Простой импульсный блок питания схема. Простой импульсный блок питания: схема, особенности и применение

Основные элементы схемы:

• VD1-VD4 — входной мостовой выпрямитель
• C1 — входной фильтрующий конденсатор
• VT1 — силовой ключевой транзистор
• T1 — высокочастотный трансформатор
• VD5-VD6 — выходной выпрямитель
• C2 — выходной фильтрующий конденсатор

Особенности намотки трансформатора

Ключевой элемент схемы — импульсный трансформатор. При его намотке следует учитывать несколько важных моментов:

• Сечение провода первичной обмотки выбирается из расчета 2-3 А/мм2
• Вторичная обмотка наматывается проводом большего сечения
• Между слоями обязательна качественная изоляция
• Обмотки наматываются плотно, виток к витку
• Коэффициент трансформации подбирается экспериментально

Правильная намотка трансформатора во многом определяет характеристики всего блока питания.

Выбор компонентов для простого импульсного блока питания

При подборе элементов схемы следует обратить внимание на следующие моменты:

• Силовой транзистор должен иметь достаточный запас по напряжению и току
• Диоды выпрямителей выбираются с учетом максимальных токов и напряжений
• Емкость и рабочее напряжение конденсаторов фильтров должны быть достаточными
• Сердечник трансформатора выбирается с запасом по габаритной мощности

Правильный выбор компонентов обеспечит надежную работу блока питания в заданном диапазоне мощностей.

Настройка и проверка работоспособности

После сборки блока питания необходимо провести его настройку и проверку:

1. Проверить отсутствие короткого замыкания в цепях
2. Подключить нагрузку на выход (лампа, резистор)
3. Подать входное напряжение через ЛАТР, плавно увеличивая
4. Контролировать выходное напряжение и ток
5. Проверить нагрев элементов при длительной работе

При необходимости производится подстройка числа витков трансформатора или параметров обратной связи для получения требуемых характеристик.

Области применения простых импульсных блоков питания

Благодаря своим преимуществам, простые импульсные блоки питания широко используются в различных устройствах:

• Зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков
• Источники питания для LED-освещения
• Маломощные лабораторные блоки питания
• Источники питания для бытовой электроники
• Преобразователи напряжения в автомобильной технике

Их компактность и эффективность делают такие блоки питания оптимальным выбором для многих применений.

Меры безопасности при работе с импульсными блоками питания

При сборке и эксплуатации импульсных блоков питания необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

• Использовать качественную изоляцию проводников
• Обеспечить надежное заземление корпуса устройства
• Не прикасаться к элементам схемы при включенном питании
• Соблюдать полярность при подключении конденсаторов
• Использовать радиаторы для отвода тепла от силовых элементов

Строгое соблюдение техники безопасности позволит избежать поражения электрическим током и выхода устройства из строя.

cxema.org — Самый простой импульсный блок питания

Представляю самый простой миниатюрный импульсный блок питания, который может быть успешно повторён начинающим радиолюбителем. Он отличается надежностью, работает в широком диапазоне питающих напряжений, имеет компактные размеры.

Блок питания обладает относительно небольшой мощностью, в пределах 2-х ватт, зато он буквально неубиваемый, не боится даже долговремнных коротких замыканий.

Схема проще даже самых простых импульсных источников питания, к которым относятся зарядные устройства для мобильных телефонов.

Блок питания представляет собой  маломощный импульсный источник питания автогенераторного типа, собранный всего на одном транзисторе. Автогенератор запитывается от сети через токоограничительный резистор R1 и однополупериодный выпрямитель в виде диода VD1.

Импульсный трансформатор имеет три обмотки, коллекторная или первичная, базовая обмотка и вторичная.

Важным моментом является намотка трансформатора, и на печатной плате и на схеме указаны начала обмоток, так что проблем возникнуть не должно. Расчетов не делал, а количество витков обмоток позаимствованы от трансформатора для зарядки сотовых телефонов, так как схематика почти та же, количество обмоток тоже. Первой мотается первичная обмотка, которая состоит из 200 витков, диаметр провода от 0,08 до 0,1 мм, затем ставиться изоляция и таким же проводом мотается базовая обмотка, которая содержит от 5 до 10 витков. Поверх мотаем выходную обмотку, количество ее витков зависит от того, какое напряжение вам нужно, по моим скромным подсчетам получается около 1 вольта на один виток.

Сердечник для трансформатора можно найти в нерабочих блоках питания от мобильных телефонов, светодиодных драйверов и прочих маломощных источников питания, которые как правило построены именно на базе однотактных схем, в состав которых входит нужный трансформатор.

Один момент — блок однотактный и между половинками сердечника должен быть немагнитный зазор, такой зазор имеется у сердечников с зарядных устройств сотовых телефонов. Зазор относительно небольшой (пол миллиметра хватит сполна). Если не находите трансформаторов с зазором, его можно сделать искусственным образом, подложив между половинками сердечника один слой офисной бумаги.

Готовый трансформатор собирают обратно, половинки сердечника стягиваются скажем скотчем либо намертво склеиваются суперклеем.

Схема не имеет стабилизации выходного напряжения и узлов защиты от коротких замыканий, но как не странно  ей не страшны никакие короткие замыкания. При коротких замыканиях естественно повышается ток в первичной цепи, но он ограничивается ранее упомянутым резистором, и все лишнее рассеивается на резисторе в виде тепла, так что блок можно смело замыкать, даже долговременно. Такое решение снижает КПД источника питания в целом, но зато делает его буквально неубиваемым, в отличии от тех же самых зарядок для мобильных телефонов.

Резистор указанного номинала ограничивает входной ток на уровне 14, 5 мА, по закону ома, зная напряжение в сети легко можно рассчитать мощность, которая составляет в районе 3,3 ватт, это мощность на входе, с учетом кпд преобразователя выходная мощность будет процентов на 20-30 меньше этого. Увеличить мощность можно, для этого достаточно снизить сопротивление указанного резистора.

Силовой транзистор — это маломощный высоковольтный биполярный транзистор обратной проводимости, подойдут ключи типа MJE13001, 13003, 13005, более мощные ставить нет смысла, первого варианта вполне хватает.

На выходе схемы установлен выпрямитель на базе импульсного диода, для снижения потерь советую использовать диод шоттки, рассчитанный на ток 1А. Далее фильтрующий конденсатор, светодиодный индикатор включения и пара резисторов.

О недостатках схемы:

• Ограничительный резистор на входе снижает кпд, не на много, но снижает, взамен он гарантирует безопасную работу блока;
• Ограниченная выходная мощности —  для того, чтобы на этой основе построить блок питания скажем ватт на 10-20, нужно снизит его сопротивление и увеличит мощност, чтобы нагрев не выходил за рамки, а это неудобно и увеличивает размеры блока питания в целом.

Но с другой стороны, схожие схемы применяются там, где нужна мощность в пределах 3-5 ватт, например в моем случае блок предназначен для питания небольшого кулера, поэтому мощность ограничена в пределах 2-х ватт.

Области применения — их очень много, так, как блок имеет гальваническую развязку от сети, следовательно, он безопасен и его выходное напряжение никак не связано с сетью. Отличный вариант для запитки светодиодов, вентиляторов охлаждения, питания каких-то маломощных схем и многое другое.

Печатная плата тут 

ПРОСТОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЛАМПЫ

ПРОСТОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЛАМПЫ

      В этой статье Вы найдёте подробное описание процесса изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
      Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов. Можно изготовить и более мощные электронные трансформаторы, например на IR2153, а можно КУПИТЬ ГОТОВЫЙ и переделать под свои напряжения.

      В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

      В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

      Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП), причем довольно компактный. Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного блока питания, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

      В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных энергосберегающих ламп, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Отличие схемы балласта энергосберегающей лампы от импульсного блока питания

      Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для преобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

Схема энергосберегающей лампы

      А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе балласта люминисцентной лампы с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

      Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

      Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Законченная схема импульсного блока питания

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

      Мощность импульсного блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

      Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

БП с вторичной обмоткой прямо на каркас уже имеющегося дросселя

      В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

БП с дополнительным импульсным трансформатором

      Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

      В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

      Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Импульсный трансформатор для блока питания

      Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

      Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения

      Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

      Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе блока питания, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

      Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью 20 Ватт

      Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

      На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

      Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

      Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

      Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

      Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

      Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

      Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60°C, а транзисторов – 42°C. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП

            Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
            Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
            Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
            Температура трансформатора – 60?С
            Температура транзисторов – 42?С

Блок питания мощностью 100 Ватт

      Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Блок питания мощностью 100 Ватт

      Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

      Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

      Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз большие предельно-допустимые токи. Купить отдельно MJE13007 можно ЗДЕСЬ.

      Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

      Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

      Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

      Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

Действующий стоваттный импульсный блок питания

      Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
      Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
      Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
      Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
      Температура транзисторов – 75?C.
      Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см?.
      Температура дросселя TV1 – 45?C.
      TV2 – 2000НМ (O28 х O16 х 9мм)

Выпрямитель

      Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

      Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

      1. Мостовая схема.
      2. Схема с нулевой точкой.

      Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

      Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

      Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

            Пример.
      Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

      100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

      Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

      100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

      Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

      В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

      Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

      При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

      На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

      Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

      Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

      Будьте осторожны, берегитесь ожога!
Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Как наладить импульсный блок питания?

      Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

      Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

      Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

      Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

      Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65?С, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

      Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65?С, а транзисторов выше 80… 85?С.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП маломощный импульсный блок питания из подручных материалов своими руками

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

Схема импульсного блока питания

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

      Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

По материалам сайта http://www.ruqrz.com/

      Для большей наглядности приведено несколько принципиальных схем ламп популярных производителей:

РЕМОНТ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

ОПИСАНИЕ И СХЕМА БОЛЕЕ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

Простейший импульсный блок питания своими руками схема

Всем привет! После сборки усилителя на ТДА7294, сделал еще и инвертор, чтобы можно было питать от 12 В, то есть автомобильный вариант. После того как все сделал в плане УНЧ, был поставлен вопрос: чем теперь его питать? Даже для тех же тестов, или чтобы просто послушать? Думал обойдется все АТХ БП, но при попытке «навалить», БП надежно уходит в защиту, а переделывать как-то не очень хочется. И тут осенила мысль сделать свой, без всяких «прибамбасов» БП (кроме защиты разумеется). Начал с поиска схем, присматривался к относительно не сложным для меня схем. В итоге остановился на этой:

Схема ИБП для УМЗЧ

Нагрузку держит отлично, но замена некоторых деталей на более мощные позволит выжать из неё 400 Вт и более. Микросхема IR2153 – самотактируемый драйвер, который разрабатывался специально для работы в балластах энергосберегающих ламп. Она имеет очень малое потребление тока и может питаться через ограничительный резистор.

Сборка устройства

Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с ПП скачайте тут.

Сначала прикупил некоторые отсутствующие детали (транзисторы, ирка, и мощные резисторы).

Кстати, сетевой фильтр полностью снял с БП от проигрывателя дисков:

Далее внимательно распаиваем детали на плате согласно схеме и ПП.

Теперь самое интересное в ИИП – трансформатор, хотя ничего сложного тут нету, просто надо понять, как его правильно мотать, и всего то. Для начала нужно знать, чего и сколько наматывать, для этого есть множество программ, однако самая распространённая и пользующаяся популярностью у радиолюбителей это – ExcellentIT. В ней мы и будем рассчитывать наш трансформатор.

Как видим, получилось у нас 49 витков первичная обмотка, и две обмотки по 6 витков (вторичная). Будем мотать!

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!

Примечания и советы

1. Если мощность всего около 200 Вт, то резистор, задающий порог защиты R10, должен быть 0,33 Ом 5 Вт. Если он будет в обрыве, или сгорит, сгорят все транзисторы, а также микросхема.
2. Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
3. В данной схеме частота преобразования примерно 63 кГц, и в ходе эксплуатации, наверное, лучше для кольца марки 2000НМ, частоту уменьшить до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева – 70-75 кГц. Не стоит гнаться за большой частотой, для данной схемы, и кольца марки 2000НМ, будет оптимально 40-50 кГц. Слишком большая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительных потерях на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
4. Если у вас на холостом ходу при правильной сборке греется трансформатор и ключи, попробуйте снизить емкость конденсатора снаббера С10 с 1 нФ до 100-220 пкФ. Ключи нужно изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП АТХ.

Вот конечные фото проекта блока питания:

​

Всем удачи! Специально для Радиосхем – с вами был Alex Sky.

Обсудить статью МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

• Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
• Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
• На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
• Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

• частотно-импульсным;
• фазо-импульсным;
• широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U_П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К_ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U_УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U_П (опорное напряжение) и U_РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U_УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U_OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U_РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

• Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
• Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
• Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
• Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
• Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

• различные виды зарядных устройств; Зарядки и внешние БП
• внешние блоки питания;
• электронный балласт для осветительных приборов;
• БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.

Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
• Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 – 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
• Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
• Транзистор VT1 – KT872A.
• Стабилизатор напряжения D1 – микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
• Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
• Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Если нет желания устанавливать громоздкий трансформатор или создавать намотку, можно своими руками собрать блок питания импульсного типа, который требует трансформатора всего с несколькими витками.

При этом, потребуется небольшое количество деталей, а работу можно выполнить за 1 час. В данном случае, основой для блока питания используется микросхема IR2151.

Для работы понадобятся следующие материалы и детали:

1. PTC термистор любого типа.
2. Пара конденсаторов, которые выбираются с расчетом 1мкф. на 1 Вт. При создании конструкции подбираем конденсаторы так, чтобы они вытянули 220 Вт.
3. Диодная сборка типа «вертикалка».
4. Драйвера типа IR2152, IR2153, IR2153D.
5. Полевые транзисторы типа IRF740, IRF840. Можно выбрать и другие, если у них хороший показатель сопротивления.
6. Трансформатор можно взять из старых компьютерных системных блоков.
7. Диоды, устанавливаемые на выходе, рекомендуется брать из семейства HER.

Кроме этого, понадобятся следующие инструменты:

1. Паяльник и расходные материалы.
2. Отвертка и плоскогубцы.
3. Пинцет.

Также, не стоит забывать и о необходимости хорошего освещения на месте работы.

Пошаговая инструкция

Сборка проводится согласно составленной схеме цепи. Микросхема была подобрана согласно особенностям цепи.

Сборка проводится следующим образом:

1. На входе устанавливаем PTC термистор и диодные мосты.
2. Затем, устанавливается пара конденсаторов.
3. Драйвера необходимы для регулирования работы затворов полевых транзисторов. При наличии у драйверов индекс D в конце маркировки устанавливать диод FR107 не нужно.
4. Полевые транзисторы устанавливаются без закорачивания фланцев. При проведении крепления к радиатору, используют специальные изоляционные прокладки и шайбы.
5. Трансформаторы устанавливаются с закороченными выводами.
6. На выходе диоды.

Проверка

Для того, чтобы правильно собрать блок питания, нужно внимательно отнестись к установке полярных элементов, а также следует быть осторожным при работе с сетевым напряжением. После отключения блока от источника питания, в цепи не должно оставаться опасного напряжения. При правильной сборке, последующая наладка не проводится.

Проверить правильность работы блока питания можно следующим образом:

1. Включаем в цепь, на выходе лампочка, к примеру,12 Вольт. При первом кратковременном пуске, лампочка должна гореть. Кроме этого, следует обратить внимание на то, что все элементы не должны нагреваться. Если что-то греется, значит, схема собрана неправильно.
2. При втором пуске замеряем значение тока при помощи тестера. Даем проработать блоку достаточное количество времени для того, чтобы убедиться в отсутствии нагревающихся элементов.

Кроме этого, нелишним будет проверка всех элементов при помощи тестера на наличие высокого тока после выключения питания.

Рекомендации по сборке:

1. Как ранее было отмечено, работа импульсного блока питания основана на обратной связи. Рассматриваемая схема не требует специальной организации обратной связи и различных фильтров по питанию.
2. Особое внимание следует уделить выбору полевых транзисторов. В данном случае, рекомендуются полевые транзисторы IR, которые славятся устойчивостью к тепловому разрешению. Согласно данным производителя, они могут стабильно работать до 150 градусов Цельсия. Однако, в этой схеме они не сильно нагреваются, что можно назвать весьма важной особенностью.
3. Если нагрев транзисторов происходит постоянно, следует устанавливать активное охлаждение. Как правило, оно представлено вентилятором.

Достоинства и недостатки

Импульсный преобразователь имеет следующие достоинства:

1. Высокий показатель коэффициента стабилизации позволяет обеспечить условия питания, которые не будут вредить чувствительной электронике.
2. Рассматриваемые конструкции обладают высоким показателем КПД. Современные варианты исполнения имеют этот показатель на уровне 98%. Это связано с тем, что потери снижены до минимума, о чем говорит малый нагрев блока.
3. Большой диапазон входного напряжения – одно из качеств, из-за которого распространилась подобная конструкция. При этом, КПД не зависит от входных показателей тока. Именно невосприимчивость к показателю напряжения тока позволяет продлить срок службы электроники, так как в отечественной сети электроснабжения прыжки показателя напряжения частое явление.
4. Частота входящего тока оказывает влияние на работу только входных элементов конструкции.
5. Малые габариты и вес, также обуславливают популярность из-за распространения портативного и переносного оборудования. Ведь при использовании линейного блока вес и габариты увеличиваются в несколько раз.
6. Организация дистанционного управления.
7. Меньшая стоимость.

Есть и недостатки:

1. Наличие импульсных помех.
2. Необходимость включения в цепь компенсаторов коэффициента мощности.
3. Сложность самостоятельного регулирования.
4. Меньшая надежность из-за усложнения цепи.
5. Тяжелые последствия при выходе одного или нескольких элементов цепи.

Устройство и особенности работы

При рассмотрении особенностей работы импульсного блока, можно отметить следующие:

1. Сначала происходит выпрямление входного напряжения.
2. Выпрямленное напряжение в зависимости от предназначения и особенностей всей конструкции, перенаправляется в виде прямоугольного импульса высокой частоты и подается на установленный трансформатор или фильтр, работающий с низкими частотами.
3. Трансформаторы имеют небольшие размеры и вес при использовании импульсного блока по причине того, что повышение частоты позволяет повысить эффективность их работы, а также уменьшить толщину сердечника. Кроме этого, при изготовлении сердечника может использоваться ферромагнитный материал. При низкой частоте, можно использовать только электротехническую сталь.
4. Стабилизация напряжения происходит при помощи отрицательной обратной связи. Благодаря использованию данного метода, напряжение, подаваемое к потребителю, остается неизменным, несмотря на колебание входящего напряжения, и создаваемой нагрузки.

Обратная связь может быть организована следующим образом:

1. При гальванической развязке, используется оптрон или выход обмотки трансформатора.
2. Если не нужно создавать развязку, используется резисторный делитель напряжения.

Подобными способами выдерживается выходное напряжение с нужными параметрами.

Стандартные блоки импульсного питания, который может использоваться, к примеру, для регулирования выходного напряжения при питании светодиодной лампы, состоит из следующих элементов:

1. Часть входная, высоковольтная. Она, как правило, представлена генератором импульсов. Ширина импульса – основной показатель, оказывающий влияние на выходной ток: чем шире показатель, тем больше напряжение, и наоборот. Импульсный трансформатор стоит на разделе входной и выходной части, проводит выделение импульса.
2. На выходной части стоит PTC термистор. Он изготавливается из полупроводника, имеет положительный показатель коэффициента температуры. Данная особенность означает, что при повышении температуры элемента выше определенного значения, значительно поднимается показатель сопротивления. Используется в качестве защитного механизма ключа.
3. Низковольтная часть. С низковольтной обмотки проводится снятие импульса, выпрямление происходит при помощи диода, а конденсатор выступает в качестве фильтрующего элемента. Диодная сборка может провести выпрямление тока до значения 10А. Следует учитывать, что конденсаторы могут быть рассчитаны на различную нагрузку. Конденсатор проводит снятие оставшихся пиков импульса.
4. Драйвера проводят гашение возникающего сопротивления в цепи питания. Драйвера во время работы проводят поочередное открытие затворов установленных транзисторов. Работа происходит с определенной частотой
5. Полевые транзисторы выбирают с учетом показателей сопротивления и максимального напряжения при открытом состоянии. При минимальном значении, сопротивления значительно повышается КПД и уменьшается нагрев во время работы.
6. Трансформатор типовой для понижения.

С учетом выбранной схемы, можно приступать к созданию блока питания рассматриваемого типа.

Импульсный блок питания: схемы, сборка, принцип действия

Современные электронные устройства рассчитаны на работу от слабых токов от 1-2 до 6-12 вольт. Ранее такое напряжение достигалось путем использования аналоговых или трансформаторных блоков питания, которые сегодня почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную работу электронных приборов.

Работа аналоговых блоков питания

Предшественниками импульсных устройств долгое время были аналоговые блоки питания, оборудованные понижающим трансформатором. На рисунке упрощенной структурной схемы хорошо видно, что этот прибор установлен на самом входе. С помощью понижающего трансформатора амплитуда питающего напряжения преобразуется из сетевых 220 В до нужного значения.

После этого синусоидальный ток попадает в выпрямитель, где преобразуется в импульсный. Данная процедура осуществляется с помощью полупроводниковых выпрямительных элементов – диодов, подключенных по схеме диодного моста.

Следующим элементом является блок, состоящий из сглаживающего фильтра и стабилизатора. Сглаживание напряжения осуществляется конденсатором, имеющим соответствующую расчетную емкость. После выполняется стабилизация, чтобы избежать провалов напряжения в случае увеличения нагрузки. Данная схема приведена в очень упрощенном виде, поскольку в блоках питания 12В этого типа существуют дополнительные элементы в виде входного фильтра и защитных цепей, не оказывающих существенного влияния на общую функциональность устройства.

Основным ограничением использования трансформаторных блоков является их чрезмерная масса и габаритные размеры. Например, понижающий трансформатор 220/12 с номинальной мощностью 250 Вт весит примерно 4 кг, а его длина, ширина и высота составляют 125х124х89 мм. Данный фактор делает невозможным использование таких приборов в современных миниатюрных устройствах.

Принцип действия импульсных устройств

Импульсные устройства – ИИП работают совершенно по другому принципу, существенно отличающемуся от аналоговых блоков питания. Это подтверждают и структурные схемы, в которой отсутствует входной понижающий трансформатор.

Принцип работы такого источника питания осуществляется на практике в следующей последовательности:

• Изначально питание попадает в сетевой фильтр, сводящий до минимума входящие и исходящие сетевые помехи, образующиеся в результате рабочих процессов.
• Далее начинает действовать блок, в котором синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. Вместе с ним начинается работа сглаживающего фильтра.
• После этого в рабочий процесс включается инвертор, формирующий высокочастотные прямоугольные сигналы. Для обратной связи с инвертором используется блок управления.
• Импульсный трансформатор – ИТ обеспечивает автоматический генераторный режим, подачу напряжения на отдельные участки цепей, защиту, управление контроллером и нагрузку. Кроме того, ИТ обеспечивает гальваническую развязку между цепями с высоким и низким напряжением. Для его сердечника использованы ферримагнитные материалы, обеспечивающие надежную передачу высокочастотных сигналов в диапазоне от 20 до 100 кГц.
• На следующем этапе начинается работа выходного выпрямителя, работающего с напряжением высокой частоты. Его конструкция выполнена на основе быстродействующих полупроводниковых элементов – диодов Шотке.
• По завершении процесса напряжение сглаживается на выходном фильтре, после чего оно уже поступает на нагрузку.

Работа инвертора в блоке питания

Инвертор является основным элементом импульсного блока. Его основная функция заключается в высокочастотной модуляции, которая может быть выполнена частотно-импульсным, фазоимпульсным и широтно-импульсным (ШИМ) способами.

В практической работе схема импульсного блока питания чаще всего использует последний вариант, отличающийся простым исполнением и постоянной коммуникационной частотой.

Работа этого контроллера выполняется по следующей схеме, приведенной на рисунке выше:

• С помощью генератора, задающего частоты, происходит формирование прямоугольных сигналов с частотой, соответствующей опорному значению. Эти сигналы служат базой для формирования U_п, имеющего пилообразную форму и поступающего на К_шим, то есть, на вход компаратора.
• Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала U_ус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (U_п) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (U_рс).
• С помощью этого способа образуется замкнутая цепь, обеспечивающая управление напряжением на выходе, образуя тем самым своеобразный линейно-дискретный функциональный узел. На выходе происходит формирование импульсов, продолжительность которых зависит от разницы между опорным и управляющим сигналами. На основе данного узла возникает напряжение, позволяющее управлять ключевым транзистором инвертора.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем контроля над его уровнем. Если оно изменяется, то соответственно происходит и пропорциональное изменение напряжения U_рс – регулирующего сигнала. За счет этого уменьшается или увеличивается продолжительность временного промежутка между импульсами. В результате мощность вторичной цепи изменяется и выходное напряжение стабилизируется. Гальваническая развязка, которой оборудуются все импульсные блоки питания, обеспечивает безопасность между питающей сетью и обратной связью и выполняется с помощью оптронов.

Плюсы и минусы импульсных блоков

По сравнению с аналоговыми преобразователями такой же мощности, импульсные блоки обладают несомненными преимуществами:

• Незначительная масса и габариты, поскольку в конструкции отсутствует понижающий трансформатор низкой частоты и управляющие элементы, требующие больших радиаторов для отвода тепла. Преобразование высокочастотных сигналов привело к снижению емкости конденсаторов, установленных в фильтрах и их габаритных размеров.
• У них значительно выше коэффициент полезного действия, так как большинство потерь связано лишь с переходными процессами. В аналоговых же системах большое количество энергии постоянно теряется из-за электромагнитных преобразований.
• Благодаря полупроводниковым элементам, значительно снижается стоимость изделия.
• Входное напряжение обладает более широким диапазоном. Импульсные блоки можно подключать к любым сетям, поскольку для них не имеет значения частота и амплитуда.
• Все устройства надежно защищены от коротких замыканий, перегрузок и прочих нестандартных ситуаций.

Однако, даже такие совершенные устройства имеют определенные недостатки. В первую очередь, это помехи, вызванные высокочастотным преобразователем. Из-за этого требуется установка фильтра для подавления этих помех. Он не всегда достаточно эффективен, поэтому применение импульсных блоков ограничено для совместной эксплуатации с высокоточной аппаратурой.

Использование этих устройств предъявляет особые требования к подключаемой нагрузке, которая не должна быть слишком высокой или слишком низкой. В случае превышения током уровня нижнего или верхнего порога, выходное напряжение по своим характеристикам будет значительно отличаться от номинального.

Самостоятельная сборка импульсного блока питания

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется собрать импульсный блок питания своими руками для конкретного электронного оборудования. За основу можно взять импульсный трансформатор, имеющийся в компьютерном блоке и сделать достаточно мощный ИБП. Схема довольно простая, не требующая отдельных настроек.

Основой полумостового драйвера служит микросхема IR2151. Усиление сигнала генератора осуществляется с помощью мощного полевого транзистора, закрепляемого на теплоотводе.

Самый простой импульсный блок питания будет состоять из следующих деталей: термистора, резистора на 47 кОм, диода FR107, электролитических конденсаторов и других деталей, обозначенных на схеме. Подобные самодельные блоки питания могут использоваться для достаточно мощных электронных устройств. При желании их можно всегда подогнать по параметрам под конкретный прибор.

Простой импульсный БП для УМЗЧ » Журнал практической электроники Датагор

Содержание / Contents

Она представляет из себя полумостовой инвертор с переключающим насыщаюшимся трансформатором. Конденсаторы С1 и С2 образуют делитель напряжения для одной половины полумоста, а так же сглаживают пульсации сетевого напряжения. Второй половиной полумоста являются транзисторы VT1 и VT2, управляемые переключающим трансформатором Т2. В диагональ моста включена первичная обмотка силового трансформатора Т1, который рассчитан так что он не насыщается во время работы.

Для надёжного запуска преобразователя, применён релаксационный генератор на транзисторе VT3, работающем в лавинном режиме.
Кратко принцип его работы. Конденсатор С7 заряжается через резистор R3, при этом напряжение на коллекторе транзистора VT3 пилообразно растёт. При достижении этого напряжения примерно 50 – 70В, транзистор лавинообразно открывается, и конденсатор разряжается через транзистор VT3 на базу транзистора VT2 и обмотку III трансформатора Т2, тем самым запуская преобразователь.

По моему, утюжить такую плату не имеет смысла, она слишком простая.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применить отечественные КТ812, КТ704, КТ838, КТ839, КТ840, то есть с граничным напряжением коллектор-эмиттер не менее 300В, из импортных знаю только J13007 и J13009, они применяются в компьютерных БП. Диоды можно заменить любыми другими мощными импульсными или с барьером шоттки, я, например, использовал импортные FR302.

Трансформатор Т1 намотан на двух сложенных кольцах К32×19Х7 из феррита марки М2000НМ, первичная обмотка намотана равномерно по всему кольцу и составляет 82 витка провода ПЭВ-1 0,56. Перед намоткой необходимо скруглить острые кромки колец алмазным надфилем или мелкой наждачной бумагой и обмотать слоем фторопластовой ленты, толщиной 0,2 мм, так же нужно обмотать и первичную обмотку. Обмотка III намотана сложенным вдвое проводом ПЭВ-1 0,56 и составляет 16+16 витков с отводом от середины. Обмотка II намотана двумя витками провода МГТФ 0,05, и расположена на свободном от обмотки III месте.

Трансформатор Т2 намотан на кольце К10×6Х5 из феррита той же марки. Все обмотки намотаны проводом МГТФ 0,05. Обмотка I состоит из десяти витков, а обмотки II и III намотаны одновременно в два провода и составляют шесть витков.

Первый запуск блока желательно производить подключив его через токоограничивающий резистор, представляющий из себя лампу накаливания мощностью 200 Вт и напряжением 220 В. Как правило, правильно собранный БП в наладке не нуждается, исключение составляет лишь транзистор VT3. Проверить релаксатор можно подключив эмиттер транзистора к минусовому полюсу. После включения блока, на коллекторе транзистора должны наблюдаться пилообразные импульсы частотой около 5 Гц.

Спасибо Федору ([email protected]) за предоставленные ссылки на связанные материалы!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Схемы блоков питания и зарядных устройств, самодельные источники питания (Страница 19)

Во многих современных стабилизаторах для улучшения их качественных показателей используют операционные усилители, обладающие большим коэффициентом усиления и стабильными характеристиками. Однако относительно простая модификация традиционного по схеме транзисторного стабилизатора …

2 5031 0

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его …

1 5244 0

Этот лабораторный блок питания способен обеспечить стабилизацию как тока, так и напряжения. Основой его служит электронный стабилизатор — именно он определяет все выходные параметры устройства. При сравнительной схемной простоте стабилизатор имеет хорошие …

3 5435 0

Бестрансформаторные маломощные сетевые блоки питания с гасящий конденсатором получили широкое распространение в радиолюбительских конструкциях благодаря простоте своей кос-трукции, несмотря на такой серьезный недостаток, как наличие гальванической связи блока питания с сетью.

0 4285 0

Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в цепь …

0 4672 0

С появлением в продаже недорогих и надежных трехвыводных интегральных стабилизаторов напряжения, можно собрать простой блок питания на ряд наиболее часто применяемых напряжений. Блок питания состоит из понижающего …

2 4274 0

Особенность этого источника питания в том, что вращением ручки-регулятора можно не только изменять выходное напряжение, но и его полярность. Практически напряжение регулируется от + 12 до —12 В. Достигнуто это благодаря немного необычному включению …

0 4613 0

Предлагаемый блок предназначен для питания от сети малогабаритных радиоэлектронных устройств (карманных радиоприемников, диктофонов, часов и т.д.). выходное напряжение может быть выбрано в пределах от 5 до 12 В. Одно из достоинств блока …

0 6109 0

В устройстве, собранном по схеме ниже (оно предназначено для зарядки 6-вольтовой батареи), транзистор VT1 выполняет функции нижнего плеча делителя (совместно с резистором Rl), управляющего работой микросхемы DA1 таким образом, что зарядный ток …

0 3861 0

Любой разработчик может столкнуться с проблемой создания простого и надежного источника питания для конструируемого им устройства. В настоящее время существуют достаточно простые схемные решения и соответствующая им элементная база, позволяющие создавать импульсные источники …

4 8255 3

Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

   Решил собрать себе в гараж усилитель звуковой частоты, ватт на 60, чтоб читал музыку с флешки. Для этого приобрел китайский ФМ модулятор, а корпус у меня для данного девайса лежал уже давно. Когда собрал усилитель, возникла проблема — обычный сетевой трансформатор на такую мощность в корпус просто не влез. Было решено сделать импульсный блок питания. Пересмотрел кучу схем из интернета. Автогенераторные не подходили, так как дают сильные помехи. Переделка блоков питания от компьютера тоже не понравилась, очень не люблю когда на плате все паяно перепаяно. Тут проще сделать новое. И вот нашел эту интересную схемку импульсного блока питания. 

   Схема проще некуда — работает на частоте 100кгц и содержит минимум недорогих, распространённых деталей. Частота задается резистором, который висит на второй ноге микросхемы (в данном случае 10кОм). Микросхема IR2151-2153 — это драйвер управления затворами полевых транзисторов. Практика показала, что снабберы для подавления ВЧ грязи в данном блоке не обязательны. Даная схема ИБП может вытянуть до 500 ватт мощности. Здесь по описанию автора работают и самодельные трансформаторы. Эта простая проверенная схема прекрасно подойдет для питания усилителей, зарядки аккумуляторов, галогенных ламп на 12 вольт в точечных светильниках и многого другого. 

   Схема не требует никакого налаживания и начинает работать сразу. В своём варианте использовал трансформатор из неисправного блока питания копьютера и все детали кроме микросхемы, транзисторов и мощного резистора на 47 кОм взял оттуда же. На схеме на выпрямлении сетевого напряжения стоит диодный мост — тоже использовал диоды из блока АТХ (плата рассчитана под мост). Входные высоковольтные конденсаторы рассчитывают из соображения 1Мкф ёмкости на 1 Ватт мощности. В данном случае конденсаторы рассчитаны на мощность 220 Ватт. Можно для регулирования частоты последовательно с резистором на 10 кОм поставить переменный на 5кОм. Ведь при изменении частоты изменяется выходное напряжение. Еще хочу добавить, что диоды типа КД213 тут не работают — очень сильно греются, надо ставить что-то по быстрее. Вот фото моего варианта. Диодный мостик на выходе не ставил, так как он стоит отдельно вместе с конденсаторами фильтра в самом усилителе. Транзисторы применил IRF840, так как они больше всего подходят для этого блока питания.

   На фото он тянет 50-ти ваттную нагрузку, диод включил для снижения напряжения, так как на выходе 22 вольта. Печатную плату делал маркером, ушло на минут 10. Транзисторы крепятся на общем радиаторе через слюдяные прокладки. 

   В архиве дана печатная плата на схему. Еще добавлю, что по стоимости радиокомпонентов обошлось всё в три доллара. Автор статьи: Ксюня.

Originally posted 2019-01-27 07:25:54. Republished by Blog Post Promoter

для начинающих: руководство по эффективности, часть 1

Энергетическая эффективность является фундаментальной характеристикой любого импульсного источника питания (SMPS), и ее мера обычно определяет качество устройства преобразования. Высокие числа дают право хвастаться успешному инженеру, в то время как низкие числа обычно указывают на необходимость модификации или перепроектирования.

Максимальная эффективность является основным критерием для всех SMPS, но тем более для тех, которые используются в портативных устройствах, где необходимо продлить срок службы батареи, чтобы предложить потребителям увеличенное время работы при использовании их любимых гаджетов и игрушек.Высокая эффективность также является обязательным условием для тех конструкций, которые требуют улучшенного управления температурным режимом или где стоимость подачи электроэнергии вызывает озабоченность.

Чтобы достичь максимальной эффективности преобразования в конструкции SMPS, инженер должен понимать элементарные механизмы потери мощности, присущие этим преобразователям, и то, что можно сделать, чтобы уменьшить их влияние. Кроме того, знакомство с общими функциями ИС SMPS, которые способствуют повышению эффективности, позволяет инженеру делать лучший выбор, когда сталкивается с конструкцией импульсного преобразователя.

В этом обсуждении, состоящем из двух частей, объясняются основные факторы, влияющие на эффективность SMPS, и дается руководство о том, как начать новую конструкцию. Потери мощности вводных материалов и коммутационных компонентов покрываются в этом первом взносе.

Ожидаемая эффективность

Энергетические потери являются неотъемлемой частью систем преобразования энергии. Неидеальности мира природы мешают нам достичь этой конечной награды в виде 100% эффективности преобразования. Тем не менее, хорошо спроектированные блоки питания могут достигать весьма значительной эффективности, обычно приближающейся к процентным значениям в диапазоне от середины до высокого уровня 90-х годов.

Для любопытных можно получить эталонные показатели эффективности, изучив типичные рабочие характеристики, указанные в таблицах данных, которые можно получить у производителей ИС источников питания. Например, схема понижающего преобразователя в рис. 1 обеспечивает КПД до 97% для определенных выходных конфигураций и дает высокий КПД для очень легких нагрузок.

Как реализованы такие высокие показатели эффективности? Уделять особое внимание фундаментальным потерям, общим для всех SMPS, — отличное начало.Эти потери в основном обнаруживаются в переключающих компонентах (полевые МОП-транзисторы и диоды) и, в меньшей степени, в катушках индуктивности и конденсаторах общей схемы SMPS. В зависимости от ИС могут быть выбраны специальные функции, которые будут бороться с потерями в эффективности, например варианты архитектуры управления и интеграция компонентов. Например, схема в (рис. 1 ) использует несколько методов для борьбы с собственными потерями, включая синхронное выпрямление, интегрированные полевые МОП-транзисторы с низким сопротивлением, низкое потребление тока покоя и архитектуру управления с пропуском импульсов, преимущества которой будут обсуждаться ниже. эта статья разворачивается.

Краткий обзор Stepdown SMPS

Хотя потери, которые будут обсуждаться, применимы ко всем базовым топологиям SMPS, следующий текст поясняется со ссылкой на общую схему понижающего преобразователя понижающего преобразователя в рис. 2 . На рисунке также показаны некоторые формы сигналов переключения схемы, которые будут использоваться в расчетах, представленных позже.

Понижающий преобразователь снижает более высокое входное напряжение постоянного тока до более низкого выходного напряжения постоянного тока.При этом MOSFET включается и выключается с постоянной частотой модуляции (f _S ) прямоугольным сигналом с широтно-импульсной модуляцией (PWM). Короче говоря, когда полевой МОП-транзистор включен, входной источник питания заряжает катушку индуктивности и конденсатор и подает мощность на нагрузку. В течение этого времени величина тока катушки индуктивности нарастает по мере прохождения через контур 1, как показано на рис. 2 .

Когда полевой МОП-транзистор выключается, входное питание отключается от выхода, а индуктор и выходной конденсатор поддерживают нагрузку.Величина тока катушки индуктивности снижается по мере прохождения через диод в соответствии с направлением, указанным в контуре 2. Доля периода переключения, в котором включен полевой МОП-транзистор, определяется скважностью (D) сигнала ШИМ. D делит каждый период переключения (t _S ) на интервалы [D xt _S ] и [(1-D) xt _S ], которые связаны с проводимостью полевого МОП-транзистора (контур 1) и проводимости диода (контур 2). , соответственно.

Во всех топологиях SMPS это разделение периода переключения используется для преобразования выходного напряжения.Для понижающего преобразователя, чем больше рабочий цикл, тем больше энергии подводится к нагрузке и увеличивается среднее выходное напряжение. И наоборот, когда рабочий цикл уменьшается, среднее выходное напряжение уменьшается.

В связи с этим соотношением коэффициенты преобразования для понижающего ИИП составляют:
V _OUT = D x V _IN
I _IN = D x I _OUT .

Важно отметить, что чем дольше любой ИИП остается в определенном интервале, тем больше относительные потери, совпадающие с этим интервалом.Для понижающего преобразователя низкий D означает большие относительные потери в контуре 2, поскольку этот контур доминирует в периоде переключения.

Потери коммутационных компонентов

МОП-транзистор и диод, изображенные на рис. 2 (и в большинстве других базовых топологий преобразователя), имеют тенденцию вызывать наибольшее снижение эффективности из-за природы этих полупроводниковых устройств. Оба являются жертвами двух видов потери мощности: потери проводимости и потери переключения.

Более простой для понимания — это потеря проводимости.Интуитивно понятно, что там, где есть ток, естественно будет противодействие току, и в результате будет тратиться энергия. И полевой МОП-транзистор, и диод действуют как переключатели, которые направляют ток через цепь, когда любое устройство включено в течение каждого интервала переключения. Следовательно, при включении этого конкретного устройства будут возникать потери проводимости из-за сопротивления открытого МОП-транзистора (R _DSon ) и прямого напряжения диода.

Поскольку ток полевого МОП-транзистора течет только во включенном состоянии, потери проводимости полевого МОП-транзистора (P _CONDmosfet ) приблизительно равны произведению R _DSon , рабочего цикла и квадрата тока в открытом состоянии:

P _CONDmosfet = I _{MOSFETon (средн.)} ² x R _DSon x D

, где I _{MOSFETon (avg)} — средний ток MOSFET за интервал включения.Ссылаясь на понижающий преобразователь в рис.2 , полевой МОП-транзистор проводит выходной ток (I _OUT ), когда он включен, в результате чего предполагаемые потери проводимости полевого МОП-транзистора составляют:

P _CONDmosfet = I _OUT ² x R _DSon x (V _OUT / V _IN )

В то время как потери проводимости MOSFET пропорциональны рассеянию на его низком R _DSon , потери проводимости диода зависят от сравнительно большего прямого напряжения (V _F ).Таким образом, диоды обычно имеют большие потери проводимости, чем полевые МОП-транзисторы. Потери проводимости диода пропорциональны прямому току, VF и времени проводимости. Поскольку диод будет проводить, когда MOSFET выключен, потери проводимости диода (P _CONDdiode ) приблизительно равны:

P _CONDдиод = I _{DIODEon (средн.)} x V _F x (1-D)

, где I _{DIODEon (avg)} — средний ток диода за интервал включения. В рис. 2 средний прямой ток диода составляет I _OUT во время его интервала проводимости.Следовательно, P _CONDdiode для понижающего преобразователя оценивается как:

P _{COND диод} = I _OUT x V _F x (1 — V _OUT / V _IN )

Из этих уравнений становится очевидным, что чем дольше какое-либо устройство остается включенным в течение каждого интервала переключения, тем больше относительные потери проводимости этого устройства. Для понижающего преобразователя, чем ниже установлено выходное напряжение (для постоянного входного напряжения), тем больше диод способствует потере мощности, поскольку он проводит большую часть интервала переключения.

Возможно, менее интуитивно понятны потери переключения MOSFET и диодов, которые возникают из-за неидеальности их характеристик переключения. Для перехода устройств из полностью выключенного состояния в полностью включенное и наоборот требуется время, что приводит к энергопотреблению при изменении состояния устройства.

Упрощенный график напряжения сток-исток (V _DS ) и тока сток-исток (I _DS ) обычно дается для объяснения потерь переключения, встречающихся в полевых МОП-транзисторах.Верхний график рис. 3 изображает такие формы сигналов, в которых не мгновенные переходы напряжения и тока происходят во время t _{SW на} и t _SWoff из-за зарядки и разрядки емкостей, обнаруженных в полевом МОП-транзисторе.

Как показано на графиках, ток полной нагрузки (I _D ) должен быть передан на полевой МОП-транзистор до того, как его V _DS снизится до конечного значения в открытом состоянии (= I _D x R _DSon ). И наоборот, переход выключения требует, чтобы V _DS увеличился до своего конечного значения выключенного состояния до того, как ток будет передан от полевого МОП-транзистора.Эти переходы приводят к перекрытию форм сигналов напряжения и тока и приводят к рассеянию мощности, как показано на нижнем графике рис. 3 .

Времена переключения более или менее постоянны по частоте, что приводит к увеличению потерь переключения по мере увеличения частоты SMPS. Это можно понять, отметив, что постоянные периоды перехода потребляют больше доступного периода переключения по мере того, как этот период переключения сокращается.

Переключение переключения, которое требует только одну двадцатую рабочего цикла, будет иметь гораздо меньшее влияние на эффективность, чем переключение, которое потребляет одну десятую рабочего цикла.Из-за своей частотной зависимости коммутационные потери преобладают над потерями проводимости на высоких частотах.

(P _SWmosfet ) оцениваются путем применения треугольной геометрии к Рис. 3 для получения следующего уравнения:

P _SWmosfet 0,5 x V _D x I _D x (t _SWon + t _SWoff ) x f _s

, где V _D — напряжение сток-исток полевого МОП-транзистора во время отключения, I _D — ток канала во время включения, а t _SWon и t _SWoff — включение и выключение. -время перехода соответственно.Для понижающего преобразователя напряжение V _IN подается на полевой МОП-транзистор в выключенном состоянии, и он передает I _OUT , когда он включен.

Чтобы продемонстрировать вышеупомянутые уравнения проводимости и коммутационных потерь полевого МОП-транзистора, был использован осциллограф для захвата форм сигналов V _DS и I _DS типичного интегрированного полевого МОП-транзистора высокого напряжения в понижающем преобразователе. Условия схемы были следующие: V _IN = 10 В, V _OUT = 3,3 В, I _OUT = 500 мА, R _DSon = 0.1 Ом, f _S = 1 МГц, а переходный процесс переключения (t _ON + t _OFF ) составляет 38 нс.

Как видно из рис. 4 , переключение не происходит мгновенно, и перекрытие форм сигналов тока и напряжения приводит к потере мощности, обозначенной нижним сигналом. Форма волны тока нарастает, поскольку I _DS следует за током катушки индуктивности в течение цикла «включено» ( рис. 2 ), что приводит к большим потерям переключения, возникающим во время переходного процесса «выключено».

Используя ранее упомянутые приближения, вычисляются общие средние потери MOSFET:

P _Tmosfet = P _CONDmosfet + P _SWmosfet

= I _OUT ² x R _DSon x (V _OUT / V _IN ) + 0,5 x V _IN x I _OUT x (t _SWon + t _SWoff ) xf _с

= 0,5 ² x 0,1 x 0,33 + 0,5 x 10 x 0,5 x (38 x 10 ^-9 ) x 1 x 10 ⁶

8.3 мВт + 95 мВт

P _Tmosfet = 103,3 мВт

Результат соответствует среднему значению 117,4 мВт нижней кривой. Обратите внимание, что в этом случае f _S достаточно велико, чтобы P _SWmosfet преобладали над потерями проводимости.

Как и полевой МОП-транзистор, диод также демонстрирует потери при переключении. Однако эти потери в значительной степени зависят от времени обратного восстановления (t _RR ) используемого диода. Потери при переключении диода возникают во время перехода диода из состояния прямого смещения в обратное.

Заряд, присутствующий в диоде из-за прямого тока, должен быть снят с перехода, поскольку к нему прикладывается обратное напряжение, что приводит к всплеску тока (I _RRpeak ), противоположному прямому току. Это действие приводит к потере мощности V × I, поскольку во время этого события обратного восстановления на диод подается обратное напряжение. На рис. 5 представлен упрощенный график периода обратного восстановления pn-диода.

Когда известны характеристики обратного восстановления диода, для оценки потерь мощности переключения (P _{SW диод} ) диода используется следующее уравнение:

P _{SW диод} 0.5 x V _REVERSE x I _RRpeak x t _RR2 x f _s

, где V _REVERSE — напряжение обратного смещения на полевом МОП-транзисторе, I _RRpeak — пиковый ток обратного восстановления, t _RR2 — это часть времени обратного восстановления после пиков I _RR . Для понижающего преобразователя V _IN смещает диод в обратном направлении после включения полевого МОП-транзистора.

Чтобы продемонстрировать уравнения диодов, Рис. 6 показывает формы сигналов напряжения и тока, наблюдаемые для pn-переключающего диода в типичном понижающем преобразователе.В _IN = 10 В, В _OUT = 3,3 В, измерено I _RRpeak = 250 мА, I _OUT = 500 мА, f _S = 1 МГц, t _RR2 = 28 нс и В _F = 0,9 В. Используя эти значения:

P _{TOTAL диод} = P _{SW диод} + P _{COND диод}

(1 — V _OUT / V _IN ) x I _OUT x V _F + 0,5 x V _IN x I _RRpeak x t _RR2 x f _S

= (1-0.33) x 0,5 x 0,9 + 0,5 x 10 x 0,25 x 28 x 10 ^-9 x 1 x 10 ⁶

= 301,5 мВт + 35 мВт

= 336,5 мВт

Этот результат совпадает со средней потерей мощности 358,7 мВт, указанной на нижнем графике в рис. 6 . Из-за большого значения V _F и большого интервала проводимости диода, а также из-за того, что t _RR является относительно быстрым, потери проводимости (P _{SW диод} ) преобладают в диоде.

Учитывая предыдущее обсуждение, что можно сделать, чтобы уменьшить потери, вызванные переключающими компонентами источника питания? Простой ответ — выбирайте полевые МОП-транзисторы с низким R _DSon и быстрыми переходными процессами, а также диоды с низким V _F и быстрым периодом восстановления.

Несколько явлений напрямую влияют на сопротивление полевого МОП-транзистора в открытом состоянии. Естественно, что R _DSon увеличивается с увеличением размеров кристалла и напряжения пробоя сток-исток (V _BRdss ) из-за увеличения количества полупроводникового материала в устройстве. Таким образом, увеличение размера полевого МОП-транзистора может привести к снижению эффективности, которого могло бы не быть у меньшего, правильно выбранного устройства.

Кроме того, из-за положительного температурного коэффициента полевого МОП-транзистора R _DSon увеличивается с увеличением температуры кристалла.Таким образом, необходимо соблюдать надлежащие методы управления температурным режимом, чтобы поддерживать низкие температуры перехода и гарантировать, что R _DSon не будет чрезмерно расти.

Сопротивление в открытом состоянии также до определенного значения изменяется обратно пропорционально смещению затвор-исток. Поэтому рекомендуется максимальное напряжение управления затвором для достижения самого низкого значения R _DSon с учетом увеличенных потерь управления затвором, возникающих при этом. Однако напряжение управления затвором в ИИП часто не регулируется. То есть, если только опция не позволяет пользователю сделать это, например, самонастройка источника питания IC, или когда внешний драйвер затвора используется для проекта SMPS.

MOSFET зависят от емкости устройства. Большие емкости заряжаются медленнее, в результате чего переходы при переключении длятся дольше и рассеивают больше энергии. Емкость Миллера, обычно называемая емкостью обратной передачи (C _RSS ) или емкостью затвор-сток (C _GD ) в таблицах данных MOSFET, является основным фактором времени перехода во время переключения.

Заряд, необходимый для емкости Миллера, обозначается Q _GD и, как и в случае емкости Миллера, должен быть минимальным для более быстрого переключения.Поскольку емкость полевого МОП-транзистора также зависит от размера кристалла, обычно рассматривается компромисс между потерями проводимости и коммутационными потерями, при этом особое внимание уделяется частоте коммутации схемы.

Для диода прямое напряжение должно быть минимизировано, так как потери из-за него могут быть большими. Прямое напряжение обычно находится в диапазоне от 0,7 В до 1,5 В для небольших диодов с более низким номиналом. Опять же, размеры, процесс и номинальное напряжение влияют на прямое напряжение и время обратного восстановления, при этом более высокие характеристики и большие размеры демонстрируют более высокие V _F и t _RR , что приводит к большим потерям.

Переключающие диоды, предназначенные для высокоскоростных приложений, часто классифицируются по быстродействию, а именно: быстрые, сверхбыстрые и сверхбыстрые восстанавливающиеся диоды, причем время обратного восстановления уменьшается с увеличением скорости. Быстрые диоды имеют тенденцию иметь t _RR за сотни наносекунд, в то время как сверхбыстрые диоды имеют тенденцию к нескольким десяткам наносекунд.

Хотя pn-диоды обычно имеют большие падения напряжения в прямом направлении, они также доступны с большими номинальными значениями напряжения и тока, что делает их пригодными для приложений с более высокой мощностью.Но даже с оптимизированными диодами V _F и _RR обычно не встретишь высокоскоростной восстанавливающий диод в маломощных или портативных устройствах, поскольку потери энергии слишком велики.

В качестве возможной альтернативы диодам с быстрым восстановлением в приложениях с низким энергопотреблением диоды Шоттки предлагают практически несуществующее время восстановления и V _F , что почти вдвое меньше, чем у диодов с быстрым восстановлением (часто от 0,4 В до 1 В), но недоступно с такими высокими номинальными напряжениями, как у диодов с быстрым восстановлением.Из-за преимуществ диоды Шоттки широко используются в приложениях с низким энергопотреблением, чтобы значительно снизить потери мощности, связанные с переключающим диодом, особенно в приложениях с малым рабочим циклом.

Однако даже при низком падении прямого напряжения диод Шоттки может иметь недопустимые потери проводимости в низковольтных устройствах. Рассмотрим понижающий выход 1,5 В, где используется типичный диод Шоттки 0,5 В. Это 33% выходного напряжения во время диодной проводимости!

Эту ситуацию с высокими потерями можно улучшить, воспользовавшись преимуществом низкого R _DSon полевого МОП-транзистора в методе, называемом синхронным выпрямлением.Здесь полевой МОП-транзистор заменяет диод (сравните рис. 1, и рис. 2 ) и синхронизируется с другим полевым МОП-транзистором, так что оба они проводят попеременно во время соответствующих интервалов переключения. Теперь относительно высокое значение V _F диода заменяется гораздо меньшим падением напряжения R _DSon (в зависимости от тока) полевого МОП-транзистора, компенсируя потерю эффективности из-за проводимости диода.

Однако у синхронного выпрямления есть свои компромиссы, такие как повышенная сложность и стоимость, и он может не оказаться значительным преимуществом для очень высоких уровней тока, поскольку потери проводимости полевого МОП-транзистора возрастают пропорционально квадрату его тока.Кроме того, поскольку мощность расходуется при включении затвора синхронного выпрямителя, инженер должен взвесить эффективный штраф дополнительного привода затвора.

Технические данные

До сих пор обсуждались потери мощности, присущие двум основным компонентам универсального импульсного источника питания, полевому МОП-транзистору и диоду. Вспоминая схему понижения на рис. 1 , несколько важных аспектов ИС контроллера, которые помогают в ее очень эффективной работе, можно связать, обратившись к ее техническому описанию.

Во-первых, коммутационные компоненты интегрированы в корпус ИС, что позволяет сэкономить место и снизить паразитные потери. Во-вторых, используются полевые МОП-транзисторы DSon с низким R _{. Они указаны на 0,27 Ом (тип.) И 0,19 Ом (тип.) Для NMOS и PMOS, соответственно. В-третьих, используется синхронное выпрямление. Для 50% рабочего цикла и нагрузки 500 мА это снижает более низкие потери проводимости переключателя с 250 мВт при использовании диода 1 В до примерно 34 мВт из-за низкого R DSon синхронного транзистора NMOS.}

Хотя коммутационные компоненты сильно влияют на эффективность SMPS, есть больше областей, в которых инженер может бороться с агрессивными эффектами потери мощности. Во второй части этой статьи будут рассмотрены потери в пассивных компонентах и ​​важные особенности повышения эффективности микросхем SMPS.

Список литературы

Мохан, Нед; Undeland, Tore M .; и Роббинс, Уильям П. Силовая электроника: преобразователи, приложения и конструкция , главы 2, 7, 20 и 22, John Wiley & Sons, третье издание, 2003 г.

Что такое импульсный источник питания?

Чтобы понять, почему эволюция электроники привела к гораздо более сложному способу изготовления регулируемых блоков питания (далее БП), нам нужно вернуться немного назад и взглянуть на линейные блоки питания. Это были простые, надежные, тихие блоки питания с хорошей регулировкой и низким уровнем пульсаций — так зачем менять?

Есть две основные причины, и обе связаны со стоимостью.

Поскольку трансформатор работает при частоте сети 50 или 60 Гц, сердечник должен быть большим, поскольку его поперечное сечение зависит от частоты.Это большой кусок стали и меди, который сегодня довольно дорогой. Во-вторых, регулирующий транзистор с последовательным проходом всегда будет иметь линейное напряжение между его входом и выходом. Умноженная на ток, это мощность, от которой необходимо избавиться в виде тепла, для чего требуется большой и дорогой алюминиевый радиатор.

Например, переменный блок питания на 50 В, установленный на 5 В и дающий 2 А, может иметь (50-5) * 2 = 90 Вт тепла для рассеивания. Импульсный источник питания (далее SMPS) почти устраняет обе эти проблемы за счет сложности схемы, увеличивая частоту трансформатора, чтобы сделать ее меньше, и видеть, что устройство регулятора всегда полностью включено или полностью выключено, тем самым рассеивая гораздо меньше тепла. .

На приведенной выше блок-схеме сеть подается непосредственно в первый блок без использования трансформатора. Конечно, используемые здесь диоды и конденсаторы должны быть подходящими. Обратите внимание, что здесь также может подаваться постоянный ток, например, в преобразователе постоянного тока от 12 до 5 В. Входящая сеть переменного тока теперь представляет собой выпрямленный постоянный ток высокого напряжения.

Следующий блок — это высокочастотный преобразователь, схема прерывателя, включающая и выключающая силовое устройство, такое как полевой МОП-транзистор, с частотой несколько кГц.Это преобразование поступающего постоянного тока в прямоугольную волну, подаваемую на высокочастотный трансформатор подходящей конструкции с вторичной обмоткой с напряжением, подходящим для желаемого выходного напряжения. Этот трансформатор также обеспечивает гальваническую развязку между выходным напряжением и входящей сетью или постоянным током.

