если в источнике напряжения есть шум, он будет активировать высокий и низкий уровень в цепи, поэтому конденсатор связи постоянного тока широко используется в логических схемах.

Конструкция развязывающего конденсатора

Развязку конденсатора можно разместить параллельно источнику питания.Таким образом, он подключается между источником питания и нагрузкой параллельно. После подачи питания на схему реактивное сопротивление этого конденсатора бесконечно для сигналов постоянного тока. Таким образом, он не позволяет сигналам постоянного тока двигаться к земле. Но реактивное сопротивление сигналов переменного тока меньше, поэтому они проходят через конденсатор и движутся к земле.

Схема конденсатора развязки

Конденсатор развязки рабочий , он обеспечивает низкоомную полосу для высокочастотных сигналов на источнике, так что сигнал постоянного тока может быть очищен.Таким образом, этот конденсатор развязывает сигналы от переменного тока к постоянному.

Обычно для этих конденсаторов номиналы конденсаторов должны быть в пределах 10 нФ и 100 нФ. Но обычно конденсаторы емкостью 100 нФ используются в различных приложениях. Таким образом, керамический конденсатор является наиболее часто используемым разделительным конденсатором.

Как выбрать развязывающий конденсатор?

При выборе развязывающего конденсатора для различных приложений необходимо учитывать некоторые электрические требования при проектировании, такие как низкочастотный сигнал переменного тока, значение сопротивления резистора.

Этот конденсатор можно выбрать в зависимости от его номинала. В зависимости от области применения существуют определенные стандарты для выбора емкости конденсатора. Емкость конденсатора с меньшим частотным шумом должна составлять от 1 мкФ до 100 мкФ. Точно так же емкость конденсатора с высокочастотным шумом должна быть от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ.

Подключение этих конденсаторов всегда может быть выполнено непосредственно к заземляющей пластине с низким сопротивлением для его эффективной работы.

Разница между развязывающим и байпасным конденсаторами

Разница между развязывающим и шунтирующим конденсаторами заключается в следующем.

Конденсатор развязки	Байпасный конденсатор
Конденсатор, который используется для развязки одного элемента электрической цепи от других схем, известен как развязывающий конденсатор.	Этот конденсатор замыкает сигналы переменного тока на клеммы заземления, так что шум переменного тока, присутствующий в сигнале постоянного тока, может быть отсоединен и генерирует чистый и более чистый сигнал постоянного тока.
Конденсатор предназначен для сглаживания сигнала путем стабилизации нечеткого сигнала.	Конструкция этого конденсатора может быть выполнена для шунтирования шумовых сигналов.
Этот конденсатор можно расположить между источником питания и нагрузкой параллельно друг другу	Этот конденсатор может быть подключен между выводами Vcc и выводом GND, чтобы уменьшить шум питания и последствия скачков напряжения в линиях питания.
Значение емкости этого конденсатора можно рассчитать по формуле C = 1 / 2πfC.	Значение емкости этого конденсатора можно рассчитать по формуле C = 1 / 2πfC.
Диапазон значений этого конденсатора от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ	Общие номиналы этого конденсатора: 1 мкФ и 0,1 мкФ
Этот конденсатор использует для изоляции двух разных цепей; убрать искажения мощности, шума и защитить систему.	Применения этого конденсатора используются между усилителем и громкоговорителем для получения чистого звука, преобразователем постоянного / постоянного тока, соединением сигналов, развязкой сигналов, фильтрами LPF и HPF.

Конденсаторы, используемые для развязки

Существуют различные типы конденсаторов, используемых для развязки или шунтирования. Их характеристики могут быть изменены в зависимости от используемого диэлектрического материала, структуры, физического размера, линейности, температурной стабильности, стоимости и номинального напряжения. В этих приложениях используются различные типы конденсаторов: керамические, алюминиево-электролитические и танталовые.

Часто задаваемые вопросы

1).Какова функция разделительного конденсатора?

Этот конденсатор используется для подавления высокочастотного шума в сигналах источника питания

2). Какие конденсаторы используются для развязки?

Они бывают танталовыми, керамическими, а также электролитическими из алюминия.

3). Какова емкость развязывающего конденсатора?

Диапазон значений от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ

4). В чем разница между байпасным и развязывающим конденсаторами?

Шунтирующий конденсатор шунтирует шумовые сигналы, а развязывающий конденсатор сглаживает сигнал за счет стабилизации нечеткого сигнала.

5). Как проверить конденсатор?

Проверить конденсатор можно с помощью мультиметра.

Итак, это все о конденсаторе развязки. Эти конденсаторы часто используются для отключения электрической цепи от источника питания. Он функционирует должным образом, используя некоторые компоненты, в которых используется регулируемый источник питания. Лучшие примеры этого — микропроцессоры и микроконтроллеры. Если программа загружена в процессор, она пропустит инструкции.Логические схемы также реагируют на напряжение источника питания. Таким образом, он должен быть хорошо отрегулирован для безопасной работы, по этой причине эти конденсаторы используются в цепи для стабилизации напряжения питания. Вот вам вопрос, а какова емкость?

Конденсаторы развязки

: что такое конденсатор развязки?

Системный шум — распространенная проблема, с которой сегодня сталкиваются все цифровые устройства. Постоянная тенденция к более быстрым интерфейсам и более низкому энергопотреблению привела к появлению устройств, которые становятся все более восприимчивыми к помехам от силовых и сигнальных линий.

К счастью, этот шум можно уменьшить, используя развязку для изоляции локализованных цепей от других цепей в системе.

Что такое развязывающий конденсатор?

Разделительные конденсаторы помогают изолировать или отсоединить локальные цепи от шума и аномалий мощности от других устройств в общих сетях питания, заземлении и других сетях. Обычно они применяются к источникам питания, чтобы обеспечить локализованный источник мгновенного тока и обеспечить изоляцию локальной цепи от шума мощности в других областях конструкции.

Этот локализованный доступ необходим, потому что все системы распределения электроэнергии имеют реальный импеданс и индуктивность, которые предотвращают действительно мгновенную подачу тока. Когда возникают большие коммутируемые нагрузки, потребление тока может вызвать провалы напряжения питания и звон, и это может нарушить требуемые условия напряжения цепи или привести к ложной сигнализации.

Разница между конденсатором связи и байпасным конденсатором

При обсуждении разделительных конденсаторов важно понимать разницу между разделительными, шунтирующими и разделительными конденсаторами.

Байпасные конденсаторы

используются для обеспечения низкоомного шунта для высокочастотного шума на путях с высоким импедансом, и во многих случаях их также называют развязывающими конденсаторами, поскольку они помогают минимизировать высокочастотный шум до того, как он сможет распространиться на другие части схемы, где это может вызвать неисправность схемы или проблемы с локализацией электромагнитных помех, создаваемых конструкцией.

Конденсаторы связи

, с другой стороны, обеспечивают изоляцию по постоянному току, создавая при этом преднамеренный путь для аудио, видео, РЧ и высокоскоростных цифровых данных.Конденсаторы связи часто встречаются на высокоскоростных интерфейсах, чтобы гарантировать, что любая разность потенциалов постоянного тока на подключенных устройствах не проявляется как токи заземления между устройствами.

Функция разделительного конденсатора

Разделительные конденсаторы используются для противодействия помехам от многих различных источников. Синхронно коммутируемые логические схемы и шины данных могут вызывать большие мгновенные потоки тока, которые потребляют значительный заряд от местной системы энергоснабжения (PDS).Когда возникают эти мгновенные нагрузки, индуктивность в PDS не позволяет источнику питания в конструкции мгновенно подавать дополнительный ток на нагрузку, и это может привести к провалу или звонку местного напряжения питания.

Конденсаторы

развязки помогают обеспечить локальный источник мгновенного заряда, который предотвращает падение источника напряжения, и обходной путь, который гасит звон. Шум в PDS также локально демпфируется, помогая местной цепи оставаться незатронутой пульсациями на силовой плоскости, которые в противном случае могли бы нарушить цепь.Этот эффект также распространяется на шум от других частей конструкции, когда они испытывают мгновенное потребление тока. Их собственные развязывающие конденсаторы не только обеспечивают локальную стабилизацию источника напряжения, когда любые остаточные помехи достигают других частей конструкции, они дополнительно уменьшаются за счет локальной развязки в этой части схемы. Наконец, байпасные колпачки, используемые в роли развязки, помогают шунтировать высокочастотные обратные пути и предотвращать их прохождение между областями схемы и потенциально вызывать сбои в работе схемы или проблемы EMI на уровне системы.Вы можете узнать больше о байпасной емкости и ее важности здесь.

Руководство по выбору разделительного конденсатора

Хотя любые развязывающие конденсаторы, пожалуй, лучше, чем никакие, есть несколько рекомендаций, которые следует учитывать при реализации схемы развязки. Поскольку конденсаторы должны обеспечивать ток очень быстро, первым и наиболее важным аспектом является выбор конденсаторов с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), которое суммирует характеристическое сопротивление с любым сопротивлением, связанным с индуктивностью.Керамические конденсаторы обычно используются для развязки из-за их широкого температурного допуска, способности выдерживать широкий диапазон напряжений, низкого ESR, стабильности и надежности. Однако конструкция конденсатора так же важна, как и размер корпуса, поскольку неотъемлемые преимущества химического состава конденсатора могут быть быстро компенсированы добавленной индуктивностью большего размера корпуса.

Наименьший из доступных корпусов, который в остальном соответствует параметрам конструкции, часто является лучшим выбором, хотя могут быть доступны специальные блоки байпасных и развязывающих конденсаторов, которые дополнительно снижают индуктивность.Меньшие по размеру корпуса также имеют преимущество уменьшения размера петли для конденсаторной цепи, что дополнительно снижает индуктивность каждого развязывающего конденсатора.

Другими способами оптимизации функциональности развязывающих крышек являются обеспечение непрерывности и смежности плоскостей питания и заземления путем обеспечения того, чтобы конденсаторы были установлены как можно ближе к контактам питания и заземления ИС, путем создания цепных путей к земле и питанию. плоскости должны быть как можно короче, а переходные отверстия проложены между контактными площадками конденсатора или рядом с ними.Смежные плоскости питания и заземления должны быть симметрично размещены в конструкции, а количество слоев между плоскостями и разделительными конденсаторами должно быть минимизировано. Если возможно, конденсаторы также должны быть распределены в области, в которой они развязаны. Когда это невозможно и используется конденсаторная батарея, лучше всего поменять их ориентацию, чтобы распределить точки соединения и предотвратить эффективные расщепления в земле или силовом заземлении от нескольких смежных переходных отверстий, проложенных через плоскость.Количество используемых конденсаторов зависит в первую очередь от количества выводов питания и заземления, присутствующих в локальной области схемы или ИС, а также от количества присутствующих сигналов ввода-вывода. В проектах с аналоговыми и цифровыми секциями может потребоваться, чтобы развязка и шунтирование выполнялись для сегментов схемы или ИС.

Современные цифровые устройства могут иметь серьезные проблемы с поддержанием стабильного и бесшумного источника питания при наличии коммутируемых нагрузок и других источников шума системы. При правильном использовании силовых конденсаторов большой емкости и байпасных конденсаторов в интегрированной схеме развязки разработчики могут гарантировать, что проблемы, связанные с внутрисистемным энергетическим шумом и другими источниками шума, будут устранены должным образом, а их продукты будут работать, как задумано.

Посмотреть связанный продукт

Обзор разделительных и байпасных конденсаторов

: работа, применение и различия

Ⅰ Введение

Конденсаторы — один из наиболее часто используемых пассивных компонентов. Вы можете найти их во многих аналоговых и силовых электронных схемах, от базовых схем усилителя до сложных схем фильтров.Хотя мы уже изучили основы конденсатора и то, как он функционирует, существует широкий спектр применений конденсатора. При описании конденсатора в цепи обычно используются две прикладные терминологии: байпасные конденсаторы и развязывающий конденсатор. В этой статье мы узнаем об этих двух типах конденсаторов, как они работают в конструкции и как выбрать конденсатор, который будет использоваться в качестве байпасного конденсатора или развязывающего конденсатора.

Термины «Байпасные конденсаторы» и «Разделительные конденсаторы» взаимозаменяемы, но у них есть свои различия.Основная цель питания любой системы — обеспечить входную мощность с очень низким импедансом (относительно земли). Для достижения этого состояния в цепях применяется шунтирование. Чтобы понять разницу между двумя типами конденсаторов, давайте углубимся в них.

Каталог

Ⅱ Разделительный конденсатор

Для изоляции или развязки двух отдельных цепей или локальной цепи от внешней цепи, разделительные конденсаторы используются для изоляции или разъединения двух отдельных цепей или локальной цепи от внешней цепи. внешняя цепь, т.е.е. для развязки сигналов переменного тока от сигналов постоянного тока и наоборот.

Реальная правда заключается в том, что развязывающий конденсатор используется как для этой цели, так и для обеспечения чистого источника постоянного тока, мы можем описать развязывающие конденсаторы как конденсатор, используемый для устранения искажений мощности и шума и защиты системы / ИС.

Когда дело доходит до логических схем, процесс развязки действительно необходим. Например, рассмотрим логический вентиль, который может работать при напряжении питания 5 В, он будет считаться высоким сигналом, если напряжение поднимется выше 2.5 В, и он будет считаться низким сигналом, если напряжение упадет ниже 2,5 В. Следовательно, если в питающем напряжении присутствует шум, логическая схема будет вызывать максимумы и минимумы, поэтому для логических схем обычно используются конденсаторы связи постоянного тока.

Ⅲ Размещение развязывающего конденсатора

Развязочный конденсатор должен быть установлен параллельно между источником питания и нагрузкой / ИС. Развязочный конденсатор будет иметь бесконечное реактивное сопротивление для сигналов постоянного тока, поскольку источник питания постоянного тока обеспечивает питание схемы, и они не будут иметь на них никакого воздействия, поэтому он имеет гораздо меньшее реактивное сопротивление для сигналов переменного тока, чтобы они могли проходить через разделительный конденсатор и, если возможно, они будут отправлены в поле.Чтобы шунтироваться, конденсатор может создать путь с низким импедансом для высокочастотных сигналов, что приведет к чистому сигналу постоянного тока.

Позиционирование включает два отдельных конденсатора, конденсатор емкостью 10 мкФ, расположенный вдали от ИС, который используется для сглаживания изменений низкой частоты источника питания, и конденсатор 0,1 мкФ, расположенный ближе к ИС, который используется для сглаживания изменений в высокая частота источника питания.

Электролитические конденсаторы — это наиболее часто используемый тип конденсаторов для низкочастотного сглаживания, а керамические конденсаторы для поверхностного монтажа — это конденсаторы, используемые для высокочастотного сглаживания.

Ⅳ Значение развязывающего конденсатора

В отличие от байпасных конденсаторов, значение развязывающего конденсатора не требует большого выбора. Существуют определенные критерии для выбора значения, поскольку обычно используются разделительные конденсаторы.

• Обычно емкость развязывающего конденсатора низкочастотного шума должна находиться в диапазоне от 1 мкФ до 100 мкФ.

• Обычно конденсатор развязки высокочастотного шума должен быть в пределах 0.01 мкФ и 0,1 мкФ.

В технических характеристиках микросхем часто указывается точное значение используемых конденсаторов. Для их эффективной работы развязывающие конденсаторы всегда следует подключать непосредственно к заземляющей пластине с низким сопротивлением.

Ⅴ Байпасный конденсатор

Во избежание проникновения шума в устройство путем его обхода на землю используется байпасный конденсатор. Чтобы устранить как шум источника питания, так и результат скачков напряжения в линиях питания, байпасный конденсатор устанавливается между выводами напряжения питания (Vcc) и заземлением (GND).Конденсатор может подавлять как межсистемные, так и внутрисистемные шумы для различных устройств и различных компонентов.

Конденсатор закорачивает любой сигнал переменного тока на землю во время работы, так что шум переменного тока в сигнале постоянного тока устраняется, что приводит к более чистому и чистому сигналу постоянного тока. Давайте посмотрим, например, на конденсаторы эмиттера и катода байпаса.

Ⅵ Конденсатор байпаса эмиттера

Если байпасный конденсатор подключен параллельно сопротивлению эмиттера, рассмотрите типичный усилитель эмиттера (CE) с сопротивлением эмиттера, усиление напряжения усилителя CE увеличивается, и если конденсатор удален, в цепи усилителя образуется сильное вырождение, и коэффициент усиления по напряжению будет уменьшен.

Ⅶ Катодный байпасный конденсатор

Если конденсатор подключен к сопротивлению катода и если конденсатор достаточно высокий, он будет работать как короткое замыкание звуковой частоты и устранять отрицательную обратную связь. Он также функционирует как разомкнутая цепь постоянного тока и сохраняет смещение сети постоянного тока.

Ⅷ Как выбрать значение для байпасного конденсатора

Реактивность конденсатора, приложенная к цепи, должна быть параллельна 1/10 или менее сопротивления.Все мы знаем, что ток всегда имеет низкое сопротивление, поэтому конденсатор должен иметь меньшее сопротивление, если вы хотите шунтировать сигнал переменного тока в поле. Вы можете измерить значение емкости используемого байпасного конденсатора, используя формулу.

Давайте вспомним, что вам нужно найти емкость конденсатора, подключенного к резистору 440 сопротивления, с помощью приведенных выше формул шунтирующего конденсатора, мы понимаем, что реактивное сопротивление всегда составляет 1/10 от сопротивления, поэтому реактивное сопротивление равно 44, а нормальная частота Индийская электрическая сеть имеет частоту 50 Гц, поэтому значение байпасного конденсатора можно рассчитать как

.

73 мкФ должна быть емкость конденсатора вокруг резистора 440 x.Вы узнаете о важности конденсаторов, которые можно использовать в цепи, используя то же самое.

Ⅸ Области применения байпасного конденсатора

Байпасные конденсаторы, некоторые из наиболее заметных приложений, где они используются, почти используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах для устранения ненужного сигнала от напряжения питания.

Они используются для создания однородного звука между усилителем и громкоговорителем.

• Используется при преобразовании в DC / DC

• Используется в сигналах связи и развязки

• Используется в фильтрах для высоких частот (HP) и низких частот (LP)

Ⅹ Разница между байпасным и развязывающим конденсаторами

Между двумя типами конденсаторов нет большой разницы, если посмотреть на причину их использования. Удивительно, но развязывающие конденсаторы часто называют шунтирующими конденсаторами.Это потому, что их часто шунтируют на землю.

Шунтирующий конденсатор предназначен для шунтирования шумовых сигналов, в то время как развязывающие конденсаторы предназначены для сглаживания сигнала путем стабилизации искаженного сигнала, что является одним из немногих видимых различий между шунтирующим конденсатором и развязывающими конденсаторами. Мы можем использовать только один электролитический конденсатор для шунтирования сигнала, но нам понадобятся два отдельных типа конденсаторов для успокоения сигнала.

Ⅺ FAQ

1.Чем отличаются конденсаторы связи и байпасные конденсаторы?

Разделительный конденсатор проходит между выходом, обычно коллектором транзистора или стоком полевого транзистора, и входом следующего каскада, базой другого транзистора или затвором другого полевого транзистора. Это должно быть достаточно высокое значение, чтобы реактивное сопротивление было ниже импеданса на самой низкой желаемой частоте.

Шунтирующий конденсатор должен отводить частоту на землю, обычно в источнике питания, чтобы минимизировать шум или пульсации, или может подключаться через резистор эмиттер / исток к земле для увеличения усиления.В ВЧ схемах часто используются два байпасных конденсатора, включенных параллельно. Керамический конденсатор в диапазоне от 1 нФ до 0,1 мкФ и электролитический или танталовый в диапазоне от 1 до 1000 мкФ.

2. Есть ли разница между развязывающим конденсатором и шунтирующим конденсатором?

Развязка используется для отделения шума или других переходных процессов, скажем, от выхода ИС источника питания. Обычно это керамический конденсатор небольшой емкости.

Далее, шунтирующий конденсатор обычно представляет собой электролитический конденсатор, используемый для шунтирования резистора, который в основном используется для установки смещения постоянного тока усилителя.Этот колпачок используется, чтобы избежать отрицательной обратной связи сигнала и улучшить коэффициент усиления усилителя.

3. Какова функция выходного развязывающего конденсатора?

Типичная функция заключается в передаче сигнала переменного тока звуковой частоты с выхода усилителя на динамик, при этом блокируя подачу постоянного тока от звуковой катушки динамика.

Также используется для соединения звуковых / радиочастотных сигналов между каскадами цепи усиления, при изоляции постоянного тока между каскадами для упрощения смещения и т. Д.

Типичная функция конденсатора DE-развязки состоит в том, чтобы попытаться изолировать нежелательные сигналы от шин питания или между каскадами в многокаскадной схеме AF / RF / любой другой.

4. Что такое разделительный конденсатор и шунтирующий конденсатор на примере применения?

В то время как развязывающие конденсаторы подключаются параллельно пути сигнала и используются для фильтрации составляющей переменного тока, конденсаторы связи, с другой стороны, подключаются последовательно к пути сигнала и используются для фильтрации составляющей постоянного тока сигнала. .Они используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах.

5. Какое значение имеют шунтирующие конденсаторы, определяют их функции и применение?

Байпасный конденсатор обычно устанавливается между выводами VCC и GND интегральной схемы. Байпасный конденсатор устраняет влияние скачков напряжения на источник питания, а также снижает шум источника питания. Название Bypass Capacitor используется, поскольку он шунтирует высокочастотные компоненты источника питания.

6. Для чего нужен байпасный конденсатор?

Байпасные конденсаторы используются для поддержания низкого импеданса источника питания в точке нагрузки. Паразитное сопротивление и индуктивность в линиях питания означает, что полное сопротивление источника питания может быть довольно высоким. По мере увеличения частоты индуктивные паразиты становятся особенно неприятными.

7. Для чего нужен конденсатор связи и развязки?

Конденсаторы связи пропускают компоненты переменного тока, блокируя компоненты постоянного тока.Разделительные конденсаторы используются в электронных схемах в качестве резервуаров энергии для предотвращения быстрых изменений напряжения. Шунтирующие конденсаторы очищают сигналы постоянного тока, шунтируя нежелательные компоненты переменного тока на землю.

8. Как действует конденсатор связи?

Конденсаторы связи (или блокирующие конденсаторы постоянного тока) используются для развязки сигналов переменного и постоянного тока, чтобы не нарушать точку покоя схемы, когда сигналы переменного тока вводятся на вход. Шунтирующие конденсаторы используются для создания сигнальных токов вокруг элементов, обеспечивая путь с низким импедансом на частоте.

9. Для чего в печатной плате используются разделительные конденсаторы?

Развязка действует как резервуар и действует двумя способами для стабилизации напряжения. Когда напряжение превышает номинальное значение, разделительный конденсатор поглощает избыточные заряды. Между тем, развязывающий конденсатор освобождает заряды при падении напряжения, чтобы обеспечить стабильность питания.

10. Где разместить байпасный конденсатор?

Идеальное место для размещения байпасных конденсаторов — как можно ближе к контакту питания компонента.Размещение байпасного конденсатора очень близко к выводу источника питания снижает влияние скачков тока во время переключения. Он также обеспечивает путь к земле с низким сопротивлением для шумовых сигналов переменного тока.

Альтернативные модели

Часть	Сравнить	Производители	Категория	Описание
ПроизводительНомер детали: W25Q128FVFIG	Сравнить: Текущая часть	Изготовители: Winbond Electronics	Категория: Чип памяти	Описание: Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель Номер детали: W25Q128FVFIG TR	Сравнить: W25Q128FVFIG VS W25Q128FVFIG TR	Изготовители: Winbond Electronics	Категория: Чип памяти	Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель Номер детали: N25Q128A13ESF40E	Сравнить: W25Q128FVFIG против N25Q128A13ESF40E	Производитель: Micron	Категория: Флэш-память	Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128Mbit 128M / 64M / 32M x 1Bit / 2Bit / 4Bit 7ns 16Pin SO W Tray
Производитель № детали: S25FL128P0XMFI000	Сравнить: W25Q128FVFIG VS S25FL128P0XMFI000	Изготовители: Spansion	Категория: Чип памяти	Описание: IC FLASH 128 Мбит 104 МГц 16SO

PULS: блоки питания для DIN-рейки со встроенным резервированием, теперь с защитным покрытием

PULS Power — последнее дополнение к линейке Dimension Серия CP — это защищенный блок со встроенным высокоэффективным полевым МОП-транзистором. функция развязки на основе для безопасной работы с резервированием N + 1 без необходимость во внешнем блоке развязки или использование неэффективных диодов типа «ИЛИ».

Новое семейство блоков питания CP включает Входное напряжение в широком диапазоне 100–240 В переменного тока и выходное напряжение 24 В постоянного тока с номинальным током 10 или 20 А. Версии CPxx.241-R2-C1, защищенные печатной платой с конформным покрытием, являются идеальными. для установки в суровых условиях. Блок питания подходит для использования в аккумулятор или другие системы питания постоянного тока, а модели CPxx.241-R2 имеют улучшенный входной диапазон от 88 до 360 В постоянного тока.

Сверхкомпактные CP10.241 и CP20.241 Диапазон блоков питания составляет всего 39 мм и 48 мм в ширину и может быть указан с любым быстроразъемные клеммы с пружинным зажимом или разъемы с возможностью горячей замены, гарантирующие отсутствие поломки мощность в критически важных приложениях.

Другие стандартные функции включают эффективность до 95,2%, активная коррекция коэффициента мощности (PFC), минимальный пусковой ток скачок напряжения, 20% «запас выходной мощности» для требований пиковой нагрузки, рабочая температура диапазон от -25 до + 70 ° C, диапазон рабочей влажности от 5 до 95% относительной влажности, безопасно Защита от перегрузки «HiccupPLUS», внутренний контакт «DC OK», RoHS и REACH соответствие требованиям и лидирующая на рынке трехлетняя гарантия.

Все сертификаты международных агентств по безопасности выполнены, и серия PULS CP полностью соответствует требованиям опасных местоположения — Класс 1, Раздел 2 Группы A, B, C, D местоположения, IECEx и ATEX дизайн.

Типичные области применения: рельсовые направляющие. приложения, промышленные системы, возобновляемые источники энергии, умные здания и заводы, приводы и средства управления, транспорт, морской, водоподготовка, производство полупроводников, робототехника и медицина.

Для получения дополнительной информации посетите www.pulspower.com.

Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем.