Импульсный блок питания своими руками: общие сведения, схема, процесс изготовления устройства своими руками

Содержание

Мощный импульсный блок питания своими руками

В данной статье описан способ изготовления мощного сетевого БП для питания усилителя мощности низкой частоты. Блок питания — основная проблема, с которой приходится сталкиваться после сборки мощных усилителей. Мною было собрано огромное количество блоков питания и хочу поделиться конструкцией наиболее простого и стабильного сетевого ИБП.

Тип блока питания, как уже заметили — импульсный. Такое решение резким образом уменьшает вес и размеры конструкции, но работает не хуже обыкновенного сетевого трансформатора, к которому мы привыкли. Схема собрана на мощном драйвере IR2153. Если микросхема в DIP корпусе, то диод нужно ставить обязательно. На счет диода — обратите внимание, он не обычный, а ультрабыстрый, поскольку рабочая частота генератора составляет десятки килогерц и обычные выпрямительные диоды тут не подойдут.

В моем случае вся схема была собрана на «рассыпухе», поскольку собирал только для проверки работоспособности. Мной схема практически не настраивалась и сразу заработала как швейцарские часы.

Трансформатор — желательно взять готовый, от компьютерного блока питания (подойдет буквально любой, я взял трансформатор с косичкой от блока питания АТХ 350 ватт). На выходе трансформатора можно использовать выпрямитель из диодов ШОТТКИ (тоже можно найти в компьютерных блоках питания), или любые быстрые и ультрабыстрые диоды с током 10 Ампер и более, также можно ставить наши КД213А.

Схему подключайте в сеть через лампу накаливания 220 Вольт 100 ватт, в моем случае все тесты делал инвертором 12-220 с защитой от КЗ и перегруза и только после точной настройки решился подключить в сеть 220 Вольт.

Как должна работать собранная схема?

  • Ключи холодные, без выходной нагрузки (у меня даже с выходной нагрузкой 50 ватт ключи оставались ледяными) .
  • Микросхема не должна перегреваться в ходе работы.
  • На каждом конденсаторе должно быть напряжение порядка 150 Вольт, хотя номинал этого напряжение может откланяться на 10-15 Вольт.
  • Схема должна работать бесшумно.
  • Резистор питания микросхемы (47к) должен чуть перегреваться во время работы, возможен также ничтожный перегрев резистора снаббера (100 Ом).

Основные проблемы, которые возникают после сборки

Проблема 1. Собрали схему, при подключении контрольная лампочка, которая подключена на выход трансформатора мигает, а сама схема издает непонятные звуки.

Решение. Скорее всего не хватает напряжения для питания микросхемы, попробуйте снизить сопротивление резистора 47к до 45, если не поможет, то до 40 и так (с шагом 2-3кОм ) до тех пор, пока схема не заработает нормально.

Проблема 2. Собрали схему, при подаче питания ничего не греется и не взрывается, но напряжение и ток на выходе трансформатора мизерные (почти ровны нулю)

Решение. Замените конденсатор 400Вольт 1мкФ на дроссель 2мГн.

Проблема 3. Один из электролитов сильно греется.

Решение. Скорее всего он нерабочий, замените на новый и заодно проверьте диодный выпрямитель, может именно из-за нерабочего выпрямителя на конденсатор поступает переменка.

Импульсный блок питания на ir2153 можно использовать для питания мощных, высококачественных усилителей, или же использовать в качестве зарядного устройства для мощных свинцовых аккумуляторов, можно и в качестве блока питания — все на ваше усмотрение.

Мощность блока может доходить до 400 ватт, для этого нужно будет использовать трансформатор от АТХ на 450 ватт и заменить электролитические конденсаторы на 470мкФ — и все!

В целом, импульсный блок питания своими руками можно собрать всего за 10-12 $ и то если брать все компоненты из радиомагазина, но у каждого радиолюбителя найдется больше половины радиодеталей, использованных в схеме.

cxema.org - Мощный импульсный блок питания 12В 40А

Такое устройство недавно заказали из местного магазина. Устройство предназначено для запитки стенда сразу с 30- ю автомобильными магнитолами. Ясное дело, если прикинуть, то одна магнитола будет потреблять порядка 1 Ампер тока, это просто если она включена, но если запустить на полную громкость, то потребление одной магнитолы будет в районе 7-8 Ампер. 30 магнитол по 1 А это уже 30 Ампер, а при напряжении 12 Вольт мощность блока питания должна быть не менее 350-400 ватт. Поскольку финансы были ограничены, то собрать такое дело с сетевым трансформатором на 400 ватт крайне не выгодно, вот и решил замутить импульсную схему. Одна из самых простых вариантов построена на высоковольтном полумостовом драйвере

IR2153, не смотря на простоту сборки, такой блок питания может обеспечить заданную мощность. 

Затраты на компоненты не превосходят 10$, при этом блок получился минимальных размеров.

На входе питания построен сетевой фильтр, предохранитель. Термистор сохраняет полевики от бросков напряжения во время подачи питания. Диодный мост построен на 4-х выпрямителях 1N5408, это 3-х Амперный диод с обратным напряжением 1000 Вольт. Конденсаторы 200В 470мкФ - сняты от компьютерного блока питания. Заменой емкости можно поднять или снизить мощность блока питания в целом. Не смотря на то, что нагружал блок питания почти до максимума, но ключи были полностью холодными за 3 минуты работы. Сами ключи через изоляции укреплены на общий теплоотвод небольших размеров. Отдув осуществляется кулером, который питает отдельный бп на 3 ватта, такой блок был снят из светодиодного светильника. Такое решение обусловлено тем, что в случае запитки кулера от общей шины 12 Вольт, может образоваться фон, а это в свою очередь приводит к искажениям, если к блоку подключена автомагнитола. 
Трансформатор пришлось мотать с нуля.

Сердечник был взят из компьютерного блока питания. Все промышленные обмотки нужно убрать и мотать свою. Сетевая обмотка состоит из 40 витков провода 0,8мм. Вторичная обмотка намотана шиной из 7жил провода 0,8 мм, обмотка состоит из 2х3 витков. На выходе стоит сдвоенный диод шоттки 2х30А, теплоотводом для него служит корпус блока питания, а сам корпус был взят из компового БП.

Ограничительный резистор для запитки микросхемы нужен мощный (2 ватт) в процессе работы он может немножко перегреваться, номинал может отклониться в ту или иную сторону на 10%. 

В итоге получился очень мощный блок питания, который уже неделю питает стенд с автомагнитолами, работает 12 часов в сутки без перерывов. 

С уважением - АКА КАСЬЯН

Экономичный двухполярный импульсный блок питания своими руками

Данный самодельный двухполярный импульсный блок питания можно применить для питания различных радиоэлектронных устройств, в частности 15 ваттного усилителя звука на TDA2030.

Технические параметры импульсного блока питания:

Стенд для пайки со светодиодной подсветкой

Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка...

  • мощность —  180 Вт
  • напряжение на выходе — 2 x 25 вольт
  • ток  нагрузки — 3,5 А.

Описание работы импульсного блока питания

  В первую очередь происходит выпрямление переменного напряжения электросети диодным мостом VD1, пульсация которого сглаживается емкостями C1-C4. Для уменьшения тока заряда, протекающего через эти конденсаторы в момент включения импульсного блока  питания, в схему добавлено сопротивление R1.

Далее выпрямленное напряжение идет на полумостовой инвертор (преобразователь напряжения), собранный на транзисторах VT1-VT2. Нагрузкой данного преобразователя служит I обмотка трансформатора T1, он же также служит гальванической развязкой с электросетью. Емкости C3, С4 играют роль ВЧ фильтра. Частота преобразования происходит на частоте 27 кГц.

Напряжение, полученное с третьей обмотки трансформатора T1 идет на первичную обмотку T2, посредством данной обратной связи обеспечивается автоколебательный режим функционирования преобразователя. Для уменьшения напряжения на первичной обмотке добавлено сопротивление R4. Данным сопротивлением в какой-то мере определяется частота работы преобразователя.

Для выполнения стабильного пуска импульсного блока питания и его надежного функционирования собран модуль пуска — генератор на биполярном транзисторе VT3, который работает в лавинном режиме.

В момент подачи питания сквозь сопротивление R6 происходит заряд емкости С9. В случае если на нем напряжение поднимается до 50-70 В, транзистор VT3 мгновенно отпирается и данный конденсатор разряжается. Появившийся в результате разряда импульс тока отпирает VT2 и запускает преобразователь импульсного блока питания.

Каждый транзисторы VT1 и VT2 необходимо разместить на радиаторе с площадью 55 см. Тоже самое нужно проделать и с диодами VD2-VD5.

Параметры трансформаторов импульсного блока питания

Т1 : Два кольца марки М2000НМ, К31х18,5х7

Паяльная станция 2 в 1 с ЖК-дисплеем

Мощность: 800 Вт, температура: 100...480 градусов, поток возду...

  • I – 82 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,5 мм.
  • II – 32 вит. с отводом посередине, ПЭВ-2 диаметр 1 мм.
  • III – 2 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.

Т2 : Кольцо марки М2000НМ, К10х6х5

  • I – 10 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.
  • II – 6 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.
  • III – 6 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.

Для стабильного запуска III обмотка Т1 должна быть намотана на месте, не занятом обмоткой II. Обмотки необходимо надежно изолировать друг от друга стеклотканью или любым другим подходящим изоляционным материалом. Диоды КД213А можно заменить на КД213Б. Транзисторы КТ812А возможно поменять на КТ809А, КТ704В, КТ812Б, КТ704А. Конденсаторы C1, C2 на напряжение не менее 160В.

Исправно построенный импульсный блок питания как правило в настройке не нуждается, но в определенных случаях возможно будет подобрать транзистор VT3. Для контроля его работоспособности на некоторое время отсоединяют контакт эмиттера и подключают его к минусовому контакту сетевого выпрямителя.

При исправном транзисторе при помощи осциллографа на емкости С9 можно наблюдать пилообразный электросигнал амплитудой около 20…50 В и частотой несколько герц. Если этого нет, транзистор следует заменить. Смотрите так же схему простого самодельного лабораторного блока питания.

Импульсный блок питания своими руками

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Принцип работы импульсного блока питания заключается в ряде последовательных преобразований питающего напряжения:

  • выпрямление входного напряжения;
  • инвертирование, то есть, генерация сигнала с частотой от десятков до сотен килогерц;
  • трансформация высокочастотных импульсов до требуемого уровня;
  • выпрямление и фильтрация полученного напряжения.

Цепочка преобразований в описании принципа работы импульсного блока питания выглядит достаточно громоздкой и даже лишённой смысла. Однако нужно учесть что в данной схеме преобразуется напряжение, частота которого в отдельных моделях составляет 200 кГц (а не 50 Гц, как в трансформаторных источниках питания).

Трансформаторы, которые работают на высоких частотах, называют импульсными. Обычно они используют магнитопровод тороидальной формы (в виде бублика) небольшого размера. Это позволило уменьшить вес и габариты блока той же мощности более чем на порядок.

Тор обычно изготавливается штамповкой из пермаллоя — сплава, состоящего из железа и никеля, магнитопровод же низкочастотного трансформатора набирается из тонких пластин электротехнической стали.

Принцип инверторного преобразования дает возможность создать сверхминиатюрные аппараты электродуговой сварки, работа которых возможна от обычной бытовой розетки, способные сваривать металл до 10 мм толщиной, легко переносимые в небольшой сумке с плечевым ремнём.

Базовые принципы, на которых основано устройство импульсного блока питания не новы, всё находится в рамках давно устоявшихся представлений об электричестве. Что же мешало создать их раньше? Причина в технологии.

Главными электронными компонентами инверторного преобразователя импульсного блока являются элементы схемы, способные работать с высокими частотой и напряжением и большими токовыми нагрузками.

Раньше, компонентов, отвечающих этим требованиям, просто не существовало. Настоящий прорыв в развитии и распространении инверторных технологий произошёл после того, как мировым производителям электроники удалось наладить массовое производство мощных IGBT – транзисторов, а также полевых транзисторов по технологии MOSFET.

Они отличаются очень малым значением тока управления, что обеспечивает высокий КПД блока.

Кроме мощных транзисторных ключей, инвертор содержит времязадающие цепочки, генерирующие высокочастотные сигналы управления транзисторами.

Применение в этом качестве цифровых микросхем ШИМ – контроллеров позволяет ещё более миниатюризировать электронную часть. Контроллер широтно импульсного модулирования формирует прямоугольные периодические импульсы. В целом схемотехнически импульсные блоки питания относительно просты.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счёт обратной связи этого параметра с задающими цепями ШИМ – контроллера

Принцип работы обратной связи — при отклонении уровня контролируемого параметра на выходе от номинального значения происходит изменение скважности импульсов, формируемых контроллером.. Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности

Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.

Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности. Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.. Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь

Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов. Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.

Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь. Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов

Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.

Описанный принцип стабилизации обеспечивает работу блока питания в очень широком диапазоне изменения питающего напряжения. Резюмируя сказанное, преимущества импульсных блоков питания таковы:

  • малые габариты и вес по сравнению с трансформаторными источниками питания;
  • схемотехническая простота, обусловленная применением интегральных электронных компонентов;
  • возможность работы в широком диапазоне изменения значений входного напряжения.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:

  • входной выпрямитель;
  • блок конденсаторов;
  • схема управления;
  • выходные ключи;
  • импульсный трансформатор;
  • вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.

За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.

Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.

На ШИМ — контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.

Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них. Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.

Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.

Часто производители бытовой техники вообще не предусматривают ремонт, выполняя корпус устройства неразборным или заливая печатную плату вместе с элементами специальным компаундом.

Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения. Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.

Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.

Импульсный источник питания

Еще один пример использования конфигурируемых логических ячеек совместно со встроенными компараторами.
Таймер TMR периодически устанавливает RS-триггер и открывает силовой транзистор. Ток начинает течь через индуктивность, напряжение на резисторе R1 линейно увеличивается. При достижении напряжения на R1 порогового значения срабатывает компаратор COMP1 и сбрасывает триггер, транзистор закрывается. Ток через индуктивность не может прерваться мгновенно, поэтому ток начинает течь через диод D1 и заряжает выходной конденсатор. По срабатыванию таймера триггер снова устанавливается и процесс повторяется.

Рис.17a. Простейший импульсный источник питания.

На рисунке приведена схема повышающего источника, но для других топологий (см. рис. 17b) работа схемы будет аналогичной, поэтому выходной каскад далее рисовать не буду.

схемаописание
повышающий
понижающий
Sepic

Рис.17b. Различные топологии импульсных источников питания

Приведенная на рис. 17a схема выполняет функцию преобразования энергии и работает по пиковому значению тока в индуктивности. Можно ввести еще контур регулирования выходного напряжения. Наиболее просто сделать гистерезисное управление: когда напряжение на выходе ниже нормы – происходит накачка источника, когда напряжение выше – выдача управляющих импульсов на силовой транзистор блокируется.

Рис.17c. ИИП с гистерезисным управлением

Включение силового транзистора будет генерировать помеху, которая может приводить к преждевременному срабатыванию компаратора COMP1. Для избавления от этого можно включить RC-фильтр в цепь между R1 и компаратором, а можно добавить рассматриваемый ранее блок бланкирования (формирование импульса по фронту, см. рис 8а, или рис. 14а), который после включения транзистора будет блокировать сброс триггера на короткий интервал времени.

Рис.17d. Помеха при коммутации силового ключа

Рис.17e. ИИП с гистерезисным управлением и бланкированием помехи переключения.

Элементы U1 и U2 можно привести к реализации на элементах ИЛИ и отнести к входу CLC1, тогда вся логическая часть схемы реализуется на трех ячейках CLC (обычно в микроконтроллерах Microchip имеется 4 ячейки).
Все что на схеме изображено левее силового ключа – находится внутри микроконтроллера, связи периферийных модулей так же осуществляются внутри кристалла микроконтроллера. Напряжения порогов Ref и Ref1 могут задаваться встроенными источниками опорного напряжения или ЦАП. Таким образом, импульсный источник питания с регулируемым выходным напряжением можно реализовать на периферийных модулях микроконтроллера. После первоначального конфигурирования схема будет работать полностью аппаратно без необходимости участия ядра в поддержании функции преобразователя. Ядро может заниматься интерфейсными задачами, индикации контроля и др.

Вообще, для построения импульсных источников питания в новых семействах PIC16F17xx микроконтроллеров Microchip есть дополнительные аналоговые (операционные усилители) и специализированные периферийные модули: модули пилообразной компенсации (Slope Compensation) и программируемый рамп-генератор (Programmable Ramp Generator, PRG), операционные усилители, модуль формирования комплементарных выходных сигналов (COG), HLT таймера. Но об этих частях ПНЯ постараемся рассказать в следующий раз.

Периферия независимая от ядра интересна сама по себе, но наибольшую пользу может принести возможность синтеза функциональных блоков, т.е. совместное использование нескольких периферийных модулей для решения конкретных задач. В этом случае тактовая частота, быстродействие и разрядность ядра уходят на второй план – аппаратная часть выполняет специализированные функции, а ядро занимается программной поддержкой работы изделия.

Изготовление трансформатора

Так как у нас кольцо, скорее всего грани его будут под углом 90 градусов, и если провод мотать прямо на кольцо, возможно повреждение лаковой изоляции, и как следствие межвитковое КЗ и тому подобное. Дабы исключить этот момент, грани можно аккуратно спилить напильником, или же обмотать Х/Б изолентой. После этого можно мотать первичку.

После того как намотали, еще раз заматываем изолентой кольцо с первичной обмоткой.

Затем сверху мотаем вторичную обмотку, правда тут чуть сложней.

Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6+6 витков, и 6 жил. То есть, нам нужно намотать две обмотки по 6 витков 6 жилами провода 0,63 (можно выбрать, предварительно написав в поле с желаемым диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков 6 жилами, а потом еще раз такую же. Что бы сделать этот процесс проще, можно, и даже нужно мотать в две шины (шина-6 жил одной обмотки), так мы избегаем перекоса по напряжению (хотя он может быть, но маленький, и часто не критичный).

По желанию, вторичную обмотку можно изолировать, но не обязательно. Теперь после этого припаиваем трансформатор первичной обмоткой к плате, вторичную к выпрямителю, а выпрямитель у меня использован однополярный со средней точкой.

Расход меди конечно больше, но меньше потерей (соответственно меньше нагрева), и можно использовать всего одну диодную сборку с БП АТХ отслуживший свой срок, или просто нерабочий. Первое включение обязательно проводим с включённой в разрыв питания от сети лампочкой, в моем случае просто вытащил предохранитель, и в его гнездо отлично вставляется вилка от лампы.

Если лампа вспыхнула и погасла, это нормально, так как зарядился сетевой конденсатор, но у меня данного явления не было, либо из-за термистора, или из-за того, что я временно поставил конденсатор всего на 82 мкФ, а может все месте обеспечивает плавный пуск. В итоге если никаких неполадок нету, можно включать в сеть ИИП. У меня при нагрузке 5-10 А, ниже 12 В не просаживалось, то что нужно для питания авто усилителей!

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ

Источники вторичного напряжения инверторного типа используются повсеместно, как в быту, так и в промышленной технике. Перечень устройств и бытовых приборов, в которых реализована схема электропитания, работающая по принципу инверторного преобразователя:

  • все виды компьютерной техники;
  • телевизионная и звуковоспроизводящая аппаратура;
  • пылесосы, стиральные машины, кухонная техника;
  • источники бесперебойного электроснабжения различного назначения;
  • системы видеонаблюдения, комплексы охранной сигнализации.

Исполнение инверторных источников зависит от условий эксплуатации и назначения. Блоки питания, встроенные в электроприбор, выполняются бескорпусными. Они могут располагаться внутри основного изделия на отдельной плате, или быть интегрированы в общую плату электроприбора.

Существуют источники электропитания для автономного применения, к ним могут подключаться различные потребители. Примером могут служить зарядные устройства, источники электропитания систем видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации. Такие блоки питания размещаются в отдельном корпусе и комплектуются штекерами и проводами для подключения.

  *  *  *

2014-2020 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Оцените статью:

Импульсные блоки питания: ремонт за 7 шагов

Все современные электрические приборы, использующие цифровые технологии, питаются от встроенных блоков, работающих в импульсном режиме.