Следующий каскад еще раз исправляет это и отфильтровывает пульсации и шум. В последнем блоке, цепи управления, происходит волшебство. Это цепь обратной связи, управляющая полевым МОП-транзистором.

Схема управления имеет делитель / умножитель напряжения, который измеряет выходное напряжение.Поскольку мы будем передавать это обратно в цепь прерывателя, работающую на сотни вольт, его необходимо изолировать, обычно с помощью оптопары. Есть эталон — это может быть фиксированный эталонный диод или подстроечный резистор. Усилитель ошибки сравнивает эти два напряжения и регулирует генератор ШИМ (широтно-импульсной модуляции), который управляет полевым МОП-транзистором.

Собираем все вместе

Функциональная блок-схема, приведенная выше, дает лучшее и более подробное представление о задействованных частях.

Практический пример

Ниже показан простой, но рабочий пример по сравнению с монстром, которого вы можете найти внутри блока питания вашего ПК. Он демонстрирует принцип, который мы обсуждали выше.

Все сложные функции генератора ШИМ, переключателя прерывателя MOSFET, а также ошибок и управления реализованы в одной микросхеме TNY267. Конечный выход составляет 12 В, и он может выдавать 1 А.

Слева направо Vin — это сеть переменного тока 100–300 В или даже источник постоянного тока. MOV — это тип резистора, который замыкается накоротко при скачке высокого напряжения более 275 В и перегорает предохранитель F1, но F1 действует медленно и может выдерживать начальный бросок тока в цепи. D3 — двухполупериодный мостовой выпрямитель, и выход постоянного тока появляется на C2.Для входа 220 В это будет примерно 220 * 1,4 = 308 В, так что имейте в виду!

TNY работает на частоте около 132 кГц. D2 — это диод подавления переходных процессов на 180 В для защиты от всплесков обратной ЭДС.

D1 (Шоттки) на вторичной обмотке выпрямляет переменный ток 132 кГц, а C1 сглаживает и устраняет пульсации. C3 — обязательный колпачок байпаса. R1, R2 и D5 обеспечивают цепь обратной связи с TNY через оптоизолятор, чтобы гарантировать гальваническую развязку от сети во всех точках.

Поскольку многие из этих компонентов усердно работают, при их выборе необходимо соблюдать осторожность, например, напряжение, эквивалентное последовательное сопротивление и т. Д.

Первичная цепь T1 — 157 т, вторичная — 14 т. Сердечник представляет собой ферритовый трансформатор типа E19 с центральным сердечником примерно 4,5 × 4,5 мм.

Теперь мы знаем, насколько более эффективным может быть SMPSU, но он более сложен и требует качественных компонентов для обеспечения надежности.

Разрешение на использование некоторых изображений с сайта www.tutorialspoint.com.

Схема импульсного источника питания постоянного тока 0-45 В, 8 А, проект

Сегодня я рекомендовал схему импульсного источника питания постоянного тока 0-45 В, 8 А, как схему, которая способна к более высокой общей линейной схеме, но имеет много деталей.

Особенность:
— Выходное напряжение ……… .0-45V
— Непрерывный выходной ток 8 часов при напряжении ниже 35 В и 6 А при 40 В
— пульсации и шум: 5 мВпик-пик при 6 А 13 В
: 10 мВпик -p при 8А 18вольт
: 40мВпик-пик при 8Ампере 35В
-Минимальный выходной ток:… .800mA
-Максимальный выходной ток:… .8.2A
— Отображение при использовании данного параметра перенапряжения, а напряжение не регулируется
— Может резать Отключение выходной нагрузки без проводов
— Регулируемое постоянное напряжение типа 13.8V.

Базовая работа
На рисунке 1 показана простая схема этого импульсного источника питания. Транзистор Q1 будет служить схемой включения / выключения, мы контролируем их подключением освещения. Эта схема контроллера будет управлять цепью включения / выключения Q1 с частотой 20 кГц.

Оба Q1 и D2 будут переданы на высокий ток, это будет работать поочередно. Во время выполнения Q1 ток проходит через C8, C9, L1 и Q1, когда Q1 останавливается или разомкнута цепь Энергия, накопленная в L1, будет развиваться через D2 и C8, C9 в том же направлении, что делает выходное напряжение постоянным во все времена. .

И, если импульс, который посылают для управления Q1, имеет низкий диапазон рабочего цикла. Ток, протекающий через Q1 и L1, слишком мал, поэтому выходной сигнал также низкий. Какой рабочий цикл этого импульсного переключения будет иметь высокое или низкое значение в зависимости от регулировки выходного напряжения, которое.

Научитесь строить: Регулируемый стабилизатор 0-50 В, 3 А Источник питания

Как это работает
Рисунок 2 представляет собой полную схему этого импульсного источника питания. IC5 / 4 — это схема усилителя опорного напряжения, которая на выходе IC5 / 4 будет зависеть от настройки VR3.Это опорное напряжение с выхода IC5 / 4 будет отправлено на вывод 7 IC3 / 2 для сравнения с сигналом на выводе 6 IC3 / 2, который подключен от IC3 / 1, который представляет собой схему генератора линейного изменения частоты 20 кГц.

Рис. 2 полная принципиальная схема импульсного источника питания 0-45 В, 8 А

IC3 / 2 будет сравнивать напряжение на обоих выводах, если опорное напряжение слишком велико, выход IC3 / 2 будет импульсным переключением ( прямоугольный импульс), который имеет много диапазонов рабочего цикла. Но если опорное напряжение имеет меньшее значение импульса переключения, такой низкий рабочий цикл, как Рисунок 3

Импульсный сигнал из схемы сравнения будет отправлен на Q3 и Q4, которые являются буферной схемой для управления светодиодом в IC, это оптоизолятор.Он обнаружит свет как импульсный сигнал переключения, а затем отправит на Q2 для повышения сигнала. Затем IC2 / 1 установит форму сигнала, а затем отправит его на IC2 / 2-IC2 / 6. Он управляет затвором Q1, который используется как инвертор, параллельно 5 шт. С током, достаточным для запуска затвора Q1.

Переключение Q1 иногда приводит к тому, что кратковременный момент напряжения на стоке ветви может быть выше, чем у истока. В результате катушка индуктивности L1. Таким образом, D1 и ZD3 предотвращают это напряжение, которое может вызвать отказ полевого транзистора.В цепи ограничено напряжение пока всего 75 вольт. Это означает, что, если напряжение не превышает 75 В. Это напряжение упадет на все ZD3, не повлияет на схему. Если мгновенное напряжение превышает 75 В, это может вызвать эффект прохождения через Q1. D1 провести еще один ход не должен работать.

IC4 / 1 и IC5 / 1 на акцию, для обслуживания условно не регулируется. Этот IC4 / 1 будет сравнивать напряжение между контактом 6, который представляет собой импульс переключения, и установившимся напряжением на контакте 7. Когда приходит отрицательный импульс, на выходе IC4 / 1 будет высокий уровень, он может заряжать C23 на контакте 2 IC5 / 1.И когда выход IC4 / 1 меньше, конденсатор C23 на выводе 2 IC5 / 1 будет выше. Светодиод LED1 не будет отображаться, если Q1 будет постоянно запускать строб или неисправности. Выходное напряжение схемы будет снижаться в нерегулируемой форме. Конденсаторы C23 на выводе 2 IC5 / 1 разряжены. До тех пор, пока на выходе IC5 / 1 не будет высокого уровня, LED1 горит, индикатор не регулируется.

Обычно выход импульсного источника питания непостоянен. Если ток питания очень низкий. Или пока без нагрузки. Таким образом, у вас должна быть нагрузка схемы.Применять самый низкий ток в любое время.

При выходном напряжении до 10 вольт, R24 и R43, соединенные параллельно 2 шт., Будут действовать как нагрузка для цепи. Когда напряжение находится в диапазоне от 5 В до 10 В, выход IC4 / 2 будет представлять собой схему сравнения с высоким током, потому что Q6 работает. R40 подключены к нагрузке цепи, и когда выходное напряжение ниже 5 вольт, на выходе IC4 / 3 будет высокий уровень, вместо этого Q5 будет работать, а R41 будет обеспечивать нагрузку цепи.

IC3 / 3 снижает выходной ток.Когда обнаруженная нагрузка использует ток более 9 А, это приведет к тому, что напряжение на R1 и R2 станет более ценным (более 0,45 В). В результате выход IC3 / 3 будет низким, и опорное напряжение будет вытягиваться на выводе 7 IC3 / 2. к IC3 / 2, чтобы произвести импульс переключения с более низким рабочим циклом, как следствие, выходной сигнал упал до значения менее 2А.

Во время тока, превышающего значение, установленное VR1, выход IC5 / 3 будет ниже, в соответствии с IC3 / 2 — D8, сделайте выход IC4 / 4 выше.LED2 покажет, превышает ли ток заданное значение.

Как это построить

См. Компоновку медной печатной платы и компоновку компонентов ниже.

Компоновка печатной платы

Компоновка компонентов этого проекта

К сожалению, не ясно, как это построить.

Детали, которые вам понадобятся

0,25 Вт 5% резисторы
R1, R2, R42, R43_______1K 5 Вт
R3___________________390 Ом 0,5 Вт
R4___________________270 Ом
R5, R11, R21, R32, R45__1K
R6, R50________ мс
R6, R50________ мс R34, R35___________ 470 Ом
R8, R17_______________6.8K
R9, R18, R57___________47K
R10, R30______________ 18K
R12, R14, R15, R16_____100K
R19, R27, R28, R29, R54_100K
R13, R23, R24, R26______ 10K
R20___________________470__ R22, R2230, R20 ___________________470___ R22, R22 , R39__2.2K
R58 ___________________ 2.2K
R33, R46_______________22K
R36 ___________________ 4.7K
R40___________________39 Ом 5Вт
R41___________________ 10 Ом 5Вт
R44___________________270K
R47___________________27K
R48___________________820___M
.1K
R51, R52 _______________ 0,1 Ом 5W
R53___________________ 47 Ом
R55___________________220 Ом
R56 ___________________ 1,5K
VR1, VR3______________ 10K (B) Объем
VR2___________________500 Ом ___ тримпоты
VR4, RV5________3 ___________________trimpots
VR4, RV5________3 _______50K5 900 ___
_0008 9,700
, C7, C15, C23: 0,1 мкФ 50 В Полиэстер
C26, C28, C29: 0,1 мкФ 50 В Полиэстер
C8, C9, C12, C14: 100 мкФ 50 В электролитический
C10, C21, C22, C24: 1 мкФ 16 В электролитический
C11: 0 .001 мкФ 50 В Полиэстер
C16, C17: 0,1 мкФ 25 В Поликарбонат
C18: 1000 мкФ 25 В Электролитический
C19, C25, C27: 10 мкФ 16 В Электролитический
C20: 820 пФ 50 В Керамический

Полупроводники
BD1______________6 D _________
D1______________351 D2________________MUR1515
D7-D11 ____________ 1N4148
IC1________________h21L1
IC2________________74C14 или CD40106
IC3, IC4____________LM339
IC5________________LM324
IC6________________LM7812
LED1, LED2_________Red LED
Q1__________________MTP12N10
Q2__________________BF199
Q3__________________BC338
Q4__________________BC328
Q5, Q6_______________BC639
ZD1: 15V 3W
ZD2: 4.7V 1W
ZD3: 75V 1W
ZD4: LM336Z-2.5
Прочие
F1______ Предохранитель 7,5A
L1, L2___ См. Схему

L1____ Тороидальный сердечник, Внешний диаметр 46,7 мм, Круги диаметром 24,1 мм, толщиной 18 мм; L1 — 10 витков 17 AWG (1,2 мм)
L2____ Тороидальный сердечник, внешний диаметр 33 мм, витки 19,8 мм, толщина 11,1 мм; L1 — 5 витков 17 AWG (1,2 мм)

M1, M2__ 1 мА Измеритель
S1 ___ ВКЛ / ВЫКЛ 10A Переключатели
S2___ 3 ножки, нормально разомкнутый кнопочный переключатель
S3___ 10A Переключатели вкл / выкл
S4___2 позиционный переключатель
T1___ тороидальный сердечник трансформатора
220В , 35-0 / 35-0 В, 300 ВА
T2___Трансформатор 220В 12.6V 150mA
Коробка, печатная плата, провода и многое другое.

Примечание: нам жаль, что у этой схемы нет полного руководства по сборке.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Учебное пособие по источникам питания — SMPS

БЛОК-ДИАГРАММА И ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------->

• Изменение вида электроэнергии. Например, электричество из сети передается в виде переменного тока, в то время как электронные схемы нуждаются в постоянном токе низкого уровня;
Регламент
• . Номинальное сетевое напряжение варьируется во всем мире от 100 до 240 В переменного тока и обычно плохо регулируется, в то время как для печатных плат обычно требуются хорошо стабилизированные фиксированные напряжения;
• Изоляция безопасности.В большинстве случаев низковольтные выходы должны быть изолированы от входа.

ЧТО ТАКОЕ ИИП

КАК РАБОТАЕТ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (SMPS)

Электропитание переменного тока сначала проходит через предохранители и сетевой фильтр.Затем он выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем. Выпрямленное напряжение затем подается на предварительный регулятор коррекции коэффициента мощности (PFC), за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный ток, расположенный ниже по потоку. Большинство компьютеров и небольших устройств используют входной разъем типа IEC. Что касается выходных разъемов и распиновки, за исключением некоторых отраслей, таких как ПК и CompactPCI, в целом они не стандартизированы и оставляются на усмотрение производителей.

F1 и F2, показанные слева на принципиальной схеме, являются предохранителями.О них знают все, но у некоторых складывается впечатление, что предохранитель срабатывает сразу после того, как приложенный ток превышает его номинал.

Если бы это было так, ни один блок питания не работал бы из-за кратковременных пусковых токов. На самом деле предохранитель предназначен для физического размыкания цепи, когда ток, протекающий через него, превышает его номинал в течение определенного периода времени . Это время очистки зависит от степени перегрузки и является функцией I ² t .Из-за этой задержки предохранители не всегда защищают электронные компоненты от катастрофического отказа, вызванного некоторыми неисправностями. Их основная цель — защитить входящую линию от перегрузки и перегрева, избежать срабатывания внешнего автоматического выключателя и предотвратить возгорание, которое может быть вызвано компонентами, вышедшими из строя в результате короткого замыкания.
Фильтр нижних частот EMI предназначен для снижения до приемлемого уровня высокочастотных токов, возвращающихся в сеть переменного тока. Это необходимо для предотвращения помех другим устройствам, подключенным к той же электропроводке.Существует ряд стандартов (например, EN55022 для оборудования информационных технологий), которые регулируют максимальный уровень электромагнитных помех.
За фильтром следует выпрямитель, который преобразует биполярные колебания переменного тока в униполярные пульсирующие. Он имеет четыре диода в виде моста для обеспечения одинаковой полярности выхода для обеих полярностей входа.

Предварительный регулятор PFC

Существует два основных типа схем коррекции коэффициента мощности — активные и пассивные. Ниже представлена ​​блок-схема активного каскада PFC. Вот как это работает. Контроллер PFC контролирует как напряжение на измерительном резисторе, так и напряжение Vboost .Регулируя «Vboost», он одновременно контролирует форму входного тока, так что он находится в фазе с сетевым переменным током и повторяет свою форму волны. Без этого ток будет подаваться на SMPS короткими импульсами высокого уровня с высоким содержанием гармоник. Гармоники не передают реальной энергии нагрузке, но вызывают дополнительный нагрев в проводке и распределительном оборудовании. Они также снижают максимальную мощность, которую можно получить от стандартной настенной розетки, поскольку автоматические выключатели рассчитываются по электрическому току, а не по ваттам.Существуют различные правила , которые ограничивают содержание входных гармоник, например EN61000-3-2 (для оборудования, подключенного к низковольтным распределительным сетям общего пользования) или DO-160 (для бортового оборудования). Чтобы удовлетворить эти требования, вы должны использовать метод коррекции коэффициента мощности: устройство с высоким коэффициентом мощности потребляет почти синусоидальный ток от источника (на синусоидальном входе). Это автоматически приводит к низкому содержанию гармоник. В настоящее время не существует обязательных международных стандартов, конкретно регулирующих коэффициент мощности электронного оборудования, но существуют различные национальные и отраслевые стандарты, а также программы добровольного стимулирования.Например, программы 80 PLUS® и Energy Star® требовали, чтобы компьютеры демонстрировали коэффициент мощности> 0,9 при номинальной нагрузке. Вы можете узнать больше об активной коррекции коэффициента мощности в этом руководстве по PFC.
Вышеупомянутые стандарты также определяют минимальную эффективность определенных классов электронных устройств. Эффективность блока питания по определению — это соотношение между значениями выходной и входной мощности: КПД = Pout / Pin . Обратите внимание, что, поскольку Pin = VA * PF и поскольку у любой реальной активной цепи коэффициент PF <1, вы не можете просто умножить входные вольты и амперы - для измерения Pin вам понадобится настоящий ваттметр.

Последующий преобразователь постоянного тока в постоянный работает от выхода PFC, генерирует набор шин постоянного тока, необходимых для нагрузки, и обычно также обеспечивает изоляцию входа и выхода. В преобразователях постоянного тока используется ряд топологий. На приведенной выше блок-схеме изображен изолирующий прямой преобразователь. В большинстве низковольтных неизолированных преобразователей используются понижающие стабилизаторы (однофазные или многофазные с чередованием). Также существует большое количество ИС с ШИМ, подходящих для каждой из этих топологий. Выбор правильной топологии питания зависит от конкретных требований к продукту (включая факторы стоимости и времени).

Наконец, вспомогательное питание обеспечивает «смещение» для всех схем управления. Он также может обеспечивать отдельное резервное напряжение (SBV), которое остается активным, когда блок PS выключается по любой причине. В сегодняшних компьютерных источниках питания SBV 5 В постоянного тока является стандартной функцией.

Если вы хотите изучить практическое проектирование блоков питания, вы можете начать с книг для семинаров Unitrode, где вы можете найти исчерпывающую коллекцию руководств по источникам питания, практических схематических диаграмм и руководств.

Что такое импульсный источник питания SMPS »Примечания по электронике

Импульсные источники питания, SMPS обеспечивают повышенную эффективность и экономию места по сравнению с традиционными линейными источниками питания, но следует позаботиться о том, чтобы шум на выходе был низким.

Схемы источников питания SMPS Праймер и руководство Включает:
Импульсный источник питания Как работает SMPS Понижающий понижающий преобразователь Повышающий повышающий преобразователь Конвертер Buck Boost

См. Также: Обзор электроники блока питания Линейный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

Импульсные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения размера, веса, стоимости, эффективности и общей производительности.

Благодаря своим характеристикам импульсные источники питания используются во всех приложениях, кроме самых требовательных, чтобы обеспечить эффективный и действенный источник питания для большинства видов электронных систем.

стали общепринятой частью электронной сцены и часто называются импульсными преобразователями мощности или просто переключателями.

Терминология импульсного источника питания

Импульсный источник питания, SMPS, технология может быть обозначена рядом схожих терминов.Хотя все они рассматривают одну и ту же базовую технологию, они относятся к разным элементам общей технологии:

• Импульсный источник питания, SMPS: Термин импульсный источник питания обычно используется для обозначения элемента, который может быть подключен к сети или другому внешнему источнику и используется для генерации источника питания. Другими словами, это полноценный блок питания.
• Регулятор режима переключения: Обычно это относится только к электронной схеме, которая обеспечивает регулирование.Регулятор режима переключения будет частью общего источника питания режима переключения.
• Контроллер импульсного регулятора режима: Многие интегральные схемы импульсного регулятора не содержат последовательного переключающего элемента. Это будет верно, если уровни тока или напряжения высоки, потому что внешний последовательный переключающий элемент сможет лучше справляться с более высокими уровнями тока и напряжения, а также с результирующей рассеиваемой мощностью.

Основы импульсного источника питания

Основная концепция импульсного источника питания или SMPS заключается в том, что регулирование осуществляется с помощью импульсного регулятора.В нем используется последовательный переключающий элемент, который выключает подачу тока на сглаживающий конденсатор.

Время включения последовательного элемента регулируется напряжением на конденсаторе. Если оно выше требуемого, переключающий элемент серии отключается, если ниже требуемого — включается. Таким образом, напряжение на сглаживающем или накопительном конденсаторе поддерживается на необходимом уровне.

Преимущества / недостатки импульсного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для импульсных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Преимущества ИИП

• Высокая эффективность: Переключающее действие означает, что элемент последовательного регулятора либо включен, либо выключен, и поэтому мало энергии рассеивается в виде тепла, и можно достичь очень высокого уровня эффективности.
• Компактный: Благодаря высокой эффективности и низкому тепловыделению импульсные источники питания можно сделать более компактными.
• Стоимость: Одним из факторов, делающих импульсные блоки питания очень привлекательными, является их стоимость. Более высокий КПД и переключаемый характер конструкции означают, что количество тепла, которое необходимо уменьшить, ниже, чем у линейных источников, и это снижает затраты. При этом переключаемый характер питания означает, что многие компоненты имеют более низкую стоимость.
• Гибкая технология: Технология импульсного источника питания может использоваться для обеспечения высокоэффективного преобразования напряжения в приложениях с повышением или «повышением» напряжения или понижающих приложениях.

SMPS Недостатки

• Шум: Переходные всплески, возникающие при переключении в импульсных источниках питания, являются одной из самых больших проблем. Если выбросы не отфильтрованы должным образом, выбросы могут мигрировать во все области цепей, которые питают SMPS. Кроме того, всплески или переходные процессы могут вызывать электромагнитные или радиочастотные помехи, которые могут влиять на другие расположенные поблизости элементы электронного оборудования, особенно если они принимают радиосигналы.
• Внешние компоненты: Хотя можно спроектировать импульсный регулятор с использованием одной интегральной схемы, обычно требуются внешние компоненты. Наиболее очевидным является резервуарный конденсатор, но необходимы и фильтрующие элементы. В некоторых конструкциях последовательный переключающий элемент может быть встроен в интегральную схему, но там, где потребляется любой ток, последовательный переключатель будет внешним компонентом. Все эти компоненты требуют места и увеличивают стоимость.
• Требуется экспертный дизайн: Часто можно собрать работающий импульсный источник питания. Обеспечить его соответствие требуемой спецификации может быть сложнее. Особенно сложно обеспечить поддержание уровней пульсации и помех.
• Фильтрация: Тщательное рассмотрение фильтрации для SMPS, потому что плохая конструкция может привести к высоким уровням шума и скачкам на выходе.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .

Руководство по проектированию источников питания — Новости силовой электроники

В этой серии руководств подробно объясняются этапы проектирования источников питания для импульсных стабилизаторов постоянного и повышающего топологии с понижающей и повышающей топологией, а также проводятся специальные занятия по компоновке печатной платы и управлению фронтами сигнала для электромагнитных помех, которые применяются ко всем импульсным стабилизаторам. Эта серия руководств разделена на 4 части и содержит подробные сведения, подсказки и советы, которые будут полезны даже самым опытным разработчикам источников питания.Новички, которые никогда не проектировали блоки питания, могут использовать эту серию в качестве начала. Но больше всего от этого выиграют те инженеры, которые уже имеют некоторый опыт проектирования блоков питания и хотят получить более глубокие знания.

• Часть 1. Топологии и основы
• Часть 2: Понижающий регулятор
• Часть 3: Схема печатной платы для коммутаторов
• Часть 4: Регулятор наддува

В рамках этой серии мы будем выпускать новое руководство каждую неделю.Первый доступен уже сейчас. Вот повестка дня:

• Линейные регуляторы и регуляторы с малым падением напряжения (LDO)
• Рассеивание мощности и терморегулирование силовых полупроводников
• Импульсный регулятор введение и трехконтактный элемент
• Три основные топологии преобразователя: понижающий, повышающий и инвертирующий пониженно-повышающий
• Катушки индуктивности и токи индукторов

Добро пожаловать в часть 1-1 серии статей «Проектирование источников питания с индуктивным питанием, топологии и основы», представленной вам компанией Power Electronics News.Если вы уже разработали регуляторы на 100 долларов, вы, вероятно, можете пропустить это занятие, но я уверен, что в следующих 25 слайдах есть хоть что-то, что даже сезонные профессионалы сочтут полезными или полезными. На этом занятии мы рассмотрим линейные источники питания, управление температурным режимом, а затем основы импульсных источников питания постоянного тока.

Здесь вы можете видеть меня, я ваш хозяин, Крис Ричардсон, и несколько фотографий значков из моей истории, сначала в 2005 году в National Semiconductor, позже в Texas Instruments в 2011 году после того, как они купили National Semiconductor, и, наконец, в 2013 году, когда я основал Power Induced Design.Если вы хотите связаться со мной, вот мой адрес электронной почты: [email protected]. Вы можете видеть здесь, что волосы немного меняются, но эта нежная улыбка всегда остается прежней.

Этот слайд предназначен для всех моих зрителей, которые любят и научную фантастику, и управление питанием. Точнее было бы сказать, что вначале были источники питания на основе электронных ламп, поэтому давайте назовем это цитатой в начале цитаты о современных источниках питания.Теперь эта схема очень проста. Есть эталон, обычно стабилитрон, токоограничивающий резистор, чтобы предохранить эталон от перегрева, и проходной элемент. Я нарисовал проходной элемент как NPN-транзистор, но n-MOSFET тоже работают. Последний резистор представляет собой нагрузку.

Этот тип схемы используется постоянно для получения источников питания от высокого напряжения, но для запуска используется кремний низкого напряжения.То, что не показано, — это соединение с линией, входящей в эмиттер Q1, которая является выходом вспомогательной обмотки. Как только это вспомогательное напряжение превышает комбинацию VZ плюс VBE, то есть пробой напряжения Зенера плюс транзистор VBE, тогда Q1 отключается, и почти вся мощность рассеивается. Кроме того, причина того, что биполярные транзисторы предпочтительнее полевых МОП-транзисторов, хотя у полевых МОП-транзисторов гораздо больше выбора, заключается в том, что труднее определить, сколько обратного напряжения необходимо от источника к затвору, чтобы убедиться, что полевой МОП-транзистор действительно и действительно выключен.Еще одно замечание. Если ваш источник переменного тока в постоянный или высоковольтный не запускается во время первоначального тестирования, это почти всегда из-за схемы настройки или вспомогательной обмотки.

Следующей эволюцией после дискретных линейных регуляторов стал интегрированный регулятор NPN. Эта интегральная схема исходит из интегральной схемы или IC. В наши дни почти любой линейный регулятор часто называют LDO, что означает регулятор с малым падением напряжения. В целом, у настоящих регуляторов NPN не так уж мало случаев отсева, и мы увидим почему на следующем слайде.Но даже регулятор NPN, поскольку существует несколько конфигураций с PNP или с MOSFET.

И это хорошее время, чтобы определить, что такое напряжение падения на самом деле. Это минимальный запас по высоте, то есть разница в напряжении, необходимая между входным и выходным напряжением, чтобы поддерживать это выходное напряжение. Как вы можете себе представить, это вызывает большую озабоченность, поскольку минимальное напряжение становится все ближе и ближе к максимальному выходному напряжению данного линейного регулятора, а также, особенно когда у регуляторов есть выпадающие напряжения, которые часто труднее вычислить.

Еще одна приятная вещь в интеграции, помимо меньшего количества деталей для выбора и размещения и, конечно же, их превосходной стабильности, заключается в том, что для регулятора IC весь этот кремний имеет примерно одинаковую температуру, и это очень хорошо для стабильность схемы.

Здесь, на этой странице, есть два термина, о которых я хочу поговорить подробнее. Один из них — PSRR. Это коэффициент отказа блока питания. Это также известно как восприимчивость к звуку. Это способность источника питания подавлять дифференциальный шум, который присутствует между положительным входом, обозначенным здесь как VN, и отрицательным входом, который подразумевается, но не показан явно.Это наземные символы.

Затем есть коэффициент подавления синфазного сигнала. Это CMRR, и у него более удачное название. Это относится к способности источника питания подавлять синфазный шум, то есть шум, который присутствует между положительным входом и землей или отрицательным входом и землей.

Итак, здесь, на этом слайде, мы можем видеть внутренние детали классического регулятора NPN, также известного как регулятор Дарлингтона.Как видите, два транзистора NPN и один транзистор PNP включены последовательно с трактом управления. И когда я впервые взглянул на эту схему, я подумал: «Хм, есть только одно падение напряжения VCE от входа V к выходу V. Так почему же эта схема не работает при падении напряжения, скажем, до 500 милливольт? » Но на самом деле цепи управления нужны эти два напряжения VBE и одно напряжение VCE. Итак, суммируя, это 0,7 вольт плюс 0,7 вольт плюс 0,3 вольт, и это дает вам довольно близко к двум вольтам.

Таким образом, без управления нет стабильного выходного напряжения V, и именно поэтому стандартный регулятор Дарлингтона NPN, подобный этому, не будет работать надежно при попытке понизить, скажем, 5,0 вольт до 3,3 вольт. Вы, скорее всего, столкнетесь с отсевом, особенно если вы знаете, что допустимое отклонение в этих 5 вольт обычно составляет, скажем, плюс-минус 5 или плюс-минус 10 процентов.

Таким образом, выпадение сигнала — это явно плохо, поскольку выходное напряжение больше не регулируется, но другая проблема заключается в том, что, когда цепь выпадает, весь шум на входе проходит на выход почти без затухания.

Итак, что касается рассеивания мощности, скажем, в мире источников питания, есть три основных фактора, которые убивают устройства: перенапряжение, отрицательное напряжение там, где оно не ожидается, и перегрев. И из этих трех вещей все они на самом деле сводятся к перегреву, потому что перенапряжение обычно вызывает протекание большого количества тока, а отрицательное напряжение обычно вызывает протекание тока там, где он не должен течь, и слишком большой ток, протекающий в данное место вызывает слишком много тепла.Так что рассеяние мощности имеет решающее значение.

И здесь, в этой схеме, мы видим, что рассеивание мощности в линейных регуляторах очень просто. Вы просто вычитаете выходное напряжение из входного и умножаете это произведение на выходной ток. Теперь, когда вы хотите рассчитать наихудший случай и когда мы проектируем источники питания, мы практически всегда рассчитываем наихудший случай, для которого мы проектируем: вычитаем самое низкое выходное напряжение из самого высокого входного напряжения и умножаем его на максимальный выходной ток.

Следующим большим достижением в линейных источниках питания стал стабилизатор с истинным малым падением напряжения, в котором используются различные способы подключения биполярных транзисторов или, для наименьшего падения напряжения, полевые МОП-транзисторы для проходного элемента. Таким образом, вместо того минимума 1,7 вольт и, как правило, больше, чем 2,0 вольт падения напряжения, которое потребуется NPN Darlington, эта схема имеет максимальное падение напряжения чуть более 300 милливольт, как вы можете видеть на графике здесь.И это при максимальном выходном токе.

Итак, важное замечание. График при температуре 25 градусов Цельсия. Вы можете увидеть, что это написано там. И падение напряжения действительно изменяется при изменении температуры. LDO, выдающий ток в один ампер, определенно нагреется, поэтому очень важно учитывать падение напряжения в худшем случае во всем диапазоне температур.

Таким образом, внутренние детали регулятора с малым падением напряжения на p-MOSFET делают его более понятным.Это то же устройство, что мы видели на предыдущей странице. Имея всего два элемента на основе полевых МОП-транзисторов, мы также можем понять, почему между V out и V in требуется всего 300 милливольт или около того. Если предположить, что допустимое отклонение 5,0 вольт составляет плюс-минус 10 процентов, а это определенно худший случай для современных источников питания, то запас по напряжению между пятью вольт минус 10 процентов, или 4,5 вольт, и выходным напряжением 3,3 вольт будет равным. 1,2 вольта.Этого более чем достаточно, чтобы схема оставалась стабильной.

В наши дни для LDO обычным явлением становится падение с 2,5 до 1,8 вольт, даже с 1,8 до 1,2 вольт. И есть некоторые строго контролируемые случаи, когда вы даже можете регулировать напряжение от 1,5 до 1,2 вольт. Таким образом, общая тенденция состоит в том, чтобы уменьшить это падение до минимума, а цель состоит в том, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность и нежелательное тепло. Тепло определенно является врагом источников питания и вообще всей электроники.

Итак, у нас есть основы линейных источников питания за плечами. А теперь поговорим подробнее о тепле. Говоря языком маркетинга, это терморегулирование, но я предпочитаю говорить, что давайте не будем готовить наши блоки питания. В общем, чем больше размер корпуса, тем ниже тепловое сопротивление. А термическое сопротивление очень похоже на электрическое сопротивление. Чем он выше, тем сложнее сохранять соединение, то есть кремний в центре упаковки, в прохладном состоянии.

Теперь, когда давно, единственные доступные пакеты были ограничены выводами для отвода тепла от соединения, будь то через отверстие или поверхностный монтаж. Силикон обычно находился на медной основе, называемой выступом, и соединительные провода, сделанные из золота или алюминия, обеспечивали электрические соединения с контактами. Во многих корпусах эти тонкие соединительные провода также являются единственными настоящими проводниками тепла, поскольку пластик корпуса так же плохо проводит тепло, как и электрический ток.

Поставщики кремния и корпусов часто знают и предоставляют определенные части общего теплового сопротивления от перехода до окружающей среды. Это тета JA. Одна часть, которую они могут сообщить и надежно сделать, — это тепловое сопротивление термического сопротивления от соединения до точки пайки. Это тета-JS. Но в большинстве случаев то, как используется пакет, оказывает такое большое влияние на общий тета-JA, который является переходом к окружающему, что лучшее, что могут сделать поставщики, — это действительно предоставить нам несколько типичных случаев.

Опыт, а под опытом я имею в виду обгоревшие чипы и обожженные пальцы, часто является лучшим инструментом для управления питанием. Тем не менее, важно указать на основное уравнение. Конечная температура перехода — это функция температуры окружающей среды плюс общая рассеиваемая мощность, умноженная на это общее тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде. По крайней мере, для линейных регуляторов мы знаем рассеиваемую мощность с хорошей точностью.

— это один из важнейших параметров, который производители ИС не могут контролировать, поэтому они предлагают различные сценарии.Здесь мы смотрим на SC-74, небольшой корпус для LDO. Так называемая «минимальная установка меди2» — это, по сути, всего лишь рекомендованная медная площадь на корпусе корпуса плюс несколько тонких дорожек. Учитывается и толщина меди — хотя не написано, что это 15 микрометров.

Для контраста, рассмотрим случай, когда площадь соединения меди с контактами больше или равна 300 квадратных миллиметрам. Чтобы получить максимальную отдачу от этой медной области, ее необходимо подключать к контактам, по которым протекает наибольший ток.В данном случае это будут контакты Rext и OUT, которые уменьшают thetaJA на одну треть. Кстати, наличие трех выводов OUT является хорошим признаком того, что они пропускают большой ток и подходят для подключения медных участков.

Одним из значительных достижений в области управления температурным режимом стало внедрение так называемой упаковки с открытыми подушечками. Теперь многие из этих корпусов совместимы по выводам со стандартными промышленными корпусами, такими как SO-8 или, в показанном здесь случае, TSSOP-16.Таким образом, в этих случаях силикон по-прежнему находится на верхней части медной площадки, но эта площадка больше и / или находится ниже внутри упаковки, а ее часть обнажена снизу. Недостатком является отсутствие следов движения под ИС на верхнем слое, но для большой мощности компромисс того стоит.

Во многих случаях довольно сложно получить большую площадь, как те 300 квадратных миллиметров, о которых мы говорили на предыдущей странице. Трудно перенести эту большую область на верхний слой, где проходят все следы.Поэтому мы используем тепловые переходные отверстия и медную поверхность на других слоях.

Любой, кто работает с мощными светодиодами, наверняка использовал или рассматривал печатную плату с металлическим сердечником или MCPCB. Теперь открытые пакеты колодок любят MCPCB. Мы поговорим об этом позже. А пока один очень важный комментарий. Если вы не подключите открытую площадку корпуса с открытой площадкой, большинство силовых ИС по-прежнему будут работать, но их тепловое сопротивление такое же, как у стандартного корпуса, поэтому, если он у вас есть, но вы его не используете, вы ничего не получите. .

В заключение отметим, что почти каждый аспект управления температурным режимом демонстрирует экспоненциальный отклик, как на графике, который вы видите здесь.Это означает, что, хотя больше всегда лучше, почти всегда наступает момент уменьшения отдачи. Другими словами, подключение вашей открытой контактной площадки к квадратному метру меди — это нормально, но вы не получите особой пользы от большей части этой меди. Кстати, я упоминал, что медь не из дешевых?

Я упоминал светодиоды на предыдущем слайде, и мощные светодиоды сегодня являются королем терморегулирования, потому что существует прямая взаимосвязь между терморегулированием и качеством, и количеством светоотдачи.

Кстати, я люблю светодиоды. Драйверы светодиодов — мой любимый тип источника питания. Все, что горит или мигает. В любом случае, производители мощных светодиодов провели отличные исследования в области управления температурным режимом. Все, что работает для светодиода питания, у которого всегда есть термический язычок, определенно будет работать для силовой ИС с термическим контактом.

Само собой разумеется, что печатная плата с металлическим сердечником — это замечательно, если вы можете ее использовать. Раньше это было очень, очень дорого, но благодаря большому объему светодиодного освещения теперь оно стало намного доступнее.Для меня большой недостаток MCPCB по-прежнему заключается в том, что иметь более двух слоев дорожек на MCPCB довольно сложно и дороже.

FR-4 никогда не будет так хорошо отводить тепло от источника, как MCPCB, но есть много способов сделать большие улучшения. Более толстые слои меди — это один из способов, простой факт большей тепловой массы. Я видел конструкции, содержащие до 140 микрометров меди, но если вы поместите медь такой толщины на внешние слои, компоненты больше не будут лежать ровно, и сборка станет действительно сложной.Таким образом, добавление внутренних каналов — это еще один способ улучшить тепловое сопротивление, и, как показывает этот слайд, тепловые переходные отверстия в значительной степени являются стандартным способом подключения источника тепла на внешнем слое к теплоотводу в виде медных участков на внутренних слоях или на противоположных внешних слоях.

Обратите внимание на более или менее экспоненциальную форму кривых на этой странице. Теперь мы смотрим как на количество переходных отверстий, так и на диаметр этих переходных отверстий. Да, чем больше, тем лучше, но опять же, есть точка уменьшения отдачи.Есть также несколько важных практических вопросов. Например, в большинстве приложений вы не сможете разместить 91 переходное отверстие ниже пакета SO-8. Хотя здесь это не показано, эффективность этих тепловых переходных отверстий также падает, и снова экспоненциально, по мере того, как они размещаются все дальше и дальше от источника тепла.

Последнее очень важное замечание относительно тепловых переходных отверстий: хотя они наиболее эффективны при размещении непосредственно под тепловым выводом силовой ИС, это область пайки. Слишком большие переходные отверстия будут отводить, стечь или отводить припой во время сборки.

Лично мне нравится использовать переходные отверстия с внешним диаметром 0,5 миллиметра и диаметром отверстия 0,25 миллиметра, и я обычно разделяю их на один миллиметр. Лучшее, что можно сделать, — это сесть с производителем печатной платы и контрактным производителем и заранее договориться о том, что будет работать лучше всего.

Один из моих коллег из National Semiconductor, который был гуру линейных регуляторов, однажды рассказал мне о заказчике, который позвонил ему и попросил помощи в разработке линейного источника питания 10 кВт для лазера.Лазеры, как известно, не переносят пульсации для своих драйверов, но вам понадобится бассейн хорошего размера, чтобы охладить такой источник. Он сказал им использовать переключатель, но, насколько я знаю, они так и не перезвонили!

Чуть менее мощный, но все же наглядный пример — промышленная система с очень распространенным напряжением шины 24 В, питающая что-то цифровое, для чего требуется 1,2 В. Если бы выходной ток составлял 10 А, вы бы рассеивали около 230 Вт, а для этого вам понадобится серьезный радиатор.Вы также будете сжигать 230 В на выходную мощность 12 Вт, а это эффективность 5%. Гордиться нечем!

Теперь, если у меня будет возможность обновить этот семинар, я посмотрю, смогу ли я построить эту схему и снять видео, как жареный зефир…

Хорошо. Итак, что вы делаете, когда хотите снизить напряжение с 24 до 1,2 вольт при 10 ампер, а отдел маркетинга сообщает вам, что поджаривание зефира не является дополнительной функцией для вашего источника питания? Что ж, ответ в том, что вы используете импульсный регулятор.В этой презентации мы просто окунемся в пул переключателей.

Вот схема и график, показывающие основную часть импульсного регулятора. Я записал источник как V для напряжения и показал напряжение на нагрузке, но на самом деле все, что мы здесь делаем, — это подключаем источник питания к этой нагрузке на некоторый период времени, а не подключаем ее. источник питания в остальное время.Если бы у нас был фиксированный период для каждого цикла длиной t, то время, когда источник не был подключен, было бы T минус t on.

Две наиболее важные концепции: во-первых, нагрузка воспринимает среднюю мощность, или среднее напряжение, или средний ток, которые отличаются от таковых у источника, потому что они не подключены в течение 100 процентов времени. Во-вторых, это рабочий цикл, то есть процент времени, в течение которого источник и нагрузка подключены, и определяет среднюю мощность на нагрузке.Теперь для этой схемы рабочий цикл D равен t on, деленному на период T.

Широтно-импульсная модуляция или ШИМ — это тип управления, который заключается в изменении времени подключения источника и нагрузки. Другой способ сказать это — указать, что рабочий цикл модулируется. Более высокий рабочий цикл означает более широкий импульс.

Сейчас существует множество приложений, в которых эти импульсы мощности подаются непосредственно на нагрузку с минимальной фильтрацией или без нее.Обогреватели хороши, как и вентиляторы постоянного тока. Затем есть мой любимый, или, честно говоря, наименее любимый, TRIAC или фазовый диммер. Это простая схема, показанная в левом нижнем углу, и в ней используются чисто аналоговые компоненты, чтобы отрезать часть линии переменного тока, питающей традиционные лампы накаливания или галогенные лампы. Причина моей любви и ненависти к диммерам TRIAC заключается в том, что как только вы немного больше поймете об импульсных источниках питания, вы увидите, что TRIAC и переключатели смешиваются так же, как масло и вода.

Переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный, который находится внизу справа, начинается с концепции ШИМ, но добавляет критический элемент, фильтр. Цель фильтра — сглаживать или усреднять импульсы напряжения, тока или мощности для тех, кто естественным образом не может выполнить это усреднение.

Практически все преобразователи, описанные на этом семинаре, называются жестким переключением котировок, потому что они включают или выключают один переключатель, когда на нем есть напряжение или ток.Прерывание тока или короткое замыкание напряжения известно как жесткое переключение, и, честно говоря, с переключателями сложно. Я хочу сказать, что жесткое переключение вызывает рассеяние мощности. Рассеивание мощности вызывает нагрев. И теперь мы знаем, что тепло — убийца номер один для электроники. По крайней мере, для промышленной электроники. Для бытовой электроники убийцей номер один по-прежнему остается унитаз, в который попадает ваш мобильный телефон.

Один из лучших способов представить себе преобразователь с жестким переключателем — использовать этот очень простой элемент с тремя выводами.Прямоугольная волна появляется в черной точке посередине, и наш друг, силовой индуктор, является основным элементом сглаживающего фильтра. Именно выходная часть катушки индуктивности определяет тип импульсного преобразователя, также известный как топология.

Хотя здесь это не показано, важно отметить, что эти два переключателя работают не в фазе, а это означает, что только один из них всегда включен в любой момент времени. Если по какой-либо причине они оба включатся одновременно, случится что-то плохое.Это то, что мы называем простреливанием. Подробнее об этом на следующем слайде.

Понижающий преобразователь — звезда этого шоу. Я не могу сказать это с абсолютной уверенностью, но я почти уверен, что понижающий коэффициент — самый распространенный из всех импульсных стабилизаторов, и это определенно самый распространенный преобразователь постоянного тока в постоянный. Видите, как индуктор подключается к выходу? Это означает, что средний выходной ток такой же, как и средний ток катушки индуктивности.Как мы увидим, ток катушки индуктивности — одна из самых важных форм сигнала в импульсном преобразователе.

Доллар — отличное место для начала работы с коммутаторами, потому что все мы признаем LC-фильтр второго порядка, выходной. V in и два переключателя генерируют высокочастотный прямоугольный сигнал, а затем индуктор и выходной конденсатор объединяются для фильтрации, сглаживания и усреднения этого выходного напряжения. Некоторая пульсация будет всегда, но даже чувствительный лазер может работать с понижающим током, если вы правильно отфильтруете выходной сигнал.

Здесь намного легче понять, почему тот прострел, о котором я говорил на предыдущем слайде, настолько разрушителен, поскольку оба переключателя включены одновременно, что приводит к короткому замыканию входного напряжения. Иногда вы просто перегораете предохранитель, но у большинства преобразователей постоянного тока в постоянный нет предохранителя, и поэтому плохие переключатели становятся невосприимчивыми предохранителями.

Между прочим, если вы разрабатываете силовую электронику и не взрываете детали, значит, вы недостаточно стараетесь.

Посмотрите внимательно на эту схему.Все, что мы на самом деле сделали, это повернули эти три конечных элемента. Теперь посмотрите на V снаружи и V внутрь. Если бы они были поменяны местами, это было бы доллар. Повышающий преобразователь, как следует из названия, повышает выходное напряжение до уровня, превышающего входное, и это не что иное, как понижающий преобразователь в обратном направлении.

Когда я впервые изучил эти преобразователи, деньги казались мне совершенно разумными. В конце концов, это всего лишь прямоугольная волна фильтра. Но сначала я боролся с бустом. Как могло подняться выходное напряжение? Что ж, ответ кроется в физике индуктора, который на самом деле является сердцем любого импульсного преобразователя.Как только вы получаете ток, текущий в катушке индуктивности, физически невозможно мгновенно остановить магнитное поле, которое сопровождает этот ток. Многие люди, документы, учебники и заметки к EP говорят, что это ток, который нельзя остановить, но я предпочитаю думать о магнитном поле.

Теперь мы рассмотрим повышающий преобразователь во всех его великолепных деталях в более позднем разделе семинара, а пока предположим, что индуктор может генерировать почти любое напряжение, необходимое для поддержания этого непрерывного магнитного поля, и если мы используя эту способность, мы можем производить более высокое выходное напряжение, чем входное.

Последнее замечание. Благодаря подключению катушки индуктивности ко входу, средний ток катушки индуктивности такой же, как средний входной ток для повышающего преобразователя.

Еще один виток трех оконечных элементов дает нам окончательную базовую топологию преобразователя постоянного тока в постоянный — инвертирующий повышающий-понижающий преобразователь. В университете у меня был замечательный профессор, который преподавал введение в курс силовой электроники, и он вложил в это название много энтузиазма.Он всегда говорил: «Бак-буст!»

Что я имею в виду под инвертированием? Что ж, это еще один случай, когда я думаю, что многие учебники и заметки к EP недостаточно конкретны. Существует множество топологий понижающего-повышающего напряжения, потому что, когда вы используете только эти два слова, это просто означает преобразователь, выходное напряжение которого может быть выше или ниже значения входного напряжения.

И этот преобразователь также инвертирует полярность выходного напряжения относительно земли. Фактически, вы можете видеть, что я нарисовал полярный выходной конденсатор, чтобы показать это.Это отличный секрет, если вы хотите запитать некоторые биполярные операционные усилители и вам нужны минус 5 или минус 15 вольт.

Теперь для ясности: это абсолютное значение выходного напряжения, которое может быть больше или меньше абсолютного значения входного напряжения в этой цепи. Еще раз, давайте посмотрим, где подключается катушка индуктивности. Средний ток катушки индуктивности отличается как от среднего входного тока, так и от среднего выходного тока для инвертирующих повышательно-понижающих преобразователей.

Если посмотреть более подробно на суть наших основных импульсных преобразователей, все они работают по одному и тому же основному принципу. В течение первой части цикла длиной T мы используем эти переключатели для подачи заданного напряжения на катушку индуктивности. Это заставляет ток течь. Когда приложенное напряжение является постоянным, индуцированный ток линейно увеличивается.

По истечении периода времени t on, равного рабочему циклу D, умноженному на период T, переключатели меняются, и на катушку индуктивности подается напряжение противоположной полярности.Теперь это не обязательно отрицательное напряжение по отношению к земле, просто отрицательное по отношению к напряжению, приложенному во время первой части цикла. Существует баланс, так называемый второй баланс вольт, означающий, что произведение приложенного напряжения и продолжительности времени, в течение которого оно применяется в течение первой части цикла, должно быть равно произведению напряжения и продолжительности времени, приложенного во время вторая часть цикла. Если они не равны, произойдет одно из двух.Выход преобразователя переходит в ноль или пуф, выход пытается уйти в бесконечность.

Как говорил еще один мой старый коллега из NSC: «Вы позволите магии выйти наружу».

Каким бы хорошим ни был мой вводный курс по силовой электронике, мы никогда не рассматривали какие-либо реальные формы сигналов. Я также признаю, что у меня только что появился новый пробник дифференциального напряжения, и нет ничего лучше новой игрушки, чтобы вдохновить.

Здесь у нас есть настоящий понижающий преобразователь, работающий от входа 12 вольт, выдающий на выходе пять вольт и выдающий выходной ток в пять ампер.Первый канал желтого цвета — это дифференциальное напряжение на катушке индуктивности, как показано на этой схеме, а второй канал синего цвета — это напряжение в коммутационном узле. Помните, это черная точка, где эти три части трех клеммных элементов соединяются относительно земли. И, наконец, четвертый канал зеленого цвета — это ток катушки индуктивности.

Дифференциальный пробник позволяет мне одновременно измерять как опорное напряжение заземления с помощью стандартного пробника, так и плавающее напряжение, что иначе невозможно.Вот реальная схема, показывающая, где мы измеряли различные напряжения и токи, и, наконец, фотография самой реальной установки. Видеть значит верить.

В разделе 1.2 я более подробно остановлюсь на трех основных топологиях коммутации, рассмотрю более практичные переключатели, исследую различия между режимами непрерывной и прерывистой проводимости, а также рассмотрю производные и составные топологии.Наш первый взгляд на обычную топологию переменного тока в постоянный будет с обратным регулятором. Наконец, я займусь маркетингом настолько, насколько я осмелюсь пойти, и расскажу немного о том, что можно найти внутри корпуса ИС импульсного стабилизатора и что все еще находится снаружи на печатной плате.

На этом часть 1-1 завершается, и я надеюсь, что вы кое-что узнали и вернетесь, чтобы увидеть следующую сессию, а также будущие. В части 1-2 мы более подробно рассмотрим каждый из трех основных преобразователей постоянного тока, а также обратный преобразователь и некоторые составные топологии.

:: Next.gr

• Вам нужно найти надежный драйвер полного моста для управления вашим обратноходовым трансформатором? Что ж, это ваша последняя остановка. Есть много схем обратных драйверов, но большинство из них не продержатся долго. Известно, что знаменитый ЗВС изобрел ….

  .
• Схема импульсного источника питания приемника

  Coship CDVB3188V На нем показана схема переключения питания приемника того же континента CDVB3188C, в основном от входной цепи переменного тока, анти-j..

• Здесь описывается конкретный модуль, использующий схему импульсного источника питания CF8865, поскольку в этой схеме используются специальные модули встроенного модуля управления CF8865. В фи ..

• На рисунке (а) показана блок-схема внутренней структуры M62213FP.M62213FP — это высокоскоростной импульсный контроллер источника питания. Он состоит из генератора, ШИМ сравнения.

• Показана схема импульсного источника питания с изолированным выходом 5V TOP414G, 2A. C1 — конденсатор входного фильтра. Состав VDz VD1 и контур первичной защиты зажимов.

• Принципиальная схема драйвера

  : Основная функция схемы управления — усилитель выходной мощности контроллера ширины импульса переменной ширины в качестве управляющего сигнала для высоковольтного переключателя мощности..

• Dragon -ZL-2801A Цепь импульсного источника питания DVD-машины. На ней показана схема импульсного источника питания DVD-машины Dragon ZL-2801A, которая в основном поступает от входной цепи переменного тока.

• East Shi IDS-2000F STB схема импульсного источника питания East Shi IDS -2000F STB схема импульсного источника питания в основном по входной цепи переменного тока, коммутационная колебательная цепь, выход..

• Электрооборудование, поставляемое в силовую секцию конструкции схемы электропитания, как показано ниже: ..

• Состоит из схемы импульсного источника питания постоянного тока 15 В TOP224Y, 2 А на выходе, показанной на фиг. На трех интегральных схемах: ICl — монолитный регулятор TOP224Y, IC2 — оптопара..

• LA9472A — это монолитный понижающий импульсный стабилизатор на 2 А, работающий в непрерывном режиме и реализованный по новой технологии BCD, позволяющей интегрировать изолированные вертикальные силовые транзисторы DMOS со смешанными КМОП / биполярными транзисторами. Аппарат может поставить ….

• Эта схема обеспечивает включение / выключение, плавный пуск, контроль тока, отключение по току и защиту от перегрузки по току для источника питания 30 В постоянного тока при нормальных токах нагрузки до 2 А.Переключатель включается командным импульсом «включено»; выключено ….

• Эта понижающая схема обеспечивает до 8 А при 5 В постоянного тока при работе от 24 до 32 В постоянного тока. Два силовых полевых МОП-транзистора в цепи работают попеременно в течение равных периодов времени. Частота коммутации 150 кГц, устанавливается контроллером PWM125. Выход двух полевых МОП-транзисторов составляет ….

  .

• Эта схема обеспечивает стабилизированный постоянный ток с пульсацией менее 100 мВ для микропроцессорных приложений.Необходимые рабочие напряжения снимаются с цепи спускного резистора, подключенной к нерегулируемому источнику питания 28 В. Выход компаратора LM710 ….

• Этот низковольтный сильноточный выход, коммутирующий источник питания, работает от входа 220 В переменного тока. В этой схеме генератор релаксации диака ST2, Q3, Cl и диак инициируют проводимость выходного переключающего транзистора Q1, время включения которого составляет….

• На схеме показан блок питания мощностью 50 Вт с выходом 5 В и 10 А. Это обратный преобразователь, работающий в непрерывном режиме. В схеме есть первичная сторона, а контроллер вторичной стороны обеспечивает полную защиту от неисправностей, таких как перегрузка по току. ..

• Строительный блок с переключаемым конденсатором LTC10432 обеспечивает неперекрывающееся дополнительное возбуждение для силовых полевых МОП-транзисторов Q1 — Q4.Полевые МОП-транзисторы расположены так, что Cl и C2 поочередно включаются последовательно, а затем параллельно. Во время последовательной фазы + 12 В ….

• Простой импульсный стабилизатор с питанием от батареи обеспечивает 5 В от источника 9 В с эффективностью 80% и выходным током 50 мА. Когда Q1 включен, его коллекторное напряжение повышается, проталкивая ток через катушку индуктивности.Выходное напряжение повышается, в результате чего выход A1 …

• A показывает схему COR / CAS для использования ретранслятора. CR1 — кремниевый диод. 2 может быть любое реле с катушкой на 12 В (долговечное ..

• Импульсные блоки питания

  обладают гораздо большей эффективностью, чем традиционные..

• В обычных приложениях ИС импульсного регулятора регулируют VQVT, управляя током через внешний индуктор. Однако микросхема в A, управляющая цепью диод-конденсатор вместо катушки индуктивности, обеспечивает сопоставимые характеристики для небольших нагрузок. ….

• Импульсный стабилизатор Max650 вырабатывает регулируемые 5 В из больших отрицательных напряжений, таких как -48 В в телефонных линиях.Результирующий блок питания работает с несколькими внешними компонентами, включая трансформатор, и выдает 250 мА. ….

• В источнике питания используются два полевых МОП-транзистора VN4000A, 400 В, в конфигурации полумостового переключателя питания. Доступные выходы: + 5 В при 20 А и ± 15 В (или ± 12 В) при 1 А. Поскольку для слаботочных выходов используются линейные трехконтактные регуляторы, либо ± 12 В….

• LT1172 генерирует положительное и отрицательное напряжение на входе 5 В. LT1172 настроен ..

• A показан типичный LTC 1148 для поверхностного монтажа, обеспечивающий 5 В при 2 А при входном напряжении 5.От 5 В до 13,5 В. Рабочий КПД, показанный на B, достигает максимума 97% и превышает 90% в диапазоне от 10 мА до 2 А при входном напряжении 10 В. Ql и Q2 составляют главный выключатель ….

• TOP100Y, состоящий из импульсной схемы источника постоянного тока с обратным ходом + 5В, 1А. Этот налет ..

• Схема импульсного блока питания

  мощностью 35 Вт с выходом для телевизионной приставки показана на рисунке 5.Пятиходовые напряжения соответственно: Uo1 (+ 30V, 100mA), Uo2 (+ 18V, 550mA), Uo3 (+ 5V, 2.5A) ..

• Это еще один вид переключателя для продления срока службы паука накаливания, он имеет две функции: во-первых, только путем электропорации, ..

• Нестабильность напряжения 12 В, сначала проверьте выходную секцию импульсного источника питания, как показано на РИС.Вторичная обмотка ..

• Эта схема управления ШИМ подает управляющий импульс на переключатель мощности DMOS в цепи обратного хода. Выходной сигнал ШИМ представляет собой импульс, ширина которого пропорциональна входному управляющему напряжению и частота повторения которого определяется внешними часами .