Схема мощного импульсного блока питания – -3

Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки

Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.

Построить блок питания будет ненамного сложнее, чем прочитать эту статью. И уж точно, это будет проще, чем найти низкочастотный трансформатор подходящей мощности и перемотать его вторичные обмотки под свои нужды.

 

Оглавление статьи.

1. Вступление.
2. Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.
3. Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?
4. Импульсный трансформатор для блока питания.
5. Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.
6. Блок питания мощностю 20 Ватт.

    

7. Блок питания мощностью 100 ватт
8. Выпрямитель.
9. Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?
10. Как наладить импульсный блок питания?
11. Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

 

Вступление.

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). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, 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 КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

 

Вернуться наверх к меню

 

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

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.

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ 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.

 

Вернуться наверх к меню

 

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность 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.

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.

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.

Вернуться наверх к меню

 

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.

Здесь подробно рассказано, как произвести самые простые расчёты импульсного трансформатора, а так же, как его правильно намотать… чтобы не пришлось подсчитывать витки. 🙂

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

Вернуться наверх к меню

 

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 БП, 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 «мыльниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

 

Вернуться наверх к меню

 

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 60ºC, а транзисторов – 42ºC. 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 – 60ºС Температура транзисторов – 42ºС

 

Вернуться наверх к меню

 

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.

 

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 бо’льшие предельно-допустимые токи.

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!

На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

 

1. Винт М2,5.
2. Шайба М2,5.
3. Шайба изоляционная М2,5 – стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.
4. Корпус транзистора.
5. Прокладка – отрезок трубки (кембрика).
6. Прокладка – слюда, керамика, фторопласт и т.д.
7. Радиатор охлаждения.

А это 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 – 75ºC.

Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².

Температура дросселя TV1 – 45ºC.

TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Вернуться наверх к меню

 

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 Ватт.

 

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.

 

Вернуться наверх к меню

 

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 между исследуемым ИБП и осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

 

А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.

 

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.

Вернуться наверх к меню

 

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… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

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

Вернуться наверх к меню

 

Каково назначение элементов схемы 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.

Вернуться наверх к меню

 

Источник http://oldoctober.com/

www.qrz.ru

Простые импульсные блоки питания » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Несколько раз меня выручали блоки питания, схемы которых стали уже класическими, оставаясь простыми для любого, кто хоть раз уже что-то электронное в своей жизни паял.

Аналогичные схемы разрабатывались многими радиолюбителями для разных целей, но каждый конструктор вкладывал в схему что-то свое, менял расчеты, отдельные компоненты схемы, частоту преобразования, мощность, подстраивая под какие-то, известные только самому автору, нужды…

Мне же часто приходилось использовать подобные схемы вместо их громоздких трансформаторных аналогов, облегчая вес и объем своих конструкций, которые необходимо было запитать от сети. Как пример: стерео-усилитель на микросхеме, собранный в дюралевом корпусе от старого модема.

Содержание / Contents

Описание работы схемы, коль она классическая, приводить особого смысла нет. Замечу лишь, что я отказался от использования в качестве схемы запуска от транзистора, работающего в режиме лавинного пробоя, т.к. однопереходные транзисторы типа КТ117 работают в узле запуска гораздо надежнее. Запуск на динисторе мне тоже нравится.

На рисунке представлены: а) цоколёвка старых транзисторов КТ117 (без язычка), б) современная цоколёвка КТ117, в) расположение выводов на схеме, г) аналог однопереходного транзистора на двух обычных (подойдут любые транзисторы верной структуры — структуры p-n-p (VT1) типа КТ208, КТ209, КТ213, КТ361, КТ501, КТ502, КТ3107; структуры n-p-n (VT2) типа КТ315, КТ340, КТ342, КТ503, КТ3102)
Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!Схема на полевых транзисторах несколько сложнее, что вызвано необходимостью защиты их затворов от перенапряжения.

Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!

Все намоточные данные трансформаторов приведены на рисунках. Максимальная мощность нагрузки, которую может запитать блок питания с трансформатором, выполненном на ферритовом кольце марки 3000НМ 32×16Х8, около 70Вт, на К40×25Х11 той же марки, — 150Вт.

Диод VD1 в обеих схемах запирает схему запуска подачей отрицательного напряжения на эмиттер однопереходного транзистора после запуска преобразователя.

Из особенностей — выключение блоков питания производится замыканием обмотки II коммутирующего трансформатора. При этом нижний по схеме транзистор запирается и происходит срыв генерации. Но, кстати, срыв генерации происходит именно по причине «закорачивания» обмотки.

Запирание транзистора в данном случае, хоть и явно происходит по причине замыкания контактом выключателя эмиттерного перехода, — вторично. Однопереходной транзистор в данном случае не сможет запустить преобразователь, который может находиться в таком состоянии (оба ключа заперты по постоянному току через нулевое практически сопротивление обмоток трансформатора) сколь угодно долго.

Правильно расчитанная и аккуратно собранная конструкция блока питания, как правило, легко запускается под требуемой нагрузкой и в работе ведет себя стабильно.

Константин (riswel)

Россия, г. Калининград

C детства — музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, — для интереса, — и своих, и чужих.

За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. — электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все — такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.

 

datagor.ru

РадиоКот :: Импульсный блок питания (60Вт).

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Импульсный блок питания (60Вт).

Схема представляет собой классический обратноходовый БП на базе ШИМ UC3842. Поскольку схема базовая, выходные параметры БП могут быть легко пересчитаны на необходимые. В качестве примера для рассмотрения выбран БП для ноутбука с питанием 20В 3А. При необходимости можно получить несколько напряжений, независимых или связанных.

Выходная мощность на открытом воздухе 60Вт (длительно). Зависит главным образом от параметров силового трансформатора. При их изменении можно получить выходную мощность до 100Вт в данном типоразмере сердечника. Рабочая частота блока выбрана 29кГц и может быть перестроена конденсатором С1. Блок питания рассчитан на неизменяющуюся или мало меняющуюся нагрузку, отсюда отсутствие стабилизации выходного напряжения, хотя оно стабильно при колебаниях сети 190…240вольт. БП работает без нагрузки, есть настраиваемая защита от к/з. КПД блока — 87%. Внешнего управления нет, но можно ввести с помощью оптопары или реле.

Силовой трансформатор (каркас с сердечником), выходной дроссель и дроссель по сети заимствованы с компьютерного БП. Первичная обмотка силового трансформатора содержит 60витков, обмотка на питание микросхемы — 10витков. Обе обмотки наматываются виток к витку проводом 0,5мм с одинарной межслойной изоляцией из фторопластовой ленты. Первичная и вторичная обмотки разделяются несколькими слоями изоляции. Вторичная обмотка пересчитывается из расчета 1,5вольта на виток. К примеру, 15вольтовая обмотка будет 10витков, 30вольтовая — 20 и т.д. Поскольку напряжение одного витка достаточно велико, при малых выходных напряжениях потребуется точная подстройка резистором R3 в пределах 15…30кОм.

Настройка
При необходимости получить несколько напряжений можно воспользоваться схемами (1), (2) или (3). Числа витков считаются отдельно для каждой обмотки в (1), (3), а (2) — иначе. Поскольку вторая обмотка является продолжением первой, то число витков второй обмотки определяется как W2=(U2-U1)/1.5, где 1.5 — напряжение одного витка. Резистор R7 определяет порог ограничения выходного тока БП, а также максимальный ток стока силового транзистора. Рекомендуется выбирать максимальный ток стока не более 1/3 паспортного на данный транзистор. Ток можно высчитать по формуле I(Ампер)=1/R7(Ом).

Сборка
Силовой транзистор и выпрямительный диод во вторичной цепи устанавливаются на радиаторы. Их площадь не приводится, т.к. для каждого варианта исполнения (в корпусе, без корпуса, высокое выходное напряжение, низкое, и.т.д.) площадь будет отличаться. Необходимую площадь радиатора можно установить экспериментально, по температуре радиатора во время работы. Фланцы деталей не должны нагреваться выше 70градусов. Силовой транзистор устанавливается через изолирующую прокладку, диод — без неё.

ВНИМАНИЕ!!!
!!! Соблюдайте указанные значения напряжений конденсаторов и мощностей резисторов, а также фазировку обмоток трансформатора. При неверной фазировке блок питания заведется, но мощности не отдаст.
!!! Не касайтесь стока (фланца) силового транзистора при работающем БП!!! На стоке присутствует выброс напряжения до 500вольт.

Замена элементов.
Вместо 3N80 можно применить BUZ90, IRFBC40 и другие. Диод D3 — КД636, КД213, BYV28 на напряжение не менее 3Uвых и на соответствующий ток.

Запуск
Блок заводится через 2-3 секунды после подачи сетевого напряжения. Для защиты от выгорания элементов при неверном монтаже первый запуск БП производится через мощный резистор 100 Ом 50Вт, включенный перед сетевым выпрямителем. Также желательно перед первым запуском заменить сглаживающий конденсатор после моста на меньшую емкость (около 10…22мкФ 400В). Блок включают на несколько секунд, потом выключают и оценивают нагрев силовых элементов. Далее время работы постепенно увеличивают, и в случае удачных запусков блок включается напрямую без резистора со штатным конденсатором.

Ну и последнее.
Описываемый БП собран в корпусе МастерКит BOX G-010. В нем держит нагрузку 40Вт, на большей мощности необходимо позаботиться о дополнительном охлаждении. В случае выхода БП из строя вылетает Q1, R7, 3842, R6, могут погореть C3 и R5.

Вопросы как обычно складываем тут.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

---

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

www.radiokot.ru

750 ваттный, каскадный регулируемый импульсный источник питания из трёх АТХ/АТ блоков питания по 300W

750 ваттный, каскадный регулируемый импульсный источник питания из трёх АТХ/АТ блоков питания по 300W

 «Один импульсный блок питания хорошо, а три — трижды хорошо!

 

Уважаемый РадиоКот! От всей души поздравляю Тебя с Днем Рождения, ведь ШЕСТЬ лет, это уже очень серьезный и умный Кот! Всего Тебе самого лучшего, много, удачи и активного развития! Так же огромное СПАСИБО за Ваш сайт, за Ваш труд, благодаря которому мы все набираемся знаний и опыта! А в подарок небольшое, красочное  повествование.

 

    Здравствуйте уважаемые читатели! Сегодня наше путешествие в мир электроники пройдет под знаменем русской поговорки «ВМЕСТЕ МЫ СИЛА!», где под «МЫ», имеются в виду блоки АТАТХ. Очень часто владельцы источников питания АТХ/АТ задают вопрос о возможности параллельного или последовательного включения блоков. Такая возможность присутствует во всех АТХ/АТ блоков питания после небольшой и полностью беззатратной переделки. Но, конечно, необходимо соблюдать некоторые правила соединения двух и более источников питания. При параллельном подключении источников необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного напряжения (например, 10В/50А и 10В/50А, на выходе будет 10В/100А). При последовательном подключении источников, необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного тока (например, 10В/50А и 15В/50А, на выходе будет 25В/50А). Подключение источников с разными номиналами может привести к перекосу распределения мощности между блоками и, как следствие, возможной перегрузке какого либо из блоков.

    Я поведаю Вам о том, как же преодолеть барьер высоких мощностей (достаточных для радиоКота), совершенно простыми и подручными средствами. Каждый наверняка сталкивался с необходимостью в мощном регулируемом источнике питания. Кому то приносили мощные автомобильные усилители с током потребления в 50 ампер по питанию 12в, разные UPSы, да и прочую технику. Ну, а может кто-то из Вас хотел заняться гальваникой? А может Вы просто хотели зимой завести авто от розетки? Во всех этих случаях Вам, конечно же не хватало мощного источника питания. А ведь такой мощный блок просто так на коленке быстро не собрать, и на это нужно много времени и сил. Так давайте же вместе развеем этот миф, и соберем такой мощный блок, на все случаи жизни, всего за…… два вечера, придя после работы домой!  «Не может быть!» невольно возразите Вы, а как же необходимые детали, трансформаторы, ферриты, мосты, и прочее, прочее…..  А зачем нам это все?  Нам достаточно заглянуть каждому в свою кладовку (или под рабочий стол) и там все необходимое у каждого радиоКота уже есть и, так сказать, давно там пылится!!! Заглянули?  И что мы там видим? Ха! Совершенно верно – компьютерный блок питания! Да и не один! Ну и на кой они Вам? Так и будут дальше валяться? Конечно нет! Мы с вами соорудим мощный блок питания для всех случаев жизни радиоКота. Это и зарядка, и пусковое, и  лабораторный блок питания, и источник для гальваники и т.д. и т.п. Каскадное соединение источников питания — просто необходимость. Давно уже просматривается тенденция в получении больших мощностей с помощью большого числа блоков, меньшей мощности и работающих совместно на одну нагрузку.

   Все необходимые детали у нас для этого уже есть. Нам надо всего 3 одинаковых АТ или АТХ блока питания. Помянем добрым словом жителей Китая, за то, что они большую часть работы уже сделали за нас. Будем собирать блок питания с такими параметрами:

Напряжение входное…………………………………………………….~170в – 240в

Напряжение выходное регулируемое………………………… от 6в до 18в

Мощность максимальная……………………………………………….750W

Ток выходной регулируемый…………………………………………от 6 ампер  до 50 ампер

Вес ……………………………………………………………………………………3 кг.

Возможность наращивания мощности……………………………ЕСТЬ.

   Я, надеюсь, Вам понравились показатели Вашего будущего блока питания?  Ну а если мало этого, то я в конце путешествия расскажу Вам как их еще поднять до 1500W, или до 3000W, ведь вы поговорку еще не забыли? Выглядит «трио-блок» примерно так:

Рис1.

Рис1а.

Рис2.

    Тогда начнем! Особо в схемотехнику АТ, АТХ блоков питания вдаваться не будем, так как её знает любой радиоКот уже на столько, что разбуди его ночью и спроси «Как?», все расскажет как,  куда и зачем. Все еще помнят, чему нас учили в школе, на уроках физики? Там были уроки про элементы питания, которые можно собирать в батареи как угодно, хочешь последовательно, хочешь параллельно, хочешь параллельно – последовательно. Ну так вот, мы и продолжим наш урок, только вместо элементов у нас будут — компьютерные источники питания. Это наши такие своеобразные «кирпичики» для построения каскадного мощного блока питания. Ведь все же знают, что если Вы соедините последовательно например, три блока или аккумулятора по 5В и каждый из которых может отдать ток 50А (например), то ток 50А от получившихся 15В мы получим, но ни как не 150А, как ни старайтесь (полный закон Ома). Примерно так же и в нашем случае. Б_о_льший ток мы получим при параллельном соединении БП (при том же напряжении 5В в примере с аккумуляторами). При последовательном соединении аккумуляторов, главное требование — одинаковость их характеристик. Компьютерный блок тоже самое. Но собираемые в каскады блоки питания должны быть одинаковыми. Ведь в разных блоках могут стоять разные диодные сборки, разные дросселя групповой стабилизации и конденсаторы. Может, даже, в одном блоке стоят дополнительные дроссели по питанию, а в другом — нет. Частоты блоков и текущие длительности импульсов ШИМ, так же, могут отличаться. Всё это определяет выходное сопротивление каждого блока. Если эти сопротивления окажутся сильно разными, то на предельных токах нельзя будет получить равного распределения выходной мощности между блоками. Значит, один блок будет выдавать большее напряжение, чем другой. Перекос мощности, конечно же, скажется на надёжности работы. Но насколько опасен, такой перекос, сказать трудно, так как слишком от многих факторов он зависит. Поэтому все же приведем наши блоки к одному общему знаменателю (лучше сразу взять три одинаковых).

   Мы будем соединять блоки питания последовательно, а не параллельно, исходя из экономических соображений и простоты реализации. Диоды шоттки низковольтные на 40 вольт и на 30 ампер легче найти (их с блоков можно набрать целую ладонь) и их можно соединить параллельно, тем самым  получить диод 40 вольт 60 ампер. Это означает, теоретически, такое соединение диодов в двухтактном режиме может обеспечить протекание тока в 60 ампер. Падение на 6 диодах шоттки меньше при последовательном соединении блоков, чем на 6 диодах ультрафаст при параллельном соединении блоков питания (а они тогда нужны уже не менее 200 вольт, плюс желателен подбор по одинаковым параметрам).

Давайте рассмотрим структурную схему из которой нам всё сразу станет ясно:

Рис3.

    Все линии одной расцветки имеют одноименное назначение. Например, линия красно-синяя с дежурного блока питания 20-25в — означает, что это питание заводится во все функциональные блоки от данного блока питания. Три кирпичика А, В, С каждый дают напряжение от 2 до 6 вольт и ток от 6 до 50 ампер. Но, надо учитывать максимально допустимую мощность, если выставили 18 вольт, то даем максимальный ток только 40А, ну а если 12 вольт, то можно брать ток в нагрузку и все 50А.

 План действий по разбору схемы будет таким:  Сначала читаете, вникаете. Разбираем каждый функциональный блок отдельно. Осциллограммы, наладка, проверка каждого блока. Потом я приведу полную принципиальную схему, в которой нам станет все понятно. И, только потом начнем по пунктам собирать  и отлаживать «трио-блок». Поехали!

   Схема контроля тока и напряжения может быть совершенно любой, главное, что бы хорошо работала, а «нагуглить» в интернете можно много самых разных вариаций. Данная схема взята из форума радиокота, из-за того, что имеет самую простую реализацию, очень удобную настройку и хорошо себя зарекомендовала в работе. В данной схеме «токовый» усилитель включен в диагональ измерительного моста образованного резисторами R11,R12 и R1,R2,R3,R4,R5,шунт. Шунт является источником напряжения, вызывающего разбаланс измерительного моста. На первом этапе построения блока нам надо получить соответствие напряжения и осциллограмм на выводах микросхемы.

Рис4. Схема.

Начальная наладка данного узла сводится к следующим шагам:

1. установке на выводе 2, 15 половины опорного напряжения = 2,5 вольт с помощью R11, R12.
2. установке на выводе 16 половины опорного напряжения = 2,49 вольт. Резисторы R1,R2 установить в положение максимального сопротивления. Резистором R4 выставить такое положение, когда TL494 только начинает давать коротенькие импульсы, и так пока оставить.
3. Подогнать с помощью R7, R9 и R10 диапазон регулировки напряжения от 6 до 18 вольт. Для этого подключим временно сопротивление R18 1к и будем подавать напряжение от 6 в до 18 вгоняя в заданный диапазон. Ориентиром будет появление или пропадание импульсов с выхода 494  с выводов 8 или 11. После примерной калибровки так пока оставить.
4. Установка дополнительного мертвого времени. Данный пункт необходим для дополнительного повышения надёжности блока, полностью исключая возможные пробои силовых ключей из-за сквозного тока. Для лучшей наглядности нужно установить временное соединение выводов 8 и 11 перемычкой. Далее настроим минимально допустимую ширину импульсов (дед-тайм) с помощью R14. Выставляем  около 2 -4 мкс (см. рисунок 6).

      Когда подключим силовой каскад блока питания С, то все настройки продолжим и отполируем.

      Теперь подключив только 20 вольт, и не подключая силу и распределитель, посмотрим осциллограммы. Осциллограммы с выходом ни куда не нагруженным (в воздухе), поэтому напряжение импульса будет в размахе 20 вольт. Здесь показано какую ширину смотреть, для отсчета 2 — 4 мкс. Можно было оставить как и было — 2 мкс, но для подстраховки лучше увеличить мертвое времени до 4 мкс, хуже от этого точно не будет.  Это лишний раз убережет выходные транзисторы от сквозного тока, если они вдруг окажутся ну слишком медленными.

Все резисторы которые нужно настраивать обведены в пунктирный красный кружок.

Рис6.

Теперь снимаем временную перемычку, чтобы не забыть.

    Схема распределителя импульсов представляет собой несколько изменённый простейший двухтактный эмиттерный повторитель. В каждый добавлена форсирующая цепь и ограничительный резистор в цепи коллектора обратного транзистора.  Таких повторителей всего шесть, по два на каждый блок питания.

Рис7.

Плата в стадии сборки:

Рис8.

Рис9.

 

Рис10.

 

Настройка распределителя не требуется, и если всё собрано из исправных деталей, то начинает работать сразу.  Формы сигналов приведены ниже.

Рис11.

 

     Для лучшей наглядности и понимания что же происходит на выходе и как управляется силовой выходной каскад, лучше проводить наблюдения двух лучевым осциллографом. Но можно и с одним лучом. Для наблюдения можно временно добавить резистор на 470 ом между 8 и 11 выводом 494. Тогда мы увидим такую картину (смотрим рисунок, там пояснения), за одно можно еще раз проверить мертвое время.

Рис12

    Теперь проверим работу форсирующей цепи, которая ускоряет переключение транзисторов. Для этого станем осциллографом в точку соединения двух баз КТ315 и КТ361, и наблюдаем на спаде импульса не большое отрицательное напряжение. Если оно есть, то цепь исправна.

Рис13. проверка работы форсирующей RC цепи:

Рис14.

     Схема стандартна, и её каждый знает, поэтому описывать нет смысла. Сразу переходим к безопасным  испытаниям силовой части блока, так мы можем смело все облазить и обмерять. Для этого понадобится соединить сетевой вход блока с 20В, которые мы используем для питания ШИМ 494 и распределителя. Полярность не важна, т.к. там на входе есть мост. Подключаем 20 вольт.  На выходе диодного моста должно быть напряжение 18-19В.  Соответственно на каждом электролите высокого напряжения будет примерно по 9В.  Между эмиттером и коллектором каждого силового транзистора также должно быть 9В.    Теперь перемычкой замыкаем (припаиваем) выход 2-6в накоротко. Делаем это для того, что бы в полной мере заработал согласующий трансформатор. Осциллограммы на коллекторе, или базе силового транзистора измерять относительно его эмиттера. Напряжение будет меняться от 0 до 19В если на коллекторе, и в пределах 4 вольт если на базе).  При этом процесс перехода напряжения на коллекторе от низкого уровня к высокому должен быть как можно круче, почти мгновенным.   Если переходной процесс происходит плавно (присутствует небольшой наклон),  то скорее всего уже через несколько минут радиатор силовых транзисторов очень сильно нагреется. (при нормальной работе — радиатор должен быть холодный)

Рис15.

    Для лучшего закрывания и надежного удержания одного силового транзистора в закрытом состоянии, на время коммутации второго силового транзистора напряжение на базе должно быть отрицательным, если транзистор закрыт, и положительным, если открыт (см. рис15). Желательно маленькие электролиты в базовых цепях заменить на новые или на неэлектролитические (пленочные например). На этом предварительную проверку силового блока можно завершить.

Рис16.

    Блок шим и распределитель импульсов питается от двухполупериодного выпрямителя, а вентиляторы от однополупериодного, для снижения на них напряжения. Стрелкой показано течение тока для питания вентиляторов.

    Вот и всё, все блоки по отдельности рассмотрели. Далее привожу всю   схему   целиком  и начнем сборку и наладку. Схема довольно большая, формат А0, поэтому её лучше скачать отдельно и посмотреть в любой программе просмотра изображений, а не в браузере:

Рис 17.

   Общая подготовка к запуску старых АТ и АТХ  БП о которых не известно — сколько они проработали и как долго и в каких условиях после этого хранились. После внешнего осмотра и разборки промывем и сушим плату. Затем выпаиваем все электролиты: по питанию TL494, в цепи плавного пуска меняем на новые. В базовых цепях ключей – меняем на новые обязательно или лучше на керамику того же номинала. Затем  формуем фильтрующие электролиты — 220-680 мкф на 200-250в. Для этого соединяем параллельно и через диодный мост и лампочку 220в 15 — 25 Вт подключаем к латру. Напряжение повышаем постепенно по 20 — 30 в каждые полчаса, контролируя при этом ток утечки по падению напряжения на лампе. Весь процесс довольно длительный и занимает 3-5 часов. Этот процесс необходим высоковольтным электролитам после долгого хранения. Если утечек нет — измеряем ёмкость, и если нормально впаиваем в плату, если нет то меняем на новые. Если возиться не хочется, то просто сразу меняем на новые, только проверить на емкость.

   Для переделки брались три блока фирмы CODEGEN 300, как самые распространенные. Из трех одинаковых берем два блока. Эти два блока приводим в соответствие со схемой функционального блока силовой части. Выпаиваем 494, и все транзисторы мелкие, кроме предвыходных…. Вообще идем по схеме. Для дросселя используем обмотки канала 5 вольт, (они там в два провода намотаны). Диоды SBL3040 ставим два в параллель. Тот, который там стоял, так и оставляем, и ставим туда еще один. Желательно диоды брать одной фирмы. В блоках CODEGEN 300 они уже стояли в канале 3,3 вольта, и я их просто перекинул перемычками на 5 вольтовую обмотку силового трансформатора. Обмотка с канала 12 вольт силового трансформатора не используется.

Должно получиться примерно как на фото. Это блоки А и В.

Рис18.

   В третьем блоке силу делаем одинаково, как и все предыдущие, но не выпаиваем 494 с обвязкой, а также если исправна дежурка, то можно использовать родную (я использовал родную), а так все согласно схеме. Допаиваем нужные резисторы, переменные резисторы, шунт.  Шунт берем три толстых кусочка манганина длинной 3 см диаметром 1 -3 мм. Удельное сопротивление 0.548 ом на метр длины.  Сопротивление не важно, там будет около 0,006-0,01ома. Впаиваем их паралелльно торчком в плату, где выходили черные провода минуса, а ко второму концу припаиваем переменный резистор одним крайним выводом и бегунком. Этот же конец шунта в воздухе и будет минусовым выходом. По порядку все делаем  по схеме, кроме одного: пока не перерезайте дорожки идущие от 8 и 11 вывода к 945 транзисторам. (это потом сделаем, когда все настроим и будем добавлять распределитель и драйверы).

Фото третьего блока С:

Рис19.

    Когда все сделали, включаем в сеть через одну лампочку 100W и продолжаем настройку. Убеждаемся что на 2 выводе 2,5 вольт. Проверяем напряжение на выходе, и настраиваем с помощью R8 и R10 (все позиционные обозначения смотрим по полной схеме) диапазон регулировки напряжения от 6 до 18 вольт. Когда это сделали, включаем в сеть через три — четыре лампочки 100W параллельно (на всякий случай) и продолжаем настройку.  Резисторы R1, R3 установить в положение максимального сопротивления. R7- в среднее положение. Подключить амперметр на выход напрямую. Резистором R1 выставить минимальный ток 6А. Переведя R2 в положение минимального сопротивления — подстройкой R7 выставить максимальный ток равный 50 ампер (для этого нужно заблаговременно сделать такой амперметр). Переведя R2 в положение макс. сопротивления проверить мин. ток (6А). После настройки подстроечные сопротивления R7, R1 лучше заменить на постоянные. Далее  подключить через амперметр нагрузку 0,1 – 0,3 ома, и по сети убрать лампы, и повторить проверку диапазонов регулирования тока.

    В итоге получится один ведущий блок на напряжение от 3 до 6 вольт и ток от 6 до 50 ампер, который будет управлять оставшимися двумя ведомыми. Теперь разрезаем дорожки идущие от 8 и 11 вывода к 945 транзисторам, при этом резисторы которые идут на +20в с этих выводов должны остаться с микросхемой, для подтяжки коллекторов в микросхеме к плюсу. Теперь подключаем распределитель импульсов согласно схеме. Он будет находиться в третьем блоке, над основной платой дорожками вверх для удобства пайки проводов. Входы верхний ключ и нижний подключаем к 494, а выхода распределяем по блокам каждому по паре — верхний ключ и нижний. Для этого берем обычный двойной провод с сечением 0,2 мм^2. Далее на каждый блок заводим питание 20 вольт (на третьем оно уже заведено с дежурки), тоже используем обычный двойной провод с сечением 0,2 мм^2. Далее заводим каждому блоку корпус. У каждой платы блока разрезаем дорожки, идущие на сам металлический корпус под болты. Отключать минус выходных напряжений от металлического корпуса блока необходимо и это обязательно. Это для того, что бы не было связи мимо шунта, при случайном коротыше на металлический корпус. Все Y конденсаторы со всех блоков питания соединяем с общим корпусом. Подаем от третьего блока каждому следующему 220 вольт внешней гибкой перемычкой в двойной изоляции (например, проводом ПВС).

    Теперь включаем «трио – блок» в сеть 220в через лампу 100W. Проверяем напряжение на выходе каждого блока, что бы оно было примерно одинаковым. Например, выставили 6 вольт, то и на каждом должно быть примерно по 6 вольт. Выключаем. Теперь соединяем выхода каждого блока согласно схеме – последовательно.  Для соединения берем выходные провода, которые отпаяли от блоков перед переделкой. Для этого надо скрутить по 10 — 15 проводов вместе на один провод. Я скручивал только по семь в один и они ощутимо греются, поэтому лучше брать больше. Включаем. Меряем напряжение на выходе трех последовательно соединенных блоках питания. Оно должно быть в три раза больше чем на одном. Выключаем. Резистором R2 выставить минимальный ток, переведя его в положение макс. сопротивления. Подключить амперметр на выход напрямую. Включаем. Ток должен быть 6А. Далее увеличиваем ток до 12А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Подключаем вентиляторы, для обдува каждого блока питания. Включаем в сеть через три – четыре лампочки 100W параллельно (ну на всякий случай) и продолжаем проверку. Далее увеличиваем ток до 30А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Включаем в сеть напрямую и продолжаем проверку. Далее очень – очень плавно увеличиваем ток до 50А, медленно вращая переменный резистор. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Подключаем нагрузку 0,2 ома. (много нихромовых коротких проволок параллельно с обдувом вентиляторами). Включаем в сеть напрямую и продолжаем проверку. Плавно увеличиваем ток с 6А до 30А, медленно вращая переменный резистор (вентиляторы при этом обдувают блоки). Держим 1 минуту. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально, то продолжаем дальше. Плавно увеличиваем ток с 30А до 50А, медленно вращая переменный резистор (вентиляторы при этом обдувают блоки – это обязательно!). Держим 1 минуту. Выключаем. Проверяем радиаторы на предмет перегрева, и если все нормально (примерно градусов 40 – 50), то настройка завершена.

    По корпусу: нужно повернуть перегородки спереди и сзади поперек корпуса, для лучшего движения потока воздуха. Далее собираем всё в корпус, и проверяем температурный режим в корпусе (температура будет выше примерно градусов 10-20, чем в разобранном виде на столе), включив сначала на 1 минуту, потом на 10, потом на час.

    Контролировать напряжение (заводить ОС по напряжению) надёжней на третьем блоке (блок С). Тогда в случае выхода из строя одного блока, ширина управляющих импульсов не изменится, и не будет стремиться к максимуму для компенсации провала напряжения на треть. Но тогда стабилизация напряжения немного хуже чем, если контролировать выходное напряжения со всех блоков питания сразу (на схеме показано пунктирной линией).

Общий вид блока со снятой крышкой с блока В и С:

Рис20.

На фото видно как разогнуть щели продувки для лучшего охлаждения.

Рис21.

Компоновка платы распределителя в блоке С. Видны на фото также диоды SBL3040 в паре, а также родная рабочая дежурка, которая использовалась для питания +20в и для вентиляторов +12в.

Рис22.

Фото блока в работе на нагрузку, как видно в запасе еще около 20 ампер.

Рис23.

Ампервольметр использовался со статьи «моддинг блока питания», только переделан на измерение до 99,9 А и 99,9 В.

А это домашняя нагрузка:

Рис24.

  Теперь, как и обещал, расскажу как можно увеличить мощность, ток, напряжение простыми средствами. Наши «кирпичики» (блоки питания) можно наращивать в столбик, для повышения напряжения до безграничного количества (теоретически, но в принципе можно соединить 20 штук). Если нужен больший ток, тогда соединяем параллельно. Можно и параллельно – последовательно.

Вот пример построения мощного блока от 12 до 36 вольт:

Рис25.

Просто добавили еще шесть повторителей в распределитель, и добавили еще блоков типа А и В три штуки.

Можно соединять параллельно:

Рис26.

Можно нарастить мощности:

Рис27.

Можно применить и смешанное соединение:

Рис28.

  Скажу, что по данной методике можно переделать БП АТ/АТХ и на другие заданные параметры, этот я делал для использования в качестве лабораторного мощного источника питания и для гальваники. Сейчас думаю поставить такой двойной трио блок для запуска зимой автомобиля, а то ведь и зима может неожиданно нагрянуть…..

  Вот и подошло к концу наше интересное путешествие, и у Вас на столе надеюсь, появился уже мощный каскадный блок из АТ/АТХ, который монотонно жужжит своими тремя черными вентиляторами, питая Ваш мощный автоусилитель с сабвуферами.

До встречи на форуме.

За сим я откланяюсь, и пойду паяльник греть, для следующего путешествия в увлекательнейший  безграничный мир электроники.

 

В приложенных файлах — печатные платы в Sprint-Layout 5.0, картинки, схемы в Splan7.0, даташиты на 494.

Файлы:
Даташиты
плата
архив картинок
схемы спл


Все вопросы в Форум.

www.radiokot.ru

Как устроен блок питания, часть 5

В качестве самой просто схемы я покажу вариант с одним диодом и конденсатором. Такая схема используется в обратноходовых блоках питания, которые составляют сейчас подавляющее большинство.


В готовом блоке питания она выглядит так, как показано на этом фото.
Такие блоки питания чаще всего идут в комплекте с недорогой техникой.


Следующим шагом идет двухполупериодный выпрямитель. Эта схема использовал раньше весьма часто, но в последнее время вытеснена другой, которую я покажу позже.
Такая схемотехника чаще всего встречается в мощных блоках питания, особенно она удобна в нерегулируемых блоках на базе драйвера IR2151-2153, о которых я рассказывал в прошлой части.


Как я тогда сказал, она хорошо подходит для построения первичных источников питания, которые не являются стабилизированными, но которые имеют хороший КПД и могут использовать для питания других устройств, например как этот блок питания лабораторного источника питания.


Особое преимущество данной схемы в том, что ее очень легко переделать в двухполярную и использовать для питания усилителей мощности. В таком варианте добавляется всего пара диодов и конденсатор.


Когда мощности обратноходовой схемотехники не хватает, то используют ее прямоходовый вариант. Здесь энергия при одном такте сначала накапливается в дросселе, а потом через нижний диод поступает в нагрузку. Данная схемотехника очень похожа на схему классического StepDown преобразователя.


Заметить что блок питания собран по такой схемотехнике очень просто, на плате будет большой дроссель. В качестве фильтрующих дроссели с таким габаритом используют крайне редко, потому ошибиться сложно.


Но есть альтернативный вариант этой схемы. Он применяется чаще всего в компьютерных блоках питания и ведет свои истоки от первых БП формата АТ.


Здесь присутствует накопительный дроссель, а первичная обмотка силового трансформатора связана с одной из обмоток трансформатора управления. Если изъять дроссель из этой схемы, то блок питания при нагрузке выше определенной выйдет из строя.
То же самое касается и предыдущей схемы.


Отличить блоки питания последних двух типов очень легко, слева БП построенный по аналогии блока питания АТ формата, у него сразу заметен трансформатор около транзисторов, справа однотактный прямоходовый, трансформатора здесь нет.
Дроссели имеют разные размеры, но это следствие разной рабочей частоты и иногда экономии производителя. Меньший дроссель в работе скорее всего будет перегреваться, да и схема можно работать не очень надежно при максимальной мощности.


Чаще всего в качестве выходных диодов импульсных блоков питания используются диоды Шоттки. Они имеют два важных преимущества перед обычными:
1. Падение напряжения на них в 1.5-2 раза меньше
2. Они быстрее, чем обычные диоды, потому имеют меньше потер при переключении.

В блоках питания рассчитанных на высокое выходное напряжение применяют чаще всего обычные диоды, так как прямое падение у высоковольтных обычных и Шоттки примерно одинаково. Но из-за того что Шоттки быстрее, можно получить уменьшенные потери на снаббере, потому я советую применять их и здесь.


Так как после выпрямления на конденсаторе будут присутствовать заметные пульсации, то после него ставят LC фильтр или говоря простым языком — дроссель и конденсатор


Для примера «народный» блок питания где явно виден как дроссель, так и два конденсатора.


Дроссель необязательно будет большим, а вполне может быть совсем миниатюрным. Работать правда он будет хуже, но это лучше чем ничего.


Иногда дроссель вообще не ставят, хотя место под него есть. Это банальная экономия «на спичках», я всегда рекомендую установить на это место дроссель.


Для примера уровень пульсаций без дросселя и с дросселем. Но стоит учитывать, что после установки дросселя пульсации на первом конденсаторе вырастут, так как на него будет приходится «ударный» ток. Обычно именно он выходит из строя первым.


Улучшить ситуацию можно установив параллельно электролитическим конденсаторам керамические. Данная мера можно существенно облегчить режим работы электролитов. Но стоит иметь в виду, что эффективно они работают только при относительно небольших мощностях БП, а точнее при относительно небольших токах. Можно конечно поставить много таких конденсаторов, но это дорого и габаритно.


При доработке конденсаторы можно напаивать прямо на выводы электролитических конденсаторов.
Я применяю конденсаторы с емкостью 0.1-0.47мкФ.


Чтобы еще немного улучшить качество работы, следует внимательнее отнестись к разводке печатной платы. Если страссировать плату по типу того как я показал на схеме, то пульсации могут еще немного уменьшиться, тем более что это бесплатно.


Ну и последний шаг, установка синфазного дросселя на выходе блока питания. Такое применяется чаще всего в фирменных блоках питания, которым требуется проходить сертификацию на уровень помех излучаемых в эфир. В дешевых практически никогда не встречается.


Теперь об выходных конденсаторах.
Если вы пользуетесь дешевыми блоками питания, то скорее всего на выходе увидите либо вообще безымянные модели.


Либо подделку под фирменные. Например в народном блоке питания применяют подделки под Sanyo или Nichicon, проверить очень просто, по маркировке. Скорее всего вы либо вообще не найдете конденсаторов такой серии, либо в этой серии не будет такого номинала с таким габаритом как у вас, либо внешне они будут отличаться цветом, как в данном случае.
Такие подделки на самом деле не самый худший вариант, но лучше применять фирменные.
Кстати в двухтактных БП конденсаторы обычно живут дольше и требования к их качеству меньше чем у обратноходовых однотактных.


Но все равно, лучше применять именно фирменные конденсаторы, а не суррогаты с их именем. На фото блок питания фирмы Менвелл.


Для облегчения работы конденсаторов есть способ, когда вместо одного двух емких устанавливают много менее емких конденсаторов. В таком варианте нагрузка лучше распределяется и конденсаторы живут дольше.


Схема стабилизации.
Самый простой вариант — стабилизировать напряжение по обратной связи со вспомогательной обмотки трансформатора, правда такое решение и самое плохое в плане стабильности, так как влияет магнитная связь между обмотками и их активное сопротивление, зато дешево.


Следующий вариант сложнее, здесь в качестве порогового элемента применен стабилитрон. В таком варианте выходное напряжение Бп будет равно падению на стабилитроне + напряжению на светодиоде оптрона. Характеристики схемы так себе, но вполне приемлемы для некритичных нагрузок.


Например блок питания с такой стабилизацией. Сверху около оптрона ничего нет.


Снизу расположен стабилитрон и несколько резисторов


Но куда лучшие характеристики показывает схема с регулируемым стабилитроном TL431. Она имеет куда выше качество работы и точность поддержания в том числе лучше держит параметры при изменении температуры.


На плате она обычно выглядит так, как показано на фото.


Выглядит он примерно как обычный транзистор в корпусе ТО-92, отличие только в маркировке. Данный вариант встречается чаще всего. Альтернативный вариант, который вы можете встретить, SMD корпус SOT-23.


Расположение выводов в разных вариантах корпуса.


Например в «народном» блоке питания применен SMD вариант корпуса. На фото видны резисторы делителя обратной связи и вспомогательные, например «подтяжки» к питанию чтобы сформировать минимальный рабочий ток для стабилитрона.


Еще пара фото, сверху платы ничего нет, а стабилитрон TL431 находится снизу.



Иногда в цепи обратной связи ставят подстроечный резистор. Но сначала я скажу пару слов о том, как рассчитывается делитель.
Если применяется стандартный делитель из двух резисторов, то его номиналы подбираются таким образом чтобы при требуемом выходном напряжении в точке соединения было 2.5 Вольта, именно на это напряжение и рассчитана TL431, но стоит учитывать, что есть и более низковольтный вариант этой микросхемы, на 1.25 Вольта, хотя встречается он гораздо реже.
Теперь к подстроечному резистору. Для большего удобства на плате может располагаться подстроечный резистор, позволяющий менять выходное напряжение в небольших пределах, чаще всего +/- 10-20%, больший диапазон не рекомендуется, так как Бп может вести себя нестабильно.
Подстроечный резистор всегда должен стоять последовательно с нижним резистором делителя, тогда в случае выхода его из строя вы получите на выходе Бп минимальное напряжение, а не максимальное, как если бы подстроечный резистор стоял сверху.
Кроме того подстроечные резисторы часто имеют низкую надежность, и если вам не нужна эта функция, то лучше заменить его на постоянный, предварительно подобрав его номинал.


Полностью на плате весь этот узел выглядит следующим образом.


Пару слов о выходном нагрузочном резисторе.
Импульсный блок питания плохо работает без нагрузки, потому параллельно выходу обычно ставят нагрузочный резистор, обеспечивающий минимально необходимую нагрузку при которой БП работает стабильно.
Есть и минус у данного решения, резистор обычно греется, причем иногда заметно. Кроме того этот резистор может греть конденсаторы если они стоят рядом, как на этом фото.


Иногда они греются так, что на плате становятся видны следы перегрева. Но кроме того этот нагрев может плохо сказываться на стабильности БП если он подогревает резисторы делителя обратной связи и они при этом применены обычного типа, а не точные/термостабильные.
Резисторы греются, параметры начинают меняться и меняется выходное напряжение БП, потому рекомендуется располагать резисторы делителя так, чтобы они не были подвержены нагреву, а кроме того лучше применять точные резисторы, на которые нагрев влияет существенно меньше.


Иногда производители неправильно выбирают номинал нагрузочного резистора и он начинает греться сильнее чем допустимо. Например в 24 Вольте версии «народного» блока питания как раз была такая ситуация, пришлось поменять его потом на резистор в два раза большего номинала.


Чтобы ваши блоки питания работали надежно, следует внимательно отнесись к подбору компонентов.
Диоды выбираются из расчета двухкратного запаса для двухтактной схемы и трехкратного для однотактной, например БП 5-7 Ампер, значит диод ставим на 15-20.
Напряжение должно быть не менее чем в четыре раза больше чем выходное у блока питания, если БП на 12 Вольт, то диод на 60, если на 24, то на 100.
Все эти параметры есть в даташите на диоды


Также они указаны на самих диодах.


Конденсаторы следует выбирать низкоимпедансные или LowESR, это также обычно отражено в даташите на компонент.
Емкость выбираем из расчета 0.5-1 тысяч мкФ на 1 Ампер выходного тока. Напряжение — для двухтактной схемы 1.5-2 раза выше чем выходное, для обратноходовой однотактной — не менее чем 2х от выходного.


По фирмам смотрим чтобы были известные бренды, но это я писал и в статье про входной фильтр, здесь рекомендации аналогичны.






С выходным дросселем все гораздо проще, номинальный ток дросселя не менее чем максимальный выходной ток блока питания. Лучше применить дроссель на больший ток, тогда его нагрев будет существенно меньше. Индуктивность 4.7-22мкГн, зависит от выходного тока, так как дроссель на большой ток и индуктивность будет весьма большим.


Обычно дроссели выполняются либо в виде «гантельки», либо в «броневом» исполнении, вторые чаще предназначены для поверхностного монтажа.



В общих чертах на этом все, и конечно видеоверсия данной статьи. Как всегда буду рад вопросам и пожеланиям.


www.kirich.blog

Самодельный импульсный сетевой источник питания


Cамодельный импульсный источника питания своими руками.

Автор конструкции (Сергей Кузнецов его сайт — classd.fromru.com) разрабатывал этот самодельный сетевой источник питания
для запитки мощного УМЗЧ (Усилителя Мощности Звуковой Частоты). Преимущества импульсных сетевых источников питания перед обычными трансформаторными источника питания очевидны:

• Вес получаемого изделия гораздо ниже
• Габариты импульсного источника питания гораздо меньше.
• КПД изделия, и соответственно тепловыделение ниже
• Диапазон питающих напряжений (скачков напряжения в сети) при которых блок питания может стабильно работать значительно шире.

Однако, изготовление импульсного сетевого источника питания требует гораздо больше усилий и познаний, по сравнению с изготовлением обычного низкочастотного 50 Герцового блока питания. Низкочастотный блок питания состоит из сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающих конденсаторов фильтра, импульсный же имеет гораздо более сложную структуру.





Основной минус импульсных сетевых блоков питания — наличие высокочастотных помех, с которыми придется побороться, в случае неправильной трассировки печатной платы, либо при неправильном выборе компонентной базы. При включении ИБП, как правило, в розетке наблюдается сильная искра. Это обуславливается большим пиковым током запуска блока питания, в виду заряда конденсаторов входного фильтра. Для исключения таких всплесков тока, разработчики проектируют различные системы «мягкого старта» которые в первой фазе работы заряжают малым током конденсаторы фильтра, а при окончании заряда организуют подачу уже полного напряжения сети на ИБП. В данном случае применен упрощенный вариант такой системы, представляющий собой последовательно соединенный резистор и термистор, ограничивающие ток заряда конденсаторов.

В основе схемы лежит шим-контроллер IR2153 в стандартной схеме включения. Полевые транзисторы IRFI840GLC можно заменить на IRFIBC30G, другие транзисторы автор ставить не рекомендует, так как это повлечет необходимость уменьшения номиналов R2, R3 и соответственно к росту выделяемого тепла. Напряжение на шим-контроллере должно быть не ниже 10 Вольт. Желательна работа микросхемы от напряжения 11-14 Вольт. Компоненты L1 C13 R8 улучшают режим функционирования транзисторов.

Дроссели, стоящие по выходу источника питания 10мкг намотаны проводом 1мм на ферритовых гантелях с магнитной проницаемостью 600НН. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Конденсаторы в источнике питания необходимо применять низкоимпендансные, с целью снижения ВЧ шумов.


Трансформатор был рассчитан при помощи программы Transformer 2. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Автор не рекомендует применение колец отечественного производства, в виду не идентичности параметров феррита и значительных потерь в трансформаторе. Печатная плата проектировалась под трансформатор типоразмера 30х19х20. При наладке источника питания запрещено соединять землю осциллографа в точку соединения транзисторов. Первый запуск блока питания желательно произвести при последовательно подключенной с источником лампе на 220в мощностью 25-40W, при этом нельзя сильно нагружать ИБП. Печатную плату блока в формате LAY можно скачать сдесь или сдесь

Смотрите также: самодельное зарядное устройство для нетбука Asus EEEPC

Вы также можете прислать любые свои самодельные кострукции , и я с удовольствием их размещу на этом сайте с указанием Вашего авторства! samodelkainfo{собачка}yandex.ru

Самоделкин

Живу в Мире самоделок, размещаю статьи которые присылают читатели. Иногда пишу на темы: полезные самоделки для дома и самоделки для радиолюбителей.

Новые самоделки автора Самоделкин (Смотреть все)

samodelka.info

Импульсный блок питания: схемы, сборка, принцип действия

Содержание: Работа аналоговых блоков питания Принцип действия импульсных устройств Работа инвертора в блоке питания Плюсы и минусы импульсных блоков Самостоятельная сборка импульсного блока питания Видео 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 в настоящее время почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритными размерами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную и надежную работу электронных приборов. Для того чтобы сделать правильный выбор, необходимо хорошо представлять себе конструктивные особенности и принцип действия этих устройств. 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 Uп, имеющего пилообразную форму и поступающего на Кшим, то есть, на вход компаратора. Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала Uус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (Uп) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (Uрс). 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 Uрс – 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.

electric-220.ru