Принципиальная схема импульсного блока питания: Схема импульсного блока питания и его сборка своими руками

Схема импульсного блока питания - четыре версии на чипе IR2153

Схема импульсного блока питания — 4 рабочие схемы

Схема импульсного блока питания-1Схема импульсного блока питания-1

Схема импульсного блока питания, но не одна, а сразу четыре. В этом материале будет представлено вам несколько схем импульсных источников питания, выполненных на популярной и надежной микросхеме IR2153. Все эти проекты были разработаны известным пользователем Nem0. Поэтому я здесь буду писать от его имени. Показанные здесь все схематические решения были пару лет назад лично автором собраны и протестированы.

Но вот сейчас, в середине 2018 года, автор решил вновь предложить их вам для повторения, схемы абсолютно рабочие. В данной статье к сожалению не каждая схема имеет для наглядности фото уже готового прибора, но это пока все, что есть.

В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:

Схема импульсного блока питания-2Схема импульсного блока питания-2

Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v. Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.

В блоке питания предусмотрена эффективная защита предотвращения короткого замыкания и пиковой нагрузки во вторичном силовом тракте. Роль датчика тока выполняет постоянный резистор R11, а регулировку тока срабатывания защиты выполняется с помощью подстроечника R10. Во время отсечки тока защитой, начинает светится светодиод, сигнализирующий о том, что защита сработала. Выходное двух полярное выпрямленное напряжение составляет +/-70v.

Трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой, состоящей из пятидесяти витков, а 4 вторичные обмотки, содержат по двадцать три витка. Диаметр медной жилы и магнитопровод трансформатора расчитываются в зависимости от заданной мощности определенного блока питания.

Схема импульсного блока питания-3Схема импульсного блока питания-3

Схема импульсного блока питания-4Схема импульсного блока питания-4

Схема импульсного блока питания-5Схема импульсного блока питания-5

Теперь рассмотрим следующий блок питания:

Схема импульсного блока питания-6Схема импульсного блока питания-6

Эта версия блока питания во много схожа с описанной выше схемой, хотя в ней имеется существенное отличие. Дело в том, что здесь напряжение питания на драйвер поступает от специальной обмотки трансформатора, через балластный резистор. Все остальные компоненты в конструкции практически одинаковы.

Мощность на выходе этого источника питания обусловлено как характеристикой трансформатора и параметрами микросхемы IR2153, но и ресурсом диодов в выпрямителе. В данной схеме были задействованы диоды КД213А, у которых обратное максимальное напряжение 200v и прямой максимальный ток 10А. Для обеспечения корректной работы диодов при больших токах, их нужно устанавливать на радиатор.

Отдельного внимания заслуживает дроссель Т2. Наматывают его на совместном кольцевом магнитопроводе, в случае необходимости можно использовать другой сердечник. Намотка делается эмаль-проводом с сечением рассчитанным согласно току в нагрузке. Также и мощность импульсного трансформатора определяется в зависимости от того, какую выходную мощность вы хотите получить. Очень удобно делать расчеты трансформаторов с помощью специальных компьютерных калькуляторов.

Схема импульсного блока питания-7Схема импульсного блока питания-7

Схема импульсного блока питания-8Схема импульсного блока питания-8

Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:

Схема импульсного блока питания-9Схема импульсного блока питания-9

Этот вариант схемы уже имеет конкретную разницу относительно предыдущих моделей. Главные отличия, это система защиты от КЗ и перегруза здесь собрана с использованием трансформатора по току. И есть еще одна разница, это наличие в схеме пары предвыходных транзисторов BD140. Именно эти транзисторы дают возможность отрезать большую входную емкость мощных полевых ключей, относительно выхода драйвера.

Есть еще маленькое отличие, это гасящий напряжение резистор, относящейся к модулю плавного включения, установлен он в цепи 230v. В предыдущей схеме он расположен в силовом тракте +310v. Кроме этого в схеме имеется ограничитель перенапряжения, служащий для гашения остаточного импульса трансформатора. Во всем остальном никаких различий между приведенными выше схемами у этой больше нет.