Они снабжаются защитами, имеют качественный монтаж, но из-за скачков напряжения в сети или ошибок человека все же выходят из строя: тогда дорогой бытовой помощник перестает работать.

Чтобы вы могли с минимальными потерями выйти из этой ситуации, я подробно объясняю все про импульсные блоки питания, ремонт своими руками их неисправностей.

Содержание статьи

Вначале предлагаю немного отойти от темы, чтобы вспомнить подсобный справочный материал. Если он вам не нужен, то сразу переходите к вопросам ремонта.

Импульсные блоки питания — как работают: краткий обзор схем

Структурная схема импульсного блока питания поясняется мнемоническими символами формы напряжения над каждым его составным блоком, а связи взаимодействия обозначены стрелками.

Принципиальную схему удобно представлять таким видом.

Монтажная плата одного из устройств с расположением деталей показана на фотографии ниже с моими комментариями.

Естественно, что это только частный случай, который, скорее всего не совпадет с вашим ИБП. Здесь я преследую простую цель — напомнить принципы взаимодействия составных частей блока.

Если вам необходимо более подробно ознакомиться с этими вопросами, то читайте специально написанную статью.

Правила безопасности с электрическим током: как исключить риски и защититься от удара током при ремонте ИБП

На всех существующих схемах импульсных блоков питания рядом с первичными цепями 220 вольт расположены вторичные — выходного напряжения. Их все необходимо измерить и оценить.

Правила безопасности с электрическим током требуют не допускать необученных людей к работам под напряжением. Поэтому обязательно ознакомьтесь с ними заранее.

Я же заострю ваше внимание только на трех вопросах:

  1. Работайте под напряжением только одной рукой: вторую засуньте в карман и не доставайте — сразу снизите риск попадания под действие электрического тока.
  2. Накопительные конденсаторы длительно хранят запасенную энергию даже при отключенном напряжении, требуют осторожного обращения.
  3. Подключайте импульсный блок питания для проверок только через разделительный трансформатор.

Электрическое сопротивление человеческого тела очень низкое: наш организм состоит из жидкостей. Если работать под напряжением двумя руками, то существует большая вероятность создать путь для прохождения тока короткого замыкания через свое тело.

А ведь несколько десятков миллиампер уже могут вызвать фибрилляцию сердца.

Мгновенный разряд конденсатора тоже способен причинить большой вред организму. Не советую испытывать судьбу: проверять на себе работу электрошокера.

Накопленный емкостной заряд следует предварительно снимать. Причем делать это не простой закороткой его выводов пинцетом или перемычкой, а резистивным сопротивлением в десятки килоом. Иначе могут возникнуть большие токи, которые элементарно повредят исправный конденсатор.

Разделительный трансформатор отделяет подключенный к нему потребитель от цепей питающей подстанции. Его применение исключает стекание тока через тело человека по контуру земли.

Величина тока короткого замыкания во вторичной цепи 220 разделительного трансформатора ограничивается мощностью, которую может передавать его магнитопровод.

Эта схема подключения допускает касание одной рукой (не двумя) любого места вторичной обмотки трансформатора или подключенного к ней источника бесперебойного питания.

Подключать ИБП к вторичной цепи разделительного трансформатора рекомендую через лампу накаливания.

Ее же с мощностью 60-100 ватт допустимо использовать в качестве токоограничивающей нагрузки при ремонте блока без разделительного трансформатора. Она уменьшит аварийный ток, может спасти транзистор от выгорания.

Как отремонтировать импульсный блок питания своими руками: важные советы для начинающих

Профессиональный электрик всегда начинает работу с подготовки рабочего места, инструмента и оценки рисков, которые необходимо предотвратить.

Следует хорошо представлять, что ремонтировать импульсный блок питания своими руками — значит работать под напряжением в действующих цепях.

Подготовительные работы: где найти схему импульсного блока питания и какие нужны измерительные приборы

Сейчас производители электротехнического оборудования хранят в тайне свои профессиональные секреты: схемы ИБП в свободном доступе нет. Мы же собрались делать ремонт своими руками, а не в специализированном сервисе.

Поступаем следующим образом:

  1. Вскрываем корпус и осматриваем электронную плату.
  2. Находим мощный транзистор (выходной ключ) и микросхему (ШИМ-контроллер). Иногда они могут быть объединены общим корпусом.
  3. Записываем маркировку и по ней ищем в справочниках или через интернет полное описание (data sheet).
  4. Изучаем по найденной документации выводы микросхемы, способы ее подключения и сравниваем полученные сведения с реальной конструкцией.

На малогабаритных микросхемах полная маркировка не всегда помещается. Тогда производители делают кодовое обозначение из нескольких букв и цифр. По нему сложнее искать информацию, придется упорнее потрудиться.

Технологию поверхностного монтажа печатных плат и способы маркировки деталей хорошо объясняет в своем видеоролике Влад ЩЧ. Рекомендую посмотреть.

Без измерительного электрического инструмента отремонтировать ИБП вряд ли получится. Можно обойтись старыми стрелочными приборами — тестерами, как мой Ц4324.

Они позволяют измерять большинство электрических параметров с достаточным для ремонта классом точности, но требуют повышенного внимания и выполнения дополнительных вычислений.

Сейчас намного удобнее использовать для замеров цифровой мультиметр.

Все правила обращения с ним для новичков я очень подробно объяснил в специально опубликованной статье. Надеюсь, что она будет вам полезна.

Большую помощь в поиске неисправностей окажет осциллограф. Он позволяет просмотреть осциллограммы напряжений практически каждого узла ИБП.

По их виду и величинам довольно просто оценивать работоспособность каждого электронного элемента в составе схемы. Для снятия замеров подойдет любая модель: старая аналоговая или современная цифровая.

Но, если осциллографа нет, то отчаиваться не стоит. В подавляющем большинстве случаев можно обойтись цифровым мультиметром или стрелочным тестером.

Алгоритм ремонта импульсного блока питания: полная инструкция из 7 последовательных шагов

Неисправности внутри ИБП можно разделить на две категории:

  1. Явное выгорание с обугливанием деталей, дорожек, взрывы конденсаторов.
  2. Тихая потеря работоспособности без проявления внешних повреждений.

Алгоритм ремонта импульсного блока питания состоит из двух последовательных этапов: вначале проводят первичные проверки без подачи напряжения, а затем — замеряют величины электрических характеристик.

Первый этап ремонта предусматривает обязательное выполнение шагов №1 и 2 только с отключенным питанием.

Шаг №1: внешний и внутренний осмотр

Первоначально вам придется вскрыть корпус и внимательно осмотреть его содержимое. Все, что вызывает сомнения, необходимо тщательно проверить.

Первый тип повреждения таит в себе ту опасность, что определить маркировку сгоревших деталей бывает сложно, а то и невозможно. На этом этапе ремонт может остановиться.

Шаг №2: проверка входного напряжения

Во втором случае поиск места дефекта начинают с проверки наличия цепей питания 220 вольт. Часто возникает повреждение сетевого шнура или перегорание предохранителя.

Плавкая вставка предохранителя обычно перегорает от пробоя полупроводникового перехода диодов выпрямительного моста, транзисторных ключей или дефектов блока, управляющего дежурным режимом.

Все это надо проверить мультиметром: его переводят в режим омметра и замеряют состояние электрического сопротивления указанных цепочек, ищут обрыв, который необходимо устранить.

Сразу скажу, что не стоит успокаиваться, если обнаружили сгоревший предохранитель: он так просто не выходит из строя. Явно в цепи ИБП возникло короткое замыкание или перегруз: придется искать дополнительно поврежденные детали.

Если повреждений нет, то импульсный блок питания размещают на диэлектрическом основании стола и подают на него 220 вольт.

Входное напряжение надо проверить мультиметром в режиме вольтметра, провести измерения на входе сетевого фильтра и после плавкой вставки предохранителя.

Шаг №3: проверка состояния сетевого фильтра и выпрямителя

Работоспособность этой схемы следует определять вольтметром в режиме измерения переменного напряжения. Обращайте внимание на величину его сигнала на входе и выходе. У исправного прибора амплитуда гармоник практически не должна отличаться.

Качество фильтрации посторонних помех хорошо показывает осциллограф, но если он отсутствует, то это не так уж и страшно. Его замеры могут понадобиться в исключительных случаях, их допустимо пропустить.

Также проверяется работа выпрямителя: вольтметр для замера выходного напряжения переключают в режим цепей постоянного тока. Его концы устанавливают на ножки электролитического конденсатора или их дорожки.

Когда напряжение на выходе из фильтра или выпрямителя не укладывается в норму, то придется проверять исправность всех деталей, которые входят в его схему.

В первую очередь обращайте внимание на электролитические конденсаторы, которые при излишнем нагреве усыхают, теряя емкость, а то и взрываются. Сразу оцените правильность их геометрической формы.

Любое малейшее искажение, особенно вздутый конденсатор — признак внутреннего повреждения. Если геометрия не нарушена, то приступают к электрическим замерам.

Стрелочным тестером это можно сделать двумя способами:

  1. Конденсатор разряжают. Прибор переводят в режим омметра и его внутренним источником заряжают емкость: просто щупы ставят на ножки и выдерживают небольшое время.

Затем цешку переводят в режим вольтметра и наблюдают за разрядом емкости. Способ приблизительный, оценочный, но довольно быстрый.

  • Более точно, но сложнее оценить конденсатор можно измерением его емкостного сопротивления. Через него пропускают синусоидальный ток, оценивают замерами его величину и падение напряжения. По закону Ома вычисляют емкостное сопротивление Хс. По нему рассчитывают емкость конденсатора C.

Цифровой мультиметр позволяет просто определить величину емкости обычным замером. Внутри него уже есть встроенный генератор, а процессы измерения тока с напряжением, как и вычисления, автоматизированы.

Во вторую очередь анализируйте исправность диодов. Все они, включая силовые, должны проводить ток только в одну сторону. Их работоспособность оценивают мультиметром в режиме омметра или прозвонки.

Шаг №4: проверка работы инвертора

Учитываем, что схема построения каждого высокочастотного генератора собирается не только из различных деталей, но и с большим разнообразием конструкторских решений.

Часто генератор объединен в составе электронной платы с высокочастотным трансформатором, а также выходным выпрямителем и фильтром. Мы будем исходить из того, что точной схемы построения ИБП у нас нет: проверяем ее по внешним, косвенным признакам.

Работаем мультиметром в режиме вольтметра: последовательно оцениваем амплитуды напряжений на разных точках инверторной схемы. Учитываем, что прибор показывает действующие величины, а не максимальные, амплитудные.

Осциллограф с делителем напряжений здесь более уместен: он покажет еще и форму каждого сигнала, что может значительно облегчить поиск неисправности.

Шаг №5: проверка выходных напряжений

Обращаю внимание, что многие ИБП, особенно компьютерные, на выходе имеют несколько цепей, отличающихся по величине напряжения, например, 12, 5 и 3,3 вольта. Причем они могут собираться на разные нагрузки.

Их все надо проверить электрическими замерами. Чтобы запустить компьютерный блок в работу необходимо закоротить управляющий сигнал запуска БП PS_On на нулевой провод черного цвета.

Подача напряжения питания на компьютерный ИБП в режиме холостого хода вредна для электронной схемы. Сокращается ресурс его работы.

Для проверки под напряжением рекомендуется собрать простую схему из обычных резисторов. Желательно их выбирать большой мощности и ставить на радиаторы или делать принудительный обдув на время проверки.

Если в качестве нагрузки использовать рабочие блоки компьютера, например CD привод, HDD или материнскую плату, как иногда рекомендуют отдельные мастера, то велика вероятность того, что не устраненная еще неисправность блока питания повредит и их.

Шаг №6: проверка работы защиты от перегрузок

Операция проводится после проверки качества выходных напряжений на всех участках схемы.

Импульсные блоки питания для сложных электронных устройств (мониторы, цифровые телевизоры и подобная техника) имеют в своем составе токовую защиту. Она снимает питание с подключенной цепи при возникновении в ней опасных токов, превышающих номинальную величину.

Эта защита работает от встроенного датчика тока, сигнал с которого о перегрузке подается на управляющую микросхему. Она, в свою очередь, отключает питание выходным силовым контактом с создавшегося аварийного режима.

Тема эта очень большая, обширная. Принципы построения токовой защиты в импульсных блоках питания доступно объясняет владелец видеоролика Ростислав Михайлов.

Шаг №7: проверка схемы стабилизации выходных напряжений

На этом заключительном этапе оценивается работа блока управления инвертором при меняющемся входном напряжении питания по действию схемы обратной связи.

Алгоритм проверки состоит из следующих этапов:

  1. ИБП отключают от цепей входного напряжения 220 вольт.
  2. К выходу оптопары подключают стрелочный тестер, переключенный в режим омметра, хотя можно использовать и цифровой мультиметр.
  3. На выход блока питания +/-12 V подают постоянное напряжение от регулируемого источника, меняют его величину и контролируют срабатывание оптопары по показаниям омметра.

При пониженном напряжении оптопара будет иметь высокое электрическое сопротивление, а при достижении на схеме уровня 12 вольт ее выход откроется, и стрелка омметра резко снизит свои показания.

Такое срабатывание свидетельствует о совместной исправности стабилитрона, оптопары и схемы стабилизации.

Не помешает также отдельно проверить целостность силового транзистора. Но предварительно его необходимо выпаять из платы.

Если позволяют габариты блока, то его можно доработать заменой:

  • выпрямительных диодов повышенной мощности;
  • накопительных конденсаторов большей емкости и напряжения.

Такие простые действия продлят ресурс работы, на который рассчитан импульсный блок питания, а его ремонт своими руками принесет несомненную пользу владельцу. Если у вас возникнут вопросы по этой теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Я отвечу.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ СВОИМИ РУКАМИ

ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ СОДЕРЖИТ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО АНИМИРОВАННЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ!!!

       

       

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

      Прежде чем приступить к описанию принципа работы импульсных источников питания следует вспомнить некоторые детали из общего курса физики, а именно что такое электричество, что такое магнитное поле и как они зависят друг от друга.
Сильно глубоко мы не будем углублятся и о причинах возникновения электричества в различных объектах мы тоже умолчим — для этого нужно просто тупо перепечатать 1/4 курса физики, поэтому будем надеятся, что читатель знает что такое электричество не по надписям на табличах «НЕ ВЛЕЗАЙ — УБЬЕТ!». Однако для начала напомним какое оно бывает, это самое электричество, точнее напряжение.

Ну а теперь, чисто теоритически, предположим, что в качестве нагрузки у нас выступает проводник, т.е. самый обычный отрезок провода. Что происходит в нем, когда через него протекает ток наглядно показанно на следующем рисунке:

Если с проводником и магнитным полем вокруг него все понятно, то сложим проводник не в кольцо, а в несколько колец, чтобы наша катушка индуктивности проявила себя активней и посмотрим что будет происходить дальше.

На этом самом месте имеет смысл попить чаю и дать мозгу усвоить только что узнанное. Если же мозг не устал, или же эта информация уже известна, то смотрим дальше

В качестве силовых транзисторов в импульсных блока питания используются биполярные транзисторы, полевые(MOSFET) и IGBT. Какой именно силовой транзистор использовать решает только производитель устройств, поскольку и те, и другие и третьи имеют и свои достоинства, и свои недостатки. Однако было бы не справедливым не заметить, что биполярные транзисторы в мощных источника питания практически не используются. Транзисторы MOSFET лучше использовать при частотах преобразования от 30 кГц до 100 кГц, а вот IGBT «любят частоты пониже — выше 30 кГц уже лучше не использовать.
Биполярные транзисторы хороши тем, что они довольно быстро закрываются, поскольку ток коллектора зависит от тока базы, но вот в открытом состоянии имеют довольно большое сопротивление, а это означает, что на них будет довольно большое падение напряжения, что однозначно ведет к лишнему нагреву самого транзистора.
Полевые имеют в открытом состоянии очень маленькое активное сопротивление, что не вызывает большого выделения тепла. Однако чем мощнее транзистор, тем больше его емкость затвора, а для ее зарядки-разрядки требуются довольно большие токи. Данная зависимость емкости затвора от мощности транзистора вызвана тем, что используемые для источников питания полевые транзисторы изготавливаются по технологии MOSFET, суть которой заключается в использовании параллельного включения нескольких полевых транзисторов с изолированным затвором и выполненных на одном кристалле. И чем мощенее транзистор, тем большее количество параллельных транзисторов используется а емкости затворов суммируются.
Попыткой найти компромисс являются транзисторы, выполненные по технологии IGBT, поскольку являются составными элементами. Ходят слухи, что получилисьони чисто случайно, при попытке повторить MOSFET, но вот вместо полевых транзисторов, получились не совсем полевые и не совсем биполярные. В качестве управляющего электрода выступает затвор встроенного внутрь полевого транзистора не большой мощности, который своими истоком-стоком уже управляет током баз мощных биполярных транзисторов, включенных параллельно и выполненных на одном кристалле данного транзстора. Таким образом получается довольно маленькая емкость затвора и не очень большое активное сопротивление в открытом состоянии.
Основных схем включения силовой части не так уж и много:
АВТОГЕНЕРАТОРНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ. Используют положительную связь, обычно индукционную. Простота подобных источников питания накладывает на них некоторые ограничения — подобные источники питания «любят» постоянную, не меняющуюся нагрузку, поскольку нагрузка влияет на параметры обратной связи. Подобные источники бывают как однотактные, так и двухтактные.
ИМПУЛЬСНИНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ. Данные источники питания так же делятся на однотактыные и двухтактные. Первые хоть и лояльней относятся к меняющейся нагрузке, но все же не очень устойчиво поддерживают необходимый запас мощности. А аудиотехника имеет довольно большой разброс по потреблению — в режиме паузы усилитель потребляет единицы ватт (ток покоя оконечного каскада), а на пиках аудиосигнала потребление может достигать десятков или даже сотен ватт.
Таким образом единственным, максимально приемлемым вариантом импульсных источником питания для аудиотехники является использование двухтактных схем с принудительным возбуждением. Так же не стоит забывать о том, что при высокочастотном преобразовании необходимо уделять более тщательное внимание к фильтрации вторичного напряжения, поскольку появление помех по питанию в звуковом диапазоне сведут на нет все старания по изготовлению импульсного источника питания для усилителя мощности. По этой же причине частота преобразования уводится по дальше от звукового диапазона. Самой популярной частотой преобразования раньше была частота в районе 40 кГц, но современная элементная база позволяет производить преобразование на частотах гораздо выше — вплоть до 100 кГц.
Различают два базовых вида данных импульсных источников — стабилизированные и не стабилизированные.
Стабилизированные источники питания используют широтноимпульсную модуляцию, суть которой заключается в формровании выходного напряжения за счет регулировки длительности подаваемого в первиную обмотку напряжения, а компенсация отсутствия импульсов осуществляется LC цепочками, включенными на выходе вторичного питания. Большим плюсом стабилизированных источников питания является стабильность выходного напряжения, не зависящая ни от входного напряжения сети 220 В, ни от потребляемой мощности.
Не стабилизированные просто управляют силовой частью с постоянной частотой и длительностью импульсов и от обычного трансформатора отличаются лишь габаритами и гораздо меньшими емкостями конденсаторов вторичного питания. Выходное напряжение напрямую зависит от сети 220 В, и имеет небольшую зависисмость от потребляемой мощности (на холостом ходу напряжение несколько выше рассчетного).
Самыми популярными схемами силовой части импульсных источников питания являются:
Со средней точкой (ПУШ-ПУЛЛ). Используются обычно в низковольтных источниках питания, поскольку имеет некоторые особенности в требованиях к элементной базе. Диапазон мощностей довольно большой.
Полумостовые. Самая популярная схема в сетевых ипульсных источниках питания. Диапазон мощностей до 3000 Вт. Дальнейшее увеличение мощности возможно, но уже по стоимости доходит до уровня мостового варианта, поэтому несколько не экономично.
Мостовые. Данная схема не экономична на малых мощностях, поскольку содержит удвоенное количество силовых ключей. Поэтому чаще всего используется на мощностях от 2000 Вт. Максимальные мощности находятся в пределах 10000 Вт. Данная схемотехника является основной при изготовлении сварочных аппаратов.
Рассмотрим подробнее кто есть кто и как работает.

            СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

Как было показанно — данную схемотехнику силовой части не рекомендуется использовать для создания сетевых источников питания, однако НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ не значит НЕЛЬЗЯ. Просто необходимо более тщательно подходить к выбору элементной базы и изготовлению силового трансформатора, а так же учитывать довольно большие напряжения при разводке печатной платы.
Максимальную же популярность данный силовой каскад получил в автомобильной аудитехнике, а так же в источниках бесперебойного питания. Однако на этом поприще данная схемотехника притерпевает некоторые неудобства, а именно ограничение максимальной мощности. И дело не в элементной базе — на сегодня совсем не являются дефицитными MOSFET транзисторы с мгновенными значениями тока сток-исток в 50-100 А. Дело в габаритной мощности самого трансформатора, а точнее в первичной обмотке.
Проблема заключается… Впрочем для большей убедительности воспользуемся программой расчетов моточных данных высокочастотных трансформаторов.
Возьмем 5 колец типоразмера К45х28х8 с проницаемостью M2000HM1-А, заложем частоту преобразования 54 кГц и первичную обмотку в 24 В (две полуобмотки по 12 В) В итоге получаем, что мощность данный сердечник сможет развить 658 вт, но вот первичная обмотка должна содержать 5 витков, т.е. по 2,5 витка на одну полуобмотку. Как то не естественно маловато… Однако стоит поднять частоту преобразорвания до 88 кГц как получится всего 2 (!) витка на полуобмотку, хотя мощность выглядит весьма заманчиво — 1000 Вт.
Вроде с такими результатами можно смириться и равномерно по всему кольцу распределить 2 витка тоже, если сильно постараться, можно, но вот качество феррита оставляет желать лучшего, да и M2000HM1-А на частотах выше 60 кГц уже сам по себе греется довольно сильно, ну а на 90 кГц его уже обдувать надо.
Так что как не крути, но получается замкнутый круг — увеличивая габариты для получения большей мощности мы слишком сильно уменьшаем количество витков первичной обмотки, увеличивая частоту мы опять же уменьшаем количество витков первичной обмотки, но еще в довеско получаем лишнее тепло.
Именно по этой причине для получения мощностей свыше 600 Вт используют сдвоенные преобразователи — один модуль управления выдает управляющие импульсны на два одинаковых силовых модуля, содержащих два силовых трансформатора. Выходные напряжения обоих трансформаторов суммируются. Именно таким способом организуется питания сверхмощных автмобильных усилителей заводского производства и с одного силовго модуля снимается порядка 500..700 Вт и не более. Способов суммирования несколько:
— суммирования переменного напряжения. Ток в первичные обмотки трансформаторов подается синхронно, следовательно и выходные напряжения синхронны и могут соединяться последовательно. Соединять вторичные обмотки параллельно от двух трансформаторов не рекомендуется — небольшая разница в намотке или качестве феррита приводит в большим потерям и снижению надежности.
— суммирование после выпрямителей, т.е. постоянного напряжения. Самый оптимальный вариант — один силовой модуль выдает положительное напряжение для усилителя мощности, а второй — отрицательное.
— формирование питания для усилителей с двух уровневым питанием сложением двух идентичных двухполярных напряжений.

            ПОЛУМОСТОВАЯ

Полумостовая схема имеет довольно много достоинств — проста, следовательно надежна, легка в повторении, не содержит дефицитных деталей, может выполняться как на биполярных, так и на полывых транзисторах. Транзисторы IGBT в ней тоже прекрано работают. Однако слабое место у нее есть. Это проходные конденсаторы. Дело в том, что при больших мощностях через них протекает довольно большой ток и качество готового импульсного источника питания на прямую зависит от качества именно этого компонента.
А проблема заключается в том, что конденсаторы постоянно перезаряжаются, следовательно они должны иметь минимальное сопротивление ВЫВОД-ОБКЛАДКА, поскольку при большом сопротивлении на этом участке будет выделяться довольно много тепла и в конце концов вывод просто отгорит. Поэтому в качестве проходных конденсаторов необходимо использовать пленочные конденсаторы, причем емкость одного конденсатора может достигать емкости 4,7 мкФ в крайнем случае, если используется один конденсатор — схема с одни кондлесатром тоже довольно часто используется, по принципу выходного каскада УМЗЧ с однполярным питанием. Если же используются два конденсатора на 4,7 мкФ (точка их соединения подключена к обмотке трансформатора, а свободные выводы к плюсовой и минусовой шинам питания), то данная комплектация вполне пригодна для питания усилителей мощности — суммарная емкость для переменного напряжения преобразования складывает и в итоге получается равной 4,7 мкФ + 4,7 мкФ = 9,4 мкФ. Однако данный вариант не расчитан для догосрочного непрерывного использования с максимальной нагрузкой — необходимо разделять суммарную емкость на несколько конденсаторов.
При необходимости получения больших емкостей (низкая частота преоразования) лучше использовать несколько конденсаторов меньшей емкости (например 5 штук по 1 мкФ соединенных параллельно). Однако большое количество включенных параллельно конденсаторов довольно сильно увеличивает габариты устройства, да и суммарная стоимость все гирлянды конденсаторов получается не маленькой. Поэтому, при необходимости получить большую мощность имеет смысл воспользоваться мостовой схемой.
Для полумостового варианта мощности выше 3000 Вт не желательны — уж больно громоздкими будут платы с проходными конденсаторами. Использование в качестве проходных конденсаторов электролитических имеет смысл, но лишь на мощностях до 1000 Вт, посокольку на больших частотах электролиты не эффективны и начинаю греться. Бумажные конденсаторы в каестве проходных показали себя очень хорошо, но вот их габариты…
Для большей наглядности мы приводим таблицу зависимости реактивного сопротивления конденсатора от частоты и емкости (Ом):

Емкость конденсатора Частота преобразования
30 кГц 40 кГц 50 кГц 60 кГц 70 кГц 80 кГц 90 кГц 100 кГц
0,1 мкФ 53 39,8 31,8 26,5 22,7 19,9 17,7 15,9
0,22 мкФ 24,1 18 14,5 12 10,3 9 8 7,2
0,33 мкФ 16 12 9,6 8 6,9 6 5,4 4,8
0,47 мкФ 11,9 8,5 6,8 5,6 4,8 4,2 3,8 3,4
1,0 мкФ 5,3 4 3,2 2,7 2,3 2 1,8 1,6
2,2 мкФ 2,4 1,8 1,4 1,2 1 0,9 0,8 0,7
3,3 мкФ 1,6 1,2 1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5
4,7 мкФ 1,1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3

На всякий случай напоминаем, что при использовании двух конденсаторо (один на плюс, второй на минус) финальная емкость будет равна сумме емкостей этих конденсаторов. Итоговое сопротивление не выделает тепла, поскольку реактивное, но может повлиять на КПД источника питания при максимальных нагрузках — напряжение на выходе начнет уменьшаться, не смотря на то, что габаритная мощность силового трансформатора вполне достаточна.

            МОСТОВАЯ

Мостовая схема пригодна для любых мощностей, но наиболее эффективна на больших мощностях (для сетевых источников питания это мощности от 2000 Вт). Схема содержит две пары силовых транзисторов, управляемых синхроно, но необходимость гальванической развязки эмиттеров верхенй пары вносит некоторые неудобства. Однако эта проблема вполне решаема при использовании трансформаторов управления или же специализированных микросхем, например для полевых транзисторов вполен можно использовать IR2110 — специализированная разработка компании International Rectifier.

Однако силовая часть не имеет ни какого смысла, если ею не управляет модуль управления.
Специализированных микросхем, способных управлять силовой частью импульсных источников питания довольно много, однако наиболее удачной разработкой в этой области является TL494, которая появилась еще в прошлом веке, тем не менее не утратила своей актуальности, поскольку содержит ВСЕ необходимые узлы для управления силовой частью импульсных источников питания. О популярности данной микросхемы прежде всего говорит выпуск ее сразу несколькими крупными производителями электронных компонентов.
Рассмотрим принцип действия данной микросхемы, которую с полной ответственностью можно назвать контроллером, поскольку она обладет ВСЕМИ необходимыми узлами.

ЧАСТЬ I


ЧАСТЬ II

В чем же заключается собственно ШИМ способ регулировки напряжения?
В основу способа положена все таже инерционность индуктивности, т.е. ее не способность мгновенно пропустить ток. Поэтому регулируя длительность импульсов можно изменять финальное постоянное напряжение. Причем для импульсных источников питания это лучше делать в первичных цепях и таким образом экономить средства на создание источника питания, поскольку данный источник будет исполнять сразу две роли:
— преобразование напряжения;
— стабилизацию выходного напряжения.
Причем тепла при этом будет выделяться гораздо меньше по сравнению с линейным стабилизатором, установленным на выходе не стабилизированно импульсного блока питания.
Для больше наглядности стоит посмотреть рисунок, приведенный ниже:

      На рисунке приведена схема-эквивалент импульсного стабилизатора в котором в качестве силового ключа выступает генерато прямоугольных импульсов V1, а R1 в качестве нагрузки. Как видно из рисунка при фиксированной амплитуде выходных импульсов в 50 В, изменяя длительность импульсов можно в широких пределах изменять подаваемое на нагрузку напряжение, причем с очень маленькими тепловыми поетрями, зависищами лишь от параметров используемого силового ключа.

С принципами работы силовой части разобрались, с управлением тоже. Осталось соединить оба узла и получить готовый импульсный источник питания.
Нагрузочная способность контроллера TL494 не очень большая, хотя ее хватает для управления одной парой силовых транзисторов типа IRFZ44. Однако для более мощных транзисторов уже необходимы усилители тока, способные развить необходимы тока на управляющих электродах силовых транзисторов. Поскольку мы стараемся снизить габариты источника питания и уйти подальше от звукового диапазона, то оптимальным использованием в качестве силовых транзисторов будут полевые транзисторы, выполненные по технологии MOSFET.


Варианты структур при изготовлении MOSFET.

      С одной стороны — для управления полевым транзистором не нужны большие токи — они открываются напряжением. Однако в этой бочке меда есть ложка дегтя, в данном случае заключающаяся в том, что хоть затвор и имеет огромное активное сопротивление, не потребляющее тока для управления транзистором, но затвор имеет емкость. А для ее заряда и разряда как раз и нужны большие токи, поскольку на больших частотах преобразования реактивное сопротивление уже снижается до пределов которые нельзя игнорировать. И чем больше мощность силового MOSFET транзистора тем больше емкость его затвора.
Для примера возьмем IRF740 (400 V, 10A), у которого емкость затвора составляет 1400 пкФ и IRFP460 (500 V, 20 A), у которого емкость затвора составляет 4200 пкФ. Поскольку и у первого, и у второго напряжение затвора не должно быть более ± 20 В, то в качестве управляющих импульсов возьмем напряжение 15 В и посмотрим в симмуляторе что происходит при частоте генератора в 100 кГц на резисторах R1 и R2, которые включены последовательно с конденсаторами на 1400 пкФ и 4200 пкФ.


Тестовый стенд.

      При протекании через активную нагрузку тока на ней образуется падение напряжения, по этой величене и можно судить о мгновенных значениях протекающего тока.


Падение на резисторе R1.

      Как видно из рисунка сразу при появлении управляющего импульса на резисторе R1 падает примерно 10,7 В. При сопротивлении 10 Ом это означает, что мгновенное значения тока достигает 1, А (!). Как только импульс заканчивается на резисторе R1 падает так же 10,7 В, следовательно и для того, чтобы разрядить конденсатор С1 требуется ток около 1 А..
Для зарядки-разрядки емкости в 4200 пкФ через резистор 10 Ом требуется 1,3 А, поскольку на резисторе 10 Ом падает 13,4 В.

      Вывод напрашивается сам собой — для зарядки-разрядки емкостей затворов необходимо, чтобы каска, работающий на затворы силовых транзисторов, выдерживал довольно большие токи, не смотря на то, что суммарное потребление довольно мало.
Для ограничения мгновенных значений тока в затворах полевых транзисторов обычно используют токоограничивающие резисторы от 33 до 100 Ом. Чрезмерное уменьшение этих резисторов повышает мгновенное значение проеткающих токов, а увеличение — увеличивает длительность работы силового транзистора в линейном режиме, что влечет необоснованный нагрев последних.
Довольно часто используется цепочка состоящая из соединенных параллельно резистора и диода. Данная хитрость используется прежде всего для того, чтобы разгрузить управляющий каскад на время зарядки и ускорить разрядку емкости затвора.


Фрагмент однотактного преобразователя.

      Таким образом достигается не мгновенное появление тока в обмотке силового трансформатора, а несколько линейное. Хотя это увеличивает температуру силового каскада, но довольно ощутимо снижает выбосы самоидуции, которые неизбежно появляются при подаче прямоугольного напряжения в обмотку трансформатора.


Самоиндукция в работе однотактного преобразователя
(красная линия — напряжение на обмотке трансформатора, синяя — напряжение питания, зеленая — импульсы управления).

      Итак с теоритической частью разобрались и можно подвести кое какие итоги:
Для создания импульсного источника питания необходим трансформатор, сердечник у которого изготовлен из феррита;
Для стабилизации выходного напряжения импульсного источника питания необходим ШИМ метод с которым вполне успешно справляется контроллер TL494;
Силовая часть со средней точкой наиболее удобна для низковольных импульсных источников питания;
Силовая часть полумостовой схемотехники удобна для малых и средних мощностей, а ее параметы и надежность во многом зависят от коичества и качества проходных конденсаторов;
Силовая часть мостового типа более выгодна для больших мощностей;
При использовании в силовой части MOSFET не стоит забывать о емкости затворов и расчитывать управляющие элементы силовыми транзисторами с поправками на эту емкость;
Поскольку с отдельными узлами разобрались переходим к финальному варианту импульсного источника питания. Поскольку и алгоритм и схемотехника всех полумостовых источников практически одинакова, то для разъяснения какой элемент для чего нужен разберем по косточкам самый популярный, мощностью 400 Вт, с двумя двуполярными выходными напряжениями.


Осталось отметить некоторые ньюнасы:
Резисторы R23, R25, R33, R34 служат для создания RC-фильтра, который крайне желателен при использовании электролитических конденсаторах на выходе импульсных источниках. В идеале конечно же лучше использовать LС-фильтры, но поскольку «потребители» не очень мощные можно вполне обойтись и RC-фильтром. Сопротивление данных резисторов может использоваться от 15 до 47 Ом. R23 лучше мощностью 1 Вт, остальные на 0,5 Вт вполне достаточно.
С25 и R28 — снабер снижающий выбросы самоиндукции в обмотке силового трансформатора. Наиболее эффективны при емкостях около выше 1000 пкф, но в этом случае на резисторе выделяется слишком много тепла. Необходимы в случае когда после выпрямительных диодов вторичного питания отсутствуют дроссели (подавляющее большинство заводской аппаратуры). Если дроссели используются эффективность снаберов не так заметна. Поэтому мы их ставим крайне редко и хуже источники питания от этого не работают.
Если некоторые номиналы элементов отличаются на плате и принципиальной схеме эти номиналы не критичны — можно использовать и те и другие.
Если на плате имеются элементы отсутствующие на принципиальной схеме (обычно это конденсаторы по питанию) то можно их не ставить, хотя с ними будет лучше. Если же решили устанавливать, то не электролитические конденсаторы можно использовать на 0,1…0,47 мкФ, а электролитические такой же емкости как и те, которые получаются с ними включенными параллельно.
На плате ВАРИАНТ 2 Возле радиаторов имеется прямоугольная часть которая высверливается по периметру и на нее устанавливаются кнопки управления источником питания (вкл-выкл). Необходимость данного отверстия обусловлена тем, что вентилятор на 80 мм не умещается по высоте , для того, чтобы закрепить его к радиатору. Поэтому вентиялтор устанавливается ниже основания печатной платы.

ИНСТРУКЦИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКЕ
СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

      Для начала внимательно следует ознакомиться с принципиальной схемой, впрочем это следует делать всегда, перед тем как приступать к сборке. Данный преобразователь напряжения работает по полумостовой схеме. В чем отличие от остальных подробно рассказанно здесь.

      Принципиальная схема упакованна WinRAR старой версии и выполнена на странице WORD-2000, поэтому с распечаткой данной страницы проблем возникнуть не должно. Здесь же мы рассмотрим ее фрагментами, поскольку хочется сохранить высокую читаемость схемы, а целиком на эеран монитора она умещается не совсем корректно. На всякий случай можно пользоватся этим чертежом для представления картины в целом, но лучше распечатать…
На рисунке 1 — фильтр и выпрямитель сетевого напряжения. Фильтр предназначен прежде всего для исключения проникновения импульсных помех от преобразователя в сеть. Выполнен на L-C основе. В качестве индуктивности используется ферритовый сердечник любой формы (стержневые лучше не нужно — большой фон от них) с намотанной одинарной обмоткой. Габариты сердечника зависят от мощности источника питания, поскольку чем мощнее источник, тем больше помех он будет создавать и тем лучше нужен фильтр.


Рисунок 1.

      Примерные габариты сердечников в зависимости от мощности источника питания сведены в таблицу 1. Обмотка мотается до заполения сердечника, диаметр(ы) провода следует выбирать из расчета 4-5 А/мм кв.

Таблица 1
МОЩНОСТЬ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ КОЛЬЦЕВОЙ СЕРДЕЧНИК Ш-ОБРАЗНЫЙ СЕРДЕЧНИК
200-400 Вт Диаметр от 22 до 30 при толщине 6-8 мм Ширина от 24 до 30 при толщине 6-8 мм
400-800 Вт Диаметр от 32 до 40 при толщине 8-10 мм Ширина от 30 до 40 при толщине 8-10 мм
800-1200 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 8-10 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 8-10 мм
1200-1600 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 10-12 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 10-12 мм
2000-2500 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 12-16 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 12-16 мм
2500-3000 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 16-20 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 16-20 мм

Здесь следует немного пояснить почему диаметр(ы) и что такое 4-5 А/мм кв.
Данная категория источников питания относится в высокочастотной. Теперь вспомним курс физики, а именно то место, в котором говорится, что на высоких частотах ток течет не по всему сечению проводника, а по его поверхности. И чем выше частота, тем большая часть сечения проводника остается не задействованной. По этой причине в импульсных высокочастотных устройствах обмотки выполняют с помощью жгутов, т.е. берется несколько более тонкив проводников и складывается вместе. Затем получившийся жгут немного скручивают вдоль оси, чтобы отдельные проводники не торчали в разные стороны во время намотки и этим жгутом наматывают обмотки.
4-5 А/мм кв означает, что напряженность в проводнике может достигать от четырех до пяти Ампер на квадрантный миллиметр. Этот параметр отвечает за нагрев проводника за счет пандения в нем напряжения, ведь проводник имеет, хоть и не большое, но все же сопротивление. В импульсной технике моточные изделия (дроссели, трансформаторы) имеют сравнительно не большие габариты, следовательно охлаждаться они будут хорошо, поэтому напряженность можно использовать именно 4-5 А/мм кв. А вот для традиционных трансформаторов, выполненных на железе, этот параметр не должен превышать 2,5-3 А/мм кв. Сколько проводов и какого сечения поможет расчитать табличка диаметров. Кроме этого табличка подскажет какую мощность можно получить при использовании того или иного количества проводов имеющегося в наличии провода, если использовать его в качестве первичной обмотки силового трансформатора. Открыть табличку.
Емкость конденсатора С4 должна быть не ниже 0,1 мкФ, если он используется вообще. Напряжение 400-630 В. Формулировка если он используется вообще используется не напрасно — основным фильтром является дроссель L1, а его индуктивность получилась довольно большой и вероятность проникновения ВЧ помех сводится практически до нулевых значений.
Диодный мост VD служит для выпрямления переменного сетевого напряжения. В каечстве диодного моста используется сборка типа RS (торцевые выводы). Для мощности в 400 Вт можно использовать RS607, RS807, RS1007 (на 700 В, 6, 8 и 10 А соответственно), поскольку установочные габариты у этих диодных мостов одинаковые.
Конденсаторы С7, С8, С11 и С12 необходимы для снижения импульсных помех, создаваемых диодами во время приближения переменного напряжения к нулю. Емкость данных конденсаторов от 10 нФ до 47 нФ, напряжение не ниже 630 В. Однако проведя несколько замеров было выяснено, что L1 хорошо справляется и с этими помехами, а для исключения влияния по первичным цепях вполне хватает конденсатора С17. Кроме этого свою лепту вносят и емкости конденсаторов С26 и С27 — для первичного напряжения они являются двумя, соединенными последовательно конденсаторами. Поскольку их номиналы равны, то итоговая емккость делится на 2 и эта емкость уже не только служит для работы силового трансформатора, но еще и подавляет импульсные помехи по первичному питанию. Исходя из этого мы отказались от использования С7, С8, С11 и С12, ну а если кому то уж очень хочется их установить, то на плате, со стороны дорожек места вполне достаточно.
Следующий фрагмент схемы — ограничители тока на R8 и R11 (рисунок 2). Данные резисторы необходимы для снижения тока зарядки электролитических конденсаторов С15 и С16. Данная мера необходима, поскольку в момент включения необходим очень большой ток. Ни предохранитель, ни диодный мост VD не способны, пусть даже кратковременно выдержать такой мощный токовый бросок, хотя индуктивность L1 и ограничивает максимальное значение протекающего тока, в данном случае этого не достаточно. Поэтому используются токоограничивающие резисторы. Мощность резисторов в 2 Вт выбрана не столько из за выделяемого тепла, а по причине довольно широкого резистивного слоя, способного кратковременно выдержать ток в 5-10 А. Для источников питания мощностью до 600 Вт можно использовать резисторы мощностью и 1 Вт, либо использовать один резистор мощностью 2 Вт, необходимо лишь соблюсти условие — суммарное сопротивление даннйо цепи не должно быть меньше 150 Ом и не должно быть больше 480 Ом. При слишком низком сопротивлении увеличивается шанс разрушения резистивного слоя, при слишком выском — увеличивается время заряда С15, С16 и напряжение на них не успеет приблизится к максимальному значению как сработает реле К1 и контактам этого реле придется коммутировать слишком большой ток. Если вместо резисторов МЛТ использовать проволочные, то суммарное сопротивление можно уменьшить до 47…68 Ом.
Емкость конденсаторов С15 и С16 выбирается так же в зависимости от мощности источника. Вычислить необходиму емкость можно воспользовавшись не сложной формулой : НА ОДИН ВАТТ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ НЕОБХОДИМ 1 МКФ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ ФИЛЬТРА ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ. Если есть сомнения в своих математических способностях можно воспользоваться табличкой, в которой просто ставите мощность источника питания, который вы собираетесь изготовить и смотрите сколько и каких конденсаторов Вам необходимо. Обратите внимание на то, что плата расчитана на установку сетевых электролитических конденсаторов диаметром 30 мм.


Рисунок 3

      На рисунке 3 показанны гасящие резисторы основная цель которых сформировать стартовое напряжение. Мощность не ниже 2 Вт, на плату устанавливаются парами, друг над дружкой. Сопротивление от 43 кОм до 75 кОм. ОЧЕНЬ желательно, чтобы ВСЕ резисторы были одного номилала — в этом случае тепло распределяется равномерно. Для небольших мощностей используется маленькое реле с небольшим потреблением, поэтому можно обойтись 2 или тремя гасящими резисторами. На плате устанавливаются друг над дружкой.


Рисунок 4

      Рисунок 4 — стабилизатор питания модуля управления — в любом корпусе интергарльный стабилизатор на +15В. Необходим радиатор. Размер… Обычно хватает радиатора от предпоследнего каскада отечественных усилителей. Можно попросить что-то в телемастерских — на телевезионных платах обычно 2-3 подходящих радиатора находятся. Второй как раз используется для охлаждения транзистора VT4, управляющего оборотами вентилятора (рисунок 5 и 6). Конденсаторы С1 и С3 можно использовать и 470 мкФ на 50 В, но такая замена подходит лишь для источников питания, использующих определенный тип реле, у которых сопротивление катушки довольно большое. На более мощных источниках используется более мощное реле и уменьшение емкости С1 и С3 крайне не желательно.


Рисунок 5

Рисунок 6

      Транзистор VT4 — IRF640. Можно заменить на IRF510, IRF520, IRF530, IRF610, IRF620, IRF630, IRF720, IRF730, IRF740 и т.д.. Главное — он должен быть к орпусе ТО-220, иметь максимальное напряжение не ниже 40 В и максимальный ток не менее 1 А.
Транзистор VT1 — практически любой прямой транзистор с максимальным током более 1 А, желательно с маленьким напряжение насыщения. Одинаково хорошо становятся транзисторы в корпусах ТО-126 и ТО-220, поэтому можно подобрать уйму замен. Если прикрутить небольщой радиатор то вполне подойдет даже КТ816 (рисунок 7).


Рисунок 7

      Реле К1 — TRA2 D-12VDC-S-Z или TRA3 L-12VDC-S-2Z. По сути — самое обыкновенное реле с обмоткой на 12 V и контактной группой способной коммутировать 5 А и более. Можно использовать реле, используемые в некоторых телевизрах для включения петли размагничивания, только учтите — контактная группа в подобных реле имеет другую цоколевку и даже если она становится на плату без проблем следует проверить какие выводы замыкаются при подаче напряжения на катушку. Отличаются TRA2 от TRA3 тем, что TRA2 имеют одну контактную группу, способную коммутировать ток до 16 А, а TRA3 имеет 2 контактные группы по 5А.
Кстати сказать — печатная плата предлагается в двух вариантах, а именно с использованием реле и без такового. В варианте без реле не используется система мягкого старта первичного напряжения, поэтому данный вариант пригоден для источника питания мощностью не более 400 Вт, поскольку без токоограничения включать на «прямую» емкость более 470 мкФ крайне не рекомендуется. Кроме того — в качестве диодного моста VD ОБЯЗАТЕЛЬНО должен использоваться мост с максимальным током 10 А, т.е. RS1007. Ну а роль реле в варианте без софт-старта выполняет светодиод. Фунция дежурного режима сохранена.
Кнопки SA2 и SA3 (подразумевается, что SA1 — сетевой выключатель) — кнопки любого типа без фиксации, для которых можно изготовить отдельную печатную плату, а можно закрупить и другим удбным способом. Необходимо помнить, что контакты кнопок гальванически связанны с сетью 220 В, поэтому необходимо исключить вероятность их касания в процессе эксплуатации источника питания.
Аналогов контроллера TL494 довольно много, можно использовать любой, только учтите — у разных производителей возможны некоторые различия параметров. Например при замене одного производителя на другого может измениться частота преобразования, но не сильно, а вот выходное напряжение может измениться вплоть до 15%.
IR2110 в принципе не дефецитный драйвер, да и аналогов у нее не так много — IR2113, но IR2113 имеет большее количество вариантов корпуса, поэтому будьте внимательны — необходим корпус DIP-14.
При монтаже платы вместо микросхем лучше использовать разъемы для микросхем (панельки), идеально — цанговые, но можно и обычные. Данная мера позволит избежать некоторых недоразумений, поскольку брака среди и TL494 (нет выходных импульсов, хотя тактовый генератор работает), и среди IR2110 (нет управляющих импульсов на верхний транзистор) довольно много, так что условия гарантии следует согласовать с продавцом микросхем.


Рисунок 8

      На рисунке 8 показана силовая часть. Диоды VD4…VD5 лучше использовать быстрые, например SF16, но при отсутствии таковых HER108 тоже вполне подойдут. С20 и С21 — суммарная емкость не менее 1 мкФ, поэтому можно использовать 2 конденсатора по 0,47 мкФ. Напряжение не менее 50 В, идеально — пленочный конденсатра на 1 мкФ 63 В (в случае пробоя силовых транзисторов пленочный остается целым, а многослойная керамика погибает). Для источников питания мощностью до 600 Вт сопротивление резисторов R24 и R25 может быть от 22 до 47 Ом, поскольку емкости затворов силовых транзисторов не очень велики.
Силовые транзисторы могут быть любыми из приведенных в таблице 2 (корпус ТО-220 или ТО-220Р).

Таблица 2
Наименование Емкость затвора,
пкФ
Макс напряжение,
В
Макс ток,
А
Тепловая мощн,
Вт
Сопротивление,
Ом
IRF740 1400-1600 400 10 125 0,55
IRF840 1300 500 8 125 0.75-0.85
IRFBC40 1300 600 6 125 1.2
SPA20N60C3 2400 650 20 34 0.19
SPP20N60C3 2400 650 20 200 0.19
STP10NK60ZFP 1400 600 10 35 0.75
STP10NK60Z 1400 600 10 115 0.75
STP14NK60Z 2200 600 13 160 0.5
STP14NK60ZFP 2200 600 13 40 0.5
STP9NK65Z 1150 650 6 125 1.2
STP9NK65ZFP 1150 650 6 30 1.2
STP10NK80Z 2200 800 9 160 0.9
STP10NK80ZFP 2200 800 9 40 0.9
STP17NK40ZPFP 400 15 35 0.23
      Если тепловая мощность не превышает 40 Вт значит корпус транзистора полностью пластмассовый и требуется теплоотвод большей площади, чтобы не доводить температуру кристалла до критического значения.

Напряжение затвора для всех не более ±20 В

Тиристоры VS1 и VS в принципе марка значения не имеет, главное — максимальный ток должен составлять не менее 0,5 А и корпус должен быть ТО-92. Мы используем либо MCR100-8, либо MCR22-8.
Диоды для слаботочного питания (рисунок 9) желательно выбирать с маленьким временем восстановления. Вполне подойдут диоды серии HER, например HER108, но можно использоваь и другие, например SF16, MUR120, UF4007. Резисторы R33 и R34 на 0,5 Вт, сопротивление от 15 до 47 Ом, причем R33=R34. Служебная обмотка, работающая на VD9-VD10 должна быть рассчитана на 20 В стабилизированного напряжения. В таблице расчета обмоток она отмечена красным.


Рисунок 9

      Силовые выпрямительные диоды могут использоваться как в корпусе ТО-220, так и в корпусе ТО-247. В обоих вариантах печатной платы подразумевается, что диоды будут установлены друг над дружкой и с платой соединяться проводниками (рисунок 10). Разумеется, что при установке диодов следует использовать термопасту и изолирующие прокладки (слюду).


Рисунок 10

      В качестве выпрямительных диодов желательно использовать диоды с маленьким временем восстановления, поскольку от этого зависит нагрев диодов на холостом ходу (сказывается внутренняю емкость диодов и они просто греются сами по себе, даже без нагрузки). Список вариантов сведен в таблицу 3

Таблица 3
Наименование Максимальное напряжение,
В
Максимальный ток,
А
Время восстановления,
нано сек
8ETH06 600 8 30
15ETH06 600 15 35
15ETH06FP 600 15 35
30EPH06 600 30 28
30ETH06 600 30 40
40EPF06 600 40 60
HFA15TB60 600 15 60
HFA16TB120 1200 16 30
HFA25TB60 600 25 75
HFA30PB120 1200 30 40
MUR1520 200 15 35
MUR820 200 8 25
MUR860 600 8 50
SF84 200 8 35

Трансформатор тока выполняет две роли — используется именно как трансформатор тока и как индуктивность, включенная последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, что позволяет несколько снизить скорость появляения тока в первичной обмотке, что ведет к уменьшению выбросов самоиндукции (рисунок 11).


Рисунок 11

      Строгих формул для расчета данного трансформатора нет, но вот соблюсти некоторые ограничения настоятельно рекомендуется:

            ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 200 ДО 500 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 12…18 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 400 ДО 800 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 18…26 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 800 ДО 1800 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 22…32 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 1500 ДО 3000 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 32…48 ММ
КОЛЬЦА ФЕРРИТОВЫЕ, ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ 2000, ТОЛЩИНОЙ 6…12 ММ

КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКИ:
3 ВИТКА ДЛЯ ПЛОХИХ УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ И 5 ВИТКОВ ЕСЛИ ВЕНТИЛЯТОР ОБДУВАЕТ НЕПОСРЕДСТВЕННО ПЛАТУ
КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ:
12…14 ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ИЗ 3-Х ВИТКОВ И 20…22 ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ИЗ 5-ТИ ВИТКОВ

ГОРАЗДО УДОБНЕЙ ТРАНСФОРМАТОР НАМОТАТЬ СЕКЦИОННО — ПЕРВИЧНАЯ ОБМОТКА НЕ ПЕРЕХЛЕСТЫВАЕТСЯ СО ВТОРИЧНОЙ. В ЭТОМ СЛУЧАЕ ОТМОТАТЬ-ДОМОТАТЬ ВИТОК К ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКЕ НЕ ПРЕДСТАВЛЯЕТ ТРУДА. В ФИНАЛЕ ПРИ НАГРУЗКЕ В 60% ОТ МАКСИМАЛЬНОЙ НА ВЕРХНЕМ ВЫВОДЕ R27 ДОЛЖНО БЫТЬ ПОРЯДКА 12…15 В
Первичная обмотка трансформатора мотается тем же, что и первичная обмотка силового трансформатора TV2, вторичная двойным проводом диаметром 0,15…0,3 мм.

Для изготовления силового трансформатора импульсного блока птания следует воспользоваться программой для расчета импульсных трансформаторов. Конструктив сердечника принципиального значения не имеет — может быть и тороидальным и Ш-образным. Печатные платы позволяют без проблемно использовать и тот и другой. Если габаритной мощности Ш-образного средечника не хватает его можно так же сложить в пакет, как кольца (рисунок 12).


Рисунок 12

      Ш-образными ферритами можно разжиться в телемастерских — не чато, но трансформаторы питания в телевизорах выходят из строя. Легче всего найти блоки питания от отечественных телевизоров 3…5-го. Не стоит забывать, что в случае, если требуется трансформатор из двух-трех средечников, то ВСЕ средечники должны быть одной марки, т.е. для разборки необходимо использовать трансформаторы одного типа.
Если силовой трансформатор будет изготовлен из колец 2000, то можно воспользоваться таблицей 4.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕАЛЬНЫЙ
ТИПОРАЗМЕР
ПАРАМЕТР ЧАСТОТА ПРЕОБРАЗОРВАНИЯ
МОЖНО БОЛЬШЕ ОПТИМАЛЬНО СИЛЬНЫЙ НАГРЕВ
50 кГц 60 кГц 70 кГц 80 кГц 90 кГц 100 кГц 110 кГц
1 КОЛЬЦО
К40х25х11
К40х25х11 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 130 160 175 200 220 250 270
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 145 120 105 90 80 72 65
2 КОЛЬЦА
К40х25х11
К40х25х22 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 230 280 330 370 420 470 520
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 72 60 52 45 40 36 33
1 КОЛЬЦО
К45х28х8
К45х28х8 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 135 150 180 200 230 240 270
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 174 145 124 110 97 87 79
2 КОЛЬЦА
К45х28х8
К45х28х16 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 240 290 340 390 440 480 530
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 87 73 62 55 49 44 40
3 КОЛЬЦА
К45х28х8
К45х28х24 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 360 440 510 580
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 66 55 47 41
4 КОЛЬЦ А
К45х28х8
К45х28х32 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 490 580
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 50 41
КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ РАСЧИТЫВАЕТСЯ ЧЕРЕЗ ПРОПОРЦИЮ, УЧИТЫВАЯ ТО, ЧТО НАПРЯЖЕНИЕ НА ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКЕ РАВНО 155 В ИЛИ ПРИ ПОМОЩИ ТАБЛИЦЫ (ИЗМЕНЯТЬ ТОЛЬКО ЖЕЛТЫЕ ЯЧЕЙКИ)

Обратите внимание, что стабилизация напряжения осуществляется при помощи ШИМ, следовательно выходное расчетное напряжение вторичных обмоток должно быть минимум на 30 % больше, чем вам необходимо. Оптимальные параметры получаются, когда расчетной напряжение составляет на 50…60% больше, чем необходимо стабилизировать. Например Вам необходим источник с выходным напряжением 50 В, следовательно вторичная обмотка силового трансформатора должна расчитываться на выходное напряжение 75…80 В. В таблице расчетов вторичной обмотки этот коэфициент учтен.
Зависимость частоты преобразования от номиналов С5 и R5 показана на графике:

      Использовать довольно большое сопротивление R5 не рекомендуется — слишком большое магнитное поле находится совсем не далеко и возможны наводки. Поэтому остановимся на «среднем» номинале R5 в 10 кОм. При таком сопротивлении частотозадающего резистора получаются следующие частоты преобразования:

Параметры получены у данного производителя R5 C5 Частота преобразования
10 кОм 680 пкФ 110 кГц
820 пкФ 91 кГц
1000 пкФ 78 кГц
1200 пкФ 67 кГц
1500 пкФ 54 кГц

(!) Тут следует сказать несколько слов о намотке трансформатора. Довольно часто приходят возмущения, мол при самостоятельном изготовлении источник либо не отдает необходиму мощность, либо силовые транзисторы сильно греются даже без нагрузки.
Откровенно говоря с такой проблемой мы тоже сталкнулись используя кольца 2000, но нам было проще — наличие измерительной аппартуры позволило выяснить в чем причина таких казусов, а она оказалась довольно ожидаемой — магнитная проницаемость феррита не соответсвует маркировки. Другими словами на «слабеньких» трансформаторах пришлось отматывать первичную обмотку, на «греющихся силовых транзисторах» наоборот — доматывать.
Немного позже мы отказалиьс от использования колец, однако тот феррит который мы используем вообще был не макрирован, поэтому пошли на радикальные меры. К собранной и отлаженной плате подключается трансформатор с расчетным количеством витков первичной обмотки и изменяется частота преобразования установленным на плату подстроечным резистором (вместо R5 устанавливается подстроечник на 22 кОм). В момент включения частоат преобразования устанавливается в пределах 110 кГц и начинает снижаться вращением движка подстроечного резистора . Таким образом выясняется частота при которой сердечник начинает входить в насыщение, т.е. когда силовые транзисторы начинают греться без нагрузки. Если частота снижается ниже 60 кГц, то первичная обмотка отматывается, если же температура начинает повышаться на 80 кГц, то первичная обмотка доматывается. Таким образом выясняется количество витков именно для этого сердечника и тоько после этого наматывается вторичная обмотка с использованием предлагаемой выше таблички и на упаковках проставляется количество витков первички для того или иного средечника..
Если качество вашего сердечника вызывает сомнения, то лучше изготовить плату, проверить ее на работоспособность и только после этого изготавливать силовой трансформатор используя описанную выше методику..

Дроссель групповой стабилизации. Кое где даже мелькало суждение, что он ну никак не может работать, поскольку через него протекает постоянное напряжение. С одной стороны подобные суждения верны — напряжение действительно одной полярности, значит может быть опознанно как постоянное. Однако автор подобного суждения не учел тот факт, что напряжение хоть и постонное, но оно пульсирующее и во время работы в данном узле происходит далеко не один процесс (протекание тока), а множество, поскольку дроссель содержит не одну обмотку, а минимум две (если выходное напряжение нужно двуполярное) или 4 обмотки, если необходимо два двуполярных напряжения (рисунок 13).

Рисунок 13

Изготовить дроссель можно и на кольце и на Ш-образхном феррите. Габариты конечно же зависят от мощности. Для мощностей до 400-500 Вт хватает средечника от сетевого фильтра питания телевизоров с 54-х см диагональю и выше (рисунок 14). Конструктив сердечника не принципиален

Рисунок 14

      Мотается так же как и силовой трансформатор — из нескольких тонких проводников, свитых в жгут или склеенных в ленту из расчета 4-5 А/мм кв. Теоритически — чем больше витков — тем лучше, поэтому обмотка укладывается до заполнения окна, причем сразу в 2 (если нужен двуполярный источник) или в 4 провода (если нужен источник с двумя двуполярными напряжениями.
После сглаживающих конденсаторов стоят выходные дроссели. Особых требований к ним не предъявляется, габариты… Платы расчитаны на установку сердечников от фильтров сетевого питания телевизоров. Наматывают до заполнения окна, сечение из расчета 4-5 А/мм кв (рисунок 15).



Рисунок 15

Выше упоминалась лента в качетсве обмотки. Здесь следует остановится несколько подробней.
Что лучше? Жгут или лента? И у того и у другого способа есть свои преимущества и недостатки. Изготовление жгута наиболее простой способ — растянул необходимое количество проводов, а затем скрутил их в жгут при помощи дрели. Однако такой способ увеличивает суммарную длину проводников за счет внутреннего кручения, а так же не позволяет добиться идентичности магнитного поля во все проводниках жгута, а это, пусть и не большие, но все же потери на тепло.
Изготовление ленты более трудоемко и немного дороже обходится, поскольку необходимое количество проводников растягивается и затем, при помощи полиуританового клея (ТОП-ТОП, СПЕЦИАЛИСТ, МОМЕНТ-КРИСТАЛЛ) склеивается в ленту. Клей наносят на провод небольшими порциями — по 15…20 см длинны проводника и затем зажав жгут между пальцами как бы втирают его следя за тем, чтобы провода уложились в ленту, на подобии ленточных жгутов, используемых для соединения дисковых носителей с материнской платой IBM компьютеров. После того как клей прихватился наносится новая порция на 15…20 см длины проводов и снова разглаживается пальцами до получения ленты. И так по всей длине проводника (рисунок 16).


Рисунок 16

      После полного высыхания клея производят намотку ленты на сердечник, причем первой наматывается обмотка с большим количеством витков (как правило и меньшим сечением), а сверху уже более сильноточные обмотки. После намотки первого слоя необходимо ленту «уложить» внутри кольца воспользовавшись выструганным из дерева конусообразным колышком. Максимальный диаметр колышка равен внутреннему диаметру используемого кольца, а минимальный — 8…10 мм. Длина конуса должна быть не меньше 20 см и измение диаметра должно быть равномерным. После намотки первого слоя кольцо просто одевают на колышек и с усилием надавливают таким образом, чтобы кольцо довольно сильно заклинило на колышке. Затем кольцо снимают, переворачивают и снова одевают на колышек с тем же усилием. Колышек должен быть достаточно мягким, чтоб не повредить изоляцию обмоточного провода, поэтому твердые породы дерева для этих целей не подойдут. Таким образом проводники укладывают строго по форме внутреннего диаметра сердечника. После намотки следующего слоя провод снова «укладывают» при помощи колышка и так делают после намотки каждого следующего слоя.
После намотки всех обмоток ( не забывая использовать межобмоточную изоляцию) трансформатор желательно прогреть до 80…90°С в течении 30-40 мин (можно воспользоваться духовкой газовой или электрической печки на кухне, но не следует перегревать). При этой температуре полиуритановый клей делается эластичным и снова приобретает клеящие свойства склеивая между собой уже не только проводники расположенные параллельно самой ленте, но и находящиеся сверху, т.е. происходит склеивание слоев обмоток между собой, что добавляет механической жесткости обмоткам и исключает какие либо звуковые эффекты, появление которых иногда случается при плохой стяжке проводников силового трансформатора (рисунок 17).


Рисунок 17

      Плюсами такой намотки является получения идентичного магнитного поля во все проводах ленточного жгута, поскольку геометрически они располагаются одинаково по отношению к магнитному полю. Такой ленточный проводник гораздо легче равномерно распределять по всему периметру сердечника, что очень актуально даже для типовых трансформаторов, а для импульсных является ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ условием. Используя ленту можно добиться довольно плотной намотки, причем увеличив доступ охлаждающего воздуха к виткам, расположенным непосредственно внутри обмотки. Для этого достаточно количество необходимых проводов разделить на два и сделать две одинаковых ленты, которые будут наматываться друг на друга. Таким образом увеличится толщина намотки, но появится большое расстояние между витками ленты, обеспечивая доступ воздуха внутрь трансформатора.
В качестве межслойной изоляции лучше всего использовать фторопластовую пленку — очень эластична, что компенсирует напряженность одного края, возникающего при намотке на кольцо, имеет довольно большое пробивное напряжение, не чувствительна к температурам до 200°С и очень тонкая, т.е. не будет занимать много места в окне сердечника. Но она не всегда имеется под рукой. Использовать виниловую изоленту можно, но она чувствительна к температурам выше 80°С. Изолента на основе материи к температурам устойчива, но имеет маленькое пробивное напряжение, поэтому при ее использовании необходимо наматывать минимум 2 слоя.
Каким бы проводником и в какой бы последовательности Вы не наматывали дроссели и силовой трансформатор следует помнить о длине выводов
Если Дроссели и силовой трансформатор изготавливаются с использованием ферритовых колец, то не надо забывать, что перед намоткой края ферритового кольца следует скруглить, поскольку они достаточно остры, а феррит материал довольно прочный и может повредить изоляцию на обмоточном проводе. После обработки феррит обматывается фторопластовой лентой или матерчатой изолентой и наматывается первая обмотка.
Для полной идентичности одинаковых обмоток обмотки мотаются сразу в два провода (подразумевается сразу в два жгута) которые после намотки прозваниваются и начало одной обмотки соединяется с концом другой.
После намотки трансформатора необходимо удалить лаковую изоляцию на проводах. Это самый не приятный момент, поскольку ОЧЕНЬ трудоемкий.
Прежде всего необходимо зафиксировать вывода на самом трансформаторе и исключить вытягивание отдельных проводов их жгута при механических воздействиях. Если жгут ленточный, т.е. клееный и после намотки прогретый, то достаточно намотать на отводы несколько витков тем же обмоточным проводом непосредственно возле тела трансформатора. Если же используется витой жгут, то его необходимо дополнительно свить у снования вывода и так же зафиксировать, намотав несколько витков провода. Далее вывода либо обжигаются при помощи газовой горелки сразу все, либо зачищаются по одному при помощи канцелярского резака. Если лак отжигался, то после остывания провода защищаются наждачной бумагой и свиваются.
После удаления лака, зачистки и свивки вывода необходимо защитить от окисления, т.е. покрыть канифольным флюсом. Затем трансформатор устанавливают на плату, все вывода, кроме вывода первичной обмотки подключаемого к силовым транзисторам, вставляются в соответствующие отверстия, на всякий случай следует «прозвонить» обмотки. Особое внимание следует обратить на фазировку обмоток, т.е. на соответствие начала обмотки с принципиальной схемой. После того как вывода трансформатора вставлены в отверстия следует их укоротить так, чтобы от конца вывода до печатной платы было 3…4 мм. Затем свитый вывод «раскручивается» и в место пайки помещается АКТИВНЫЙ флюс, т.е. это либо гашенная соляная кислота, на кончик спички берется капелька и переносится в место пайки. Либо в глицерин добавляется ацетил-салициловая кислота кристаллическая (аспирин) до получения кашеобразной консистенции (и то и другое можно приобрести в аптеке, в рецептурном отделе). После этого вывод припаивается к печатной плате, тщательно прогревая и добиваясь равномерного расположения припоя вокруг ВСЕХ проводников отвода. Затем вывод укорачивается по высоте пайки и плата тщательно моется либо спиртом (90% минимум), либо очищенным бензином, либо смесью бензина с растворителем 647 (1:1).

ПЕРВОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ
Включение, проверка работоспособности производится в несколько этапов позволяющих избежать неприятностей, которые однозначно возникнут при ошибке в монтаже.
1. Для проверки данной конструкции потребуется отдельный источник питания с двуполярных напряжением ±15…20 В и мощность 15…20 Вт. Первое включение производят подключив МИНУСОВОЙ ВЫВОД дополнительного источника питания к минусовой первичной шине питания преобразователя, а ОБЩИЙ подключают в плюсовому выводу конденсатора С1 (рисунок 18). Таким образом симмулируется питани модуля управления и он проверяется на работоспосбность без силовой части. Тут желательно использовать осцилограф и частотомер, но если их нет, то можно обойтись и мультиметром, желательно стрелочны (цифровые не адекватно реагируют на пульсирующие напряжения).


Рисунок 18

      На выводах 9 и 10 контроллера TL494 стрелочный прибор, включенный на измерение постоянного напряжения должен показать почти половину напряжения питания, что говорит о том, что на микросхеме имеются прямоугольные импульсы
Так же должно сработать реле К1
2. Если модуль работает нормально, то следует проверить силовую часть, но опять же не от высокого напряжения, а используя доп источник питания (рисунок 19).


Рисунок 19

      При такой последовательности проверки что либо сжечь весьма затруднительно даже при серьезных ошибках монтажа (замыкание между дорожками платы, не пропайка элементов) поскольку мощности дополнительного блока не хватит. После включения проверяется наличие выходных напряжения преобразователя — конечно же оно будет значительно ниже расчетного (при использовании доп источника ±15В выходные напряжения будут занижены примерно в 10 раз, поскольку первичное питание составляет не 310 В а 30 В), тем не менее наличие выходных напряжений говорит о том, что в силовой части нет ошибок и можно переходить к терьей части проврки.
3. Первое включение от сети необходимо производить с токоограничением в качестве которого может выступить обычная лампа накаливания на 40-60 Вт, которую подключают вместо предохранителя. Радиаторы уже должны быть установлены. Таким образом в случае чрезмерного потребления по какой либо причине лампа загорится, а вероятность выхода из строя сведется к минимуму. Если же все нормально, то производят регулировку выходного напряжения резисторовм R26 и проверяют нагрузочную способность источника подключив к выходу такую же лампу накаливания. Включенная вместо предохранителя лампа должна загоряется (яркость зависит от выходного напряжения, т.е. от того какую мощность источник будет отдавать. Выходное напряжение регулируется резистором R26, однако может потебоваться подбор R36.
4. Проверка работоспособности производится с установленным на место предохранителем. В качестве нагрузки можно использовать нихромовую спираль для электропечек мощность 2-3 кВт. Два отрезка провода подпаивают к выходу источника питания, для начала к плечу, с котрого производится контроль выходного напряжения. Один провод прикручивается к концу спирали, на второй устанавливается «крокодил». Теперь, переустанавливая «крокодил» по длине спирали, можно оперативно менять сопротивление нагрузки (рисунок 20).


Рисунок 20

      Будет не лишним на спирали сделать «растяжки» в местах с определенным сопротивлением, например каждые 5 Ом. Подключаясь к «растяжкам» Уже заранее будет известно какая нагрузка и какая выходная мощность на данный момент. Ну а мощность можно вычислить по закону Ома (используется в табличке).
Все это необходимо для регулировки порога срабатывания защиты от перегрузки, которая должна устойчиво срабатывать при превышении реальной мощности на 10-15% расчетную. Так же проверяется как устойчиво источник питания держит нагрузку.

Если источник питания не отдает расчетную мощность значит какая то ошибка закралась при изготовлении трансформатора — смотрим выше как расчитать витки под реальный сердечник.
Осталось внимательно изучить как изготовить печатную плату, а это подробно описанно здесь И можно приступать к сборке. Необходимые чертежи печатной платы с первоисточником в формате LAY лежат в этом архиве. Чертежи в формате Word в этом архиве, ну а краткое описание по сборке здесь.

Если что то не понятно — спрашивайте — и ответим, и дополним архивы.

Не много дополнительной информации:

САМОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
ТОК ПЕРЕГОРАНИЯ, А ДИАМЕТР МЕДНОГО
ПРОВОДА, мм
0,5 0,022
1 0,039
2 0,073
3 0,1
5 0,173
7,5 0,24
10 0,31
15 0,44
20 0,56
Цветовая маркировка резисторов

Цвет знака

Первая
цифра

Вторая
цифра

Третья
цифра

Множе-
тель

Допуск
+/- %

Серебристый

10^-2

10

Золотистый

10^-1

5

Черный

0

1

Коричневый

1

1

1

10

1

Красный

2

2

2

10^2

2

Оранжевый

3

3

3

10^3

Желтый

4

4

4

10^4

Зеленый

5

5

5

10^5

0,5

Голубой

6

6

6

10^6

0,25

Фиолетовый

7

7

7

10^7

0,1

Серый

8

8

8

10^8

0,05

ПРИМЕРНАЯ МОЩНОСТЬ УСИЛИТЕЛЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ
АМПЛИТУДА
ПОКАЗАНИЯ
ОСЦИЛОГРАФА
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ
ПОКАЗАНИЯ
ВОЛЬТМЕТРА
4 Ома 8 Ом АМПЛИТУДА
ПОКАЗАНИЯ
ОСЦИЛОГРАФА
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ
ПОКАЗАНИЯ
ВОЛЬТМЕТРА
4 Ома 8 Ом

1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


17


18


19


20


22


24


26


28


30


32


34


36


38


40


42


44


46


48


50



0,71


1,41


2,12


2,83


3,54


4,24


4,95


5,66


6,36


7,07


7,78


8,49


9,19


9,9


10,61


11,32


12,02


12,73


13,44


14,14


15,56


16,97


18,39


19,8


21,22


22,63


24,05


25,46


26,87


28,29


29,7


31,12


32,53


33,95


35,36



0,13


0,5


1,12


2


3,13


4,49


6,13


8,01


10,11


12,5


15,13


18,02


21,11


24,5


28,14


32,04


36,12


40,51


45,16


49,98


61


72


85


98


113


128


145


162


180


200


221


242


265


288


313



0,06


0,25


0,56


1


1,57


2,25


3,06


4


5,06


6,25


7,57


9,01


10,56


12,25


14,07


16,02


18,06


20,26


22,58


24,99


30


36


42


49


56


64


72


81


90


100


110


121


132


144


156



52


54


56


58


60


62


64


66


68


70


72


74


76


78


80


82


84


86


88


90


92


94


96


98


100


105


110


115


120


125


130


135


140


145


150



36,78


38,19


39,6


41,02


42,43


43,85


45,26


46,68


48,09


49,5


50,92


52,33


53,75


55,16


56,58


57,99


59,41


60,82


62,23


63,65


65,06


66,48


67,89


69,31


70,72


74,26


77,79


81,33


84,87


88,4


91,94


95,47


99,01


102,55


106,08



338


365


392


421


450


481


512


545


578


613


648


685


722


761


800


841


882


925


968


1013


1058


1105


1152


1201


1250


1379


1513


1654


1801


1954


2113


2279


2451


2629


2813



169


182


196


210


225


240


256


272


289


306


324


342


361


380


400


420


441


462


484


506


529


552


576


600


625


689


756


827


900


977


1057


1139


1225


1315


1407


      Обычно амплитуда на выходе мощных усилителей класса АВ на 3…7 В меньше напряжения питания, следовательно если напряжение питания будет составлять ±50 В, то на выходе будет амплитуда 43…47 В, т.е. усилитель мощности может отдать в нагрузку 4 Ома 230…270 Вт.

Делаем импульсный блок питания на UC3842 своими руками

При создании какого-либо устройства может возникнуть проблема создания простого и надежного источника питания. Один из вариантов — импульсный источник питания.

Сегодня много простых схем импульсных блоков питания на минимальном количестве не дефицитных элементов.

В статье, ниже предлагаем описание одного из вариантов простого импульсного блока питания на недорогой микросхеме UC3842.

Схема реализована на основе микросхемы UC3842. Эта микросхема получила широкое распространение, начиная со второй половины 90-х годов. На ней реализовано множество различных источников питания для телевизоров, факсов, видеомагнитофонов и другой техники. Такую популярность UC3842 получила благодаря своей малой стоимости, высокой надежности, простоте схемотехники и минимальной требуемой обвязке.

Принципиальная схема импульсного источника питания на мс UC3842 (КА3842)

На входе блока питания, расположен сетевой выпрямитель напряжения, включающий плавкий предохранитель FU1 на ток 5 А, варистор Р1 на 275 В для защиты блока питания от превышения напряжения в сети, конденсатор С1, терморезистор R1 на 4,7 Ом, диодный мост VD1…VD4 на диодах FR157 (2 А, 600 В) и конденсатор фильтра С2 (220 мкФ на 400 В). Терморезистор R1 в холодном состоянии имеет сопротивление 4,7 Ом, и при включении питания ток заряда конденсатора С2 ограничивается этим сопротивлением. Далее резистор разогревается за счет проходящего через него тока, и его сопротивление падает до десятых долей ома. При этом он практически не влияет на дальнейшую работу схемы.

Резистор R7 обеспечивает питание ИМС в период запуска блока питания. Обмотка II трансформатора Т1, диод VD6, конденсатор С8, резистор R6 и диод VD5 образуют так называемую петлю обратной связи (Loop Feedback), которая обеспечивает питание ИМС в рабочем режиме, и за счет которой осуществляется стабилизация выходных напряжений. Конденсатор С7 является фильтром питания ИМС. Элементы R4, С5 составляют времязадающую цепочку для внутреннего генератора импульсов ИМС.

Резистивный делитель R2, R3 задает напряжение, вырабатываемое петлей обратной связи, на входе усилителя ошибки, другими словами, определяет напряжение стабилизации. Элементы R5, С6 необходимы для компенсации. АЧХ усилителя ошибки. Резистор R9 — токоограничивающий, резистор R13 защищает полевой транзистор VT1 в случае обрыва резистора R9. Резистор R11 является измерительным для определения тока через транзистор VT1. Элементы R10, C10 образуют интегрирующую цепочку, через которую напряжение с резистора R11, являющееся эквивалентом тока через транзистор VT1, поступает на второй компаратор ИМС. Элементы VD7, R8, С9, VD8, С11 и R12 формируют требуемую форму импульсов, устраняют паразитную генерацию фронтов и защищают транзистор от мощных импульсов напряжения.

Трансформатор преобразователя намотан на ферритовом сердечнике с каркасом ETD39 фирмы Siemens+Matsushita. Этот набор отличается круглым центральным керном феррита и большим пространством для толстых проводов. Пластмассовый каркас имеет выводы для восьми обмоток. Намоточные данные трансформатора приведены в таблице, ниже:

Сборка трансформатора осуществляется с помощью специальных крепежных пружин. Следует обратить особое внимание на тщательность изоляции каждого слоя обмоток с помощью лакоткани, а между обмотками I, II и остальными обмотками следует проложить несколько слоев лакоткани, обеспечив надежную изоляцию выходной части схемы от сетевой. Обмотки следует наматывать способом «виток к витку», не перекручивая провода. Естественно, не следует допускать перехлеста проводов соседних витков и петель.

Выходная часть блока питания представлена на рисунке, ниже. Она гальванически развязана от входной части и включает в себя три функционально идентичных блока, состоящих из выпрямителя, LC-фильтра и линейного стабилизатора. Первый блок — стабилизатор на 5 В (5 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора А2 SD1083/84 (DV, LT). Эта микросхема имеет схему включения, корпус и параметры, аналогичные МС КР142ЕН12, однако рабочий ток составляет 7,5 А для SD1083 и 5 А для SD1084.

Второй блок — стабилизатор +12/15 В (1 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора A3 7812 (12 В) или 7815 (15 В). Отечественные аналоги этих ИМС — КР142ЕН8 с соответствующими буквами (Б, В), а также К1157ЕН12/15. Третий блок — стабилизатор -12/15 В (1 А) — выполнен на ИМС линейного стабилизатора. А4 7912 (12 В) или 7915 (15 В). Отечественные аналоги этих ИМС- К1162ЕН12Д5.

Резисторы R14, R17, R18 необходимы для гашения излишнего напряжения на холостом ходу. Конденсаторы С12, С20, С25 выбраны с запасом по напряжению ввиду возможного возрастания напряжения на холостом ходу. Рекомендуется использовать конденсаторы С17, С18, С23, С28 типа К53-1А или К53-4А. Все ИМС устанавливаются на индивидуальные пластинчатые радиаторы с площадью не менее 5 см2.

Конструктивно блок питания выполнен в виде одной односторонней печатной платы, установленной в корпус от блока питания персонального компьютера. Вентилятор и входные сетевые разъемы используются по назначению. Вентилятор подключен к стабилизатору + 12/15 В, хотя возможно сделать дополнительный выпрямитель или стабилизатор на +12 В без особой фильтрации.

Все радиаторы установлены вертикально, перпендикулярно выходящему через вентилятор воздушному потоку.

К выходам стабилизаторов подключены по четыре провода длиной 30…45 мм, каждый комплект выходных проводов обжат специальными пластиковыми зажимами-ремешками в отдельный жгут и оснащен разъемом того же типа, который используется в персональном компьютере для подключения различных периферийных устройств.

Параметры стабилизации определяются параметрами ИМС стабилизаторов. Напряжения пульсаций определяются параметрами самого преобразователя и составляют примерно 0,05% для каждого стабилизатора.

Автор: Семьян А.П.



ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ

П О П У Л Я Р Н О Е:
  • Велосипедный электронный счетчик своими руками
  • История создания

    В пожилом возрасте многие начинают задумываться о собственном здоровье. Например, мой отец в 50 лет начал усиленно не только думать о выше сказанном, но делать зарядку по утрам по 40-50 минут, да ещё с гантелями, да ещё с закаливанием и купанием в проруби. К 60-ти годам заработал инфаркт.

    Учитывая его печальный опыт, я не торопился следовать его методике, делал зарядку не регулярно и без гантелей, купаться в проруби не торопился.

    Подробнее…

  • Стирка ультразвуком!
  • Внедрение передовых энергосберегающих технологий выдвинуло на передовые рубежи прогресса новое устройство бытового назначения — ультразвуковое стирающее устройство. Подробнее…

  • Прибор для магнитотерапии своими руками
  • Схема простого прибора для локальной магнитотерапии

    Многие медицинские приборы можно сделать своими руками. Вот и этот прибор для магнитотерапии имеет простую схему.

    Его можно применить если Вас или Ваших близких мучают боли в суставах от отложения солей (полиартрит, артриты, артрозы), также это устройство можно применять при лечении переломов и заживлении ран и при зубных болях.

    Подробнее…


Популярность: 9 115 просм.

Импульсный источник питания

: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ


Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик - рассылается один раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания - это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

  • Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
  • Коммутация: Импульсный источник питания - это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с проектированием линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в серию высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из электросети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для мощных приложений означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за их низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, эффективнее и способны выдерживать большую мощность. На рисунке 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Входное исправление

Выпрямление - это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала - это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение - это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, подобная той, которая выходит из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), - это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном и том же направлении, но не обязательно постоянным.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной для первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсируется или устраняется, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно добиться с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление

может быть достигнуто с помощью пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно обеспечивать питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется только четыре диода в конфигурации моста (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Мостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это все еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией - уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самым простым и наиболее часто используемым методом уменьшения пульсаций является использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем снабжает нагрузку током до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма волны намного ближе к желаемой форме и может считаться постоянным напряжением без составляющей переменного тока. Этот окончательный сигнал напряжения теперь можно использовать для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды - относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление может быть произвольно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что частоту переключения можно контролировать и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5: Полномостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в конструкции импульсного источника питания - это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Осциллограммы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы посмотрите форму волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, а именно с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания цель схемы коррекции коэффициента мощности - минимизировать эти гармоники путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

  • Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
  • Active PFC изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC, последний этап преобразования мощности - это понижение выпрямленного постоянного напряжения до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного сигнала переменного тока была выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет PFC, выходное напряжение постоянного тока от выпрямителя будет около 320 В.Если есть активная схема коррекции коэффициента мощности, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

Изолированные источники питания переменного / постоянного тока Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология Обратный преобразователь Понижающий преобразователь
Безопасность Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность Трансформаторы увеличивают размер и вес Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД Потери в трансформаторной стали и меди влияют на КПД Одна катушка индуктивности намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключен к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе электрический ток такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые цепи в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока - это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7: Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается входом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения при принудительном включении и выключении транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень вредно для жизненного цикла транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях с высокой мощностью. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений большой мощности, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших катушек индуктивности и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция трансформатора.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, IoT и т. Д., Потому что любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, создает напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, катушка индуктивности высвобождает ток, который течет через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, в то время как цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, поскольку требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять множеством различных топологий преобразователей, таких как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.У него также есть опция зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. На рисунке 10 показана типичная прикладная схема MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные источники питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Сводка

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

  1. Входное выпрямление: этот процесс преобразует сетевое напряжение переменного тока в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения напряжения пульсаций.
  2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый - это пассивная коррекция коэффициента мощности, использующая фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности - единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
  3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолируется, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использование интегрированных модулей в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и многое другое.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик - рассылайте их раз в месяц!

6 Простая схема импульсного источника питания

Вы когда-нибудь задумывались, что означает «переключатель» в импульсном источнике питания? Если быть точным, что такое «включение» и «выключение»?

Как следует из названия, импульсный источник питания использует электронные переключающие устройства (например, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д.).) для непрерывного включения и выключения электронных переключающих устройств через цепь управления. Что произошло дальше? Затем позвольте электронному коммутационному устройству импульсным образом модулировать входное напряжение для реализации преобразования постоянного / переменного тока, постоянного / постоянного напряжения, а также регулируемого выходного напряжения и автоматической стабилизации напряжения.

После того, как вы поймете основное определение импульсного источника питания, вы, возможно, захотите дополнительно изучить его применение и углубить свое понимание. Поэтому в этом блоге мы познакомим вас с 6 простыми схемами проектирования импульсных цепей питания.

Конечно, если у вас возникнут какие-либо вопросы по принципиальной схеме, оставьте свои вопросы в комментариях, и мы дадим вам восторженные и профессиональные ответы.

Видео об основах импульсных источников питания

Каталог

I Что такое импульсный источник питания

Импульсный источник питания (SMPS), также известный как импульсный источник питания и импульсный преобразователь, представляет собой высокочастотное устройство преобразования электрической энергии и тип источника питания.Его функция состоит в том, чтобы преобразовать уровень напряжения в напряжение или ток, требуемый пользователем, с помощью различных архитектурных форм.

Имя

Импульсный источник питания

Природа

Использовать современные технологии силовой электроники

Метод

Широтно-импульсная модуляция

Характеристики

Небольшой размер, легкий вес и высокая эффективность

II 6 Схемы импульсных источников питания

2.1 Простая схема импульсного источника питания

Эта схема несложна и может нормально работать без особых требований. В основном обращайте внимание на следующие моменты:

  1. Отрегулируйте C3 и R5 так, чтобы частота колебаний составляла 30–45 кГц;
  2. Требуется стабилизация выходного напряжения;
  3. Выходной ток может достигать 500 мА.
  4. Эффективная мощность 8 Вт, КПД 87%.

2.2 Импульсная цепь питания 24 В

Импульсный источник питания

24 В - это импульсный источник питания с высокочастотным инвертором. Трубка переключателя управляется схемой для проведения высокоскоростного прохода и отсечки, преобразования постоянного тока в высокочастотный переменный ток и подачи его в трансформатор для преобразования, тем самым генерируя требуемый один или несколько наборов напряжений.

Принцип работы импульсного источника питания 24 В:

  1. Входная мощность переменного тока выпрямляется и преобразуется в постоянный ток;
  2. Управляйте переключающей трубкой с помощью высокочастотного сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и добавляйте этот постоянный ток к первичной обмотке переключающего трансформатора;
  3. Во вторичной обмотке коммутирующего трансформатора индуцируется высокочастотное напряжение, которое выпрямляется, фильтруется и подается на нагрузку;
  4. Выходная часть возвращается в схему управления через определенную схему для управления рабочим циклом ШИМ для достижения цели стабильного выхода.

2.3 Несимметричная прямая импульсная цепь питания

Типовая схема несимметричного импульсного источника питания прямого включения показана на рисунке ниже. Эта схема аналогична по форме несимметричной схеме обратного хода, но условия работы другие:

Когда трубка переключателя VT1 включена, VD2 также включен. В это время сеть передает энергию нагрузке, а катушка индуктивности L фильтра накапливает энергию;

Когда переключатель VT1 выключен, катушка индуктивности L продолжает отдавать энергию нагрузке через диод свободного хода VD3.

Также в цепи присутствует прижимная катушка и диод VD2. Диод может ограничивать максимальное напряжение на переключающей трубке VT1 в два раза выше напряжения источника питания. Чтобы удовлетворить условию сброса магнитного сердечника, то есть время установления магнитного потока и время сброса должны быть одинаковыми, поэтому коэффициент заполнения импульса в цепи не может превышать 50%.

Поскольку эта схема передает энергию нагрузке через трансформатор, когда трубка переключателя VT1 включена, диапазон выходной мощности велик, и она может выходить мощностью 50-200 Вт.Однако практических применений этой схемы немного. Причина в том, что используемый в этой схеме трансформатор имеет сложную конструкцию и большой объем.

2,4 Двухтактная импульсная схема источника питания

Типовая схема двухтактного импульсного источника питания показана на рисунке ниже. Это двусторонняя схема преобразования, и магнитный сердечник высокочастотного трансформатора работает по обе стороны от петли гистерезиса. В схеме используются две коммутационные лампы VT1 и VT2.Две переключающие лампы включаются и выключаются поочередно под управлением прямоугольного сигнала внешнего возбуждения. Напряжение прямоугольной формы получается во вторичной группе трансформатора T, которое выпрямляется и фильтруется до необходимого постоянного напряжения.

Преимущество этой схемы состоит в том, что две переключающие лампы легко управлять, а главный недостаток состоит в том, что выдерживаемое напряжение переключающих трубок должно в два раза превышать пиковое напряжение схемы. Выходная мощность схемы относительно велика, обычно в пределах 100-500 Вт.

2.5 Изоляционная цепь обратной связи по мощности

В импульсном источнике питания схема развязки обратной связи по мощности состоит из оптопары, такой как PC817, и шунтирующего стабилизатора TL431, и ее типичное применение показано на следующем рисунке. Когда выходное напряжение колеблется, измеренное напряжение, полученное после резистивного делителя, сравнивается с опорным напряжением запрещенной зоны 2,5 В в TL431, и на катоде формируется напряжение ошибки. Впоследствии рабочий ток светодиода в оптическом соединительном устройстве изменяется соответствующим образом.Таким образом, текущий размер управляющего вывода TOPSwitch может быть изменен с помощью оптического соединительного устройства, а затем может быть отрегулирован выходной коэффициент заполнения, так что Uo может оставаться неизменным для достижения цели стабилизации напряжения.

Роль и выбор основных компонентов в цепи обратной связи: Основная роль R1R4R5 заключается в работе с TL431 и устройством оптической связи. Среди них R1 - токоограничивающий резистор оптопары, а R4 и R5 - резисторы делителя напряжения TL431, которые обеспечивают необходимый рабочий ток для полной защиты TL431.

2.6 Инверторно-выпрямительная цепь

Схема использует микросхему генератора UC3842 в качестве ядра для формирования схемы инвертора и выпрямителя. UC3842 - это высокопроизводительная микросхема широтно-импульсного модулятора с несимметричным выходом, управляемая по току. Источник питания переменного тока 220 В подается через фильтр синфазных помех L1, который может лучше подавлять высокочастотные помехи от электросети и излучение самого источника питания. Напряжение переменного тока фильтруется схемой мостового выпрямителя и конденсатором C4, чтобы получить нестабильное постоянное напряжение около 280 В, которое служит схемой инвертора, состоящей из колебательного кристалла U1, переключающей трубки Q1, переключающего трансформатора T1 и других компонентов.

III Заключение

Выше представлены 6 простых схем импульсных источников питания, которые мы подготовили для вас. Есть ли что-нибудь, что я не понимаю или в чем сомневаюсь в процессе просмотра? Если да, не стесняйтесь оставлять свои мысли в области комментариев.

Еще одно преобразование импульсного источника питания

Импульсный источник постоянного тока для самостоятельной сборки

Итак, вот история: мне нужен был какой-то источник тока 1А +, может быть, 1.5А, точно не более 2Ампер.

Вы предложите мне использовать настольный блок питания в режиме ограничения тока. Но расходные материалы для верхней скамьи тяжелые и дорогие. Кроме того, я не хочу носить его на поле, против элементов, и в большинстве случаев я не хочу оставлять его без присмотра.

Исследования

Я начал искать альтернативы, зная, что компьютерные блоки питания дешевы, легки и доступны. Так почему бы не преобразовать один из них в текущий источник? Не должно быть так сложно.

С другой стороны, блок питания компьютера имеет резервное напряжение 5 В, которое я могу использовать для питания дополнительных схем. Как насчет того, чтобы поставить Arduino с маленьким дисплеем? !! Может быть позже.

А пока начинаю искать схемы блоков питания. Нашел кого-то еще, выполняющего преобразование с регулируемым напряжением и током, затем составил план по изменению схемы TL494…
Затем я нашел старый компьютерный корпус:

добыл припасы,

Начал с чистки блока питания, зачистил провода, чтобы работать было легче и… получил сюрприз: № 494.В центре устройства находится микросхема DIP16 с маркировкой 2003:

.

Нет проблем, все просто: я найду таблицу и спроектирую новую конверсию…

Не повезло. Не удалось найти в инете даташит на 2003 год. Расстроился и обратился к другому блоку питания, который у меня лежал, надеясь, что новый основан на 494. Я открыл блок, он был 494, пока все хорошо. Некоторые дымчатые следы напомнили мне, почему я его не использовал ... также казалось, что я использовал его как источник компонентов, так что ... я был более разочарован.

Опыт форумов

Вернулся в Интернет за помощью и нашел несколько дешевых старых блоков питания на продажу и некоторых других ребят, модифицирующих блоки питания ATX.
Сейчас покупка выглядит поражением, поэтому я решил отложить ее и поискать чужой перевод на постоянный ток (в центре внимания, конечно же, микросхема 2003 года).

Могущественный Интернет предоставил 2 типа решений:

  1. Вы можете настроить LM317 в конфигурации с постоянным током. »- не вентилятор из-за низкой эффективности.
  2. « Я не советую возиться с этими 400-ваттными блоками питания, если вы точно не знаете, что делаете… Джон. ”- определенно не фанат, также не уверен в том, что делал…

Поблагодарив Джона за его совет, я перешел к результатам поиска, отличным от английского.

Эврика момент

И я нашел на diodnik.com статью «Сделай сам»: какой-то парень модифицировал SMPS на базе микросхемы 2003 года и любезно поделился подробностями.

Спасибо, парень, что забыл подписать свою работу.

Это был великий момент, еврика момент . Наконец появилась надежда, свет поднимался над горизонтом. Счастье было удвоено, когда открылась веб-страница с опцией на английском языке, на которой отображается русский текст. Это как в кино, когда все русские говорят по-английски с акцентом, только в этот раз все было наоборот.

Я переводил статью с помощью своего большую часть времени иногда отсталый друг: переводи.google.com
Вот результат: оригинал 2003 года с переводом.pdf

Перевод выполнен, теперь я вернулся к своему проекту ... запустил программное обеспечение CAD и нарисовал схему:

После этого я заказал некоторые компоненты, затем я понял, что есть ситуация, когда что-то может пойти не так, действительно неправильно: нет нагрузки или загрузка R слишком большая.
Итак, я начал придумывать решение этой новой проблемы ... Затем заказал дополнительные компоненты ... Да, в это время я также задавался вопросом, действительно ли лабораторный источник питания настолько дорог, и да, я пришел к выводу, что нельзя ставить цену на удовольствие, так что фанк лабораторные принадлежности, я переделываю старый хлам.

Шаг 1

Первый шаг в моддинге - отказ от мода. Просто простой тест, чтобы увидеть, начну ли я с чего-нибудь функционального: заменить конденсаторы, которые, казалось, высохли (они выглядели на удивление хорошо по сравнению с беспорядком на плате), включили питание и…. да конечно THR задул… что за жизнь без веселья !?

При замене термистора возникли вопросы:

  • какой термистор был? (SCK 082) нашел что-то для его замены ... вроде как
  • что вызывает отказ термистора? подозреваемый №1: новые колпачки - выглядят нормально; Следующие (я имею в виду, что близко) - диоды - посмотрите нормально, вытащили один, измерили нормально и… Я достаточно туп, чтобы не знать кодов диодов, и достаточно любопытен, чтобы задать вопрос Google: LH 3A05.Результат не казался однозначным, но я нашел некоторую информацию о том, что это диод 3A @ 50V. Я нормально отношусь к 3А, но 50В ??? !!! поэтому я вернулся и заказал новые компоненты: P600K 6A @ 800V (он не работал с тем, что на нем было установлено, поэтому я просто взял молоток побольше)

(позже редактировать) Друг сказал мне, что у него есть блок питания ATX 2003 года и диоды Lh5A05… так что, возможно, в оригиналах не было 50 В. Пожалуйста, помогите, если у вас есть техническое описание…

Воткнул плату и замерил напряжение на крышках: показалось правильным.Замерил вспомогательные 5В… все хорошо.

Шаг 2

Давайте займемся модом: первая фаза - очистка платы от нежелательных компонентов. Это подразумевает огромный риск снятия полезных компонентов, но упрощает схему, освобождает место на плате для новых деталей, необходимых для дополнительной функциональности: одним из таких примеров является резистор для измерения тока, который устанавливается на радиаторе в пространстве. пары диодов TO220:

Вот чистая доска:

Шаг 3

После очистки я приступил к третьему шагу: подделке результатов.Итак, как указано в примере 78L12 + 3 руп. Снова мне было любопытно посмотреть, как выглядит сигнал… плохой. Плохой сигнал, плохие новости. Был значительный шум, ниже 13 В. Итак, быстрое решение: добавление одного диода и конденсатора.

Первый конденсатор, несколько десятков нФ, оказался слишком маленьким, когда сеть была подключена к микросхеме 2003 года, поэтому я откопал старый электролитический 4,7 мкФ… измеренный как 7,8 мкФ… хорошо, я куплю новый мультиметр позже. Теперь напряжение остается правильным, а крышка остается.

Шаг 4

Обратная связь… позвольте мне еще раз представить схему:

Я перешел на резистор 2R2 с большей мощностью (точнее HS25), я повторно использовал R40 и добавил потенциометр 50K, который пришел на замену R60. Котел был настроен на целевое значение подаваемого тока 1,7 А.

Шаг 5

Последний мод: защита от перенапряжения. Почему? Помните воображаемую ситуацию без нагрузки или R нагрузка слишком велика? В этом случае выходное напряжение поднимется выше 16 В фильтрующего колпачка бывшей выходной линии 12 В.А вот выходной цоколь и диоды это нехорошо.
Согласно ST, диоды STPR1020 рассчитаны на 200 В, поэтому они остались там, и я заменил оригинальный конденсатор на 16 В на конденсатор на 35 В. Таким образом, мы защищены от максимума 25 В, которого я ожидаю от источника питания.

Защита будет использовать возможности мониторинга 2003 года. Для этого я планирую подавать часть выходного напряжения выше 12 В на вывод 6, чтобы оно превысило номинальное значение и, таким образом, отключило питание.Давайте посмотрим схему для этого:

При равном Rs защита сработает при 2x (12 В + 0,7) = 25,5 В. Это слишком много ... Кроме того, нам нужно отслеживать эквивалентное сопротивление 6 кОм делителя напряжения, используемого для подделки 5 В и 3 В 3. Для пары 1k3 и 2k2 сигнал тревоги должен звучать при выходном напряжении около 24 В. Однако значение будет немного другим из-за тока, который будет идти на входы 2003 года и допусков резисторов. Прошу прощения за то, что у меня нет изображений с этого этапа мода, я был пойман в процессе и забыл сделать снимки.

Проверка защиты

А теперь давайте проверим: мультиметр последовательно включил ампер и фиктивную нагрузку 4R7, включил питание… и все прошло нормально. Новый блок питания выдает 1,7 А.
А защита сработает? Проверьте это, отсоединив один из выводов мультиметра и… нет. Выходное напряжение достигает 29 В и остается на этом уровне. Что-то пошло не так ... да, я пропустил внутреннюю выходную нагрузку 78L12:

А теперь как исправить !? Методом проб и ошибок. Я вынул резистор 1 кОм, заменил его потенциометром 1 кОм, который я подключал не к выходному напряжению, а к лабораторному источнику питания.Процедура выглядит следующим образом: я запускаю модифицированный источник питания с нагрузкой 4R7, затем подключаю лабораторный источник питания к входу потенциометра и повышаю напряжение до тех пор, пока не сработает защита от перенапряжения; затем измените значение банка и перезапустите процедуру.

После этого я настраивал значение потенциометра до тех пор, пока не был доволен напряжением, которое сработало срабатыванием защиты, затем я снял горшок, я измерил его значение, чтобы я мог заменить его некоторыми резисторами с фиксированным значением.

Новый модифицированный компьютерный ИИП сейчас проходит испытание на перенапряжение.Вроде все работает.

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА !!

Вот так выглядит модификация:

DIY Импульсный источник постоянного тока - конец.

Позднее редактирование: похоже, Тайвань Semi производит диоды 2A05 с номиналом 2A при 600 В. Находятся ли оба модуля 3A05 и 4A05 в сегменте 600 В?
Позже, позже редактирование: также похоже, что Taiwan Semi производит диоды 6A05 с номиналом 6A при 50 В? Я сдаюсь. Если у кого-то есть таблица данных для 3A05, найденная в SMPS, поделитесь информацией.

11 навыков, необходимых для проектирования импульсных источников питания

Источники питания 11 навыков, необходимых для разработки импульсных источников питания

Автор / Редактор: Эммануэль Одунладе / Erika Granath

Импульсные источники питания могут быть сертифицированы повсеместно. Их высокая энергоэффективность и малый форм-фактор, помимо других преимуществ, сделали их идеальным источником питания для разработчиков, создающих всевозможные устройства и оборудование.

Связанные компании

Крошечные преобразователи постоянного тока в постоянный и регуляторы служат основой почти каждой части электроники.

(Bild: Adobe Stock)

Хотя импульсные блоки питания обладают этими фантастическими функциями и преимуществами, одним из недостатков, которые обычно ассоциируются с ними, является сложность их конструкции и реализации. Они требуют оптимального внимания к деталям, будь то при их проектировании.

Отслеживание всех этих решений требует полного понимания элементов и может оказаться весьма затруднительным занятием. В этой статье рассматриваются некоторые основные моменты, которые следует учитывать при разработке или покупке импульсного источника питания.

11 фактов, которые необходимо знать об импульсном блоке питания

1. Выбор топологии

Хотя обычно выбирают между тремя популярными топологиями SMPS, Buck, Boost и Buck-Boost, существует еще около 13 возможных Конфигурации SMPS, каждая из которых имеет определенные преимущества (и недостатки), которые делают их хорошими (или плохими) для вашего проекта.Таким образом, первое решение, которое вы должны принять, - это определить, какая из этих топологий лучше всего соответствует потребностям вашего проекта. Вы должны предусмотреть сценарии вокруг устройства, которое будет получать питание, и определить, будет ли повышенная, понижающая, пониженно-повышающая или любая другая топология лучшей с течением времени.

2. Выходной ток

Определяет количество тока, которое может быть получено через регулятор, и важно подтвердить, что значение соответствует требованиям нагрузки. В ситуациях покупки обязательно сверьтесь со значениями в таблице данных.Хотя обычно он очень точный, разумно добавить запас прочности, чтобы ваш максимальный текущий расход всегда был ниже того, что указано в таблице данных.

В проектных ситуациях вы должны убедиться, что номинальные характеристики используемых компонентов соответствуют требованиям по выходному току.

3. Выходное напряжение

Импульсные источники питания обычно имеют переменное выходное напряжение. Но в любом случае (фиксированный или переменный) всегда проверяйте, что источник питания рассчитан на нужды вашего приложения.Более низкое, повышенное или нестабильное напряжение может повредить любое устройство или цепь, подключенную к источнику питания.

4. Входное напряжение

Будь то понижающий, повышающий или понижающий-повышающий, ваш источник питания должен разрабатываться с учетом определенного диапазона входного напряжения, а также необходимо учитывать влияние этого напряжения на выходное напряжение. Например, для повышающих преобразователей регуляторы обеспечивают стабильное напряжение на выходе, даже если напряжение на их входе ниже, однако для понижающих преобразователей это не так, поскольку напряжение на входе должно быть выше, чем желаемый выход. Напряжение.Это тесно связано с решениями, которые вам придется принять в отношении топологий.

5. Требования к энергоэффективности

Некоторые приложения имеют ожидаемую низкую энергоэффективность и могут быть проигнорированы, в то время как другие, особенно в ситуациях, связанных с батареями / инверторами, требуют оптимальных уровней энергоэффективности. От топологии компонентов до выбора и компоновки компонентов вы должны убедиться, что каждое принятое решение повышает эффективность системы, а не снижает ее.

6.Выбор частоты коммутации

Еще одним важным фактором, который следует учитывать при разработке SMPS, является частота коммутации. Это относится к скорости, с которой проходной транзистор «включается» и «выключается» во время процесса широтно-импульсной модуляции, за КПД SMPS. Это фундаментальный параметр, который связан с каждой частью блока питания - от функциональности до размера, выбора компонентов и компоновки.

Типичные частоты коммутации обычно находятся в диапазоне от 100 кГц до 2 МГц +, причем наиболее распространенной является высокая сторона, благодаря стремлению к малым форм-факторам и высокой эффективности.Это, однако, сопровождается побочными эффектами, включая шум, потенциальные проблемы с электромагнитными помехами и учащение периодических колебаний (пульсаций) на выходе. Таким образом, все эти эффекты следует учитывать перед выбором частоты переключения.

7. Рабочая температура

Температура окружающей среды, в которой будет использоваться устройство, и количество тепла, выделяемого устройством, являются ключевыми параметрами, которые следует учитывать при покупке или проектировании импульсного источника питания.

Знание количества тепла, которое будет выделять устройство, пригодится при выборе радиатора. Он также предоставит руководство по проектированию, поэтому печатная плата и корпус устройства спроектированы таким образом, чтобы обеспечить максимальную вентиляцию. Некоторые электронные компоненты (например, конденсаторы), используемые в блоке питания, также имеют диапазон рабочих температур. Заранее определив диапазон рабочих температур блока питания, вы сможете выбрать компоненты со схожими характеристиками.

8. Выбор компонентов

Выбор правильного компонента имеет решающее значение для разработки надежного импульсного источника питания. Как и любое инженерное решение, это обычно игра компромиссов, поэтому важно, чтобы все необходимые конструктивные ограничения, такие как температура, эффективность и т. Д., Были установлены до выбора компонентов.

Важно также указать на стоимость компонентов. Например, значение емкости конденсаторов изменяется в зависимости от температуры и частоты, поэтому использование конденсаторов с небольшими различиями в стоимости может повлиять на работу источника питания.

9. Проверка электропитания и электромагнитных помех

Импульсные источники питания

(и устройства, в которые они встроены) должны пройти процессы сертификации, такие как EMC, где измеряется количество электромагнитных помех, генерируемых внутри и вокруг них, для обеспечения соответствия требованиям нормативные стандарты. Это представляет собой одну из самых больших проблем при проектировании SMPS, поскольку присущая им коммутационная природа означает, что они создают шум и электромагнитные помехи, которые требуют дополнительных усилий при проектировании, чтобы упростить сертификацию продукции.

Процесс проектирования SMPS для минимизации электромагнитных помех включает в себя такие действия, как выбор компонентов, проектирование печатной платы и даже проектирование корпуса. Тот факт, что фактические уровни электромагнитных помех можно контролировать только после того, как ваша печатная плата была изготовлена, на самом деле не помогает. Но обращая внимание на такие вещи, как; Выбор компонентов, размещение / позиционирование компонентов, разводка печатной платы и т. д. на этапе проектирования помогут вам снизить вероятность неудачного завершения тестов на ЭМС.

10. Площадь печатной платы, компоновка и посадочное место

Хотя площадь печатной платы и посадочная поверхность влияют на общий размер вашего проекта, они еще более важны в борьбе с электромагнитными помехами.

Чтобы предотвратить / уменьшить распространение электромагнитных помех, необходимо тщательно продумать конструктивные схемы и размещение компонентов, чтобы уменьшить токовые петли и устранить паразитное сопротивление / емкость, которые могут излучать или проводить электромагнитные помехи. Желаемый размер проекта также необходимо учитывать при принятии окончательных решений по таким вопросам, как выбор компонентов и частота переключения, поскольку более высокая частота означает меньшее устройство и наоборот.

11. Разработка для сценариев наихудшего случая

Наконец, разработка для сценариев наихудшего случая.Это означает оценку условий, при которых ваш SMPS выйдет из строя или приведет к отказу устройства, к которому он подключен, и разработки системы с учетом фактора безопасности, который позволяет устройству продолжать работать даже за пределами наихудшего сценария. Моделирование может использоваться для изучения того, как конструкция будет вести себя в различных сценариях.

В заключение, разработка (или покупка) SMPS, который соответствует вашим конкретным потребностям, будет игрой компромиссов. Вы должны убедиться, что обратная сторона каждого принимаемого вами решения должным образом учитывается, чтобы оно не создавало незапланированных проблем.

(ID: 46488270)

Простой настольный блок питания, который может построить любой!

Скачать PDF YouTube

Сегодня мы сконструируем очень простой настольный блок питания. Это полезное устройство, которое найдет дом на любом рабочем месте. Его также очень легко построить, что делает его идеальным проектом для начинающих.

Лучше всего, что эта конструкция не требует возиться с любым высоким напряжением. Он безопасен и прост в сборке благодаря использованию сборных модулей и избыточного блока питания ноутбука.

Одним из важнейших элементов оборудования любого рабочего места для электроники является источник питания. Источник регулируемого постоянного напряжения - это то, что нужно каждому экспериментатору.

Чаще всего в цифровой электронике используются напряжения 5, 3,3 и 12 В. Есть много разных способов получения этих напряжений, в том числе обычные источники питания USB, которые вырабатывают 5 вольт.

Если вы ищете простое в сборке устройство, которое выводит все эти стандартные напряжения, мы уже создали блок питания с использованием старого блока питания компьютера ATX.Это был хороший прибор, я даже добавил к нему амперметр, чтобы я мог измерять ток. И в большинстве случаев это все, что вам действительно нужно.

Однако бывают случаи, когда вам нужно «необычное» напряжение. Возможно, вы разрабатываете схему, которая в конечном итоге будет работать от батарей, и вам нужно имитировать батарею на 6, 7,4 или 9 вольт. Или вам может понадобиться второй блок питания.

Дизайн, который я придумал, очень легко построить, любой, у кого есть минимальные навыки электронного строительства, не должен иметь проблем с его сборкой.И вам не нужно строить точно такой же блок, который создал я, вы можете использовать принципы проектирования, показанные здесь, для создания блока питания, который будет адаптирован для любого приложения.

Приступим!

Источник питания на заказ

Вот посмотрите на блок питания, который я построил. И я покажу вам, как можно построить такой же. Но вам не обязательно.

Вы также можете использовать простые методы проектирования, которые я покажу вам, для создания нестандартного источника питания.С переменным выходом или без него. С другим фиксированным напряжением или без фиксированного напряжения.

На самом деле я собираю другой блок питания с четырьмя фиксированными выходными напряжениями для моей камеры, чтобы избавиться от четырех отдельных блоков питания, которые я сейчас использую, когда снимаю свои видео. И я буду использовать ту же технику.

Создан с заботой о безопасности

Одна вещь, о которой вы должны быть очень внимательны при создании любого источника питания, - это высокое напряжение на линии (или «сети»).

Переменный ток в вашем доме составляет от 110 до 240 вольт, и он может убить вас, если вы соприкоснетесь с ним! Ошибка проводки может вызвать возгорание или стать причиной «горячего» металлического корпуса, что превратит самодельный блок питания в смертоносное оружие.

В этой конструкции нет необходимости обрабатывать сетевое напряжение. Вы будете работать только с низковольтным постоянным током. Это безопасная конструкция, даже если вы только новичок.

Мы свершим эту «магию», используя то, что у вас, вероятно, уже есть в ящике для мусора или хранится в ящике в шкафу.

И, в качестве бонуса, ваш блок питания будет иметь надлежащую сертификацию для работы от сетевого напряжения без нарушения вашего полиса страхования жилья.

Переработанные детали

«Загадочная деталь», лежащая в основе конструкции наших блоков питания, - это не что иное, как силовой «кирпичик» от старого ноутбука!

Эти «блоки» обычно выдают около 19 вольт, и большинство из них имеют приемлемую токовую нагрузку. Это особенно актуально для старых устройств, предназначенных для 15- и 17-дюймовых ноутбуков, они требовали приличного количества тока.

Я использую старый компьютер HP, который был куплен в 2008 году. Компьютер больше не работает, но его блок питания получил новую жизнь!

Детали блока питания

Наряду с «кирпичиком» блока питания, который я только что описал, эта конструкция упрощена за счет использования модулей понижающего преобразователя.

Я рассмотрел некоторые из этих модулей в статье и видео о Powering Your Projects, которые я сделал. Модули, которые я использовал, не рассматривались в этом контенте, и, поскольку есть сотни таких модулей, вам не обязательно использовать те же, что и я.

Вот детали, которые я использовал в своей простой конструкции блока питания.

Блок питания для ноутбуков

Как упоминалось выше, мой блок питания пришел от ноутбука HP. Конечно, вы можете использовать другой, на самом деле, я ожидаю, что вы это сделаете.

Вот несколько особенностей, на которые следует обратить внимание при выборе блока питания:

  • Напряжение - Обычное напряжение 19 вольт, что я и использовал. Другое распространенное выходное напряжение - 15 вольт, что также было бы приемлемо.Все, что ниже, ограничит диапазон выходных напряжений, которые вы получите. Обычно вам нужен адаптер, который может обеспечить как минимум на 2 вольта больше, чем максимальное желаемое выходное напряжение.
  • Текущий - Чем больше, тем лучше. Мой кирпич рассчитан на 5 ампер, ищите тот, который может выдавать не менее 3 ампер. Следует отметить, что некоторые из этих устройств, особенно от компьютеров других производителей, на самом деле не могут выводить столько, сколько они заявляют. По сути, здесь чем выше, тем лучше.
  • Вход - Конечно, он должен быть способен принимать сетевое напряжение с подходящей вилкой. Большинство этих устройств являются «универсальными», так что обычно это не проблема. А если это один из ваших старых компьютеров, значит, у него уже есть подходящая вилка питания.
  • Выходной разъем - В идеале в вашем устройстве должен использоваться штекер, для которого можно найти ответное гнездо. В противном случае придется припаивать новую вилку. Если вам все же нужно его изменить, я рекомендую использовать 2.Коаксиальный «цилиндрический» штекер питания 1 мм или 2,5 мм, так как они очень распространены и их легко найти.

Ноутбуки - не единственные устройства, в которых используются блоки питания, подходящие для этой конструкции, вы также можете найти некоторые старые принтеры, у которых они есть. Если у вас еще нет одного чека с друзьями и семьей, или просмотрите несколько гаражных распродаж или излишков магазинов. Скорее всего, у вас не возникнет проблем с его получением.

Модули понижающего преобразователя

Недорогие модули понижающего преобразователя - вот что делает возможным этот проект.Они снимают с себя всю тяжелую работу по созданию стабильного регулятора напряжения и намного эффективнее линейных устройств.

Я использовал пару модулей понижающего преобразователя для создания этого источника питания.

DROK 180081 Стабилизатор понижающего регулятора напряжения с числовым программным управлением

Я купил этот модуль на Amazon, и он является сердцем моего блока питания.

Это устройство рассчитано на входное напряжение 6-55 вольт и выходное напряжение 0-50 вольт. Поскольку я подаю только 19 вольт, максимальная выходная мощность составляет около 17 вольт.

Это действительно хорошее устройство с функцией памяти для хранения ряда предустановленных уровней выходного напряжения. Это очень удобная функция, если у вас есть обычные напряжения, которые вам нужно часто использовать.

Он использует поворотный энкодер для установки напряжения с шагом 0,01 вольт. Цветной дисплей показывает напряжение, ток и мощность, а также уровень входного напряжения.

Мне нравится этот модуль, потому что с ним очень легко работать. Он имеет пару соединений для входной мощности и еще одну пару для выходной мощности.

Вы можете заметить, что есть некоторые похожие модели, которые включают отдельную плату с вентилятором, есть также другие модели, которые могут принимать сетевое напряжение напрямую. Поскольку я пытаюсь избежать необходимости работать напрямую с сетевым напряжением, я решил не использовать их.

Я посмотрел на некоторые другие преобразователи переменного тока с дисплеями, и наконец основал дизайн на этом, поскольку он имеет очень привлекательную переднюю панель, которая придаст вашему источнику питания профессиональный вид.

LM2596 Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный

LM2596 - очень популярная микросхема понижающего преобразователя, которая используется во многих недорогих модулях регуляторов.Модули, которые я выбрал (которые я также получил от Amazon), были чрезвычайно недорогими, я купил комплект из 10 штук, и они стоят около 1,50 доллара США за штуку

.

Выбранные мной модули принимают входное напряжение от 3 до 40 вольт и выдают на выходе от 1,5 до 35 вольт. Максимальный ток 3 ампера.

Устройства оснащены многооборотным потенциометром, который используется для регулировки выходного напряжения. В моем случае я установил для модуля выходное напряжение 5 вольт, поскольку я решил, что было бы неплохо иметь выход 5 вольт, а также переменный.

Эти модули очень просты в использовании. У них есть два контакта для входа постоянного тока и два контакта для выхода.

Шасси и другие детали

Блок питания и понижающие преобразователи являются основными компонентами блока питания, но для выполнения этой работы вам также понадобятся несколько других деталей.

Вот некоторые из других предметов, которые вам понадобятся:

  • Шасси - Я купил проектное пластиковое шасси размером 165 мм x 120 мм x 68 мм, но, конечно, вы можете использовать любую коробку, способную вместить ваши компоненты.Вы можете даже напечатать корпус на 3D-принтере, если у вас есть возможности. Я выбрал пластик, потому что его легко резать и сверлить.
  • Крепежные стойки - Вам потребуется набор крепежных стержней для каждой выходной мощности. В моем дизайне с фиксированным и переменным выходом я выбрал два черных столбика (для заземления или отрицательного), а также красный и желтый.
  • Разъем питания - он должен соответствовать вилке на вашем блоке питания. В некоторых блоках питания используются странные вилки, которые трудно найти, поэтому вам, возможно, придется поменять местами 2 штекера.1 или 2,5 мм джек, так как они очень распространены. Лучше всего подойдет блок, устанавливаемый на шасси.
  • Стойки - Вам понадобится пара стоек, чтобы удерживать фиксированный регулятор. В понижающих преобразователях, которые я использовал, есть гнезда для винтов диаметром 3 мм, поэтому я использовал стойки на 3 мм.
  • Провод - Потребуется какой-нибудь соединительный провод калибра 22 или лучше. Я обнаружил, что с одножильным проводом легче работать, но вы также можете использовать многожильный. Я бы посоветовал выбрать два разных цвета, чтобы избежать пересечения отрицательного и положительного.

Вам также понадобится припой, паяльник, отвертки, гаечные ключи, плоскогубцы и дрель с битами. То, что у вас, вероятно, уже есть.

Конструкция блока питания

Теперь, когда вы собрали все свои детали и инструменты, пора построить наш блок питания! Я предполагаю, что вы собираете тот же источник питания, что и я, но если это не так, вы можете просто изменить инструкции в соответствии со своими конкретными требованиями.

Как видно из схемы, подключение очень простое.Вы буквально отправляете напряжение со своего блока питания на входы понижающих преобразователей, а затем отправляете выходы преобразователя на клеммы.

Как я сказал с самого начала, это очень простой проект!

Перед тем, как соединить все вместе, я использовал свой существующий блок питания для тестирования отдельных модулей. Я использовал резистор на 18 Ом и 10 Вт в качестве нагрузки и подавал 19 вольт на вход каждого преобразователя. Затем я измерил выходной сигнал мультиметром.

Конечно, вы можете использовать блок питания вместо настольного источника питания, особенно если у вас его еще нет (что вполне может быть причиной того, что вы строите этот).

Я испытал угловой энкодер на понижающем преобразователе переменной и посмотрел результат на своем мультиметре. Казалось, это сработало очень хорошо.

Затем я переключился на «фиксированный» преобразователь и повернул многооборотный потенциометр так, чтобы он давал на выходе 5 вольт.

Детали все рабочие и готовы к сборке.

Строительство источника питания

Прежде чем я смог все подключить, я должен был подготовить шасси. Я просверлил отверстия на передней панели для крепежных столбов, а затем с помощью дрели и ножа вырезал отверстие для модуля переменного понижающего преобразователя.

Открытие, по общему признанию, грубое, но лицевая панель на модуле это прекрасно скрывает.

Еще я просверлил отверстие на задней панели для разъема питания. Вы также можете добавить сюда выключатель, если хотите, я решил не делать этого, так как это простой вопрос - просто «вытащить вилку», когда я хочу все выключить.

Наконец, я просверлил несколько отверстий для стоек, чтобы закрепить меньший модуль понижающего преобразователя.

Подключение всего оборудования

Я обнаружил, что отверстия на моих «фиксированных» понижающих преобразователях могут принимать два сплошных провода сечением 22 г, поэтому я скрутил провода вместе и вставил их в отверстие.Как раз подошли, и я спаял соединения.

В качестве альтернативы вы можете выбрать параллельное соединение входных соединений на разъеме для понижающего преобразователя переменной частоты, поскольку в нем используются винтовые клеммы.

Я использовал наконечники, которые идут в комплекте с клеммами, и припаял к ним выходные провода постоянного тока от каждого понижающего преобразователя. Модуль переменного понижающего преобразователя с дисплеем поставляется с винтовым разъемом, который отсоединяется от модуля. Это позволяет вам все подключить, а затем подключить модуль позже.

После того, как все было подключено, я прикрепил штекер силового цилиндра к задней панели с помощью прилагаемого оборудования. Убедитесь, что не забыли стопорную шайбу, так как это предотвратит ослабление сборки.

Конструкция передней панели состоит из установки крепежных стержней, при этом вторую гайку оставляют в стороне для последующего прикрепления выступов.

Модуль переменного понижающего преобразователя просто встает на место, если вы правильно прорезали отверстие! К сожалению, производитель не предоставил монтажный шаблон, поэтому я использовал штангенциркуль и линейку, чтобы понять это.

Если вы получите тот же модуль, что и я, вырез по сути представляет собой прямоугольник размером 71,5 мм x 39,2 мм, по крайней мере, так мне сказали мои цифровые штангенциркуль.

Затем я прикрепил фиксированный понижающий преобразователь к стойкам и проверил все соединения. Пора собрать шасси!

Herse другой вид всех частей после того, как проводка сделана, но до того, как все было смонтировано.

Вы можете увидеть, как проушины прикрепляются к задней части крепежных столбов с помощью прилагаемых дополнительных гаек.Хорошо затяните эти гайки.

Теперь вы можете защелкнуть панели на месте, сдвинув переднюю и заднюю панели вместе. Однако не закрывайте все герметично, так как мы хотим протестировать и отрегулировать наш блок питания, прежде чем закрывать корпус.

Тщательно осмотрите все, а затем переходите к фазе тестирования.

Тестирование и устранение неисправностей

Предполагая, что вы были осторожны с проводкой, теперь у вас должен быть исправный блок питания.Возможно, вы захотите точно настроить фиксированное выходное напряжение модуля.

Перед тем, как что-либо подключить к розетке, неплохо было бы выполнить несколько проверок целостности с помощью мультиметра, чтобы убедиться в отсутствии коротких замыканий или ошибок проводки. Если вы потратите немного времени на повторную проверку вещей, это избавит вас от лишних разочарований!

Получите ту же тестовую нагрузку, которую вы использовали раньше, и подключите ее к выходу 5 В вместе с мультиметром в режиме напряжения. Отрегулируйте многооборотный потенциометр на фиксированном модуле, чтобы получить как можно более близкое к 5 вольт.

Переместите тестовую нагрузку и мультиметр на переменный выход. Поэкспериментируйте с элементами управления и убедитесь, что ваше выходное напряжение соответствует отображению на вашем измерителе.

Возможно, сейчас самое время просмотреть инструкцию к модулю и узнать, как использовать его функции памяти. Похоже, это довольно способное устройство.

Когда вы будете довольны работой вашего нового блока питания, вы можете выключить его и закончить сборку корпуса. В моем пластиковом корпусе для этого нужно было положить верхнюю часть корпуса, надеть ее на переднюю и заднюю панели, а затем защелкнуть.

Четыре длинных винта удерживают монтажные ножки и используются для крепления верхней и нижней части корпуса. Затяните их, и блок питания готов.

Теперь у вас есть новый блок питания для вашего рабочего места!

Поиск и устранение неисправностей

Наиболее вероятная причина плохой работы с этой конструкцией блока питания - слабый блок питания. Если вам удастся заполучить несколько из них, вы можете обнаружить, что один работает лучше, чем другие.

Если вы не получаете выходной сигнал от одного регулятора, но имеет выход на другом, перепроверьте вашу проводку.Вы также можете легко удалить переменный модуль благодаря разъему uts, чтобы помочь вам изолировать проблему.

Также может быть полезен доступ к сильноточному настольному источнику питания для временного использования в качестве входа.

В большинстве случаев вам вообще не нужно устранять неполадки, и все будет работать отлично. И затем вы можете похвалить себя за создание полезного прототипа и испытательного оборудования самостоятельно.

Заключение

Итак, у вас есть простой способ быстро создать полезный источник питания, который можно легко адаптировать к вашим требованиям.

Усовершенствованиями к базовому источнику питания могут быть светодиод питания на 5-вольтовом выходе и, конечно же, соответствующий понижающий резистор (220 - 470 Ом звучит хорошо). И вы можете добавить переключатель питания, чтобы вы могли быстро отключить питание.

Так что получайте удовольствие, перерабатывая и переделывая старые компьютерные блоки питания в настольные блоки питания собственной уникальной конструкции!

ресурсов

PDF-версия - PDF-версия этой статьи, отлично подходит для печати и использования на рабочем месте.

Связанные

Сводка

Название статьи

Простой настольный блок питания, который может построить любой!

Описание

Создайте простой и безопасный настольный блок питания, перепрофилировав старый блок питания ноутбука вместе с некоторыми высокотехнологичными модулями понижающего преобразователя.

Автор

Мастерская Dronebot

Имя издателя

Мастерская Dronebot

Логотип издателя

Регулируемый импульсный источник питания высокой мощности (SMPS) 3-60 В 40A

Регулируемый импульсный источник питания высокой мощности (SMPS) 3-60 В 40A

Этот импульсный источник питания был построен, потому что мне нужен был мощный настольный регулируемый источник питания.Линейная топология была бы непригодна для этой мощности. (2400Вт = 2,4 киловатта!), Поэтому я выбрал коммутационную топологию «два переключателя вперед» (полууправляемый мост). В моей статье про SMPS это топология II.D. Импульсный источник питания использует транзисторы IGBT и управляется микросхемой UC3845. Схему моего импульсного блока питания вы можете увидеть ниже. Сетевое напряжение сначала проходит через фильтр помех EMI. Затем он выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и сглаживается конденсатором C4.Из-за большой емкости имеется схема ограничения броска тока с контактом реле Re1 и резистором R2. Катушка реле и вентилятор (от блока питания ПК AT / ATX) питаются от 12В, которое сбрасывается с вспомогательного источника 17В с помощью резистора R1. Выберите значение R1 так, чтобы напряжение на обмотке реле и вентиляторе составляло 12 В. В цепи вспомогательного источника питания используется TNY267. Это похоже на источник питания, описанный здесь. R27 обеспечивает защиту от пониженного напряжения вспомогательного питания - он не включается при напряжении ниже 230 В постоянного тока.Цепь управления UC3845 имеет выходную частоту 50 кГц и максимальный рабочий цикл 47%. Питается через стабилитрон, снижающий напряжение питания. на 5,6 В (то есть до 11,4 В), а также сдвигает пороги UVLO с 7,9 В (нижний) и 8,5 В (верхний) до 13,5 В и 14,1 В. Затем микросхема UC3845 начинает работать на 14,1 В и никогда не опускается ниже 13,5 В, что защищает транзисторы IGBT от рассыщения. Исходные пороги UVLO UC3845 просто слишком низкие. Микросхема управляет полевым МОП-транзистором T2, который управляет трансформатором управления затвором Tr2.Он обеспечивает гальваническую развязку и плавающий привод для верхних IGBT. Через схемы формирования с T3 и T4 он управляет затворами IGBT T5 и T6. Затем они переключают выпрямленное сетевое напряжение (325 В) на силовой трансформатор. Tr1. Его выходной сигнал затем выпрямляется и, наконец, усредняется катушкой индуктивности L1 и сглаживается конденсаторной батареей C17. Обратная связь по напряжению подключен от выхода к контакту 2 IO1. Выходное напряжение блока питания можно установить с помощью потенциометра P1. Гальваническая развязка обратной связи не требуется потому что цепь управления подключена к вторичной стороне SMPS и изолирована от сети.Обратная связь по току осуществляется через ток трансформатор TR3 в вывод 3 микросхемы UC3845. Пороговый ток максимальной токовой защиты может быть установлен потенциометром P2.
Транзисторы Т5 и Т6, диоды D5, D5 ', D6, D6', D7, D7 'и мост следует разместить на радиаторе. Диоды D7, конденсаторная батарея C15 и защитные демпферы RDC R22 + D8 + C14 следует размещать как можно ближе к IGBT. Светодиод 1 показывает работу блока питания, Светодиод 2 показывает режим ограничения тока (перегрузка / короткое замыкание) или ошибку.Загорается, когда блок питания не работает в режиме напряжения. В режиме напряжения на на контакте 1 IO1 2,5 В, иначе около 6 В. Светодиоды можно не устанавливать.
Индуктивности: Силовой трансформатор Tr1, который я спас от старого мощного импульсного источника питания 56 В. Коэффициент трансформации первичной обмотки во вторичную составляет от 3: 2 до 4: 3, а ферритовый сердечник (форма EE) имеет нет воздушного зазора. Если вам нравится наматывать его самостоятельно, используйте такой же сердечник, который я использовал в своем сварочном инверторе, около 6.4 см2 (допустимый диапазон 6-8 см2). Первичная обмотка - это 20 витков по 20 проводов, каждый диаметром от 0,5 до 0,6 мм. Вторичная на 14 витков состоит из 28 проводов того же диаметра, что и первичный. Также возможно изготовление обмоток из медных лент. Напротив, использование одной толстой проволоки невозможно из-за скин-эффекта (так как она работает с высокими частоты). Разделение обмотки не требуется, вы можете, например, сначала намотать первичную, а затем вторичную. Трансформатор прямого затвора Тр2 имеет три обмотки по 16 витков в каждой.Все обмотки наматываются сразу тремя скрученными изолированными проводами звонка. Это намотано на ферритовом сердечнике EI (также можно использовать EE) без воздушного зазора. Я спас его от главного силового трансформатора от компьютерного блока питания ATX или AT. Жила имеет поперечное сечение от 80 до 120 мм2. Трансформатор тока TR3 имеет 1 виток первичной обмотки и 68 витков вторичной обмотки на ферритовом или железном порошковом кольце, и размер или количество витков не критичны. В случае разного количества оборотов необходимо отрегулировать R15.Дополнительный силовой трансформатор TR4 намотан на ферритовом сердечнике EE с воздушным зазором сечением от 16 до 25 мм2. Он исходит от вспомогательного силового трансформатора, взятого из старого ATX. Обязательно соблюдайте ориентацию обмоток трансформаторов (отмечены точками)! Двухобмоточный фильтр электромагнитных помех может быть, например, из микроволновой печи. Выходная катушка L1 также поступает от 56-вольтового импульсного источника питания, который я разобрал. Он состоит из двух параллельных катушек индуктивности 54 мкГн на кольцах из порошкового железа, поэтому общая индуктивность составляет 27 мкГн.Каждая катушка намотана двумя магнитными медными проволоками диаметром 1,7 мм каждая. В этом случае общее сечение обмоток L1 составляет примерно 9 мм2.
L1 подключен к отрицательной ветви, поэтому на катодах диодов нет ВЧ напряжения. и поэтому их можно установить на радиаторе без изоляции. Максимальная входная мощность этого импульсного источника питания составляет около 2600 Вт и КПД при полной нагрузке более 90%. В этом импульсном источнике питания я использовал IGBT STGW30NC60W. Их можно заменить на типы IRG4PC40W, IRG4PC50W, IRG4PC50U, STGW30NC60WD или аналогичные достаточно мощные и быстрые, рассчитанные на 600В.Выходные диоды могут быть любыми сверхбыстродействующими с достаточным номинальным током. Верхний диод (D5) видит Средний ток 20А в худшем случае, нижний диод (D6) видит 40А в худшем случае. Таким образом, верхний диод может быть рассчитан на половину тока нижнего диода. Верхний диод может быть, например, двумя параллельными HFA25PB60 / DSEI30-06A или одиночным DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C. Нижний диод может быть двух параллельных DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C или четыре HFA25PB60 / DSEI30-06A. Радиатор диодов должен рассеивать примерно 60 Вт.Рассеиваемая мощность IGBT может достигать 50 Вт. Рассеивание диодов D7 трудно предсказать, поскольку оно зависит от свойств Tr1 (его индуктивности и связи). Рассеиваемая мощность мостового выпрямителя до 25Вт. Этот источник питания использует схему, очень похожую на мой сварочный инвертор, так как это действительно хорошо работает. Переключатель S1 позволяет отключиться в режиме ожидания. Это полезно, так как вам не всегда нужно переключать вход питания этого мощного источника питания. Потребление в режиме ожидания всего около 1Вт.S1 можно не указывать. Этот блок питания также может быть сконструирован для фиксированное выходное напряжение. В этом случае рекомендуется оптимизировать коэффициент трансформации Tr1 для достижения наилучшего КПД. (например, первичная обмотка имеет 20 витков, а седельная - 1 виток на каждые 3,5 - 4 В выходного напряжения).

Внимание!!! Импульсное питание не для новичков, так как большинство его цепей подключено к сети. Опасность поражения электрическим током и смерти. Опасность пожара.Напряжение сети может попасть на выход при неправильной конструкции! Конденсаторы могут оставаться заряженными до опасной степени. напряжение даже после отключения от сети. Выходное напряжение может быть выше безопасного напряжения прикосновения. Это импульсный источник питания большой мощности. Вход переменного тока должен иметь соответствующий предохранитель, розетка и кабель должны иметь размеры. для потребляемого тока, в противном случае существует опасность возгорания. Вы все делаете на свой страх и риск и ответственность.



Бедствие моего мощного регулируемого импульсного источника питания (SMPS) 3-60V 40A.


Готовый импульсный блок питания


Передняя панель импульсного блока питания - контроль напряжения, контроль ограничения тока, переключатель режима ожидания S1 и светодиоды.


Коробка от старого блока питания 56В готова к установке моего блока питания 3-60В.


Оригинальная передняя панель


Коробка с вентилятором 8см.


Радиатор, Tr1, L1 и C17 старого блока питания, который будет использоваться для построения моего блока питания.


Подготовили D5 и D6.


IGBT и диоды сброса D7 на радиаторе и плате готовы к замене.


Выполнен ГДТ (трансформатор привода затвора) Тр2.


Начинается изготовление доски.


Доделана силовая часть, схема управления и Тр2.


Изготовление вспомогательного трансформатора 17В Тр4 (на левом фото - сердечник, на правом фото - первичный)


Готовая вторичная обмотка (слева) и готовый трансформатор Тр4 (справа).


Построение вспомогательного источника питания 17 В.


Плата взята из старого питания, со светодиодом 1 и светодиодом 2.


Вспомогательное питание после припаивания к нему Тр4.


Импульсный блок питания и конденсатор C4 (3x 680u)


Эквивалентная нагрузка для тестирования импульсного источника питания: нагревательный элемент 230V 2000W от котла, модифицированный на 57,5V. Одна клемма теперь является средней и обоими концами резистивного провода.Вторая клемма теперь подключена к 1/4 и 3/4 резистивного провода. Таким образом, спираль делится на 4 равные части, соединенные параллельно. Номинальное напряжение снижено до одной четверти, сопротивление до одной шестнадцатой. Мощность остается прежней.


Светящаяся спираль после подключения к тестируемому импульсному источнику питания.


Фильтр электромагнитных помех и ограничитель броска тока.


Тестирование импульсного блока питания снизу коробки.


Внутренняя часть готовой поставки.


Видео - проверка импульсного блока питания, последовательное рисование дуг со спиралью и регулировка показано на 2х лампах по 500Вт 230В.


Видео - Arsc с медными и алюминиевыми электродами.


Видео - Тестирование артера, встроенного в алюминиевый бокс.

Добавлен: 23. 10. 2010
дом

Как выбрать блок питания

Руководство покупателя электроэнергии: основные сведения об источниках питания

Есть старая поговорка: «Используйте правильный инструмент для работы!» Но иногда для работы существует несколько «правильных инструментов», так как же узнать, какой из них использовать? Чтобы правильно выбрать источник питания, необходимо понять некоторые важные основы.

Линия электропитания Jameco Electronics включает широкий выбор источников питания.Они обеспечивают все ваши потребности в источниках питания от настенных адаптеров и настольные блоки питания для открыто/ закрытые источники питания переменного тока в постоянный и преобразователи постоянного тока в постоянный / инверторы постоянного тока. Какой бы инструмент вы ни выбрали в качестве источника питания, вы можете быть уверены, что получите продукцию отличного качества, подходящую для вашей работы.

Условия подачи питания

Прежде всего, давайте проясним некоторые термины, которые часто сбивают с толку людей, но важны при выборе правильного источника питания для настенного адаптера. Импульсные источники питания переменного тока в постоянный vs.Термин «линейные» источники питания часто вводит в заблуждение тех, кто с ними не знаком.

Линейные источники питания принимают входной переменный ток (обычно 120 или 240 В переменного тока), понижают напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляют и фильтруют входной сигнал в выход постоянного тока.

Импульсный источник питания принимает входной переменный ток, но сначала выпрямляет и фильтрует в постоянный ток, затем преобразует обратно в переменный ток на некоторой высокой частоте переключения, понижает напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляется и фильтруется в выход постоянного тока.

Разница между линейным и коммутационным процессами заключается в том, что они позволяют использовать разные компоненты. Линейный источник питания обычно менее эффективен, использует более крупный и тяжелый трансформатор, а также более крупные компоненты фильтра. Импульсный источник питания подразумевает более высокий КПД из-за высокой частоты переключения, что позволяет использовать более компактный и менее дорогой высокочастотный трансформатор, а также более легкие и менее дорогие компоненты фильтра. Импульсные источники питания содержат больше общих компонентов, поэтому, как правило, они дороже.

Примечание:
Существует разница между «переключением» на стороне входа и «переключением» на стороне выхода. То, что мы только что обсудили, относится к переключению на выходной стороне. Говоря о входной стороне, существует 2 типа «переключаемых» источников питания:

1) Переключение - автоматически переключает между входами переменного тока и частотами, или
2) Переключаемый - на источнике питания есть ручной переключатель, который меняет диапазон и частота входного переменного тока.

Суммирование, хотя линейный процесс кажется более эффективным из-за его более короткого процесса, импульсный источник питания на самом деле более эффективен.


Astec ACV15N4.5 - Линейный источник питания 15 В, 4,5 А
Размер: 7,0 "Д x 4,8" Ш x 2,7 "В
Mean Well PS-65-15 - Импульсный источник питания 15 В, 4,2 А
Размер: 5,0" Д x 3,0 "Ш x 1,7" В

Также возникает много вопросов, когда говорят о "регулируемых" и "нерегулируемых" источниках питания. Эти термины относятся к схеме управления источником питания.

В нерегулируемом источнике питания переключающий транзистор работает с постоянным рабочим циклом, поэтому нет ничего, что могло бы управлять выходом. Выходы не имеют определенного значения; вместо этого они немного колеблются при приложении различных нагрузок.Только очень низкое напряжение приведет к отключению источника питания.

В регулируемом источнике питания выходная мощность поддерживается очень близкой к ее номинальной мощности за счет изменения рабочего цикла для компенсации изменений нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *