Схема простого импульсного блока питания: ПРОСТОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЛАМПЫ

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

 

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

лучшие простые и сложные схемы и сборки

Автор Акум Эксперт На чтение 9 мин Просмотров 12.3к. Опубликовано 09.01.2020 Обновлено 30.06.2021

Во многих радиолюбительских конструкциях используются импульсные блоки питания (БП). Они отличаются небольшими размерами при значительной мощности. Такое уменьшение стало возможным благодаря высокой частоте. На таких частотах можно получить на выходе большое напряжение при небольшом количестве витков. Например, чтобы получить напряжение 12 В при токе равном 1 А, требуется намотать всего пять витков. Кроме того, импульсные БП имеют высокий коэффициент полезного действия, так как потери на трансформаторе очень небольшие.

Эти блоки питания имеют и недостатки: они создают высокочастотные помехи и предъявляют высокие требования к нагрузке. Последняя не должна быть больше или меньше той, на которую рассчитан блок питания.

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

Иногда покупка готового импульсного блока питания является экономически нецелесообразной. В таком случае, если вы разбираетесь в электронике и умеете паять, можете сами сделать импульсный БП. Он пригодится для питания различного низковольтного электроинструмента, чтобы избежать расходования ограниченного ресурса дорогой аккумуляторной батареи. Можно также сделать зарядное устройство для смартфона, ноутбука или других мобильных гаджетов.

Прежде чем приступить к изготовлению источника питания, нужно знать, где он будет использоваться. В зависимости от области его применения определяется мощность изделия. Мощность должна выбираться с запасом. Считается, что импульсный блок питания имеет самый высокий КПД при нагрузке 60-90%.

Кроме того, требуется выбрать схему источника питания, а также определить, должно ли на выходе быть стабильное напряжение и нужно ли для этого вводить обратную связь. Обратите внимание на его номинальные параметры: напряжение, ток и мощность.

Как работает импульсный блок питания

На вход импульсного блока питания подается переменное напряжение от электрической сети. Оно преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя и фильтра. В качестве фильтра используется конденсатор большой емкости. В качестве выпрямителя используется однополупериодная или двухполупериодная схема. Ниже приведены типовые схемы, но в нашем случае мы не берем во внимание то, что на них изображена обмотка трансформатора.

Схемы выпрямителей

Затем выпрямленное напряжение приходит на высокочастотный преобразователь, который генерирует электрические колебания с частотой в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. После этого напряжение понижается трансформатором до требуемого и снова выпрямляется, сглаживаясь конденсатором.

Такое отфильтрованное и выпрямленное постоянное напряжение используется для питания бытовой техники. Кроме того, с выхода БП идёт цепь обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Схема работы импульсного блока питания

Для управления и стабилизации напряжения на выходе источника питания используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и таким образом регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор. Обратная связь является отрицательной, то есть значения напряжения на ШИМ контроллере и на понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Так, при увеличении выходного напряжения растет также напряжение на контроллере. Благодаря отрицательной связи уменьшается напряжение на понижающем трансформаторе, а значит, и на выходе блока питания.

Схемы импульсных БП

В зависимости от конструкции сетевого выпрямителя выделяют три разновидности схем импульсного блока питания:

• для однополупериодной схемы требуется минимальное количество деталей, она проста в реализации, но имеет один недостаток – высокую пульсацию на выходе;
• конструкция со средней точкой отличается низким уровнем пульсаций. Основной недостаток в том, что необходимо организовывать среднюю точку во входном трансформаторе;
• мостовая схема имеет низкие показатели пульсации и не требует наличия средней точки. Для реализации такой схемы потребуется четыре транзистора.

Разновидности высокочастотного преобразователя

По конструкции высокочастотного преобразователя импульсные блоки питания делятся на две категории: однотактные и двухтактные. Двухтактные источники питания могут быть спроектированы по следующим схемам: с нулевой точкой (пушпульная), полумостовая и мостовая.

Кроме вышеперечисленных схем преобразователя, существует отдельная разновидность конструкций – это обратноходовые преобразователи. Их основными элементами являются накопительные дроссели. Работа в таких схемах происходит в два этапа. Первый заключается в накоплении энергии, полученной от источника питания, в дросселе. Во время второго этапа запасенная энергия передается во вторичную цепь. На первом шаге ключ замкнут, и напряжение источника питания прикладывается к дросселю (первичной обмотке трансформатора).

В результате ток в первичной цепи возрастает, а вместе с ним и магнитный поток. Ток во вторичной цепи отсутствует, так как диод препятствует его росту. На второй стадии ключ размыкается, и ток, проходящий через первичную обмотку, пропадает. Однако магнитный поток не может мгновенно исчезнуть, и во вторичной цепи индуцируется ЭДС, направленное в обратную сторону. Затем начинает протекать ток, который открывает диод. В результате энергия запасается на конденсаторе и поступает на нагрузку. На первом этапе на нагрузку подается энергия, запасенная конденсатором во время второго этапа. Рассматривая схемы, обратите внимание на точки около обмоток трансформатора — это точки начала обмоток, и для обратноходового преобразователя характерно именно такое подключение элементов.

Этапы работы обратноходового источника питания

Как собрать: пошаговая инструкция

Для тех, кто хочет собрать импульсный блок питания своими руками, приведем несколько схем сборки.

Самый простой вариант маломощного импульсного блока питания

Рассмотрим схему импульсного блока питания мощностью до 2 Вт. Выпрямитель и фильтр в нем собраны на резисторе R1 (от 25 до 50 Ом), диоде VD1 и конденсаторе С1 (20,0 мкФ, 400 В). В качестве высокочастотного преобразователя выступает автогенератор, собранный на транзисторе VT1, трансформаторе TR1, частотозадающей цепи резисторе R2 (470 кОм) и конденсаторе С2 (3300 пкФ, 1000 В). Напряжение, снимаемое с выходной обмотки трансформатора, выпрямляется диодом VD2 и сглаживается электролитическим конденсатором С3 (47 пФ, 50 В).

Импульсный БП на одном транзисторе

В качестве сердечника для трансформатора подойдет любой от нерабочего трансформатора, использовавшегося в зарядке мобильного телефона или в другом маломощном источнике питания. Намотка происходит в следующем порядке:

• сначала мотаем 200 витков первичной обмотки медным проводом сечением 0,08-0,1 мм;
• изолируем первичную обмотку и мотаем 5 витков базовой обмотки тем же проводом;
• производим намотку вторичной обмотки. Диаметр провода – 0,4 мм. Количество витков зависит от того, какое напряжение нужно получить на выходе из расчета один виток на один вольт.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Внимание! Между половинками магнитного сердечника должен присутствовать небольшой немагнитный зазор. Обычно он уже есть на сердечниках, взятых с трансформаторов зарядных устройств смартфонов. Если его нет, положите слой бумаги между половинками сердечника.

Готовый трансформатор стягиваем изолентой или скотчем.

Готовый трансформатор в сборе

Однотактный, обратноходовый импульсный блок питания

Рассмотрим однотактный блок питания, сделанный по автогенераторной схеме с самовозбуждением. Напряжение на выходе – 16 В, мощность устройства – 15 Вт.

На входе устройства переменное напряжение электрической сети выпрямляется при помощи диодного моста, собранного на диодах D1-D4 (можно использовать любые диоды, рассчитанные на напряжение 400 В и ток 0,5 А, например, N4007). За сглаживание пульсаций отвечает конденсатор С1 (20 мкФ, 400 В). Для предотвращения броска тока при включении служит резистор R1 (25-50 Ом).

Начальное смещение на базе транзистора Т1 (можно использовать 13003 или 13005) устанавливается резистором R2 (470 кОм) и диодом D6 (N4007). Чтобы сгладить скачки напряжения, возникающие при закрытии Т1, в схему включены такие элементы, как: конденсатор С2 (3300 пФ 1000 В), диод D5 (N4007) и резистор R3 (30 кОм 1 Вт либо можно использовать два резистора по 15 кОм).

Импульсы положительной обратной связи, необходимые для поддержания режима автоколебаний, через резистор R4(150 Ом) и конденсатор С3(47 пФ, 50 В) подаются на базу Т1. Цепочка состоящая из Т2, R5 (1,5 кОм), Д9 (стабилитрон КС515), нужна для стабилизации напряжения.

Высокочастотный преобразователь собран по обратноходовой схеме. Когда Т1 открыт, энергия накапливается на трансформаторе, при этом диод D7 (КД213 использовать совместно с радиатором площадью 10 см2) находится в закрытом состоянии. После закрытия транзистора Т1 происходит отдача запасенной магнитной энергии, диод D7 открывается, во вторичной цепи появляется ток, конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Конденсаторы С4 (2200 пФ) и С5 (0,1 мкФ) нужны для уменьшения помех.

Схема однотактного, обратноходового импульсного блока питания

Стабилизация выходного напряжения происходит по схеме, описанной далее. При включении прибора в сеть запускается генератор. На вторичной обмотке появляется напряжение. Конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Когда напряжение на нем превысит 16,3 В открывается стабилитрон D9 (КС515). Транзистор Т2 (КТ603) открывается и закорачивает эмиттерный переход Т1. Транзистор Т1 закрывается, генератор перестает работать, и конденсатор С6 начинает разряжаться. Когда напряжение на С6 становится меньше 16,3 вольт, стабилитрон D9 закрывается и закрывает Т2. Благодаря этому Т1 открывается и работа генератора возобновляется.

Первичная обмотка w1 трансформатора намотана проводом 0,25 мм и имеет 179 витков. В базовой обмотке w2 присутствуют два витка, намотанных тем же проводом. Вторичная обмотка w2 состоит из 14 витков провода 0,6-0,7 мм.

Лампочки можно взять любые маломощные, рассчитанные на напряжение от 24 до 36 В и ток от 100 до 200 мА.

Мощный импульсный источник питания

Рассмотрим импульсный БП с выходной мощностью 300 Вт.

Генератором в данной конструкции является интегральная микросхема TL494. Управляющие сигналы с выхода этой ИС подаются поочередно на МОП (MOSFET) транзисторы VT1 и VT2 (IRFZ34). Импульсы с этих транзисторов через трансформатор, формирователь импульсов приходят на мощные транзисторы VT3 и VT4 (IRFP460). Преобразователь сделан на мощных транзисторах VT3 и VT4 по полумостовой схеме.

Схема мощного блока питания

Все четыре обмотки трансформатора TR1 намотаны проводом 0,5 мм и содержат по 50 витков. В трансформаторе TR2 первая обмотка состоит из 110 витков провода диаметром 0,8 мм. Количество витков обмотки номер два зависит от желаемого напряжения на выходе, из расчета один виток на два вольта. Обмотка три наматывается 12 витками провода диаметром 0,8 мм.

Проверка конструкции

Перед первым включением БП нужно проверить. В первую очередь проверяется монтаж, например, могли остаться следы от пайки, несмытый флюс. Какой-либо компонент, установленный на плате, может оказаться неисправным.

Если с монтажом все в порядке, можно приступать ко второй стадии проверки с помощью лампочки. В качестве лампочки можно использовать любую лампу накаливания. Для этого подключаем изготовленный нами источник питания последовательно с лампочкой, как показано на рисунке ниже.

Схема проверки с помощью лампочки.

Если лампочка не светится, значит, в цепи БП есть обрыв. Нужно проверить дорожки платы, дроссель, диодный мост.

Лампочка постоянно горит. В блоке питания короткое замыкание. Причина может быть в пробое конденсаторов, транзисторов. Нужно также проверить дорожки печатной платы, выходные цепи трансформатора.

Если лампочка вспыхнула и погасла, значит, БП исправен, конденсаторы зарядились.

Спасибо, помогло!9Не помогло1

Простой, импульсный блок питания на IR2153

Сегодня поговорим и рассмотрим распространённую схему импульсного источника питания построенную на микросхеме IR2153.

Итак, мы имеем схему импульсного источника питания, которая запитывается от 220 вольт и скажем на выходе у неё появляется некоторое напряжение для запитки чего-либо, то есть, какой-то усилитель, либо какая-то другая конструкция.

По входу у нас 220 переменки, идёт на фильтр L1 с плёночными С1 и С2 конденсаторами, но этот дроссель можно убрать из схемы и просто заменить перемычками, всё прекрасно будет работать и без него.

Дальше напряжение поступает на полноценный двухполупериодный диодный мост, я использовал не готовую диодную сборку, а обычные диоды 1N4007, 4 диода собрал из них диодный мост, на диодном мосту напряжение выпрямляется, но выпрямляется не до конца, потому что там, всё равно остается какая-то полуволна, этот синус поступает на сглаживающий конденсатор, в данном случае здесь 100 микрофарад 400 вольт.

Сглаживающий конденсатор, если когда поступает на него напряжение мультиметром сделать замер, напряжение будет чуть больше, чем скажем 220 вольт, может быть 250-280 вольт. С чем это связано? — это конденсатор заряжается до своего амплитудного значения, дальше после сглаживающего конденсатора напряжение поступает на схему.

Минус диодного моста у нас получается общий, то есть для запитки всей схемы силовой части и для микросхемы это IR2153, то есть для генератора.

Питание микросхемы осуществляется — плюс на первый вывод, минус на четвертый вывод. Микросхема запитывается через цепочку, R1, VD3, сглаживающий конденсатор С4, который сглаживает помехи от резистора и всей этой цепочки, чтобы микросхема нормально работала.

При подключении и сборки всей схемы необходимым мультиметром проверить выводы на микросхеме 1 + и 4 нога минус напряжение должно быть в районе 15 вольт, тогда микросхема будет нормально работать и генерировать импульсы.

Дальше у нас между 8 и 6 ногой микросхемы стоит пленочный конденсатор (С6) на 220 нанофарад, вообще емкость этого конденсатора подбирается исходя из частоты генератора, то есть в данном случае частота генератора в районе 47- 48 килогерц, конденсатор может быть и 0,2 микрофарад и 0,47 и 0,68 даже один микрофарад, то есть, тут этот конденсатор особо не критичен.

Данная микросхема работает на частоте 47-48 килогерц, цепочка которая обеспечивает данную частоту это резистор R2 — 15К и пленочный или керамический конденсатор (С5) один нанофарад или можно поставить 820 пикофарад.

5 вывод и 7 вывод микросхемы генерируют прямоугольные, управляющие импульсы, которые через резисторы R4 и R3 поступают на затворы мощных, полевых транзисторов, то есть эти резисторы нужны, чтобы не спалить случайно транзисторы.

Например импульс поступает на затвор мощного полевого транзистора, далее через балластный конденсатор (С7) на 220 нанофарад 400 вольт на первичную обмотку трансформатора Т1.

Что касаемо трансформатора, трансформатор был взят с компьютерного блока питания.

Его нужно немного доработать, то есть выпаять, разобрать, опустить в кипяток, чтобы расплавить клей, которым склеен феррит или нагреть паяльный феном, одеваем какие-то перчатки, чтобы не обжечь руки и потихонечку располовиниваем и сматываем все обмотки этого трансформатора.

Из расчета того, что мне на выходе нужно было получить в районе 25 вольт, первичная обмотка проводом 0,6 миллиметров в две жилы наматывается целиком 38 витков. Каждый слой изолировал скотчем, то есть слой обмотки, слой изоляции, потом сверху вниз опять все мотаем в одну сторону, изолируем всё и мотаем вторичную обмотку.

Вторичная обмотка — 7 жил, тем же проводам 0,6 миллиметров и мотаем в ту же сторону — это очень важно, те кто начинает разбираться в импульсных источниках питания, всё мотаем в одну и ту же сторону.

Всего 7 или 8 витков вторичной обмотки и потом всё это дело обратно склеиваем и собираем весь феррит на место.

Транзисторы установлена на небольшой теплоотвод, этого вполне достаточно при нагрузке где-то в районе 100 ватт. Два транзистора закреплены через теплопроводящие прокладки и термопасту.

Сейчас мы всё это включим в сеть, возьмём мультиметр и померяем напряжение на выходе.

Но есть еще такой момент, перед запуском блока питания всё делаем последовательно, то есть берём лампочку на 100 ватт 220 вольт и через лампочку подключаем наш блок питания, если лампочка не загорелась или там слегка вспыхнула спираль, значит конденсатор зарядился и как бы всё нормально, можно аккуратно проверять на выходе наше напряжение.

Если допустим лампочка горит, то уже в схеме есть какие-то косяки, либо где-то не пропаяно, либо где-то сопли на плате или какой-то компонент неисправен. Так что, перед сборкой берите исправные детали.

Включаем мультиметр в режим измерения постоянного напряжения 200 вольт и измеряем на выходе наше напряжение у меня выдаёт 29 вольт

Хотелось бы сказать, что это моя первая конструкция, то есть я собирал также, как и начинающий радиолюбитель, которые побаиваются собирать свои первые и импульсные источники питания, и больше прибегают к сетевым трансформатором.

Архив к статье, можно скачать.

Автор; Тумин Игорь

Мощный импульсный блок питания на 12 В своими руками

Доброго времени суток дорогие друзья, в этой статье хочу поделиться с вами своим опытом по созданию импульсных источников питания. Речь пойдет о том как собрать своими руками импульсный источник питания на микросхеме IR2153.
Микросхема IR2153 представляет собой высоковольтный драйвер затвора, на ней строят много различных схем, блоки питания, зарядные устройства и т. д. Напряжение питания варьируется от 10 до 20 вольт, рабочий ток 5 мА и рабочую температуру до 125 градусов Цельсия.
Начинающие радиолюбители побаиваются собрать свой первый импульсный блок питания, очень часто прибегают к трансформаторным блокам. Я в свое время тоже опасался, но все таки собрался и решил попробовать, тем более что деталей было достаточно для его сборки. Теперь поговорим не много о схеме. Это стандартный полумостовой источник питания с IR2153 на борту.

Детали

Диодный мост на входе 1n4007 или готовая диодная сборка рассчитанная на ток не менее 1 А и обратным напряжением 1000 В.
Резистор R1 не менее двух ватт можно и 5 Ватт 24 кОм, резистор R2 R3 R4 мощностью 0,25 Ватт.
Конденсатор электролитический по высокой стороне 400 вольт 47 мкф.
Выходной 35 вольт 470 – 1000 мкФ. Конденсаторы фильтра пленочные рассчитанные на напряжение не менее 250 В 0,1 — 0,33 мкФ. Конденсатор С5 – 1 нФ. Керамический, конденсатор С6 керамический 220 нФ, С7 пленочный 220 нФ 400 В. Транзистор VT1 VT2 N IRF840, трансформатор от старого блока питания компьютера, диодный мост на выходе полноценный из четырех ультрабыстрых диодах HER308 либо другие аналогичные.
В архиве можно скачать схему и плату:


Печатная плата изготовлена на куске фольгированного одностороннего стеклотекстолита методом ЛУТ. Для удобства подключения питания и подключения выходного напряжения на плате стоят винтовые клемники.

Схема импульсного блока питания на 12 В

Преимущество этой схемы в том, что эта схема очень популярная в своем роде и ее повторяют многие радиолюбители в качестве своего первого импульсного источника питания и КПД а разы больше не говоря уже и размерах. Схема питается от сетевого напряжения 220 вольт по входу стоит фильтр который состоит из дросселя и двух пленочных конденсаторов рассчитанных на напряжение не менее 250 – 300 Вольт емкостью от 0,1 до 0,33 мкФ их можно взять из компьютерного блока питания.

В моем случае фильтра нет, но поставить желательно. Далее напряжение поступает на диодный мост рассчитанный на обратное напряжение не менее 400 Вольт и током не менее 1 Ампера. Можно и поставить готовую диодную сборку. Дальше по схеме стоит сглаживающий конденсатор с рабочим напряжением 400 В, поскольку амплитудное значение сетевого напряжение составляет в районе 300 В. Емкость данного конденсатора подбирается следующим образом, 1 мкФ на 1 Ватт мощности, так как я не собираюсь выкачивать из этого блока большие токи, то в моем случае стоит конденсатор на 47 мкФ, хотя из такой схемы можно и выкачивать сотни ватт. Питание микросхемы берется с переменки, здесь организован источник питания резистор R1 который обеспечивает гашение тока, желательно ставить помощнее не менее двух ватт так как осуществляется его нагрев, затем напряжение выпрямляется всего одним диодом и поступает на сглаживающий конденсатор а затем на микросхему. 1 вывод микросхемы плюс питания и 4 вывод это минус питания.

Можно и собрать отдельный источник питания для нее и подать согласно полярности 15 В. В нашем случае микросхема работает на частоте 47 – 48 кГц для такой частоты организована RC цепочка состоящая из резистора R2 15 ком и пленочного или керамического конденсатора на 1 нФ. При таком раскладе деталей микросхема будет работать правильно и вырабатывать прямоугольные импульсы на своих выходах которые поступают на затворы мощных полевых ключей через резисторы R3 R4 номиналы их могут отклоняться в пределах от 10 до 40 Ом. Транзисторы необходимо ставить N канальные, в моем случае стоят IRF840 с рабочим напряжением сток исток 500 В и максимальным током стока при температуре 25 градусов 8 А и максимальной рассеиваемой мощностью 125 Ватт. Далее по схеме стоит импульсный трансформатор, после него идет полноценный выпрямитель из четырех диодов марки HER308, обычные диоды тут не подойдут так как они не смогут работать на высоких частотах, поэтому ставим ультрабыстрые диоды и после моста напряжение уже поступает на выходной конденсатор 35 Вольт 1000 мкФ, можно и 470 мкФ особо больших емкостей в импульсных блоках питания не требуется.

Вернемся к трансформатору, его можно найти на платах компьютерных блоков питания, определить тут его не сложно на фото видно самый большой вот он то нам и нужен. Чтобы перемотать такой трансформатор необходимо прослабить клей, которым склеены половинки феррита, для этого берем паяльник или паяльный фен и потихоньку прогреваем трансформатор, можно опустить в кипяток на несколько минут и аккуратно разъединяем половинки сердечника. Сматываем все базовые обмотки, наматывать будем свои. Из расчета того что мне на выходе нужно получить напряжение в районе 12-14 Вольт, первичная обмотка трансформатора содержит 47 витков проводом 0,6 мм в две жилы, делаем изоляцию между намоткой обычным скотчем, вторичная обмотка содержит 4 витка того же провода в 7 жил. ВАЖНО производить намотку в одну сторону, каждый слой изолировать скотчем, отмечая начало и конец обмоток иначе ни чего работать не будет, а если и будет тогда блок не сможет отдать всю мощность.

Проверка блока

Ну а теперь давайте протестируем наш блок питания так как мой вариант полностью исправен то я сразу подключаю в сеть без страховочной лампы.
Проверим выходное напряжение как видим оно в районе 12 – 13 В не много гуляет от перепадов напряжения в сети.

В качестве нагрузки автомобильная лампа на 12 В мощностью 50 Ватт ток соответственно протекает 4 А. Если такой блок дополнить регулировкой тока и напряжения, поставить входной электролит большей емкости, то можно смело собирать зарядное устройство для авто и лабораторный блок питания.

Перед запуском блока питания необходимо проверить весь монтаж и включаем в сеть через страховочную лампу накаливания 100 Ватт, если Лампа горит в полный накал значит ищите ошибки при монтаже сопли не смытый флюс либо не исправен какой то компонент и т д. При правильной сборке лампа должна слегка вспыхнуть и погаснуть, это нам говорит, что Конденсатор по входу зарядился и ошибок в монтаже нет. Поэтому перед установкой компонентов на плату их необходимо проверять даже если они новые. Еще один не мало важный момент после запуска напряжение на микросхеме между 1 и 4 выводом должно быть не менее 15 В. Если это не так подбирать нужно номинал резистора R2.

Смотрите видео

Импульсный блок питания: схемы, принцип работы, особенности

Мы имеем множество различных устройств, подключая которые к сети мы даже не задумываемся о том, какое питание им необходимо. Значительная часть бытовой техники имеет импульсный блок питания. Даже светодиодные или люминесцентные цокольные лампы имеют встроенный источник импульсного питания (ИИП).

Содержание статьи

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

В сети напряжение имеет синусоидальную форму. Для некоторых устройств это то что нужно, другим надо постоянное или импульсное напряжение. Вот этим и занимаются источники питания — преобразуют синусоидальную форму в нужную и, чаще всего, это постоянное напряжение. Независимо от формы выходного напряжения блок питания называют импульсным, потому что одна из стадий преобразования — формирование импульсов, которые затем выпрямляются.

Примеры импульсных блоков питания:

• Зарядное устройство для телефона или смартфона;
• Внешний блок питания ноутбука;
• Блок питания компьютера;
• Блок питания для светодиодной ленты.

Импульсный блок питания Robiton EN5000S. Предназначен для питания от источника переменного тока 100-240В приборов с напряжением 6,0 / 7,5 / 9,0 / 12,0 / 13,5 / 15 / 16В и максимальным входным током 5000 мА

Есть импульсные источники питания выдающие постоянное напряжение одного номинала. Наиболее распространенные на — 5 В, 12 В или  24 В. Есть устройства, выдающие сразу несколько уровней. Такие, например, стоят в компьютерах. На выходе они формируют сразу 5 В и 12 В. Есть — регулируемые ИИП, при помощи переключателей в них можно задавать выходные параметры (в определенных рамках). Импульсный блок питания может быть в виде отдельного устройства или являться частью какого-то более сложного прибора.

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи источника импульсного питания

Если говорить об отдельных ИБП, то самыми распространенными, пожалуй, являются зарядные устройства для телефонов, ноутбуков. Они имеют компактные размеры, так как требуется небольшая мощность. Встроенный импульсный блок питания есть в телевизорах, компьютерах и другой сложной электронике, в некоторых бытовых приборах. Блоки питания бывают линейные (трансформаторные) или импульсные (инверторные).

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Оба типа блоков питания преобразуют синусоиду в постоянный ток, но вот путь преобразования разный, да и результаты несколько отличаются. Импульсный блок питания отличается высокой стабильностью работы. Тем не менее трансформаторные источники еще в ходу. Почему? Стоит разобраться.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

И трансформаторный (линейный) и импульсный (инверторный) БП выдают на выходе постоянное напряжение. Причем вторые имеют меньшие габариты, более стабильны в работе, часто ниже по цене, да еще и напряжение дают более «качественное» и независящее от параметров исходной синусоиды (а она далеко не идеальная в наших сетях). Так почему же используют и трансформаторные блоки, и импульсные? Чтобы понять, надо знать в чем отличие трансформаторного блока питания от импульсного. А для этого придется разбираться в устройстве и принципах работы. На основании этого можно уяснить основные свойства.

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

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

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

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

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

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

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

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность. Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц. Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

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

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

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

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

Размер тоже имеет значение

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

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

Схемы импульсных блоков питания

Чтобы понимать, как работает импульсный блок питания, надо разобраться в том, что происходит в каждой его части. Сделать это проще по схемам. Мы приведем только некоторые, так как вариантов и вариаций — море. Схема импульсного блока питания содержит пять обязательных блоков плюс обратная связь. Вот о каждом элементе и поговорим отдельно, Попутно приведем полные схемы ИБП с использованием различной элементной базы.

Вариант импульсного источника питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярности

Входной фильтр

Как мы уже говорили, входной фильтр стоит для того, чтобы в сеть не попали высокочастотные помехи, генерируемые источником питания. В самом простейшем варианте это устройство представляет собой дроссель, который подавляет электромагнитные помехи и два конденсатора, включенных параллельно входу и нагрузке.

Схема простейшего входного фильтра

Конденсаторы используются специальные — X-типа. Икс-конденсаторы были разработаны специально для этих целей. Они выдерживают мгновенные киловольтные всплески напряжения (до 2,5 кВ), гася тем самым помехи между фазой и нейтралью (противофазные помехи). Дроссель — это ферритовый сердечник с намотанными лакированными медными проводами. В нем наводятся токи, нейтрализующие токи помех.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, которые возникают между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавляют два конденсатора Y-типа (которые выдерживают скачки напряжения до 5 кВ). Специальная конструкция Y-конденсатора гарантирует обрыв цепи, а не короткое замыкание, в случае выхода его из строя.

Оба типа конденсаторов (X и Y), который ставят во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара. Именно в этом, да еще в конструктивных особенностях кроется причина их высокой стоимости (по сравнению с обычными).

Схема для компенсации всех типов помех

Но для корректной работы этой схемы необходимо рабочее заземление. Его надо подключить к корпусу блока питания. Без заземления, корпус блока питания будет находиться под напряжением около 110 В. Ток будет очень маленьким, но прикосновения будут ощутимы.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как уже сказано выше, выпрямитель проводит предварительное выпрямление синусоиды. Если установлен один диод, он отсекает нижние (отрицательные) полуволны.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. При использовании одного диода низкий КПД и большая пульсация выпрямленного напряжения. По этим причинам предпочтительней мостовая схема на четырех диодах

В самом простом случае выпрямитель — диод Шоттки, но может использоваться и диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто применяют обычные диоды типа 1N4007, но лучше все-таки устанавливать все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», так что можно получить лучше результаты на выходе.

Несколько схем фильтров разной степени сложности

Один диод ставят в блоках питания к недорогой технике. На его выходе напряжение имеет вид идущих с некоторыми промежутками положительных полуволн. На выходе диодного моста пульсации намного ниже, так что такой выпрямитель ставят для более требовательных к питанию приборов. Пульсирующее напряжение с выхода диода/диодного моста подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который из полуволн делает «зубчики». Тут уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

На следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая — от 10 до 50 кГц. Есть два способа реализации этих блоков: при помощи микросхем, на основе автогенератора (блокинг-генератора).

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются попеременно, формируя на выходе последовательность импульсов. Частота переключений задается генератором. Такие схемы встречаются и сейчас, но большинство реализуется на микросхемах.

Пример схемы инвертора на транзисторах

Если есть микросхема, зачем городить огород из нескольких десятков деталей. Тем более, что требуемый тип микросхем широко распространен и стоит немного. Это так называемые ШИМ-контроллеры ( TL494, UC384х, Dh421,  TL431, IR2151, IR2153 и др).  К этим микросхемам надо добавить всего-лишь пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей и получим требуемый инвертор.

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

ШИМ-контроллер отлично встраивается в любой тип схем. Он совместим с обратноходовыми, полумостовыми и мостовыми схемами выпрямителей. Естественно, отличается количество элементов, но все они простые и доступные.В обратноходовых схемах транзисторы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, чем подается на вход.

Устройство импульсного источника напряжения с ШИМ контроллером и двухтактным и мостовым выпрямителем

По полумостовым схемам построены импульсные блоки питания в осветительных приборах, в энергосберегающих и светодиодных лампах, электронный балласт для люминисцентных ламп (ЭПРА). Мостовые схемы применяют в более мощных блоках. Например, в сварочных инверторах.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой, проверяют параметры входного и выходного напряжения и, при неисправностях, просто блокируют свою работу. Так как в импульсном блоке питания этот компонент, обычно, самый дорогой, это очень неплохо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы), получаем рабочий агрегат.

Силовой трансформатор

Узел трансформатора на блоке питания является одним из самых стабильных. В этом блоке, кроме самого трансформатора, содержится небольшая группа элементов которая нейтрализует выброс тока, который возникает на обмотках трансформатора при смене полярностей. Эта группа называется «снаббер».

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер — зеленым

Трансформатор — один из самых надежных элементов. В нем очень редко возникают проблемы. Он может повредиться при пробое инвертора. В этом случае через обмотку течет слишком высокий ток, который и выводит из строя трансформатор.

Схема блока силового трансформатора для ИИП

Работает все это следующим образом:

• На первом такте работы импульсного источника питания открыт ключ ВТ1 (полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа). Ток течет через первичную обмотку трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
• На втором такте ключ закрывается, ток течет во вторичной обмотке через диод VD2.
• При переключении на первичной обмотке возникает выброс, который вызван неидеальностью деталей. Тут в работу вступает снаббер. Его задача поглотить этот выброс, так как напряжение может быть достаточно большим и может повредить ключевой транзистор, что приведет к неработоспособности схемы. Ток выброса течет через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через сопротивление R1 и емкость C2.
• Далее полярность снова меняется, вступает в работу ключ ВТ1.

Номиналы выбираются исходя из параметров трансформатора. Подбор сложный, так что описывать его не имеет смысла. И еще: не во всех схемах есть снаббер, но его наличие увеличивает надежность и стабильность работы импульсного источника питания.

Несколько слов о диодах, которые используют в снабберах. Это может быть обычный диод, подобранный по параметрам, но более надежны схемы со стабилитроном. Еще может быть вариант без резистора и емкости, но с включенным навстречу супрессором (на схеме ниже).

Еще один вариант блока силового трансформатора с использованием супрессора (защитного диода) D1

Супрессор — это защитный диод, принцип работы похож на стабилитрон, вот только выравнивается импульсный ток и рассеиваемая мощность. Может быть несимметричный и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

На этом, можно считать со схемой импульсного блока питания разобрались, так как выходные выпрямитель и фильтр устроены по тому же принципу. Элементы могут быть другие, а схемы те же. Единственное, что еще стоит рассмотреть — стабилизация выходных параметров. Это опционная часть, но такой импульсный блок питания более надежен.

Наиболее простой и дешевый способ стабилизации используется в дешевых блоках питания — обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже, это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не слишком надежно, потому что есть влияние между обмотками, но просто и недорого.

Простой способ стабилизации

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения сделан на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение складывается из падения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Наиболее стабильные выходные показатели имеют схемы ИИП со стабилизатором  TL431.

TL431 — интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА.

ИБП с использованием микросхемы TL431 более сложные, но надежные. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, который позволяет изменять выходное напряжение в небольших пределах. Обычно подстройка составляет не более 20%, так как в противном случае схема может быть нестабильной.

Схема со стабильным напряжением на выходе

Если подстройка выходного напряжения не нужна, лучше подстроечный резистор заменить обычным, так как переменные менее надежны.

Пару слов о резисторе R20 (см. схему выше), который стоит на выходе. Это так называемый, нагрузочный резистор. Как известно ИИП не будет работать без нагрузки. Поэтому на выходе и ставят сопротивление, которое обеспечивает минимальную рабочую нагрузку. Но это решение неидеально, так как резистор греется и порой очень сильно. Располагать рядом конденсаторы крайне нежелательно, иначе подогреваются и они. А в качестве выходного сопротивления должны стоять высокоточные резисторы, так как они при нагреве мало меняют свои параметры (блок выдает стабильное напряжение даже при длительной работе).

Импульсные блоки питания своими руками

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

принципиальная схема

структурная схема

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.

Все элементы устанавливаются в отведенные места на плате и припаиваются с обратной стороны.

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.

При самостоятельном создании подобной конструкции, следует учитывать то, что допущенные ошибки могут привести к выходу из строя электропотребителя. Поэтому нужно предусмотреть наличие защиты в системе.

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.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Схема импульсного блока питания на 12 вольт 10 ампер. Импульсный блок питания: ремонт и доработка

Импульсные блоки питания на 12В сегодня все чаще применяются в быту. С их помощью заряжаются различные виды аккумуляторных батарей, реализуются некоторые виды освещения, даже бесперебойное электрическое питания для компьютерных и других сетей. Конечно, самый простой способ обзавестись необходимым импульсным блоком питания – это купить его в магазине. К примеру, импульсный блок питания на tl494.

Но нас интересует возможность собрать этот прибор своими руками. Итак, импульсный блок питания – схема, детализация и рекомендации по его сборке.

Если рассматривать структурную схему, то состоит она из четырех элементов:

• Сетевой выпрямитель.
• Выпрямитель напряжения.
• Система управления.

Структура блока питания показана на нижнем рисунке.

Итак, какие функции выполняет каждый из этих элементов. Сетевой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. То есть, происходит сглаживание пульсации напряжения. Высокочастотный преобразователь, наоборот, преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом форма импульсов становится, во-первых, прямоугольной, во-вторых, с необходимой амплитудой.

Выпрямитель напряжения частично сглаживает напряжение. Кстати, в некоторых блоках питания этот элемент отсутствует, электрический ток поступает сразу на сглаживающий фильтр, который своим выходом соединяется с нагрузкой. На схеме показано, что система управления связана и с высокочастотным преобразователем, и с выпрямителем напряжения. Все дело в том, что управление ВЧП происходит за счет обратной связи с выпрямителем.

Эта структурная схема простого импульсного блока питания на 12В, кстати, имеет большое количество критиков, которые уверяют, что коэффициент полезного ее действия достаточно мал. В принципе, так оно и есть, но если правильно подойти к подбору всех элементов, если правильно провести расчеты, то импульсные блоки питания этого типа будут обладать КПД не ниже 90%. А это уже кое-что, да и значит.

Принципиальные схемы

Итак, в основе сборки импульсного блока питания лежит не только принципиальная схема, а точнее, ее обоснованный выбор, но и выбор ее основных элементов. В принципе, в данном случае необходимо точно подобрать два элемента:

• Выпрямитель напряжения.

О них и пойдет речь.

По сути, это длинное название можно заменить коротким – инвертор. Он бывает одно- или двухтактным, в котором используется импульсный трансформатор. Вот несколько схем этого элемента:

Схема высокочастотного преобразователя

Самая простая схема, в которой установлен только трансформатор, однотактная (первая позиция). Именно простота создает некоторые недостатки:

• Необходима установка трансформатора большого размера, потому что этот прибор действует по частной петле гистерезиса.
• Чтобы мощность тока на выходе была большой, надо увеличить его импульсную амплитуду.

Поэтому данная схема чаще всего применяется в блоках питания для маломощных приборов, где влияние этих недостатков не будет сказываться на работе самого прибора.

Вторая позиция – это схема двухтактная, которая носит название пушпульная. Здесь нет недостатков однотактной, но и у нее есть свои минусы: повышенные требования к максимальному значению напряжения ключей и более сложная конструкция самого трансформатора.

Третья позиция – двухтактная полумостовая. По сути, это предыдущая модель только с упрощенным трансформатором. Именно этот критерий стал основой импульсных источников питания, которые используются для электрических приборов мощностью не больше 3 кВт.

Четвертая позиция – мостовой импульсный блок питания. В нем увеличено количество силовых ключей в два раза, что дает возможность увеличить мощность. А этой выгодно и с технической точки зрения, и с экономической.

Выбор трансформатора

Импульсный блок питания, а точнее сказать, его мощность, будет зависеть от выбранного вида трансформаторного сердечника. Для источников питания до 1 кВт устанавливается трансформатор с ферритовым сердечником.

Внимание! Необходимо помнить, что в трансформаторах с ферритовым сердечником происходят большие потери напряжения, если его частота будет приближаться к 100 Гц.

Выпрямитель напряжения

Существует три основные схемы выпрямления напряжения номиналом 220 вольт.

• Однополупериодная.
• Двухполупериодная.
• Нулевая или, как и предыдущая, только со средней точкой.

Первая схема самая простая, в которой используется минимальное количество полупроводниковых элементов. Единственный ее минус – это высокая пульсация напряжения на выходе. Хотя можно было бы добавить и небольшой коэффициент выпрямления (0,45), поэтому, используя эту схему, придется устанавливать мощный фильтр.

Нулевая является обладателем высокого коэффициента выпрямления – 0,9. Правда, при этом необходимо увеличить число диодов выпрямления практически в два раза. Недостаток – наличие сетевого трансформатора. То есть, его габаритные размеры мало связаны с понятием малогабаритных приборов, тем более, когда это касается импульсного блока питания.

Третья позиция – это одно и то же, что и вторая, только без трансформатора. Его заменяет емкостной фильтр, который имеет свой недостаток – это высокий импульс выходного тока. Правда, данный недостаток не критичен.

Заключение по теме

Как видите, принципиальная схема для импульсных блоков питания имеет несколько разновидностей. Но чтобы каждая из них работала корректно, необходимо правильно подобрать ее составляющие. Конечно, все это не так просто как может показаться на первый взгляд, но если принять во внимание наши рекомендации, то можно самостоятельно собрать небольшой мощности блок, к примеру, для освещения помещений LED-лампами.

Похожие записи:

Устанавливаются во многих электроприборах. Основным их элементом принято считать катушку индуктивности. По своим параметрам она может довольно сильно отличаться, и в первую очередь это связано с пороговым напряжением в сети.

Дополнительно следует учитывать мощность самого прибора. Сделать простой блок питания в домашних условиях довольно просто. Однако в данном случае необходимо уметь рассчитывать показатель частотной модуляции. Для этого учитывается вектор прерывания в сети и параметр интеграции.

Как сделать блок для компьютера?

Для того чтобы собирать импульсные блоки питания своими руками для компьютеров, потребуются катушки индуктивности средней мощности. Частотный сдвиг в данном случае будет полностью зависеть от типа используемых конденсаторов. Дополнительно перед началом работы следует рассчитать показатель модуляции. При этом важно учесть пороговое напряжение в системе.

Если параметр модуляции находится в районе 80 %, то конденсаторы можно использовать с емкостью менее 4 пФ. Однако следует позаботиться о наличии мощных транзисторов. Основной проблемой данных блоков принято считать перегрев обмотки катушки. При этом человек может наблюдать небольшую задымленность. Ремонт импульсного блока питания в данном случае следует начинать с отключения в первую очередь всех конденсаторов. После этого контакты необходимо тщательно зачистить. Если в конечном счете проблема будет не устранена, катушку индуктивности придется полностью заменить.

Модель на 3 В

Сделать импульсные блоки питания своими руками на 3 В можно используя обычные катушки индуктивности серии РР202. Показатели проводимости у них находятся на среднем уровне. В данной ситуации параметр модуляции в системе не должен превышать 70 %. В противном случае пользователь может столкнуть с частотным сдвигом, который будет происходить в блоке.

Дополнительно важно подбирать конденсаторы с емкостью не менее 5 пФ. Принцип работы импульсного блока питания данного типа основывается на смене фазы. При этом нередко специалистами дополнительно устанавливаются преобразователи. Все это необходимо для того, чтобы промежуточная частота была как можно меньше. Кулеры на блоки данного типа монтируются крайне редко.

Устройство на 5 В

Чтобы сделать импульсные блоки питания своими руками, необходимо обязательно подобрать выпрямитель, исходя из мощности электроприбора. Конденсаторы в данном случае используются с емкостью до 6 пФ. При этом дополнительно в приборе устанавливаются попарно транзисторы. Это необходимо для того, чтобы показатель модуляции как минимум вывести на уровень 80 %.

Все это позволит повысить также параметр индуктивности. Проблемы данных блоков чаще всего связаны именно с перегревом конденсаторов. При этом на катушку особого напряжения не оказывается. Ремонт импульсного блока питания в данном случае следует начинать стандартно — с зачистки контактов. Только после этого устанавливается более мощный преобразователь.

Что понадобится для блока на 12 В?

Стандартная схема импульсного блока питания данного типа включает в себя катушку индуктивности, конденсаторы, а также выпрямитель вместе с фильтрами. Параметр модуляции в этом случае значительно зависит от показателя предельной частоты. Дополнительно важно учитывать скорость интегрального процессора. Транзисторы для блока данного типа в основном подбираются полевого вида.

Конденсаторы необходимы только с емкостью на уровне 5 пФ. Все это в конечном счете позволит значительно понизить риск термального повышения в системе. Катушки индуктивности устанавливаются, как правило, средней мощности. При этом обмотки для них обязательно должны использоваться медные. Регулируется импульсный блок питания 12В за счет специальных контролеров. Однако многое в данной ситуации зависит от типа электроприбора.

Блоки с фильтрами ММ1

Схема импульсного блока питания с фильтрами данной серии включает в себя, помимо катушки индуктивности, выпрямитель, конденсатор и резистор вместе с преобразователем. Использование фильтров в устройстве позволяет значительно сократить риск термального повышения. При этом чувствительность модели повышается. Коэффициент модуляции в этом случае напрямую зависит от прерывания сигнала.

Для повышения порогового напряжения специалисты резисторы рекомендуют применять только полевого типа. При этом емкость конденсатора минимум должна быть на уровне 4 Ом. Основной проблемой таких устройств принято считать повышение отрицательного сопротивления. В результате все резисторы на плате довольно быстро выгорают. Ремонт блока в такой ситуации необходимо начинать с замены внешней обмотки катушки индуктивности. Дополнительно следует проверить полярность резисторов. В некоторых случаях повышение отрицательного сопротивления в цепи связано с увеличением диапазона частоты. В данном случае целесообразнее поставить более мощный преобразователь.

Как собрать блок с выпрямителем?

Чтобы сделать импульсные блоки питания своими руками с выпрямителем, транзисторы понадобятся закрытого типа. При этом конденсаторов в системе должно быть предусмотрено как минимум четыре единицы. Минимальная их емкость обязана находиться на уровне 5 пФ. Принцип работы импульсного блока питания данного типа основывается на изменении фазы тока. Происходит данный процесс непосредственно за счет преобразователя. Фильтры у таких моделей устанавливаются довольно редко. Связано это в большей степени с тем, что пороговое напряжение вследствие их использования значительно повышается.

Модели со сглаживающими фильтрами

Схема импульсного блока питания 12В со сглаживающими фильтрами конденсаторы предусматривает с емкостью как минимум в 4 пФ. За счет этого показатель модуляции должен находится на уровне 70 %. Для того чтобы стабилизировать процесс преобразования, многие используют резисторы только закрытого типа. Пропускная способность у них довольно малая, однако проблему они решают. Принцип импульсного блока питания основывается на изменении фазы устройства. Фильтры у него чаще всего устанавливаются сразу возле катушки.

Блоки повышенной стабилизации

Сделать блок данного типа можно используя катушку индуктивности только большой мощности. При этом конденсаторов в системе должно быть как минимум пять единиц. Также следует заранее подсчитать количество необходимых резисторов. Если преобразователь используется в блоке низкочастотный, то резисторов необходимо использовать только два. В противном случае они устанавливаются также и на выходе. Фильтры для данных систем применяются самые разнообразные.

В этой ситуации многое зависит от показателя модуляции. Основной проблемой таких систем принято считать перегрев резисторов. Происходит это из-за резкого повышения порогового напряжения. При этом преобразователь также выходит из строя. Ремонт блока в такой ситуации необходимо начинать также с зачистки контактов. Только после этого можно проверить уровень отрицательного сопротивления. Если данный параметр превышает 5 Ом, то необходимо полностью заменить все конденсаторы в устройстве.

Модели с конденсаторами РС

Сделать блоки с конденсаторами данной серии можно довольно просто. Резисторы для них используются только закрытого типа. При этом полевые аналоги значительно снизят параметр модуляции до 50 %. Катушки индуктивности с конденсаторами применяются средней мощности. Прерывание сигнала в данном случае напрямую зависит от скорости возрастания предельного напряжения. Преобразователи в устройствах используются довольно редко. В данном случае интегрирование происходит за счет изменения положения резистора.

Устройства с конденсаторами СХ

Сделать блоки данного типа можно только на резисторах закрытого типа. Катушки индуктивности на них можно устанавливать различной мощности. В данном случае параметр модуляции зависит исключительно от порогового напряжения. Если рассматривать модели для телевизоров, то блок лучше всего делать сразу с системой фильтрации. В данном случае низкочастотные помехи будут отсеиваться сразу на входе. Конденсаторов в устройстве должно быть предусмотрено как минимум пять. Емкость их в среднем обязана составлять 5 пФ.

Если устанавливать их непосредственно возле катушки индуктивности, то лучше всего использовать дополнительно многослойный конденсатор. Контролеры в данном случае устанавливаются только поворотного типа. При этом регулировка импульсного блока питания будет происходить довольно плавно.

Как сделать блок с синазным дросселем?

Схема импульсного блока питания 12В с синазным дросселем включает в себя катушку, конденсатор, а также преобразователь. Последний элемент подбирается исходя из уровня отрицательного сопротивления в цепи. Также важно заранее рассчитать параметр предельной частоты. В среднем он должен быть не ниже 45 Гц. За счет этого стабильность системы значительно повысится. Работа импульсного блока питания данного типа основывается на изменении фазы за счет повышения модуляции.

Блоки с применением керамических конденсаторов

Сделать мощный импульсный блок питания с керамическими конденсаторами довольно сложно из-за высокого сопротивления цепи. В результате встретить такие модификации на сегодняшний день проблематично. Как правило, они изредка применяются на различном аудиоборудовании. Резисторы в данном случае подходят только полевого типа. Также следует заранее подбирать качественный преобразователь. Обмотка на нем должна быть только медная.

При этом витки обязаны быть направлены как сверху вниз, так и снизу вверх. Прерывание сигнала в данном случае напрямую зависит от скорости процесса преобразования. Если температура в системе повышается довольно быстро, в первую очередь страдают именно конденсаторы. При этом дымок над платой появляется довольно часто. В таком случае ремонт блока следует начинать с замены конденсаторов. После этого проверяется пороговое напряжение на внешней обмотке катушки индуктивности. Завершать работы следует с зачистки контактов.

Модели с каплевидными конденсаторами

Принцип работы блоков с каплевидными конденсаторами стандартно заключается в изменении фазы. При этом преобразователь в процессе играет ключевую роль. Для стабильной работы системы параметр отрицательного сопротивления должен находиться на уровне не ниже 5 Ом. В противном случае конденсаторы перегружаются. Катушку индуктивности в данном случае можно использовать любую. При этом параметр модуляции обязан находиться в районе 70 %. Резисторы для таких блоков используются только векторные. Проходимость тока у них довольно высокая. При этом стоят они на рынке дешево.

Применение варисторов

Варисторы в маломощных блоках используются крайне редко. При этом они способны значительно повысить стабильность работы прибора. Устанавливаются данные элементы, как правило, возле катушки индуктивности. Скорость процесса интегрирования в данном случае зависит напрямую от типов конденсаторов. Если использовать их с предельной емкостью на уровне 5 пФ, то коэффициент модуляции будет находиться на уровне 60 %.

Прерывание сигнала в данном случае может происходить из-за сбоев преобразователя. Ремонт блока необходимо начинать с обследования состояния контактов. Только после этого проверяется целостность обмотки катушки индуктивности. Контролеры для таких блоков подходят самые разнообразные. Кнопочные варианты следует рассматривать в последнюю очередь. Регулирование блока при этом будет зависеть во многом от проводимости контактов.

Как отремонтировать и доработать импульсный блок питания китайского производства на 12 вольт

Хочу начать с того, что ко мне в руки попали несколько сгоревших и кем-то уже «поремонтированных» блоков питания 220/12 В. Все блоки были однотипными – HF55W-S-12, поэтому, забив в поисковике название, я надеялся найти схему. Но кроме фотографий внешнего вида, параметров и цен на них, ничего не нашел. Поэтому пришлось схему рисовать самому с платы. Схема рисовалась не для изучения принципа работы БП, а исключительно в ремонтных целях. Поэтому сетевой выпрямитель не нарисован, так-же я не распиливал импульсный трансформатор и не знаю в каком месте сделан отвод (начало-конец) на 2 обмотке трансформатора. Так же не надо считать опечаткой С14 -62 Ома, – на плате маркировка и разметка под электролитический конденсатор (+ показан на схеме), но везде на его месте стояли резисторы номиналом 62 Ома.

При ремонте подобных устройств их нужно подключать через лампочку (лампа накаливания 100-200 Вт, последовательно с нагрузкой), что-бы в случае КЗ в нагрузке, не вышел из строя выходной транзистор и не погорели дорожки на плате. Да и вашим домочадцам спокойнее, если вдруг внезапно не погаснет свет в квартире.
Основной неисправностью является пробой Q1 (FJP5027 – 3 А,800 В, 15 мГц) и как следствие – обрыв резисторов R9, R8 и выход из строя Q2 (2SC2655 50 В\2 А 100 мГц). На схеме они выделены цветом. Q1 можно заменить любым подходящим по току и напряжению транзистором. Я ставил BUT11, BU508. Если мощность нагрузки не будет превышать 20 Вт можно ставить даже J1003, которые можно найти на плате от перегоревшей энергосберегающей лампы. В одном блоке совсем отсутствовал VD-01 (диод шоттки STPR1020CT -140 В\2х10 А) я поставил вместо него MBR2545CT (45 В\30 А), что характерно, он вообще не греется на нагрузке 1,8 А (использовалась лампа автомобильная 21 Вт\12 В). А родной диод за минуту работы (без радиатора) разогревается так, что рукой невозможно дотронуться. Проверил потребляемый устройством (с лампой 21 Вт) ток с родным диодом и с MBR2545CT – ток (потребляемый из сети, у меня напряжение 230 В) понизился с 0,115 А до 0,11 А. Мощность снизилась на 1,15 Вт, я считаю, что именно столько рассеивалось на родном диоде.
Заменить Q2 было нечем, под рукой нашелся транзистор С945. Пришлось “умощнить” его схемой с транзистором КТ837 (рис 2) . Ток остался под контролем и при сравнении тока с родной схемой на 2SC2655, получилось ещё снижение потребляемой мощности c той же нагрузкой на 1 Вт.

В результате, при нагрузке 21 Вт и при работе в течении 5 мин, выходной транзистор и выпрямительный диод (без радиатора) нагреваются градусов до 40 (чуть тёплые). В первоначальном варианте, через минуту работы без радиатора, до них нельзя было дотронуться. Следующим шагом к повышению надёжности блоков сделанных по этой схеме – это замена электролитического конденсатора С12 (склонного к высыханию электролита со временем) на обычный неполярный -неэлектролитический. Таким же номиналом 0,47 мкФ и напряжением не ниже 50 В.
С такими характеристиками БП, теперь можно смело подключать светодиодные ленты, не боясь что КПД блока питания ухудшит эффект экономичности светодиодного освещения.

6 Простая схема импульсного источника питания

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

Как следует из названия, импульсный источник питания использует электронные переключающие устройства (такие как транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д.) Для постоянного включения и выключения электронных переключающих устройств через цепь управления. Что произошло дальше? Затем дайте электронному коммутационному устройству импульсную модуляцию входного напряжения для реализации преобразования постоянного / переменного напряжения, постоянного / постоянного напряжения, а также регулируемого выходного напряжения и автоматической стабилизации напряжения.

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

Конечно, если у вас есть вопросы по принципиальной схеме, оставьте свои вопросы в комментариях, и мы ответим вам восторженно и профессионально.

Видео об основах импульсных источников питания

Каталог

I Что такое импульсный источник питания

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

Имя	Импульсный источник питания
Природа	Использовать современные технологии силовой электроники
Метод	Широтно-импульсная модуляция
Характеристики	Небольшой размер, легкий вес и высокая эффективность

II 6 Схемы импульсных источников питания

2.1 Простая схема импульсного источника питания

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

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

2.2 Импульсная цепь питания 24 В

Импульсный источник питания

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

Принцип работы импульсного источника питания 24 В:

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

2.3 Несимметричная прямая импульсная цепь питания

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

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

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

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

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

2,4 Двухтактная импульсная схема питания

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

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

2,5 Схема развязки обратной связи по мощности

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

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

2,6 Инверторно-выпрямительная цепь

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

III Заключение

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

Импульсные источники питания для начинающих: учебник 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 — первоочередное значение для всех SMPS, но тем более для тех, которые используются в портативных устройствах, где необходимо продлить срок службы батареи, чтобы обеспечить 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 естественного мира не позволяют нам получить конечную награду в виде 100% эффективности преобразования. Тем не менее, хорошо спроектированные блоки питания могут достигать весьма заметного КПД, обычно приближающегося к процентным значениям в диапазоне от середины до высокого уровня 90-х годов.

Для любознательных людей эталонный КПД можно получить, изучив типичные рабочие характеристики, указанные в таблицах данных, предоставляемых производителями 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, в схеме (рис. 1) используется несколько методов 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 описаны 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, питание на входе 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 которой 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 MOSFET (петля 1) и проводимостью диода (петля 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 _ВЫХ = 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

MOSFET и диод, изображенные на Fig. 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 протекает 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.Что касается понижающего преобразователя в рис. 2 , MOSFET проводит выходной ток (I _OUT ), когда он включен, в результате чего предполагаемые потери проводимости MOSFET составляют:

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

В то время как потери проводимости MOSFET пропорциональны рассеиванию 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 (avg)} x V _F x (1-D)

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

P _CONDдиод = 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 (при постоянном входном напряжении), 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 потреблению энергии 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 _SWon и t _SWoff из-за зарядки и разрядки емкостей, обнаруженных в MOSFET.

Как показано на графиках, ток полной нагрузки (I _D ) должен быть передан на полевой МОП-транзистор до того, как его V _DS уменьшится 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.

Потери переключения полевого МОП-транзистора

(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 работы, 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 следующими: V _IN = 10 В, V _OUT = 3,3 В, I _OUT = 500 мА, R _DSon = 0.1 Ом, f _S = 1 МГц, и 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 преобладал 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 при переходе 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 пикового значения 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.V _IN = 10 В, V _OUT = 3,3 В, измеренное 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 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 изменяется обратно пропорционально смещению затвор-исток, вплоть до определенного значения. Поэтому рекомендуется максимальное напряжение управления затвором для достижения самого низкого значения R _DSon с учетом увеличенных потерь управления затвором, вызванных этим. Однако напряжение управления затвором в ИИП часто не регулируется. То есть, если только опция не позволяет пользователю сделать это, например, самонастройка источника питания ИС или когда внешний драйвер затвора используется для проекта SMPS.

Коммутационные потери

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 номиналы 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 , как правило, не встретишь высокоскоростной восстанавливающий диод в маломощных или портативных устройствах, поскольку потери энергии слишком велики.

В качестве возможной альтернативы диодам с быстрым восстановлением в маломощных приложениях диоды Шоттки предлагают практически полное 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 низким 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 напряжение V _F диода заменено 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.

Лист данных

До сих пор обсуждались потери мощности, присущие двум основным компонентам универсального импульсного источника питания, полевому МОП-транзистору и диоду. Вспоминая схему понижения на Fig. 1 , можно сказать, что 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 дизайн , главы 2, 7, 20 и 22, John Wiley & Sons, третье издание, 2003 г.

Руководство по основам импульсного источника питания

Аннотация: Импульсные источники питания — популярный, а иногда и необходимый выбор для преобразования энергии постоянного тока в постоянный. Эти схемы предлагают явные преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными методами преобразования энергии постоянного тока. В этой статье представлен краткий обзор преимуществ и недостатков импульсных источников питания, а также предлагается простой обзор их работы и теории.

Эта статья также была опубликована в Maxim’s Engineering Journal, vol.61 (PDF, 440кБ).

Учитывая, что многие электронные устройства требуют нескольких уровней постоянного напряжения, разработчикам нужен способ преобразования стандартных потенциалов источника питания в напряжения, определяемые нагрузкой. Преобразование напряжения должно быть универсальным, эффективным и надежным процессом. Импульсные источники питания (SMPS) часто используются для обеспечения различных уровней выходной мощности постоянного тока, необходимых для современных приложений, и незаменимы для создания высокоэффективных и надежных систем преобразования мощности постоянного тока в постоянный.

Почему SMPS?

Большинство электронных нагрузок постоянного тока питаются от стандартных источников питания. К сожалению, стандартные напряжения источника могут не соответствовать уровням, требуемым микропроцессорами, двигателями, светодиодами или другими нагрузками, особенно когда напряжение источника не регулируется. Устройства с батарейным питанием являются яркими примерами проблемы: типичное напряжение стандартной батареи Li + или NiMH либо слишком высокое / низкое, либо слишком сильно падает во время разряда для использования в обычных приложениях.

Универсальность

К счастью, универсальность SMPS решает проблему преобразования стандартного напряжения источника в пригодное для использования заданное выходное напряжение.Существует множество топологий SMPS, которые классифицируются по фундаментальным категориям — эти источники питания повышают, понижают, инвертируют или даже повышают и понижают входное напряжение. В отличие от линейных регуляторов, которые могут только понижать входное напряжение, SMPS привлекательны тем, что можно выбрать топологию, подходящую практически для любого выходного напряжения.

Настройка

Кроме того, современные ИС SMPS спроектированы с различными уровнями интеграции, что позволяет инженеру выбирать среди топологий с более или менее стандартными функциями SMPS, внесенными в ИС.Поступая таким образом, производители облегчают проектирование широко используемых источников питания для конкретных приложений или предлагают инженерам базовые ИС SMPS для индивидуальных проектов, тем самым повышая универсальность этих широко используемых устройств.

КПД

Инженеры также сталкиваются с другой распространенной проблемой — как эффективно преобразовать мощность постоянного тока. Например, часто требуется понизить входное напряжение для достижения более низкого выходного напряжения. Простым решением является использование линейного регулятора, поскольку для этого устройства требуется всего несколько конденсаторов и адекватное управление температурой.Однако там, где такая простота заканчивается, начинается неэффективность — даже до неприемлемых уровней, если разность напряжений велика.

КПД линейного регулятора напрямую зависит от мощности, падающей на его проходной транзистор. Это падение мощности может быть значительным, поскольку рассеиваемая мощность равна I _LDO × (V _IN — V _OUT ). Например, при понижении нагрузки 100 мА от батареи 3,6 В до выхода 1,8 В на линейном регуляторе падает 0,18 Вт. Это падение мощности дает низкий КПД 50%, что сокращает срок службы батареи на 50% (при условии идеальной работы).

Понимая эту потерю эффективности, добросовестный инженер стремится найти улучшенное решение, и именно здесь SMPS выделяется. Хорошо спроектированный SMPS может достичь КПД 90% или более, в зависимости от уровней нагрузки и напряжения. Как и в предыдущем примере, при использовании понижающего ИИП типа (рис. 1) вместо линейного регулятора наблюдается КПД 90%. Это повышение эффективности на 40% по сравнению с линейным регулятором. Преимущество понижающего SMPS очевидно, и аналогичный или более высокий КПД наблюдается в других топологиях SMPS.

Рис. 1. MAX8640Y используется в простой понижающей цепи SMPS.

Хотя высокая эффективность является основным преимуществом конструкций SMPS, другие преимущества, естественно, возникают как прямой результат минимизации потерь мощности. Например, в SMPS наблюдается уменьшенный тепловой след по сравнению с его менее эффективными аналогами. Это преимущество означает снижение требований к управлению температурным режимом. Кроме того, что более важно, срок службы увеличивается за счет повышения надежности, поскольку компоненты не подвергаются чрезмерному нагреву, как это было бы в менее эффективной системе.

Топологии SMPS и теория преобразования

Как упоминалось в предыдущем разделе, SMPS могут преобразовывать входное напряжение постоянного тока в другое выходное напряжение постоянного тока в зависимости от топологии схемы. Хотя в мире инженерии используется множество топологий SMPS, три из них являются фундаментальными и встречаются чаще всего. Эти топологии (см. Рис. 2 , ) классифицируются в соответствии с их функцией преобразования: понижающие (понижающие), повышающие (повышающие) и повышающие / понижающие (понижающие-повышающие или инверторные).Пути заряда / разряда индуктора, показанные на диаграммах на Рисунке 2, обсуждаются в следующих параграфах.

Рис. 2. Понижающий, повышающий и понижающий-повышающий составляющие составляют основные топологии SMPS.

Все три основные топологии включают переключатель MOSFET, диод, выходной конденсатор и катушку индуктивности. МОП-транзистор, который является активно управляемым компонентом в схеме, подключен к контроллеру (не показан). Этот контроллер подает прямоугольный сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на затвор полевого МОП-транзистора, тем самым включая и выключая устройство.Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, контроллер определяет выходное напряжение SMPS и изменяет рабочий цикл (D) прямоугольного сигнала, определяя, как долго полевой МОП-транзистор остается включенным в течение каждого периода переключения (T _S ). Значение D, которое представляет собой отношение времени включения прямоугольной волны к периоду ее переключения (T _ON / T _S ), напрямую влияет на напряжение, наблюдаемое на выходе SMPS. Эта взаимосвязь проиллюстрирована в уравнениях 4 и 5.

Состояния включения и выключения полевого МОП-транзистора делят схему SMPS на две фазы: фазу заряда и фазу разряда, каждая из которых описывает передачу энергии катушки индуктивности (см. петли на рисунке 2).Энергия, накопленная в катушке индуктивности во время фазы зарядки, передается выходной нагрузке и конденсатору во время фазы разряда. Конденсатор поддерживает нагрузку, пока индуктор заряжается, и поддерживает выходное напряжение. Эта циклическая передача энергии между элементами схемы поддерживает выходное напряжение на должном уровне в соответствии с ее топологией.

Катушка индуктивности играет центральную роль в передаче энергии от источника к нагрузке во время каждого цикла переключения. Без него SMPS не работал бы при переключении MOSFET.Энергия (E), запасенная в катушке индуктивности (L), зависит от ее тока (I):

Следовательно, изменение энергии в катушке индуктивности измеряется по изменению ее тока (ΔI _L ), что связано с к напряжению, приложенному к нему (V _L ) в течение определенного периода времени (ΔT):

(ΔI _L ) является линейным нарастанием, поскольку постоянное напряжение подается на катушку индуктивности во время каждой фазы переключения ( Рисунок 3 ). Напряжение индуктора во время фазы переключения можно определить, выполнив петлю напряжения Кирхгофа, уделяя особое внимание полярности и соотношениям V _IN / V _OUT .Например, напряжение катушки индуктивности повышающего преобразователя во время фазы разряда составляет — (V _OUT — V _IN ). Поскольку V _OUT > V _IN , напряжение на катушке индуктивности отрицательное.

Рисунок 3. Характеристики напряжения и тока подробно описаны для установившегося индуктора.

Во время фазы заряда полевой МОП-транзистор включен, диод смещен в обратном направлении, и энергия передается от источника напряжения к катушке индуктивности (рис. 2). Ток индуктора нарастает, потому что напряжение V _L положительное.Кроме того, выходная емкость передает энергию, накопленную в предыдущем цикле, на нагрузку, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. Во время фазы разряда полевой МОП-транзистор отключается, а диод становится смещенным в прямом направлении и, следовательно, проводит ток. Поскольку источник больше не заряжает катушку индуктивности, клеммы катушки индуктивности меняют полярность, поскольку она отдает энергию нагрузке и пополняет выходной конденсатор (рис. 2). Ток катушки индуктивности снижается по мере передачи энергии в соответствии с тем же соотношением передачи, указанным ранее.

Циклы заряда / разряда повторяются и поддерживают установившееся состояние переключения. Во время перехода схемы в установившееся состояние ток индуктора нарастает до своего конечного уровня, который представляет собой суперпозицию постоянного тока и нарастающего переменного тока (или пульсирующего тока индуктора), возникающего во время двух фаз схемы (рисунок 3). Уровень постоянного тока связан с выходным током, но зависит от положения катушки индуктивности в цепи SMPS.

Импульсный ток должен отфильтровываться SMPS, чтобы подавать на выход истинный постоянный ток.Это фильтрующее действие осуществляется выходным конденсатором, который мало противодействует высокочастотному переменному току. Нежелательная пульсация выходного тока проходит через выходной конденсатор и поддерживает заряд конденсатора, пока ток проходит на землю. Таким образом, выходной конденсатор также стабилизирует выходное напряжение. Однако в неидеальных приложениях эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора вызывает пульсации выходного напряжения, пропорциональные току пульсаций, протекающему через него.

Таким образом, энергия передается между источником, катушкой индуктивности и выходным конденсатором для поддержания постоянного выходного напряжения и питания нагрузки. Но как передача энергии ИИП определяет коэффициент преобразования выходного напряжения? Это соотношение легко вычислить, если понимать установившееся состояние применительно к периодическим сигналам.

Чтобы быть в устойчивом состоянии, переменная, которая повторяется с периодом T _S , должна быть равна в начале и в конце каждого периода.Поскольку ток индуктора является периодическим из-за фаз заряда и разряда, описанных ранее, ток индуктора в начале периода ШИМ должен равняться току индуктора в конце. Это означает, что изменение тока индуктора во время фазы заряда (ΔI _CHARGE ) должно равняться изменению тока индуктора во время фазы разряда (ΔI _DISCHARGE ). Приравнивая изменение тока индуктора для фаз заряда и разряда, достигается интересный результат, который также называют правилом вольт-секунды:

Проще говоря, произведение напряжения индуктора на время во время каждой фазы цепи равно .Это означает, что, наблюдая за схемами SMPS на Рисунке 2, можно без особых усилий найти идеальные установившиеся отношения преобразования напряжения / тока. Для понижающей схемы петля напряжения Кирхгофа вокруг цепи фазы заряда показывает, что напряжение индуктора является разницей между V _IN и V _OUT . Аналогично, напряжение индуктора во время цепи фазы разряда составляет -V _OUT . Используя правило вольт-секунды из уравнения 3, определяется следующий коэффициент преобразования напряжения:

Кроме того, входная мощность (P _IN ) равна выходной мощности (P _OUT ) в идеальной схеме.Таким образом, коэффициент преобразования тока находится:

Из этих результатов видно, что понижающий преобразователь снижает V _IN в D раз, в то время как входной ток является D-кратным току нагрузки. В таблице 1 перечислены коэффициенты преобразования для топологий, изображенных на рисунке 2. Как правило, все коэффициенты преобразования SMPS можно найти с помощью метода, используемого для решения уравнений 3 и 5, хотя сложные топологии может быть более трудным для анализа.

Таблица 1.Коэффициенты преобразования SMPS

Топология	Коэффициент преобразования напряжения	Коэффициент преобразования тока
Понижающий	В ВЫХ / V ВХОД = D	I IN / I OUT = D
Повышение	В ВЫХ / V ВХОД = 1 / (1 — D)	I ВХОД / I ВЫХ = 1 / (1 — D)
Повышение / понижение	В ВЫХ / V ВХОД = D / (1 — D)	I ВХОД / I ВЫХ = D / (1 — D)

Недостатки и недостатки ИИП

Конечно, высокий КПД, обеспечиваемый ИИП, имеет свои недостатки.Возможно, наиболее часто упоминаемая проблема импульсных преобразователей — это их склонность к излучению электромагнитных помех (EMI) и кондуктивным шумам. Электромагнитное излучение вызывается быстрыми переходами сигналов переключения тока и напряжения, которые существуют в цепях SMPS. Быстро меняющиеся напряжения в узле индуктора вызывают излучаемые электрические поля, в то время как токи быстрого переключения в контурах заряда / разряда создают магнитные поля. Однако кондуктивный шум распространяется на входные и выходные цепи, когда входные / выходные емкости SMPS и паразитные характеристики печатной платы представляют более высокие импедансы для коммутирующих токов.К счастью, правильное размещение компонентов и компоновка печатной платы могут успешно бороться с электромагнитными помехами и снижать уровень шума. SMPS

также могут быть довольно сложными и требовать дополнительных внешних компонентов, что может привести к увеличению общей стоимости источника питания. К счастью, большинство производителей ИС SMPS предоставляют подробную литературу не только о работе устройства, но и о правильном выборе внешних компонентов. Кроме того, высокий уровень интеграции в современные ИС SMPS может уменьшить количество требуемых внешних компонентов.

Несмотря на эти проблемы, SMPS широко используются во многих приложениях. С недостатками можно справиться, а эффективность и универсальность, получаемые от их использования, очень желательны и часто требуются.

Введение в конструкцию импульсного источника питания

В этой статье представлен простой для понимания подход к объяснению того, как работает импульсный, понижающий или повышающий источник питания.

Опубликовано 29 июля 2020 г. Джон Тил

Большинство производителей или энтузиастов знают, что делает повышающий или понижающий преобразователь, и использовали их раньше.Однако, как правило, они просто следуют шаблонному подходу к его разработке, не понимая, что именно он делает.

Давайте подробнее рассмотрим, как работает импульсный, понижающий или повышающий источник питания. Цель состоит не в том, чтобы предоставить подробную информацию о конструкции этих типов источников питания, а в том, чтобы понять их работу достаточно хорошо, чтобы принимать обоснованные решения по необходимым аспектам таких схемных блоков. Таким образом, математика и любые расчетные уравнения будут сведены к минимуму.

Кроме того, существует множество топологий импульсных источников питания или SMPS.Чтобы сохранить философию этой статьи, обсуждение будет ограничено простыми схемами повышения или понижения.

Основные компоненты

Прежде чем перейти к тому, как работает настоящий SMPS, в этом разделе кратко рассматриваются некоторые из основных компонентов типичного SMPS.

Электронный выключатель

Для всех импульсных источников питания требуется переключатель с электронным управлением. Два наиболее часто используемых устройства в маломощных SMPS — это биполярный NPN-транзистор и N-Ch MOSFET.На рисунке 1 показаны эти два типа переключателей.

Рисунок 1 — Два распространенных типа электронных переключателей, используемых в простых схемах SMPS

Ключевым моментом здесь является то, что эти переключатели работают в режиме насыщения: либо полностью насыщенный, либо полностью отключенный. В обоих случаях рассеиваемая мощность в коммутаторе сводится к минимуму. Фактически, именно так импульсные источники питания достигают высокого КПД по сравнению с линейными регуляторами.

Конденсаторы и индукторы

Несмотря на то, что в импульсном источнике питания индуктор является элементом схемы, который играет наиболее важную роль в его основной работе, этот раздел начнется с обзора некоторых ключевых рабочих характеристик конденсатора, поскольку это концептуально легче понять. Это создает основу для лучшего понимания роли катушки индуктивности.

Рассмотрим схему, состоящую из полностью разряженного конденсатора, заряжаемого от источника напряжения, как показано на рисунке 2.Когда переключатель замыкается, напряжение конденсатора экспоненциально возрастает по направлению к напряжению батареи V, в то время как ток экспоненциально уменьшается.

Рисунок 2 — Конденсатор заряжается от источника напряжения

Обратите внимание, что, чтобы быть технически правильным, напряжение конденсатора никогда не достигнет того же значения, что и напряжение батареи, и ток никогда не упадет полностью до нуля. Однако для всех практических целей они в конечном итоге приближаются к своим соответствующим пределам, чтобы считаться равными.

Также обратите внимание, что когда переключатель замыкается, ток конденсатора мгновенно повышается до значения, которое фактически равно V / R. Напряжение, с другой стороны, медленно возрастает до значения V.

Теперь рассмотрим схему на рисунке 3 ниже. Когда переключатель S1 замкнут, конденсатор заряжается как обычно.

Теперь, если позднее (T) переключатель S1 размыкается, а S2 одновременно замыкается, то напряжение на конденсаторе будет равным некоторому напряжению V _OPEN , которое будет зависеть от того, как долго конденсатор заряжался до к открытию переключателя.

Рисунок 3 — Заряд и разряд конденсатора

То же самое напряжение теперь будет на R, заставляя ток течь через R, равный V _OPEN / R в момент переключения переключателей.

Конденсатор, конечно, разрядится, отдав часть своей запасенной энергии, и напряжение на R будет уменьшаться, как и ток. Здесь следует отметить, что ток конденсатора мгновенно изменился на противоположный.

Таким образом, вместо того, чтобы течь в конденсатор, как при включении переключателя S1, теперь она вытекает из конденсатора. Однако напряжение на конденсаторе не изменилось.

Теперь перейдем к индукторам. На рисунке 4 показан индуктор, приводимый в действие источником постоянного напряжения — батареей. Он во многом похож на конденсатор, за исключением того, что кривые тока и напряжения поменяны местами.

Рисунок 4 — Индуктор, приводимый в действие источником постоянного напряжения

Максимальный ток, который может быть в конечном итоге достигнут, будет ограничен сопротивлением постоянному току провода, из которого сделана катушка индуктивности, плюс любой фактический физический резистор в последовательной цепи и напряжением батареи.

На рис. 5 показано, что происходит, когда переключатель S1 размыкается для катушки индуктивности, которая некоторое время «заряжалась». В некоторой степени аналогично корпусу конденсатора, но с заменой ролей тока и напряжения, напряжение на катушке индуктивности мгновенно меняется на противоположное, чтобы поддерживать тот же ток, протекающий в тот момент, когда переключатели переключаются.

Рисунок 5 — Индуктор, приводящий в действие нагрузку

Опять же, чтобы провести параллель с конденсатором, на этот раз напряжение на катушке индуктивности изменило направление, в то время как направление тока осталось прежним.Кроме того, как и в случае с конденсатором, напряжение и ток будут медленно падать, поскольку катушка индуктивности откажется от накопленной энергии.

Повышающий преобразователь

Из предыдущих описаний основных компонентов типичного SMPS теперь можно понять работу повышающего преобразователя. Это показано на рисунке 6.

Рисунок 6 — Блок-схема повышающего преобразователя

Как показано, переключатель представляет собой электронный переключатель, такой как N-канальный полевой МОП-транзистор, который постоянно замыкается или размыкается.Когда он замкнут, возрастающий ток индуктора протекает через переключатель, и напряжение на индукторе медленно падает, но в этот период оно снова противоположно напряжению батареи.

При размыкании, как показано выше, напряжение на катушке индуктивности мгновенно меняет направление, чтобы сохранить ток. Этот индуктивный ток должен течь через диод D в нагрузку, поскольку переключатель открыт.

Обратите внимание, что напряжение индуктора теперь добавляется к напряжению батареи, поэтому выходное напряжение будет выше, чем напряжение батареи.Таким образом достигается действие повышающего преобразователя.

Также обратите внимание, что ток, который первоначально протекал в индукторе, когда переключатель был замкнут, будет зависеть от того, как долго переключатель был замкнут. Этот ток будет использоваться для зарядки конденсатора, а также течет в нагрузку.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Управляя током катушки индуктивности, можно также управлять напряжением конденсатора и, следовательно, напряжением нагрузки.Другими словами, контролируя время включения переключателя, можно управлять напряжением на нагрузке.

Понижающий (понижающий) преобразователь

Базовый понижающий преобразователь состоит из тех же компонентов, что и повышающий, но они устроены иначе. На рисунке 7 показана блок-схема базового понижающего преобразователя. Когда переключатель замкнут, ток в катушке индуктивности увеличивается, как и раньше.

Рисунок 7 — Блок-схема понижающего преобразователя

Напряжение в любой момент на катушке индуктивности в течение этого периода ВКЛ будет противоположным напряжению батареи.Таким образом, конденсатор и нагрузка будут видеть напряжение ниже напряжения батареи.

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, напряжение на катушке индуктивности мгновенно меняет направление, чтобы поддерживать ток, протекающий в том же направлении, что и при включении переключателя. Диод D обеспечивает путь для этого обратного тока.

При правильном управлении временем переключения ВКЛ / ВЫКЛ на конденсаторе и нагрузочном резисторе может поддерживаться относительно стабильное напряжение ниже, чем напряжение батареи.

Контроллер SMPS

Несмотря на то, что почти все SMPS содержат микросхему, которая выполняет все функции управления, все же достаточно поучительно понять, как этого можно достичь.

Прежде чем вдаваться в это, следует упомянуть, что многие современные контроллеры SMPS включают в себя внутренний блок цифровой обработки, который позволяет использовать гораздо более сложные контуры управления, повышающие универсальность таких контроллеров.

На рисунке 8 показано, как можно создать простой аналоговый понижающий контроллер SMPS PWM.Он состоит из треугольной волны, питающей неинвертирующий вход компаратора, и образца выходного напряжения, питающего инвертирующий вход компаратора.

Рисунок 8 — Реализация простого аналогового ШИМ-контроллера SMPS

Выход компаратора будет высоким каждый раз, когда уровень неинвертирующего входа выше, чем уровень инвертирующего входа. Обратите внимание, что в фактической реализации есть компоненты контура управления и фильтра, чтобы предотвратить нестабильность контура управления.Здесь они не показаны.

На рисунке 9 показано, что происходит при трех разных уровнях выходного напряжения. Когда выходное напряжение высокое, время включения выхода ШИМ невелико. Это, конечно, приводит к снижению выходного напряжения.

И наоборот, когда выходное напряжение низкое, время включения больше, что приводит к увеличению выходного напряжения. Таким образом, путем правильного выбора значений компонентов может быть достигнуто стабильное регулируемое выходное напряжение.

Рисунок 9 — Формы сигналов ШИМ при различных выходных напряжениях

Сравнение коммутации и линейных регуляторов

Существует два вида регуляторов напряжения: импульсные и линейные.Если выходное напряжение выше входного, то необходимо использовать импульсный источник питания, будь то прямое усиление или какая-либо другая топология переключения.

В противном случае можно сделать выбор между ИИП или линейным источником питания. Итак, каковы некоторые соображения?

Во-первых, эффективность. Рассмотрим, например, случай регулятора на 1 А с входным напряжением 10 В и выходным напряжением 5 В. Тогда мощность, рассеиваемая линейным регулятором (и теряемая в виде тепла), будет равна (10В — 5В) * 1А = 5Вт.

Это много потраченной впустую мощности, и большинство линейных регуляторов не смогут справиться с такой большой рассеиваемой мощностью.

КПД в данном конкретном случае составляет в лучшем случае 50%. Это означает, что половина мощности тратится впустую в виде тепла, и только половина мощности идет на выходную нагрузку. Еще хуже, если входное напряжение выше 10 В.

С другой стороны, SMPS может достичь КПД 90% или больше. В этом случае он потратит только 0,5 Вт. Даже если потеря энергии не является прямой проблемой, вы должны подумать, как безопасно отвести это избыточное тепло, особенно в замкнутых пространствах.

Какие недостатки использования SMPS? Первое — это стоимость и сложность. Типичный SMPS более сложен и использует больше компонентов, чем линейный. Следовательно, это обычно стоит дороже.

Еще одна проблема с SMPS — наличие пульсаций на регулируемом выходе. Это просто из-за его характера переключения. В некоторых случаях это может быть не слишком важно. В случаях, когда это имеет значение, это обычно решается установкой SMPS, за которым следует линейный пострегулятор.

SMPS доводит входное напряжение до точки, при которой разница между входным и выходным напряжением линейного пострегулятора достаточно мала.В свою очередь, линейный регулятор обеспечивает более чистое регулируемое напряжение на нагрузку.

Еще одна проблема — плохой переходный отклик. Например, ИИП требуется некоторое время, чтобы отреагировать и компенсировать скачок или внезапное изменение нагрузки. Требуется несколько циклов ШИМ, чтобы должным образом вернуть выходной сигнал в нужное положение.

Наконец, опять же из-за своей коммутационной природы, SMPS действительно генерирует нежелательные радиочастотные помехи. Таким образом, помимо дополнительной сложности, по всей вероятности, потребуется больше компонентов для подавления радиочастот, чтобы конечный продукт соответствовал требованиям по эмиссии.

Не только это, но в некоторых случаях блоки обработки сигналов низкого уровня должны быть правильно размещены, и следует уделить некоторое внимание правильной трассировке трассировки печатной платы, чтобы минимизировать влияние этого шума переключения на эти чувствительные участки.

Заключение

В этой статье дается краткое введение в импульсные регуляторы и некоторые их характеристики. Теперь вы должны иметь гораздо лучшее фундаментальное представление о работе импульсных источников питания.

Надеюсь, эта информация поможет вам выбрать лучшие блоки питания, соответствующие требованиям к питанию вашего конечного продукта.

Автор Шон Литингтун

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

Простые коммутируемые источники питания — PocketMagic

Импульсный источник питания — это электронный источник питания, который эффективно преобразует электроэнергию.Они работают, подавая постоянное напряжение (сначала выпрямленное из переменного тока, если необходимо) на ферритовый высокочастотный трансформатор через управляемый генератор. Выходной выпрямитель преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. Механизм обратной связи (обычно реализуемый через оптрон, регулирует выход). При таком подходе можно использовать переменный рабочий цикл колебаний и параметры трансформатора для управления выходным напряжением и током.

Создать простой импульсный источник питания легко! Приведенные ниже схемы были разработаны Дэниелом.Вся заслуга ему. Я не тестировал эти источники питания, но, просмотрев схемы, они кажутся правильными. Мало что может пойти не так, как надо, с простым дизайном, для более сложных вам следует перепроверить. Вы можете найти больше его проектов на его веб-странице. Не пугайтесь его грязных досок для тестов, у него действительно есть очень интересные идеи!

1. Простейший ИИП . Подробности здесь:

Это маломощный источник питания, использующий оптрон для регулирования выхода.Легко и прямо.

2. Один биполярный транзистор SMPS . Подробности здесь.

В нем используется высоковольтный транзистор в простом генераторе Армстронга с катушкой обратной связи. Выход регулируется с помощью оптрона.
И вот второй вариант с улучшенным выпрямлением:

И, наконец, другой вариант, в котором используется еще меньше деталей, без оптопары:

3. ИИМ мощностью 90 Вт с МОП-транзистором . Подробности здесь.

Сюда также входит базовая защита от короткого замыкания.

4. UC3842 SMPS . Подробности здесь.

Отличный, но простой пример использования специальной микросхемы UC3842 SMPS. В нем не используется оптрон, поэтому регулировка не идеальна. Вместо этого используется катушка обратной связи.
Вот вариант получше, с оптопарой:

5. IR2153 SMPS . Подробности здесь.

Это более мощный источник питания, так как он использует полумост для управления ферритовым трансформатором. К сожалению, это не регулируется ограничениями IR2153 (нет обратной связи), но все же схема отличная.
Другой вариант доступен здесь.

Вот источник очень сильного тока:

Отлично подходит для некоторых экзотических приложений, эта схема использует несколько МОП-транзисторов в параллельном драйвере IR2153 через тотемные полюса. Командная часть схемы нуждается в достаточном токе, чтобы открывать ворота всех МОП-транзисторов. Я не рекомендую такой подход.

6. ИИП UC3844 с оптопарой . Подробности здесь.

Лучше SMPS, поскольку он использует как выделенную IC, так и правильный механизм обратной связи с оптопарой.

7. ИИП высокой мощности для сварки . Подробности здесь.

Дэниел неправильно назвал этот «инвертор». Это все еще источник высокого или низкого напряжения, с плохой стабилизацией напряжения, но способный выдерживать большой ток.
Вот еще один вариант с регулируемым напряжением и улучшенным регулированием!

Очевидно, что вышеперечисленные схемы построены в режиме «сделай сам». Отличное начало знакомства с конструкциями SMPS.

Что такое импульсный источник питания?

Что такое импульсный источник питания?

Импульсный источник питания — это преобразователь мощности, в котором используются переключающие устройства, такие как полевые МОП-транзисторы, которые постоянно включаются и выключаются с высокой частотой; и устройства накопления энергии, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, для подачи энергии во время непроводящего состояния переключающего устройства.

Расходные материалы имеют более высокий КПД (до 90%), небольшие по размеру и широко используются в компьютерах и другом чувствительном электронном оборудовании.

Базовые импульсные источники питания (SMPS) подразделяются на категории в зависимости от входного и выходного напряжения источника питания. Основные четыре группы:

1. Переменный ток в постоянный — автономный источник питания постоянного тока
2. DC в DC — преобразователь
3. DC в AC — инвертор
4. AC to AC — Циклоконвертер преобразователя частоты

Топологии SMPS

Конфигурация схемы, называемая топологией, определяет, как мощность передается от входа к выходу.

Большинство топологий состоит из силового трансформатора, обеспечивающего масштабирование напряжения на основе отношения витков, нескольких выходов в зависимости от количества обмоток и изоляции. Такие топологии, как понижающий и повышающий, не используют трансформатор и, следовательно, не изолированы. Их преобразование мощности достигается только за счет индуктивной передачи энергии.

Неизолированные топологии имеют ограниченное применение и обычно используются в регуляторах постоянного-постоянного тока. Обычно они производят один выходной сигнал, диапазон которого снова ограничен рабочим циклом и входным напряжением.

Выбор используемой топологии зависит от стоимости, эффективности, размера и других требований.

• Buck — это наиболее распространенный, самый простой и дешевый вариант для неизолированной топологии в качестве приложений с понижением напряжения постоянного тока в постоянный.
• Boost — повышающий неизолированный
• Понижающий и повышающий, повышающий и понижающий, неизолированный
• Обратный ход — изолированное повышение и понижение
• Передний изолированный переходник вниз
• Двухтактный прямой преобразователь с двумя первичными обмотками
• Полумост
• Полный мост

Принцип работы импульсного источника питания (изолированный)

Основными компонентами ИИП являются:

• Входной выпрямитель и фильтр

• Инвертор, состоящий из высокочастотного сигнала и коммутационных устройств

• Трансформатор силовой

• Выходной выпрямитель

• Система обратной связи и управление цепями

Нерегулируемый входной постоянный ток от источника постоянного тока, такого как выпрямитель или батарея, подается в секцию инвертора, состоящую из быстрых переключаемых электронных устройств, таких как полевые МОП-транзисторы и биполярные транзисторы, которые включаются и выключаются.Это приводит к появлению входного напряжения на первичной обмотке в виде импульсов с частотой переключения от 20 до 200 кГц.

Затем выходной сигнал трансформатора выпрямляется и сглаживается для получения требуемых напряжений постоянного тока. Частота, выходящая за пределы слышимого диапазона, обычно является фиксированной, в то время как рабочий цикл может изменяться, чтобы обеспечить необходимый уровень напряжения.

Преимущества SMPS

• Конструкции SMPS более компактны и используют трансформаторы меньшего размера. Возможность сокращения расходных материалов является преимуществом и важным требованием для большинства электронных устройств с ограниченным пространством
• Высокая эффективность от 68% до 90%
• Гибкая техника
• Изолированные от трансформатора источники питания имеют стабильные выходы независимо от входного напряжения питания
• Высокая удельная мощность

Недостатки импульсного блока питания

• • Дополнительные внешние компоненты, которые также требуют больше места
  • Генерация электромагнитных помех и электрических шумов
  • Комплексное проектирование
  • Дорого из-за дополнительных компонентов

Импульсные источники питания используются во множестве приложений, начиная от компьютеров, серверов и сопутствующего оборудования, для домашнего электронного оборудования, безопасности и большей части оборудования с батарейным питанием, где требуются высокая эффективность и небольшие размеры.

Импульсные источники питания

Импульсный блок питания переменного и постоянного тока с двумя изолированными выходами, 65 Вт 81,6 Вт, 48 В, 1,7 А, импульсный источник питания с одним выходом, IP65, номинальный, 80 Вт, импульсный источник питания с одним выходом

Проект схемы импульсного источника питания 0-45 В, 8 А постоянного тока

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

Особенность:
— Выходное напряжение ……….- Минимальный выходной ток:… .800mA
-Максимальный выходной ток:… .8.2A
— Отображение при использовании перенапряжения, установленного, и когда напряжение не регулируется
— Может отключать выходную нагрузку без проводов
— Регулируемое постоянное напряжение, такое как 13,8 В.

Основные рабочие
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.

Рисунок 1 — основные принципы импульсного источника питания постоянного тока

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 напряжения 0-50 В, 3 А

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, выход IC4 / 3 будет высоким, вместо этого Q5 будет работать, а R41 будет обеспечивать нагрузку цепи.

IC3 / 3 снижает выходной ток.Когда обнаруженная нагрузка использует ток более 9 ампер, это приведет к тому, что напряжение на R1 и R2 станет более ценным (более 0,45 вольт). 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 oh, R45__1K
____17___100 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___R, R26 ______10K
R20 ___________________470___470K
R22 , R39__2.2K
R58 ___________________ 2.2K
R33, R46_______________22K
R36 ___________________ 4.7K
R40___________________39 Ом 5 ​​Вт
R41___________________ 10 Ом 5 ​​Вт
R44___________________270K
R47___________________27K
R48___________________820___1
R48___________________820___
R48.1K
R51, R52 _______________ 0,1 Ом 5 ​​Вт
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___trimpots
VR4, RV5________3_______50K 9000 9: 5000 9000 ___ 9000 ___ 9000 ___ 9000 __ 9000 ___ 9000 , 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______________351 D_________
BD1_____________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
Другое
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 ножка, 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.