Схема импульсного блока питания-10Схема импульсного блока питания-10

Четвертая схема импульсника:

Схема импульсного блока питания-11

Схема импульсного блока питания-11

В этой схеме все упрощено до придела, здесь нет защиты от короткого замыкания, но собственно она не особо и нужна. В этом варианте блока питания, ток на выходе вторичной цепи 260v уменьшается на сопротивлении R6. Резистор R1 обрезает пиковый ток при пуске, а также сглаживает сетевые искажения.

Схема импульсного блока питания-12Схема импульсного блока питания-12

Схема импульсного блока питания-13Схема импульсного блока питания-13

Скачать: Дополнительные файлы

Как работает импульсный блок питания ⋆ diodov.net

Подробно рассмотрим, как работает импульсный блок питания (ИБП) любого типа. Сегодня такие компоненты являются основными источниками электрической энергии любой электронной аппаратуры. Аудио аппаратуру мы в счет не берем. Там по-прежнему доминируют линейные или трансформаторные блоки питания.

Концепция ИБП известна давно. Однако реализация ее стала возможной относительно недавно. Этому способствовало появление управляемых полупроводниковых ключей с требуемыми характеристиками. В первую очередь речь идет о полевых транзисторах MOSFET. Сегодня MOSFET вытеснили практически все другие управляемые полупроводниковые приборы в области преобразователей электрической энергии малой и средней мощности. В преобразователях большой мощности лидирующие позиции занимают IGBT транзисторы, а также некоторые виды тиристоров.

Главное и неоспоримое преимущество импульсных блоков питания по сравнению с линейными (трансформаторными) БП – это значительно меньший вес и габариты при равных мощностях. Для сравнения можно взять импульсный блок питания компьютера мощностью 500 Вт и только один трансформатор мощностью 500 ВА. Разница, особенно по массе, будет ощутима.

Импульсный блок питания

Существует много схем ИБП. Однако все они сводятся к тому, чтобы снизить в первую очередь массу и габариты трансформатора. Почему именно трансформатора? Потому что он является самым громоздким, тяжелым и дорогим элемент блока питания.

Чтобы хорошо представлять, как работает импульсный блок питания, сначала рассмотрим классическую схему линейного БП.

Схема линейного блока питания

Основные задачи любого промышленного БП заключаются в снижении переменного напряжения 220 В (230 В) до требуемой величины, затем его выпрямление, сглаживание и стабилизация.

Поэтому любая схема линейного бока питания обязательно содержат как минимум следующие элементы: трансформатор, выпрямитель, фильтр, узел стабилизации. Назначение каждого элемента было более полно рассказано здесь.

Схема линейного блока питания

Теперь, глядя на составляющие функциональной схемы линейного БП, давайте рассуждать, какие элементы приводят к росту его массы и веса. В качестве выпрямителя чаще служит диодный мост. Снизить его размеров не даст особого эффекта. Да и реализовать этот будет затруднительно.

Узел стабилизации может быть реализован по-разному. Поэтому на нем мы тоже сэкономить мало что сможем. Остаются только два элемента: фильтр и трансформатор. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости. Но изменение его параметров, как мы увидим далее, не позволит получить сколь-нибудь ощутимый выигрыш. Остается исследовать возможности способы минимизации трансформатора.

Основная задача его заключается в передаче мощности со стороны источника высокого на сторону низкого напряжения. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку высоковольтных с низковольтными цепями. Гальваническая развязка необходима для преимущественного большинства устройств по условиям безопасности, как персонала, так и низковольтного оборудования. А трансформатор, как никакой другой элемент выполняет эти и другие условия. При этом он имеет максимальный коэффициент полезного действия, достигающий 99 %. По этой причине ему до сих пор не могут найти альтернативу, за что приходится расплачиваться повышенной массой и размерами в целом БП.

