Электрическая схема маломощного сетевого адаптера. Электрическая схема сетевого адаптера: принцип работы и устройство

alexxlabСхем
Как работает сетевой адаптер. Из каких компонентов состоит схема адаптера. Какие бывают виды сетевых адаптеров. Преимущества и недостатки импульсных блоков питания. Как правильно выбрать сетевой адаптер.

Содержание

Устройство и принцип работы сетевого адаптера

Сетевой адаптер (блок питания) — это устройство, которое преобразует переменное напряжение сети 220В в постоянное напряжение нужного номинала для питания различных электронных устройств. Рассмотрим основные компоненты и принцип работы типичного сетевого адаптера:

Основные компоненты сетевого адаптера:

  • Трансформатор — понижает сетевое напряжение до нужного уровня
  • Выпрямитель — преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное
  • Сглаживающий фильтр — уменьшает пульсации выпрямленного напряжения
  • Стабилизатор напряжения — обеспечивает постоянство выходного напряжения

Принцип работы сетевого адаптера:

1. Сетевое напряжение 220В подается на первичную обмотку трансформатора.


2. Трансформатор понижает напряжение до нужного уровня (например, 12В).

3. Пониженное переменное напряжение поступает на выпрямитель (диодный мост).

4. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в пульсирующее постоянное.

5. Сглаживающий фильтр (электролитический конденсатор) уменьшает пульсации.

6. Стабилизатор обеспечивает постоянство выходного напряжения при изменении нагрузки.

7. На выходе формируется стабильное постоянное напряжение требуемого номинала.

Виды сетевых адаптеров

Существует несколько основных типов сетевых адаптеров:

1. Линейные адаптеры

Построены по классической схеме с трансформатором и линейным стабилизатором. Отличаются простотой, надежностью, низким уровнем помех. Недостаток — низкий КПД и большие габариты.

2. Импульсные адаптеры

Используют высокочастотное преобразование напряжения. Преимущества — высокий КПД, малые размеры и вес. Недостатки — сложность схемы, высокий уровень помех.

3. Адаптеры с гальванической развязкой

Обеспечивают электрическую изоляцию выхода от сети с помощью трансформатора. Повышают безопасность, но увеличивают габариты.


4. Адаптеры без гальванической развязки

Не имеют трансформатора, что уменьшает размеры. Но выход электрически связан с сетью, что снижает безопасность.

Преимущества и недостатки импульсных блоков питания

Импульсные блоки питания получили широкое распространение благодаря ряду преимуществ:

Преимущества импульсных БП:

  • Высокий КПД (до 90% и выше)
  • Малые габариты и вес
  • Широкий диапазон входных напряжений
  • Возможность получения нескольких выходных напряжений

Недостатки импульсных БП:

  • Сложность схемотехники
  • Высокий уровень высокочастотных помех
  • Меньшая надежность при перегрузках
  • Более высокая стоимость

Как выбрать сетевой адаптер?

При выборе сетевого адаптера следует учитывать следующие параметры:

  • Выходное напряжение — должно соответствовать питаемому устройству
  • Максимальный выходной ток — не менее требуемого питаемым устройством
  • Тип разъема — должен подходить к питаемому устройству
  • Наличие стабилизации напряжения — для чувствительной электроники
  • Наличие защиты от перегрузки и короткого замыкания
  • Уровень пульсаций выходного напряжения

Правильно подобранный сетевой адаптер обеспечит надежное питание вашего электронного устройства и убережет его от выхода из строя.


Схема простого сетевого адаптера на 5В

Рассмотрим принципиальную схему простого сетевого адаптера на 5В:

«`
VD1-VD4 C1 DA1 7805 220V AC 5V DC
«`

Основные компоненты схемы:

  • T1 — понижающий трансформатор 220В/9В
  • VD1-VD4 — диодный мост для выпрямления
  • C1 — электролитический конденсатор для сглаживания пульсаций
  • DA1 — интегральный стабилизатор напряжения 7805

Эта простая схема обеспечивает стабильное выходное напряжение 5В при токе нагрузки до 1А. Для увеличения выходного тока можно использовать более мощный стабилизатор с радиатором.

Безопасность при работе с сетевыми адаптерами

При работе с сетевыми адаптерами необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

  • Не разбирать адаптер, находящийся под напряжением
  • Использовать качественные изолированные инструменты
  • Не касаться оголенных проводников и контактов
  • Проверять отсутствие напряжения на конденсаторах перед работой
  • Соблюдать полярность при подключении к нагрузке
  • Не превышать максимально допустимую нагрузку адаптера
  • При появлении дыма или запаха немедленно отключить адаптер от сети

Соблюдение этих простых правил поможет избежать поражения электрическим током и выхода из строя адаптера или подключенных устройств.


Заключение

Сетевые адаптеры являются неотъемлемой частью современной электроники. Понимание принципов их работы и основных характеристик позволяет правильно выбрать и эксплуатировать эти устройства. При необходимости разработки собственного адаптера важно учитывать требования по безопасности и электромагнитной совместимости.


схемы импульсных сетевых адаптеров для зарядки телефонов

Схемы импульсных сетевых адаптеров для зарядки телефонов

Большинство современных сетевых зарядных устройств собрано по простейшей импульсной схеме, на одном высоковольтном транзисторе (рис. 1) по схеме блокинг-генератора.

В отличие от более простых схем на понижающем 50 Гц трансформаторе, трансформатор у импульсных преобразователей той же мощности гораздо меньше по размерам, а значит, меньше размеры, вес и цена всего преобразователя. Кроме того, импульсные преобразователи более безопасны — если у обычного преобразователя при выходе из строя силовых элементов в нагрузку попадает высокое нестабилизированное (а иногда и вообще переменное) напряжение со вторичной обмотки трансформатора, то при любой неисправности «импульсника» (кроме выхода из строя оптрона обратной связи — но его обычно очень хорошо защищают) на выходе вообще не будет никакого напряжения.

Рис. 1
Простая импульсная схема блокинг-генератора

Подробнейшее описание принципа действия (с картинками) и расчета элементов схемы высоковольтного импульсного преобразователя (трансформатор, конденсаторы и пр.) можно прочитать, например, в «ТЕА152х Efficient Low Power Voltage supply» по ссылке http://www. nxp.com/acrobat/applicationnotes/AN00055.pdf (на английском).

Переменное сетевое напряжение выпрямляется диодом VD1 (хотя иногда щедрые китайцы ставят целых четыре диода, по мостовой схеме), импульс тока при включении ограничивается резистором R1. Здесь желательно поставить резистор мощностью 0,25 Вт — тогда при перегрузке он сгорит, выполнив функцию предохранителя.

Преобразователь собран на транзисторе VT1 по классической обратноходовой схеме. Резистор R2 нужен для запуска генерации при подаче питания, в этой схеме он необязателен, но с ним преобразователь работает чуть стабильней. Генерации поддерживается благодаря конденсатору С1, включенному в цепь ПОС на обмотке частота генерации зависит от его емкости и параметров трансформатора. При отпирании транзистора напряжение на нижних по схеме выводах обмоток / и II отрицательное, на верхних — положительное, положительная полуволна через конденсатор С1 еще сильней открывает транзистор, амплитуда напряжения в обмотках возрастает… То есть транзистор лавинообразно открывается. Через некоторое время, по мере заряда конденсатора С1, базовый ток начинает уменьшаться, транзистор начинает закрываться, напряжение на верхнем по схеме выводе обмотки II начинает уменьшаться, через конденсатор С1 базовый ток еще сильней уменьшается, и транзистор лавинообразно закрывается. Резистор R3 необходим для ограничения базового тока при перегрузках схемы и выбросах в сети переменного тока.

В это же время амплитудой ЭДС самоиндукции через диод VD4 подзаряжается конденсатор СЗ — поэтому преобразователь и называется обратноходовым. Если поменять местами выводы обмотки III и подзаряжать конденсатор СЗ во время прямого хода, то резко возрастет нагрузка на транзистор во время прямого хода (он может даже сгореть из-за слишком большого тока), а во время обратного хода ЭДС самоиндукции окажется нерастраченной и выделится на коллекторном переходе транзистора — то есть он может сгореть от перенапряжения. Поэтому при изготовлении устройства нужно строго соблюдать фазировку всех обмоток (если перепутать выводы обмотки II — генератор просто не запустится, так как конденсатор С1 будет наоборот, срывать генерацию и стабилизировать схему).

Выходное напряжение устройства зависит от количества витков в обмотках II и III и от напряжения стабилизации стабилитрона VD3. Выходное напряжение равно напряжению стабилизации только в том случае, если количество витков в обмотках II и III одинаковое, в противном случае оно будет другое. Во время обратного хода конденсатор С2 подзаряжается через диод VD2, как только он зарядится до примерно -5 В, стабилитрон начнет пропускать ток, отрицательное напряжение на базе транзистора VT1 чуть уменьшит амплитуду импульсов на коллекторе, и выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне. Точность стабилизации у этой схемы не очень высока — выходное напряжение гуляет в пределах 15…25% в зависимости от тока нагрузки и качества стабилитрона VD3.
Схема более качественного (и более сложного) преобразователя показана на рис. 2

Рис. 2
Электрическая схема более сложного
преобразователя

Для выпрямления входного напряжения используется диодный мостик VD1 и конденсатор , резистор должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, иначе в момент включения, при зарядке конденсатора С1, он может сгореть. Емкость конденсатора С1 в микрофарадах должна равняться мощности устройства в ваттах.

Сам преобразователь собран по уже знакомой схеме на транзисторе VT1. В цепь эмиттера включен датчик тока на резисторе R4 — как только протекающий через транзистор ток станет столь большим, что падение напряжения на резисторе превысит 1,5 В (при указанном на схеме сопротивлении — 75 мА), через диод VD3 приоткроется транзистор VT2 и ограничит базовый ток транзистора VT1 так, чтобы его коллекторный ток не превышал указанные выше 75 мА. Несмотря на свою простоту, такая схема защиты довольно эффективна, и преобразователь получается практически вечный даже при коротких замыканиях в нагрузке.

Для защиты транзистора VT1 от выбросов ЭДС самоиндукции, в схему добавлена сглаживающая цепочка VD4-C5-R6. Диод VD4 обязательно должен быть высокочастотным — идеально BYV26C, чуть хуже — UF4004-UF4007 или 1 N4936, 1 N4937. Если нет таких диодов, цепочку вообще лучше не ставить!

Конденсатор С5 может быть любым, однако он должен выдерживать напряжение 250…350 В. Такую цепочку можно ставить во все аналогичные схемы (если ее там нет), в том числе и в схему по рис. 1 — она заметно уменьшит нагрев корпуса ключевого транзистора и значительно «продлит жизнь» всему преобразователю.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью стабилитрона DA1, стоящего на выходе устройства, гальваническая развязка обеспечивается оптроном V01. Микросхему TL431 можно заменить любым маломощным стабилитроном, выходное напряжение равно его напряжению стабилизации плюс 1,5 В (падение напряжения на светодиоде оптрона V01)’, для защиты светодиода от перегрузок добавлен резистор R8 небольшого сопротивления. Как только выходное напряжение станет чуть выше положенного, через стабилитрон потечет ток, светодиод оптрона начнет светиться, его фототранзистор приоткроется, положительное напряжение с конденсатора С4 приоткроет транзистор VT2, который уменьшит амплитуду коллекторного тока транзистора VT1. Нестабильность выходного напряжения у этой схемы меньше, чем у предыдущей, и не превышает 10…20%, также, благодаря конденсатору С1, на выходе преобразователя практически отсутствует фон 50 Гц.

Трансформатор в этих схемах лучше использовать промышленный, от любого аналогичного устройства. Но его можно намотать и самому — для выходной мощности 5 Вт (1 А, 5 В) первичная обмотка должна содержать примерно 300 витков проводом диаметром 0,15 мм, обмотка II — 30 витков тем же проводом, обмотка III — 20 витков проводом диаметром 0,65 мм. Обмотку III нужно очень хорошо изолировать от двух первых, желательно намотать ее в отдельной секции (если есть). Сердечник — стандартный для таких трансформаторов, с диэлектрическим зазором 0,1 мм. В крайнем случае, можно использовать кольцо внешним диаметром примерно 20 мм.