Какой конденсатор нужен для 12 вольт. Выбор конденсатора для систем с напряжением 12 вольт: ключевые параметры и рекомендации

Какие характеристики важны при выборе конденсатора для 12-вольтовых систем. Как влияет емкость конденсатора на работу устройства. Какие типы конденсаторов лучше использовать с напряжением 12В. На что обратить внимание при подборе конденсатора для автомобильной аудиосистемы.

Основные параметры конденсаторов для 12-вольтовых систем

При выборе конденсатора для работы с напряжением 12 вольт необходимо учитывать несколько ключевых характеристик:

• Рабочее напряжение
• Емкость
• Тип диэлектрика
• Допустимый ток пульсаций
• Температурный диапазон
• Габариты

Рассмотрим подробнее каждый из этих параметров и их влияние на работу устройства.

Рабочее напряжение конденсатора

Рабочее напряжение — это максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору в течение всего срока службы. Для 12-вольтовых систем рекомендуется выбирать конденсаторы с номинальным напряжением как минимум 16В, а лучше 25В.

Почему нельзя использовать конденсатор с точно таким же номинальным напряжением, как в системе? Есть несколько причин:

• В реальных условиях напряжение может превышать номинальное на 10-20%
• При включении и выключении возможны кратковременные скачки напряжения
• С течением времени характеристики конденсатора ухудшаются

Запас по напряжению повышает надежность и долговечность работы устройства. При этом использование конденсаторов с слишком высоким номинальным напряжением нецелесообразно, так как они будут иметь большие габариты.

Емкость конденсатора и ее влияние на работу устройства

Емкость конденсатора измеряется в фарадах и показывает, какое количество заряда он может накопить. Для 12-вольтовых систем обычно используются конденсаторы емкостью от нескольких микрофарад до десятков тысяч микрофарад.

Как емкость влияет на работу устройства?

• Сглаживание пульсаций напряжения — чем больше емкость, тем лучше фильтрация
• Накопление энергии — высокая емкость позволяет компенсировать кратковременные просадки напряжения
• Снижение нагрузки на источник питания при пиковом потреблении тока

При этом чрезмерно высокая емкость может привести к большим габаритам, высокой стоимости и увеличению времени зарядки конденсатора при включении устройства.

Типы диэлектриков и их особенности

Для 12-вольтовых систем чаще всего применяются следующие типы конденсаторов:

• Электролитические алюминиевые
• Танталовые
• Полимерные
• Керамические многослойные

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки:

Электролитические алюминиевые конденсаторы

Преимущества:

• Высокая удельная емкость
• Низкая стоимость
• Широкий выбор номиналов

Недостатки:

• Ограниченный срок службы
• Чувствительность к температуре
• Полярность (нельзя подключать в обратном направлении)

Танталовые конденсаторы

Преимущества:

• Высокая надежность
• Стабильность параметров
• Компактные размеры

Недостатки:

• Высокая стоимость
• Чувствительность к перенапряжениям

Полимерные конденсаторы

Преимущества:

• Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
• Высокий допустимый ток пульсаций
• Длительный срок службы

Недостатки:

• Высокая стоимость
• Ограниченный выбор номиналов больших емкостей

Керамические многослойные конденсаторы

Преимущества:

• Отсутствие полярности
• Высокая надежность
• Малые габариты

Недостатки:

• Относительно небольшие емкости
• Зависимость емкости от приложенного напряжения

Выбор типа конденсатора зависит от конкретного применения и требований к устройству.

Допустимый ток пульсаций

Допустимый ток пульсаций — это максимальный переменный ток, который может протекать через конденсатор без его повреждения или значительного сокращения срока службы. Этот параметр особенно важен для конденсаторов, используемых в источниках питания и аудиосистемах.

Как выбрать конденсатор с подходящим током пульсаций?

• Оцените максимальный ток, который будет протекать через конденсатор
• Выберите конденсатор с запасом по току пульсаций в 1.5-2 раза
• Учтите, что при повышении температуры допустимый ток пульсаций снижается

Конденсаторы с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) обычно имеют более высокий допустимый ток пульсаций.

Температурный диапазон работы конденсатора

Температурный диапазон — это интервал температур, в котором конденсатор может нормально функционировать. Для автомобильных и промышленных применений важно выбирать конденсаторы с широким температурным диапазоном.

На что обратить внимание при выборе?

• Минимальная рабочая температура (особенно важно для регионов с холодным климатом)
• Максимальная рабочая температура
• Изменение емкости в зависимости от температуры

Для большинства применений с напряжением 12В подойдут конденсаторы с диапазоном от -40°C до +85°C. Для более требовательных условий могут потребоваться специальные высокотемпературные конденсаторы.

Габариты конденсатора и их влияние на характеристики

Размеры конденсатора важны не только с точки зрения компоновки устройства, но и влияют на его электрические характеристики. Как правило, конденсаторы большего размера имеют:

• Более высокую емкость
• Более высокое рабочее напряжение
• Больший допустимый ток пульсаций
• Меньшее эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

При выборе конденсатора нужно найти оптимальный баланс между требуемыми характеристиками и доступным пространством в устройстве.

Особенности выбора конденсатора для автомобильной аудиосистемы

Конденсаторы в автомобильных аудиосистемах выполняют важную роль — они сглаживают пульсации напряжения и обеспечивают дополнительный заряд при пиковых нагрузках. Как правильно подобрать конденсатор для такого применения?

• Емкость: обычно используются конденсаторы от 0.5 до 2 фарад
• Рабочее напряжение: минимум 16В, лучше 25В
• Тип: чаще всего применяются специальные автомобильные электролитические конденсаторы
• Низкое ESR для минимизации потерь
• Высокий допустимый ток пульсаций
• Широкий температурный диапазон

Важно помнить, что установка конденсатора большой емкости требует соблюдения мер безопасности при монтаже и эксплуатации.

Влияние качества конденсатора на работу устройства

Качество конденсатора может существенно влиять на работу всего устройства. Использование некачественных или неподходящих конденсаторов может привести к:

• Повышенным пульсациям напряжения
• Нестабильной работе устройства
• Перегреву и преждевременному выходу из строя
• Снижению КПД системы
• Появлению шумов в аудиосистемах

Поэтому при выборе конденсаторов для ответственных применений рекомендуется использовать продукцию проверенных производителей и не экономить на качестве компонентов.

Заключение

Выбор правильного конденсатора для 12-вольтовых систем требует учета многих факторов. Ключевые параметры, на которые стоит обратить внимание:

• Рабочее напряжение (не менее 16В)
• Емкость, соответствующая требованиям системы
• Тип диэлектрика, подходящий для конкретного применения
• Допустимый ток пульсаций
• Температурный диапазон работы
• Габариты, соответствующие доступному пространству

Правильно подобранный конденсатор обеспечит надежную и эффективную работу устройства в течение длительного времени. При возникновении сомнений в выборе рекомендуется проконсультироваться со специалистом или обратиться к документации производителя.

Небольшой рассказ о том, как выбрать правильный блок питания.

Я очень люблю ковыряться с разными блоками питания, отчасти это увлечение перешедшее в работу, потому пишу я про них много и часто.

Сегодня обзор блока питания на 5 Вольт.

Но просто сделать обзор было бы совсем скучно, поэтому в этот раз я попробую рассказать какие компоненты в блоке питания за что отвечают и на что надо обращать внимание при выборе блока питания.

В обзоре будет много букв и не очень много фотографий. И хоть я буду стараться писать на понятном языке, но могу сорваться и начать выражаться неприличными словами типа — синфазный, насыщение, утечка и т.п. Если вдруг что то непонятно, спрашивайте, объясню 🙂

Блоки питания бывают разные, жидкие и газообразные мощные и не очень, на высокое напряжение и на низкое, с активным охлаждением и пассивным, с корректором и без, но общие принципы выбора особо не меняются, что я и покажу.

Для примера взят БП 5 Вольт 36 Ватт, но могу выложить статьи и по более мощным ‘собратьям’.

Судя по маркировке, блоки питания в таком корпусе изготавливаются на разную мощность и разные напряжения. мне уже попадался как то 12 Вольт блок питания в таком корпусе.

Технические характеристики блока питания, заявленные на наклейке.

Входное напряжение 100-240 Вольт

Частота питающей сети — 50/60Гц.

Выходное напряжение — 5 Вольт

Выходной ток (максимальный) — 7.2 Ампера

Максимальная мощность — 36 Ватт. Написано что общая, что подразумевали под этим в данном случае, не совсем понятно.

Блок питания относительно небольшой, высота примерно соответствует высоте спичечного коробка и составляет 37мм.

Масса блока питания всего 133 грамма (вообще, чем больше этот параметр, тем лучше, хотя и косвенно).

Длина 85мм, ширина 58мм.

Вход, выход и заземление выведено на один клеммник.

Клеммник имеет крышку, полностью она не открывается, не хватает буквально немного, рядом расположен подстроечный резистор для корректировки выходного напряжения и светодиод, показывающий что блок питания включен.

Так как снаружи блока питания ничего интересного нет, разве что блестящий перфорированный кожух, защищающий от удара током и помех, то посмотрим что внутри и как это все работает.

Отвинчиваем пару винтов и добираемся до внутренностей.

Внешне претензий нет. Первым делом о культуре производства говорит монтаж. Если детали стоят ровно, отсутствуют пустые места на плате, а габаритные компоненты закреплены при помощи клея (ну или герметика), то чаще всего это признаки скорее хорошего БП, чем плохого.

Здесь установлено все аккуратно, но пустые места все таки присутствуют, хоть их и немного.

Внешний осмотр закончен, теперь можно перейти к более детальному описанию.

Для начала конструкция, в этом блоке питания применено пассивное охлаждение компонентов.

Часть тепла передается на алюминиевый корпус, выполняющий роль радиатора. Это довольно таки классический принцип охлаждения подобных блоков питания.

Кстати повысить эффективность охлаждения можно закрепив блок питания к чему то теплорассеивающему. Не рекомендуется крепить такой блок питания на теплоизолирующую поверхность, либо делать это только при условии уменьшения нагрузки.

Тепло на корпус передается от двух деталей, это высоковольтный транзистор и выходной диод, о них я расскажу позже. Между компонентами и корпусом был нанесена теплопроводящая паста, а сами компоненты прижаты стальной пластинкой.

А теперь рассмотрим отдельные части типичного блока питания и я попробую объяснить какие из них за что отвечают.

1. Клеммник, ну тут все понятно, отвечает за подсоединение входных и выходных проводов. при больших токах используют несколько одноименных клемм, например две плюсовые клеммы и две минусовые. Здесь на этом несколько сэкономили, так как выходной ток до 7.2 Ампера, а клемм всего по одной на полюс. Не скажу что это критично, но лучше когда нагрузку можно распределить.

2. Входной фильтр.

3. Диодный мост, выпрямляет сетевое напряжение, иногда устанавливается на радиатор (если выполнен в виде отдельного компонента), но в маломощных это не надо.

4. Конденсатор входного выпрямителя

5. Высоковольтный транзистор

6. Трансформатор

7. Выходной выпрямительный диод.

8. Выходной фильтр питания

9. Узел стабилизации и регулировки выходного напряжения.

Дальше я покажу и опишу вышеуказанные узлы более расширенно.

Входной фильтр питания. На самом деле больше необходим для фильтрации помех, которые проникают от блока питания в сеть. Если у вас фонит радиоприемник при включении импульсного блока питания, то сначала проверьте, а есть ли в нем такой фильтр.

В полном варианте включает в себя дроссель с двумя обмотками, два конденсатора х типа (на фото желтый), два конденсатора Y типа (обычно небольшие голубого цвета). Также в фильтр помех входит конденсатор, соединяющий первичную и вторичную стороны БП, и соединяющий минус выходных клемм с корпусом, но они больше влияют на гашение помех по выходу.

Из-за этих Y1 конденсаторов незаземленный блок питания обычно ‘кусается’.

С дросселем и Х конденсаторами все просто, чем больше индуктивность и емкость, тем лучше, иногда даже применяют двухступенчатые фильтры (два дросселя).

В некоторых случаях фильтр упрощают, оставляя только дроссель, один конденсатор Х типа и один или два Y1 типа (между первичной и вторичной стороной БП и между минусом БП и корпусом). Это также вполне нормальное решение, но иногда вместо дросселя ставят ‘специально обученные перемычки’, либо убирают фильтр совсем, вот так делать нельзя, помехи гарантированы.

В данном случае мы видим ‘эконом вариант’, но вполне работоспособный, его можно было бы не дорабатывать, но производитель вместо правильных Y1 конденсаторов установил обычные высоковольтные (2.2нФ 2КВ). Это небезопасно, так как при пробое таких конденсаторов выход БП окажется соединенным со входом и может ударить током. пробить его может от всплеска напряжения вызванного например мощным разрядом молнии недалеко от линии электропередач.

Вывод, фильтр вполне жизнеспособен, но для безопасной эксплуатации лучше заменить конденсаторы голубого цвета обозначенные на плате как CY на правильные Y1 конденсаторы, либо заземлить корпус БП.

К сожалению подобным грешат наверное 90% недорогих БП.

Также, перед фильтром питания, в импульсных блоках питания устанавливается специальный терморезистор, который ограничивает бросок тока при включении. Здесь его нет, вернее его роль частично выполняет дроссель, это не очень хорошо, но в данном случае терпимо, при большой мощности БП (и соответственно конденсаторах большой емкости) он обязателен, а в особо тяжелых случаях даже стоит специальная схема, которая после включения его замыкает.

Работает он так: пока терморезистор холодный, его сопротивление велико и он ограничивает ток, после включения он нагревается и его сопротивление падает, и он не вносит больших потерь. Но если выключить блок питания, а затем включить не дождавшись остывания терморезистора, то бросок тока почти не будет ограничен.

После входного фильтра установлен диодный мост, который выпрямляет переменный ток, дальше уже постоянный ток поступает на электролитический конденсатор.

Диодный мост бывает также разным, либо из отдельных диодов, либо в виде отдельного компонента, иногда его даже устанавливают на радиатор. В данном случае применено 4 отдельных диода. Диоды самые классические, 1N4007, вполне достаточно для такого блока питания. В дешевых блоках питания применяют вообще один диод, это очень плохо, так как входной конденсатор работает неэффективно.

Входной электролитический конденсатор. Ну тут все просто, чем больше емкость (в разумных пределах), тем лучше.

Для блока питания рассчитанного только под 230 (+/- 10%) необходимо конденсатор емкостью равной мощности БП. Т.е. если блок питания на 90 Ватт, то конденсатор ставят 100мкФ.

Для блоков питания рассчитанных под расширенный диапазон 100-240 Вольт емкость этого конденсатора должна быть больше в 2-3 раза.

В данном случае применен конденсатор емкостью 47мкФ на напряжение 450 Вольт (это очень хорошо, обычно применяют конденсаторы на 400 Вольт). Для входного напряжения 230 Вольт его емкость более чем достаточна (при мощности блока питания в 36 Ватт), но для работы при напряжении 100-150 Вольт он мал.

Емкость конденсатора влияет на следующие характеристики.

1. Диапазон входного напряжения при котором блок питания нормально работает.

2. Срок жизни конденсатора, из-за больших пульсаций конденсатор меньшей емкости состарится раньше, чем больше емкость, тем дольше будет жить.

3. Увеличение емкости положительно влияет на КПД блока питания, хоть и слабо.

Высоковольтный транзистор. Ну тут особо сказать нечего.

Разве что тут не проходит правило — чем больше, тем лучше. Параметры транзистора должны быть оптимальны для примененной микросхемы ШИМ контроллера.

Может влиять максимальное напряжение, у этого транзистора оно равняется 600 Вольт, для данной схемы это вполне нормально, я встречал иногда на 800 Вольт, но это очень большая редкость.

Влияет еще вариант корпуса. Бывают в полностью пластмассовом корпусе, а бывают с металлической частью, тогда транзистор крепится к радиатору/корпусу через изолирующую прокладку. Вариант с полностью изолированным корпусом мне лично нравится больше.

Силовой трансформатор.

Если сильно упростить, то здесь действует правило — чем больше, тем лучше.

В данном БП применена схемотехника ‘обратноходового преобразователя’, т.е. сначала открывается транзистор, ‘накачивает’ трансформатор (на самом деле не совсем именно трансформатор, но это не важно), потом транзистор закрывается и энергия от трансформатора ‘перекачивается’ в нагрузку через выходной диод.

Почему я написал насчет упрощения, дело в том, что размеры трансформатора зависят не только от мощности, а и от частоты работы блока питания. Чем частота выше, тем меньше можно применить трансформатор, но большинство ширпотребных блоков питания работают в диапазоне 60-130КГц, потому правило все таки действует.

Существуют более высокочастотные контроллеры, но высокая частота требует очень качественных материалов для трансформатора, потому цена такого БП будет гораздо выше.

Я встречал в дешевых АТХ блоках питания мощностью 250-300 Ватт трансформаторы размеров с пол спичечного коробка, но это была не работа на очень высокой частоте, а просто дикая экономия 🙁

Иногда спрашивают, а можно перестроить БП с 5 Вольт на 9, или с 19 на 12 ?

Чаще всего нельзя, так как трансформатор имеет определенное соотношение витков в первичной и вторичной обмотке, и перестроенный БП будет работать в не оптимальном режиме. или вообще не будет, так как у трансформатора есть еще одна обмотка, от которой питается микросхема ШИМ контроллера и напряжение на этой обмотке также зависит от напряжения на других обмотках.

В данном блоке питания трансформатор вполне соответствует заявленной мощности.

Выходной выпрямительный диод.

От этого диода довольно сильно зависит надежность работы блока питания, одно из правил, диод должен быть рассчитан на ток в 2. 5-3 раза больше, чем максимальный выходной ток блока питания. В нашем случае это 7.2х3=21.6

В данном блоке питания применена диодная сборка, состоящая из двух диодов. Согласно документации диод рассчитан на 20 Ампер (2х10) и напряжение 100 Вольт.

По току соответствует необходимым параметрам, а по напряжению значительно превышает требуемые.

Обычно для БП 5 Вольт достаточно чтобы диод был рассчитан на 45-60, для БП 12 Вольт на 100 Вольт, для 24 Вольта надо уже 150 Вольт.

Но на самом деле, слишком хорошо это тоже плохо. Объясню почему.

Диоды Шоттки вещь очень хорошая, имеют маленькое падение, быстрое переключение, что положительно сказывается на КПД блока питания и его нагреве.

Но в отличии от обычных диодов у них более выражена разница в зависимости падения на нем от максимального напряжения, на которое рассчитан диод. Т.е. диод на 45 Вольт запросто имеет падение в 1.5 раза меньше чем диод на 100 Вольт. Т.е в данном БП лучше смотрелся бы диод на 30-40 Ампер и 60 Вольт, КПД был бы выше, а цена практически той же.

Т.е. по факту в этом БП применен хороший диод с большим запасом по напряжению, это надежно, думаю что если и сгорит он, то одним из последних, но он просто не совсем оптимален.

Выходной фильтр и узел стабилизации.

Для начала здесь также существуют свои правила, например суммарная емкость конденсаторов желательна из расчете 1000мкФ на каждый 1 Ампер выходного тока, но на самом деле БП вполне нормально работает и при в 2 раза уменьшенной емкости. Не менее важно максимальное напряжение на которое рассчитаны конденсаторы и их тип.

Выходное напряжение обычно желательно:

Для 5 вольт БП — 16, в крайнем случае 10 Вольт, ни в коем случае не 6.3

Для 12 Вольт — 25, в крайнем случае 16.

Для 24 Вольта, 35, ни в коем случае не 25.

Конденсаторы должны быть с низким внутренним сопротивлением (LowESR) и рассчитаны на 105 градусов, тогда будет работать долго.

В этом БП конденсаторы имеют емкость 1000мкФ, что дает в сумме 2000мкФ, исходя из этого максимальный длительный ток не желателен выше 4-5 Ампер. кратковременно можно снимать и больше, но сократится срок службы конденсаторов.

Кстати в этом блоке питания есть место для установки нормальных конденсаторов с диаметром 10мм, хотя сейчас установлены небольшие, диаметром 7мм.

Выходной дроссель, ну тут точно, чем больше, тем лучше. но следует учитывать, что важен не только размер, а и ток, на который рассчитан дроссель. Если дроссель намотан тонким проводом, то он будет греться. А если феррит, на котором намотан дроссель, перегревается, то его характеристики резко ухудшаются (при превышении определенной температуры). примерно на таком принципе работают индукционные паяльники, то там зло обратили во благо, но это уже тему другого обзора.

Здесь применен не очень мощный дроссель, позже при тестах мы к нему еще вернемся.

Схема стабилизации выходного напряжения. О ней я напишу чуть позже, так как она расположена снизу печатной платы, сверху расположен только подстроечный резистор для точной установки выходного напряжения и светодиод, показывающий что блок питания включен и работает (иногда это не одно и то же :).

Постепенно мы дошли до более ‘тонкой’ электроники. В данном БП основная часть компонентов расположена снизу, со стороны дорожек из-за того, что применены безвыводные (SMD) компоненты. В блоке питания могут быть применены и обычные детали, особого значения то не имеет, потому по большому счету на это не стоит особо обращать внимания.

А вот на монтаж платы внимание обращать стоит. Плата должна быть изготовлена качественно, выводы припаяны и обкушены. а не торчать в разные стороны как попало. Желательно чтобы флюс был смыт, как минимум основная его часть.

К данному БП особых претензий нет, вполне заслуженные 4 балла. Не скажу что идеально, скорее нормально.

Я вообще имею привычку покрывать плату лаком после монтажа и промывки, но такое встречается только у брендов верхнего уровня и то чаще в промышленных устройствах.

Немного расстроило отсутствие защитного прореза под оптроном, разделяющим высоковольтную часть и низковольтную. Желательно чтобы были прорезы между близким расположением проводников разных сторон блока питания, это повышает безопасность.

По печатной плате я начертил принципиальную схему. По большому счету я взял схему одного из обозреваемых ранее БП и внес необходимые дополнения и коррективы так как большинство таких блоков питания построено по похожей (если не сказать одинаковой) схемотехнике.

Первичная сторона блока питания поближе.

Отчетливо виден ШИМ контроллер со своей ‘обвязкой’, шунт из нескольких SMD резисторов, а также резисторы, которые входят в состав ‘снаббера’.

Кстати насчет ‘снаббера’, это такой узел, который гасит паразитные выбросы возникающие на высоковольтной обмотке трансформатора, выполняется в нескольких вариациях:

1. Диод + резистор + конденсатор (так сделано в этом БП), на схеме это R3, C3, DB1.

2. Диод + супрессор (аналог очень мощного стабилитрона — ограничителя).

3. Комбинация 1 и 2 пунктов, обычно применяется на больших мощностях.

4. Китайское ноу хау, не ставить его вообще. Так делают обычно в самых дешевых БП, типа зарядных для электронных сигарет и сотовых телефонов, которые продаются по три копейки.

Данный узел влияет на надежность БП

Шунт из нескольких SMD резисторов под номерами 9, 19, 21, 22, 23 предназначен для измерения тока через высоковольтный транзистор, это необходимо для защиты блока питания от перегрузки и короткого замыкания. При выходе блока питания чаще всего уходит в другой мир вместе с высоковольтным транзистором, ШИМ контроллером и резистором, который стоит между транзистором и контролером.

Пайка аккуратная, мало того, компоненты приклеены, это уже одна из ‘примет’ более-менее нормальных блоков питания.

В этом БП применен ШИМ контроллер неизвестного происхождения, но он полностью совпадает по выводам с контроллером 63D39, который в свою очередь является аналогом FAN6862.

В небольших блоках питания применяется три вида схемных решений

1. Микросхема ШИМ контроллера + высоковольтный полевой транзистор.

2. Микросхема мощного ШИМ контроллера у которой внутри находится и полевой транзистор и шунт (иногда вместо шунта измеряется падение на полевом транзисторе в открытом состоянии)

примеры — TOP Powerintegrations, Viper и т. п.

3. Автогенератор, микросхем нет, иногда нет и защиты от превышения тока.

Первые два типа по сути аналогичны, третий гораздо хуже, если вы увидели небольшую микросхему, значит 99% у вас первый тип БП. Если на плате есть высоковольтный транзистор и рядом с ним еще 1-2 транзистора, но меньших размеров, то это на 99% автогенератор.

Здесь применено правильное решение, замечаний нет.

Вторичная сторона, отвечает за выпрямление и стабилизацию выходного напряжения.

Некоторые люди заблуждаются, считая что за стабильность выходного напряжения отвечает первичная сторона (хотя есть и такие варианты БП). За точность стабилизации выходного напряжения отвечает именно вторичная сторона, так как она контролирует поведение первичной.

Отвечает за стабилизацию небольшая микросхемка под названием TL431, на этом фото она в очень маленьком корпусе с тремя выводами под названием V3. Эта микросхема — управляемый стабилитрон, при подаче напряжения с выхода блока питания на эту микросхему она управляет включением оптрона (на фото сверху платы, он между трансформатором и транзистором), который передает команду на ШИМ контроллер и он уже управляет мощностью БП, подстраивая ее так, чтобы на выходе было стабильное напряжение.

Напряжение на микросхему подается через делитель, иногда через просто два резистора, а иногда еще добавлен подстроечный резистор, при помощи которого можно изменить выходное напряжение в небольших пределах.

Существует еще одно заблуждение, что при выходе блока питания из строя, обычно страдает и то, что подключено. Скажу так, такое возможно, теоретически, но реально бывает ОЧЕНЬ редко. Также при выходе БП из строя вторичная сторона страдает реже всего, чаще всего все неприятности происходят на первичной (высоковольтной) стороне.

Иногда некоторые производители не делают стабилизацию выходного напряжения при помощи специальной микросхемы и оптрона, но это не очень хорошо. Мало того, у меня даже есть обзор блока питания, где есть оптрон, но он никуда не подключен.

Бывает даже влияет то, как разведены дорожки через которые измеряется выходное напряжение, это критично, особенно при больших токах.

В общем если есть оптрон и маленькая трехногая микросхема недалеко от выхода БП, то данный БП скорее всего с правильной стабилизацией.

Для большего понимания, что такое первичная (она же ‘горячая’;) сторона и вторичная (она же ‘холодная’;) я разделил на схеме стороны двумя цветами, черным цветом обозначены компоненты, которые относятся к двум сторонам одновременно.

Для начала первое включение (надо же было его когда нибудь включить). все заработало и ничего не сгорело :).

При включении БП показал напряжение на выходе равное 5,12 Вольта.

Проверяем диапазон регулировки, он составляет 4.98-5.19 Вольта, вполне нормально.

После этого выставляем на выходе заявленные 5 Вольт.

Для проверки блока питания я использую ‘стенд’, состоящий из:

Электронной нагрузки

Мультиметра

Осциллографа

Бесконтактного термометра.

Ручки и листика бумаги

Как и в прошлые разы я провожу ступенчатые тесты по 20 минут каждый, поднимая ток нагрузки после успешного прохождения теста. Щуп осциллографа стоит в положении 1:1.

Первый тест проводим без нагрузки, напряжение 5 Вольт, пульсации почти отсутствуют.

2. Нагрузка 2 Ампера, напряжение 5 Вольт, пульсации на уровне 30-40мВ, отлично.

1. Нагрузка 4 Ампера, напряжение 5 Вольт, пульсации около 40мВ, отлично.

2. Нагрузка 6 Ампер, напряжение чуть просело до 4.99 Вольта, пульсации практически неизменны и составляют около 40мВ, отлично.

1. Ток нагрузки 7.2 ампера, напряжение 4.99 Вольта, а вот пульсации очень выросли. Это плохо.

Рост пульсаций обусловлен не только током нагрузки, а скорее нагревом дросселя (вернее его перегревом). Выше я писал, что сердечник дросселя (и трансформатора) меняет свои характеристики при нагреве выше определенной температуры. В данном случае дроссель начинает работать как просто кусок проволоки почти ничего не фильтруя. Если так перегреется трансформатор, то это закончится походом за другим БП. Именно из измерения температур я делаю выводы от том, в каком режиме работает БП и какая его максимальная мощность.

Дроссель в этом БП намотан тонким проводом, потому он имеет большое сопротивление и сильно греется.

Ради эксперимента я охладил дроссель и измерил пульсации под нагрузкой еще раз. на всякий случай я сделал фото экрана осциллографа ‘ в режиме реального времени’, а не в режиме удержания показаний.

2. Тока нагрузки 7.2 Ампера, дроссель охлажден до 88 градусов (правда я невольно немного охладил и весь БП, но в основном охлаждал дроссель), пульсации составляют максимум 50мВ.

Согласно результатам тестирования, была составлена небольшая табличка температур основных элементов данного блока питания.

Немного о температурах.

Пускай вас не пугают температуры под 100 градусов у транзисторов и диодов, при таких температурах они себя вполне нормально чувствуют.

Гораздо более критична температура трансформатора и дросселя, а также электролитических конденсаторов. В данном БП после 1час 40 минут тестирования (последняя колонка + 20 минут под максимальным током) выходные конденсаторы разогрелись до 104. 2 градуса, это очень плохо, но судя по температуре дросселя в 142 градуса я думаю что основной ‘вклад’ в этот результат дал именно он и если его заменить, то температура конденсаторов значительно снизится.

Вообще диоды и транзисторы нормально могут работать и при 130-140 градусов, но я считаю это большой температурой. Раньше в наших справочниках писали — запрещается эксплуатация компонентов при превышении более чем одного из параметров, я стараюсь не превышать вообще никакие параметры.

В данном БП самым греющимся компонентом является выходной дроссель, температуры остальных компонентов даже под максимальным током и после длительного прогрева находятся на безопасном уровне, я был даже удивлен что диод так мало нагрелся.

При измерении температур измерялась температура именно компонента, а не радиатора, на котором он установлен, это дает более точное понимание процесса.

Резюме.

Плюсы

БП отлично держит выходное напряжение, пока это самый лучший результат среди протестированных мною БП.

Уровень пульсаций можно было бы считать очень хорошим, если бы не перегрев дросселя на максимальном токе и последующий рост пульсаций.

Общий нагрев БП находится в пределах допустимого.

Неплохое общее качество изготовления БП.

Входной конденсатор на 450 Вольт

Минусы

Дроссель ‘несоразмерен’ выходному току БП, перегрев.

Выходные конденсаторы установлены заниженной емкости.

Применены не правильные Y, а обычные высоковольтные.

Мое мнение. Данный блок питания можно вполне безопасно эксплуатировать при токе нагрузки до 5-6 Ампер, но если заменить выходной дроссель и конденсаторы, то можно спокойно длительно работать и при токе 7 Ампер. При тесте я кратковременно нагружал его током 7.5 Ампер, работал абсолютно без проблем. т.е. запас по мощности у этого БП есть.

Очень жаль, что опять сэкономили на конденсаторах, соединяющих первичную и вторичную стороны БП и поставили обычные высоковольтные, но судя по моей практике разбора недорогих БП, так делается очень часто 🙁

Обрадовала точность стабилизации выходного напряжения, при изменении тока нагрузки от холостого хода до 7. 5 ампер выходное напряжение снизилось всего на 10мВ, это просто отлично, честно, я не ожидал.

В общем такой себе БП-конструктор с хорошим потенциалом, но буквально ‘просящий’ доработки.

На этом пока все. Надеюсь что немного помог тем, кто испытывает затруднения при выборе блоков питания. Частично обзор является ответом на многие вопросы, которые мне иногда задают, но в планах продолжение (скорее дополнение) данного обзора-объяснения, но уже с другим блоком питания, заметно мощнее.

И все же, что должно быть в нормальном БП

А если кратко по пунктам, то:

Клеммник, при большом токе лучше когда выходных клемм больше одной пары.

Терморезистор (покажу в другом обзоре), в маломощном БП желателен, в мощном обязателен.

Входной дроссель, обязателен если не хотите помех на радиоприемники. да и просто в сеть.

Входной электролитический конденсатор, минимум 400 Вольт, если 450, то вообще отлично, емкость минимум равняется мощности БП в Ваттах.

Высоковольтный транзистор, тут все проще, меньше чем на 600 Вольт еще не встречал (в с такой схемотехникой).

Трансформатор, если грубо, то чем больше, тем лучше. при работе проверить нагрев, если греется более 95-100 градусов — плохо.

Выходной диод, данные есть в тексте, ток не менее 2.5-3 раза от выходного, напряжение не менее 100 Вольт для 12 Вольт БП и не менее 45-60 для 5 Вольт БП

Выходные конденсаторы — Емкость чем больше (но в разумных пределах), тем лучше, но не менее чем 470мкФ на 1 Ампер, лучше 1000мкФ на 1 Ампер. Конденсаторы должны быть LowESR 105 градусов и напряжение не менее 10 Вольт для 5В БП и 25В для 12В БП.

Выходной дроссель, чем больше. тем лучше. Но с максимальным током, соответствующим выходному току БП.

Наличие регулировки выходного напряжения, необязательно, но приветствуется.

Обязательно наличие стабилизации на вторичной стороне.

Обязательно наличие ШИМ контроллера, а не транзисторной схемы.

Все элементы должны быть хорошо прижаты к радиатору/корпусу.

Предохранитель ДОЛЖЕН БЫТЬ.

Обязательно наличие правильных конденсаторов Y типа между сторонами БП (присутствие надписи Y1 на конденсаторе)

Общая аккуратность сборки говорит о контроле со стороны производителя, если БП изначально собран ‘криво’, то от него уже тяжело ждать хороших результатов.

Именно по этим критериям я оцениваю качество блока питания

Про буферные конденсаторы / Хабр

Данная статья — что-то типа небольшого ликбеза, на который меня сподвигла недавняя статья на Хабре, про буферизацию источников питания.

Очень часто разработчикам приходится иметь дело с нестабильными или пульсирующими источниками питания, либо с пульсирующим потреблением. Соответственно, это приводит к провалам и броскам напряжения, вплоть до того, что устройством становится невозможно пользоваться, или оно вообще выходит из строя. Первое, что приходит в голову в таких случаях — поставить буферный конденсатор. Но для того, чтобы этот конденсатор реально помог — необходимо его правильно выбрать. Рассмотрим простейший пример — пропадание питания, которое устройство должно пережить без сбоев.

Прежде всего — в конденсаторе в принципе должно быть запасено достаточно энергии для того, чтобы обеспечить ей устройство на время пропадания основного питания. Допустим, мы питаемся от 12В, устройство потребляет мощность 20 Вт, допустимое минимальное рабочее напряжение — 9В. 2 * C/2) = 0.4. Выражая отсюда C, получаем ёмкость в 12.5 тысяч мкФ. Ближайший сверху номинал — 15 тысяч мкФ. Учитывая требования по напряжению и ассортимент производителей — нам понадобится конденсатор 15000 мкФ 16В (а лучше — 25В). Это довольно большой по своим габаритам конденсатор (примерно с большой палец взрослого человека)

Ещё один момент, на который стоит обратить внимание — это способность конденсатора выдерживать импульсные нагрузки. Конденсатор может иметь огромную ёмкость, но не иметь возможности быстро её отдать. У конденсаторов есть такая характеристика, как ESR, «эффективное последовательное сопротивление». Так, например, у ионисторов может быть огромная ёмкость, измеряемая единицами фарад (ну, или миллионами микрофарад, если так привычнее), но из-за высокого ESR быстро забрать с них весь этот заряд невозможно, а любая попытка забрать большой ток будет приводить к тому, что заметная часть заряда превратится в тепло, нагревающее сам конденсатор.

Вернёмся к примеру выше. Допустим, у нас провал напряжения не 20 мсек, а 1 мсек, но потребляемая мощность не 20 Вт, а 400. То есть, нам надо обеспечить те же самые 0.4Дж энергии. Если считать по ёмкости, то конденсатор нужен тот же самый, но типичный ESR подобного одиночного электролита — десятки миллиОм. Попытка забрать с него ток в 30-40 ампер приведёт к тому, что напряжение на выводах конденсатора упадёт на 1-2 вольта, а примерно 10-15% (или даже больше) накопленной в нём энергии рассеется в тепло. В конечном итоге напряжение просядет ниже допустимого заметно раньше, чем предполагалось. В этом случае необходимо ставить несколько конденсаторов параллельно, причём стараться выбирать lowESR-конденсаторы. Это потребует ещё больше места на плате и внутри устройства в целом.

В целом, у конденсаторов ещё довольно много различных нюансов, но, как правило, уже того, что описано выше — достаточно, чтобы поставить крест на идее поставить буферный конденсатор на вход мощного потребителя

Диаграмма

— какой размер/тип конденсатора необходим автомобильному 12VDC

\$\начало группы\$

Хочу иметь лампочку в качестве дневного ходового огня, которая находится рядом с указателем поворота (мигалкой). Поскольку этот дневной ходовой свет довольно яркий (с прозрачной линзой), я хочу, чтобы он выключался, когда мигает (мигает), и МОЖЕТ оставаться ВЫКЛЮЧЕННЫМ в течение ~ 2+ секунд после того, как мигалка остановится.

Какой емкости и типа конденсатор нужен для сглаживания сигнала от поворотника? (учитывая, что конденсатор успевает зарядиться, пока горит мигалка) Мигалка имеет частоту менее 1 секунды.

1994 BMW 840Ci — это автомобиль, если кто-то хочет или знает, как найти больше информации.

Поворотник — 12В 21Вт
Дневной ходовой огонь — 12В 21Вт
Реле NC
НО Реле ACC — Аксессуары включены

Будем признательны за любые предложения о том, как еще это можно сделать.

А вот и схема того, о чем я думал. Я надеюсь, что кто-то в этом разберется.

С уважением, Gio

Спасибо за участие, я сделал новую схему, которая имеет смысл для меня прямо сейчас. О, парень!

• схема

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Я решил дать второй ответ на основе добавленной вами новой диаграммы.
Во-первых: в вашем реле отсутствует диод (проверьте мою схему). Используйте википедию с «обратным диодом», чтобы узнать, почему это важно.
Второй: На вашей диаграмме дневные ходовые огни включаются, если ваш индикатор горит, а не выключается. Вы должны использовать другой контакт реле.
В-третьих: (вообще пока не заморачивался) Вроде нет возможности отключить дневные ходовые огни. Я предполагаю, что вы хотите, чтобы питание исходило от замка зажигания.
Форт: Как я уже упоминал в комментариях: вы используете реле для переключения другого реле. Если вы действительно хотите использовать два реле, это нормально, но вы можете сделать схему только с одним реле.

Я провел поиск типичного сопротивления катушки и нашел значение от 50 до 200 Ом. Предполагая наихудший случай (50 Ом), ваш транзистор должен переключаться ~ 250 мА. В автомобиле могут быть скачки высокого напряжения (100 В), поэтому используйте NPN с Vce = 100 В, Ic = ~ 1 А. (транзистор TIP31C или аналогичный). Для времени я бы попробовал R = ~ 820 Ом, C = ~ 1000 мкФ.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Нижняя часть диаграммы не будет работать с тем способом, которым вы разместили конденсатор. Ниже вы найдете лучшую схему того, что может работать. Задержка в 2 секунды сильно зависит от количества тока, потребляемого реле. Вам, вероятно, понадобится большой конденсатор с этой схемой.

^{смоделируйте эту схему — схема создана с помощью CircuitLab}

Если вы добавите NPN-транзистор в качестве усилителя, вы можете использовать конденсатор гораздо меньшего размера. Кроме того, нагрузка на драйвер индикатора намного ниже, поэтому ваша схема индикатора, скорее всего, будет работать нормально.

^{имитировать эту схему}

Обе схемы являются принципиальными диаграммами. Боюсь, для подробностей нам нужно больше узнать о реле NO на вашей картинке.

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

батарей — Использование конденсаторов в качестве резервных батарей

Введение

Я не буду касаться суперконденсаторов. Если вы можете жить с электролитическими конденсаторами, есть хитрость: их плотность энергии при низком напряжении не впечатляет. И, чтобы извлечь из них большую часть энергии, вы не можете просто разрядить их, напрямую подключив к нагрузке, которая ожидает небольшой диапазон питающих напряжений. Таким образом вы бы использовали только часть энергии, хранящейся в них. Вам нужен импульсный преобразователь мощности для максимально глубокой разрядки, пока не установится убывающая отдача.

Согласно этому ответу, вы бы хотели использовать конденсаторы, рассчитанные на 400-450 В, так как на единицу объема они дают вам большую часть запасенной энергии. Вы захотите заряжать их до 95% от номинального рабочего напряжения и разряжать до 50-100 В. Более низкое напряжение разряда зависит от того, насколько хороший импульсный преобразователь вы можете собрать для эффективного преобразования более высокого напряжения в низкое выходное напряжение.

К счастью, это решаемая проблема: любой высокоэффективный 12-вольтовый импульсный источник питания с широким входным диапазоном хорошо справляется с разрядкой конденсаторов от пары сотен вольт, выдавая 12 В при больших токах. В источниках с PFC напряжение конденсатора в звене постоянного тока близко к 400 В, так что вы находитесь на территории с идеальной плотностью энергии. Как удобно!

Необходимость в PFC

Без PFC напряжение выпрямителя было бы слишком низким для использования в Японии/США/Канаде, т. е. от 100 до 120 В переменного тока. Вам придется добавить удвоитель напряжения и запитать все питание от удвоенного напряжения выпрямителя, и тогда вы получите переключатель 120/240 В переменного тока, типичный для старых ПК. Это непрактично и не ожидается в современном оборудовании — просто используйте PFC.

Большинство конструкций источников питания переходят от простого выпрямителя к PFC где-то в диапазоне мощностей 150-250 Вт. Поскольку ваша нагрузка составляет 120 Вт, и вы, вероятно, захотите перезарядиться при пиковой температуре 1/3 градуса, мощности 160 Вт будет достаточно. С некоторым допущением снижения номинальных характеристик источник питания мощностью 200 Вт с PFC был бы приемлемым выбором. Избыточная емкость используется для перезарядки батареи конденсаторов, в то время как нагрузка потребляет полную мощность.

Простая конструкция конденсаторной батареи

^{смоделируйте эту схему – схема создана с помощью CircuitLab}

Предложенная выше конструкция никоим образом не идеальна, но она имеет некоторые положительные характеристики с точки зрения обработки режимов отказа и наименьшее вмешательство в работу родительского источника питания.

• Во время нормальной работы, когда C2 полностью заряжен и присутствует переменный ток, батарея конденсаторов отключена от звена постоянного тока. D2 открыт, и через D1 проходит небольшой ток саморазряда.

• Во время запуска зарядный балласт R1 C2 отключается до тех пор, пока выходной преобразователь не запустится успешно. Дополнительная задержка обеспечивается собственной задержкой включения RLY1. Это гарантирует, что условия запуска PFC являются консервативными: как если бы батарея конденсаторов отсутствовала.

• В случае внутреннего отказа преобразователя выходное напряжение пропадает, и батарея конденсаторов быстро отключается. Преобразователь в режиме отказа не должен справляться с непредвиденно высокой емкостью звена постоянного тока.

• При отключении питания переменного тока батарея конденсаторов обеспечивает резервное питание преобразователя с присущей ему задержкой, необходимой конденсатору C1 для разряда падением напряжения на диоде D2.

• Во время работы от резервного питания C1 и C2 включены параллельно.

• Как только израсходована полезная емкость резервной энергии, выход преобразователя отключается, и батарея С2 переходит в режим разряда. Во время нормальной работы ток разряда не протекает, что позволяет экономить энергию.

• Индикаторы заряда C2 X1 и X2 — предположительно светодиоды — настроены на минимальные потери мощности: X1 работает от 12 В и не тратит много энергии на последовательный резистор. X2 работает от напряжения звена постоянного тока только во время разряда C2; его последовательная капельница рассеивает мощность, которую в любом случае нужно было рассеять.

Описание

Схема зарядки конденсаторов проста: последовательный резистор R1 для ограничения зарядного тока через D1 в батарею конденсаторов C2. Если включение происходит редко, потери энергии на резисторе R1 невелики и не оказывают чрезмерного влияния на энергоэффективность устройства. Если это продиктовано требованиями, источник постоянного тока на основе коммутатора может заменить R1.

Банк C2 не нуждается в сверхбыстрой зарядке: зарядка в течение 2-3 минут была бы разумной, учитывая, что приложению требуется 20-30-секундное резервное время, но это можно настроить по мере необходимости. Не забывайте о дополнительной мощности PFC, необходимой для зарядки C2, и соответственно снижайте мощность питания 12 В.

В состоянии покоя, когда выходное напряжение 12В отсутствует, разрядное реле RLY1 подключает С2 параллельно с предохранительным разрядным резистором R2. Следует выбрать разряд батареи C2 до безопасного напряжения 48 В постоянного тока за «разумное» время, скажем, за 10 минут. Тогда постоянная времени C2-R2 будет приблизительно равна 1-2 минутам.

Предохранители F1 и F2 важны. F1 защищает батарею конденсаторов от разрушительного разряда (так называемого большого взрыва) в случае короткого замыкания в звене постоянного тока. F2 защищает RLY1 и связанную с ним проводку, так как он не рассчитан на полный выходной ток 10-15А.

Небезопасное напряжение на С2 отображается энергосберегающим способом двумя индикаторами: Х1 и Х2.

X1 активен, когда присутствует выход постоянного тока. Очевидно, тогда C2 находится под небезопасным напряжением, или F1 или F2 размыкаются — условие, о котором следует знать в любом случае.

Если выход постоянного тока пропал по какой-либо причине — будь то из-за разряда C2 ниже напряжения выключения преобразователя или из-за отказа преобразователя, RLY1 переключает C2 в режим разряда, а X2 берет на себя.

Если горит X1 или X2, предполагается, что C1||C2 находится под небезопасным напряжением.

X2 и R1 обеспечивают резервные пути разряда для конденсаторов звена постоянного тока, хотя и с совершенно разными постоянными времени.

Такие конденсаторные батареи представляют собой опасность возникновения дугового разряда , и без надлежащих мер предосторожности слишком легко получить серьезную травму. Иметь резервный индикатор состояния заряда , чтобы у вас была последняя визуальная индикация того, что вещи заряжены и опасны. Пожалуйста, ознакомьтесь с опасностью дугового разряда в системах конденсаторов/аккумуляторных батарей!

Конденсаторная батарея потенциально будет оставаться заряженной в течение многих лет, если разрядная нагрузка выйдет из строя. Считайте его опасным до тех пор, пока не убедитесь, что оно не опустилось до безопасного напряжения с помощью внешнего надежного прибора.

Никаких украшений на руках или над плечами (ожерелья и т.