Безтранформаторные источники питания

Конечно, всегда возникал вопрос: а можно ли вообще обойтись без трансформатора? Здесь ответ неоднозначный. И можно и нельзя. Более того, существуют безтрансформаторные источники питания. Для снижения напряжения применяют конденсатор. Конденсатор характеризуется реактивным сопротивлением при работе в цепях переменного тока. Именно это свойство благополучно используется. Однако реактивное сопротивление конденсатора зависит обратно пропорционально от его емкости. Поэтому с увеличением нагрузки необходимо применять конденсатор большей емкости, что очень сказывается на его размерах. Кроме того возрастает его цена, поскольку он должен быть рассчитан на 400…450 В. Помимо всего прочего, использование реактивного сопротивления негативно влияет на качестве электроэнергии питающей сети. Снижается коэффициент мощности cosφ. Но самый главный недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки. Это исключает применение подобных схем в преимущественном большинстве радиоэлектронной аппаратуре.

Как снизить массу и габариты трансформатора

Так вот, мощность любого узла ИБП определяется всего двумя параметрами: напряжением и током.

P = U∙I.

Полная мощность трансформатора (Т) также определяется произведением тока на напряжение. Поэтому давайте рассмотрим, как зависят габариты Т от величины приложенного U и протекающего I. Возможно, здесь у нас получится на что-то повлиять.

Напряжение или, точнее говоря, ЭДС данного электромагнитного устройства определяется частотой приложенного напряжения f, количеством витков w и магнитным потоком Φ.

E = 4,44∙f∙w∙Φ

Коэффициент 4,44 уберем для упрочения, поскольку он соответствует синусоидальной форме тока. В импульсных блоках питания, где форма сигнала имеет вид прямоугольника, это коэффициент имеет другое значение.

E ~ f∙w∙Φ

Магнитный поток представляет собой произведение магнитной индукции B на площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода Sс.

E ~ f∙w∙B∙Sс

Давайте поразмыслим над этой формулой с интересующей нас позиции. Размеры Т определяются размерами его сердечника и обмотками. Упрощенно говоря, мы можем вполне обосновано сказать, что габариты сердечника зависят от площади поперечного сечения сердечника (магнитопровода) Sс. А габариты обмотки зависят от числа витков w.

Теперь становится очевидно, что для сохранения прежней величины электродвижущей силы E при снижении числа витков w и площади поперечного сечения Sс, а соответственно и габаритов трансформатора, необходимо повышать или частоту или индукцию или эти два параметра одновременно.

Преимущественное большинство сердечников промышленных трансформаторов выполняются из электротехнической стали. Такая сталь имеет индукцию насыщения порядка 1,7 Тл. Это довольно большое значение индукции. Выше только у чистого железа, обладающего максимально возможной индукцией из всех магнитных материалов, и составляет чуть более 2 Тл. К сожалению, чистое железо не пригодно к использованию в электромагнитных устройствах вследствие сильных потерь энергии при перемагничивании.

Альтернативные магнитные материалы

Также в ряде стран применяется пермаллой. Пермаллой имеет несколько меньшую индукцию, чем электротехническая стать, но обладает большим электрическим сопротивлением. Благодаря чему снижаются потери на вихревые токи, а соответственно и потери холостого хода.

Относительно недавно на рынке в доступной цене появились аморфные и нанокристаллические сплавы. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, при этом индукция их приближается к электротехническим сплавам. Кроме того они обладают рядом положительных свойств, превосходящих другие магнитные материалы. Но на этом мы здесь останавливаться не будем.

Однако индукция известных на сегодняшний день магнитных материалов и сплавов не достигает величины, значительно превосходящей индукцию электротехнической стали, то есть более 1,7 Тл. Поэтому сейчас невозможно существенно снизить габариты электромагнитного устройства за счет применения новых магнитных материалов. Поэтому остается единственный способ, который даст ощутимое снижение массы и размеров – это повышение частоты f переменного тока.

Как работает импульсный блок питания электронных устройств

Мы знаем, что в сети 220 В или 230 В f равна 50 Гц, отсюда возникает вопрос: как ее повысить? А делается это следующим образом. Сначала переменное напряжение 220 В, 50 Гц выпрямляется с помощью обычного диодного моста. Затем оно сглаживается электролитическим конденсатором большей емкости. Далее сглаженное напряжение снова преобразуется в переменное, но уже значительно большей частоты. В современных импульсных блоках питания она составляет порядка единиц мегагерц. И уже это высокочастотное напряжение подается на обмотку трансформатора. Это позволяет значительно снизить его размеры при сохранении прежнего значения электродвижущей силы. Затем сниженное напряжение со вторичной обмотки снова выпрямляется, сглаживается, и стабилизируется.

Постоянное напряжение преобразуется в переменное с помощью инвертора. Транзисторы инвертора работают в ключевом режиме, что приводит к появлению значительных импульсов тока. Поэтому на входе первого выпрямителя обязательно устанавливают дроссель для снижения уровня пульсаций тока, вызванных работой инвертора. Кроме того, для борьбы и электромагнитными импульсами, ИБП полностью экранируют.

Схема импульсного блока питания

Именно по причине этих пульсаций ИБП не применяются в аудиотехнике. В первую очередь это относиться к усилителям звука. Они вместе с полезным аудиосигналом могут усилить и помехи или пульсации, создаваемые полупроводниковыми приборами, работающими в ключевом режиме. В конечном итоге это негативно отобразится на качестве звука.

Сечение провода тр-ра по-прежнему рассчитывается на аналогичный ток. Однако в качестве магнитопровода электротехническая сталь не применяется, поскольку на высоких частотах возникают сильных потери энергии, вызванные действием вихревых токов. Поэтому применяют магнитные материалы с максимально высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся ферриты и различного рода магнитодиэлектрики.

ШИМ-контроллер

Работой полупроводниковых приборов инвертора управляет ШИМ-контроллер. ШИМ-контроллер может выполняться в виде отдельной микросхемы или в едином корпусе с полупроводниковыми ключами. Для поддержания заданного уровня напряжения на нагрузке в не зависимости от изменения ее параметров и других воздействующих факторов, необходимо изменять параметры широтно-импульсной модуляции. За это отвечает ШИМ-контроллер, который получает сигнал по обратной связи. В качестве элемента, образующего обратную связь применяется оптопара. Может применяться и другой радиоэлектронный элемент, как правило, способный осуществить гальваническую развязку.

Теперь должно быть понятно, как работает импульсный блок питания. Его схема состоит из входного фильтра, входного выпрямителя, сглаживающего входного фильтра, инвертора, импульсного трансформатора, выходного выпрямителя и выходного фильтра.

Как работает импульсный блок питания

В качестве входного фильтра применяется дроссель. Сглаживающими фильтрами служат электролитические конденсаторы большей емкости.

Мощный импульсный блок питания?

Значительно повысить f удается только в относительно маломощных ИБП с точки зрения силовой электроники. В преобразователях электрической энергии большой мощности – десятки, сотни и тысячи киловатт, сколь существенно увеличить частоту не получится. Это вызвано отсутствием транзисторов или тиристоров, способных быстро переключать большую нагрузку, сохраняя при этом приемлемый уровень потерь энергии. Максимум удается повысить f до тысячи герц, 400 Гц, а то и вовсе ниже. К тому же возникают трудности с охлаждением таких преобразовательных установок.

Потери в полупроводниковых ключах зависят от приложенного к ним напряжения, протекающего I и частоты переключения. С ростом f потери энергии в полупроводниковых ключах сильно возрастают. Поэтому существенно снижается коэффициент полезного действия всей преобразовательной установки. Отсюда данный способ пока что не находит применения для мощных преобразователей и является малоэффективным.

Но и здесь был найден выход. Все усилия были направлены в сторону уменьшения размеров и веса обмоток. В преобразователях она может достигать нескольких тонн. Если получится существенно уменьшить ее размеры, тогда можно домотать некоторое количество витков и за счет этого снизить габариты магнитопровода при сохранении прежнего значения электродвижущей силы.

Масса меди обмоток mо зависит от суммарной длины одного витка lв, их числа w, площади поперечного сечения Sв и удельного веса меди γм.

mо = lвwSвγм.

Длина витка lв определяется его диаметром dв, поэтому можем переписать предыдущее выражение следующим образом:

mо = πdвwSвγм.

В свою очередь диаметр dв определяет индуктивность Т. Поэтому его мы уменьшить не можем, поскольку это в конечном итоге повлечет за собой уменьшение ЭДС, а это не допустимо.

Также нельзя снизить удельный вес меди. Остается снижать площадь поперечно сечения витка.

Она в свою очередь зависит от величины протекающего I и допустимой плотности тока j.

Sв = Ij.

Величину тока мы также снизить не можем, поскольку она определяет мощность трансформатора при заданном значении электродвижущей силы. Остается только один способ – увеличить допустимую плотность j.

Сверхпроводники

Эта величина для меди в среднем находится в пределах от 8 до 10 А/мм2. Для обмоток электрических машин она будет иметь меньшее, а для монтажных проводов или линий электропередач – большее значение.

Величина j показывает, какой максимальный ток можно пропустить через заданное сечение проводника. Для простоты примем допустимое значение j = 10 А/мм2. Это значит, что через медный провод сечением 1 мм2 можно пропустить I величиной 1 А. Если превысить эту величину, то он будет перегреваться, что недопустимо. Главная причина заключается в перегреве изоляции, которая для электрических машин обходится дороже стоимости самого провода. С ростом температуры эксплуатационный срок изоляции резко снижается. Отсюда преждевременная постановка на ремонт и затратная перемотка изоляции.

Если проводник принудительно охлаждать, то через ту же Sв можно пропустить больший I. Именно таким способом удается существенно уменьшить сечение Sв. Применяют так называемые сверхпроводящие обмотки. Они находятся в специальной герметичной емкости, заполненной жидким азотом. Точка кипения азота чуть более -195 °С. Жидкий азот хорош тем, что он не взрывоопасен и не ядовит.

Благодаря применению жидкого азота снижается сопротивление проводника. Это позволяет повысить j почти в 30 раз, не перегревая его. А соответственно снизить площадь поперечного сечения обмоточного провода, что в свою очередь приводит к снижению веса электромагнитного устройства.

Подытожим сказанное выше. Для снижения массы и габаритов ИБП малой и средней мощности повышают частоту подводимого напряжения к обмоткам трансформатора за счет специальных схемных решений. В силовых преобразователях такой способ пока что трудно реализуем по причине отсутствия полупроводниковых ключей с приемлемыми коммутационными характеристиками. Единственный рациональный способ заключается в использовании сверхпроводящих обмоток.

Теперь, я надеюсь, Вам стало понятно, как работает импульсный блок питания и почему он имеет такую структуру.

Еще статьи по данной теме

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

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 ИИП

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

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

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

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

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

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

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

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, уровень пульсаций на выходе в два раза выше

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

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

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

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

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

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

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 ИБП

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

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

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

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

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 источники питания, теория и простые схемы

Импульсный источник питания - это инверторная система, в которой входное переменное напряжение выпрямляется, а потом полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсы высокой частоты и установленой скважности, которые как правило, подаются на импульсный трансформатор.

Импульсные трансформаторы изготавливаются по такому же принципу, как и низкочастотные трансформаторы, только в качестве сердечника используется не сталь (стальные пластины), а феромагнитные материалы - ферритовые сердечники.

Как работает импульсный источник питания

Рис. Как работает импульсный источник питания.

Выходное напряжение импульсного источника питания стабилизировано, это осуществляется посредством отрицательной обратной связи, что позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне даже при изменении входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока.

Обратная отрицательная связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания. Использование оптрона или же одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения.

Основные плюсы импульсных источников питания (ИИП):

  • малый вес конструкции;
  • небольшие размеры;
  • большая мощность;
  • высокий КПД;
  • низкая себестоимость;
  • высокая стабильность работы;
  • широкий диапазон питающих напряжений;
  • множество готовых компонентных решений.

К недостаткам ИИП можно отнести то что такие блоки питания являются источниками помех, это связано с принципом работы схемы преобразователя. Для частичного устранения этого недостатка используют экранировку схемы. Также из-за этого недостатка в некоторых устройствах применение данного типа источников питания является невозможным.

Импульсные источники питания стали фактически непременным атрибутом любой современной бытовой техники, потребляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, применяются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные транзисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени.

Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе выходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходного напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Обычно для обеспечения надежности в импульсных источниках питания используют высоковольтные транзисторы, которые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в открытом состоянии).

Особенно это касается устаревших ныне моделей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы появилась достойная замена биполярным транзисторам, традиционно используемых в выходных каскадах импульсных источников питания.

Это специальные высоковольтные полевые транзисторы отечественного, и, главным образом, зарубежного производства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Биполярные симметричные импульсы регулируемой ширины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис.1. Устройство может быть использовано в схемах авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) собран генератор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2.

Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необходимости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Схема формирователя импульсов

Рис. 1. Схема формирователя биполярных симметричных импульсов регулируемой длительности.

На элементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) собраны компараторы напряжения; на DA1.2, DA1.4 — выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через формирующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, C3, VD5) подаются прямоугольные импульсы.

Заряд конденсаторов С2, C3 происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответственно; разряд — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или C3 достигнет порога срабатывания компараторов-ключей DA1.1 или DA1.3, соответственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.

Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой между импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1.2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов используется в схеме импульсного источника питания.

Плавное регулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компараторов (конденсаторы С2, C3) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных импульсов) устанавливают подбором резистора R4.

Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и конденсаторами Са, Сb. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.

При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного делителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент — полевой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулировать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым выходной мощностью преобразователя.

В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Схема испульсного источника питания

Импульсный источник питания (рис. 2) состоит из выпрямителей сетевого напряжения, задающего генератора, формирователя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения.

Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DD1 .1, DD1 .2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше — 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микросхеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка длительности осуществля

Из чего состоит импульсный блок питания часть 3

Что вообще такое - инвертор.
Данный узел предназначен для преобразования постоянного тока в переменный. В данном случае мы имеем на входе 310 Вольт постоянного тока, которые надо подать на трансформатор. Но так как трансформаторы не хотят работать на постоянном токе, то и нужен инвертор.

Инвертор состоит из двух основных узлов.
ШИМ контроллера.

А также выходных высоковольтных транзисторов. Попутно весьма кстати попал в кадр трансформатор управления этими транзисторами.

Впрочем инвертор может выглядеть заметно проще, например у известного блока питания.

Микросхема, жменька деталей, вот и весь ШИМ контроллер.

В данном случае схемотехника блока питания, а также его мощность заметно отличаются от предыдущего варианта, потому транзистор всего один.

Еще один вариант, слева конденсаторы входного фильтра, справа трансформатор, между ними инвертор.
Так как на силовом транзисторе выделяется значительная мощность, то чаще всего он устанавливается на радиатор.

Но давайте немного отвлечемся на историю, с чего собственно все начиналось. Возможно конечно начиналось не с этого, потому точнее будет сказать, с чего начинал я.
Как вы понимаете, раньше не было ШИМ контроллеров, а иногда и обычную "кренку" купить была проблема, но прогресс не стоял на месте и радиолюбители пытались заменить большие трансформаторы на импульсные блоки питания.
На схеме показан типичный автогенератор, но были схемы и с простой логикой в качестве генератора импульсов.

Тогда схемы подобных блоков питания часто встречались в журнале Радио в контексте усилителей мощности. Но мое знакомство было на примере блока питания для Синклера. Кстати на фото один из них, который я оставил себе на память 🙂
Правда вышеприведенная схема требовала подбора транзисторов и в моем случае сильно перегревалась.

Схема с автогенератором считается самой простой, в данном примере она даже не имеет стабилизации выходного напряжения.

При всем современном разнообразии микросхем показанная выше схема также нашла себя в современном мире, в качестве "электронного трансформатора" для галогенных ламп.

Правда постепенно такие лампы заменяют на светодиоды, но все равно электронные трансформаторы довольно популярны, в основном из-за свой простоты и дешевизны.

Уже через довольно большое время подобные схемы получили второе дыхание. Известная фирма International Rectifier выпустила весьма простую микросхему для электронного балласта люминесцентных ламп. Но выяснилось, что данная микросхема отлично работает в качестве задающей для импульсного БП. К ним относятся микросхемы IR2151, IR2153 и подобные.
Вообще некоторые радиолюбители делали и стабилизированные блоки питания на базе этой микросхемы, но работает это не всегда корректно.

По сути для этой микросхемы надо только несколько мелких деталей и пара полевиков, вот и вся схема инвертора. Именно с применением этой микросхемы я делал первичный блок питания для своего лабораторного.
Кстати, именно эту микросхему я рекомендую для питания усилителей мощности, как неприхотливую и довольно надежную. А также хочу сказать, что нерегулируемые БП лучше себя ведут в плане шумов.

Так выглядит трехканальный блок питания с мощностью в 300 Ватт и ШИМ регулировкой вентилятора. Более полная информация есть в обзоре лабораторника.

Также довольно часто можно встретить и однотактные блоки питания на основе автогенератора. Особенно часто они попадались в АТХ боках в качестве дежурки.

Также они могут попасться и в очень бюджетных зарядных для телефонов. Автогенератор является самым простым типом инвертора.

Хотя бывают и исключения, например блок питания довольно дорогого фирменного кондиционера также имел в своем составе автогенератор, правда сделан довольно качественно и имеет стабилизацию напряжения.

В следующий раз мне попались импульсные блоки питания в новых тогда телевизорах. После больших и тяжелых трансформаторов это был прогресс.

Схемотехника правда была жуткая, ремонтопригодность слабая, да и габарит я не назвал маленьким. На фото блок питания мощностью 80 Ватт.
Сначала они также делались по схеме с автогенератором, но потом начали ставить микросхему, правда особо ничего это не изменило.

Вот и подошли мы к теме более современных инверторов, так как на этом этапе блоки питания вышли на тот схемотехнический уровень, который мы сейчас наблюдаем в современных блоках.
Да, поднимали частоту, расширяли диапазон работы, мощность, но суть осталась той же что и была 30 лет назад. Правда так как тогда интегральные ШИМ контроллеры были слабо развиты, то делали их в виде сборок.

Впрочем и в современных блоках питания не стесняются применять такие вот унифицированные модули, по своему это даже удобно.

Типовая блок схема распространенных моделей инверторов состоит из пяти узлов.
1. Узел контроля напряжения питания, защита от работы при пониженном и повышенном напряжении.
2. Вспомогательное питания или цепь запуска.
3. Силовой элемент и датчик тока. Этот узел может заметно отличаться в зависимости от топологии блока питания.
4. Собственно ШИМ контроллер, мозги блока питания.
5. Узел основного питания ШИМ контроллера.

Рассмотрим как происходит запуск большинства блоков питания, эта информация может помочь в поиске неисправностей.
После того как подали высокое напряжение, оно через резистор попадает в цепь питания ШИМ контроллера.

Как только напряжение достигнет порога включения ШИМ контроллер запускается, питаясь в это время от конденсатора в цепи питания.
Если ваш блок питания не подает признаков жизни, проверьте, есть ли питание на входе ШИМ контроллера, иногда эти резисторы уходят в обрыв.

Затем ШИМ контроллер проверяет, в порядке ли питающее напряжение. Эта цепь есть далеко не у всех инверторов, потому если ее нет, то можно сразу перейти к следующему шагу.

Если с питанием все отлично, то контроллер начинает выдавать управляющие импульсы силовому транзистору. попутно при этом контролируется ток в цепи этого транзистора и если он превышен, то ШИМ контроллер переходит в режим защиты.

Если все нормально, то буквально после нескольких тактов на выходе цепи основного питания появляется рабочее напряжение, которое и питает контроллер. Кстати это один из узлов отказа, если питания нет, то блок питания будет работать в старт-стоп режиме.

Если все этапы запуска прошли корректно, то дальше вступает в дело ШИМ стабилизация. В данном случае я всегда сравниваю ее с бочкой, в которую мы порциями подаем воду и сливая ее через другой кран с разным напором. Задача контроллера поддерживать всегда один и тот же уровень воды в бочке при том, что вводной кран может быть только в двух состояниях, открыто и закрыто.
Кстати, многие видели на выходе блоков питания резистор, подключенный параллельно питанию, он нужен чтобы обеспечить некую минимальную нагрузку, так как блоку питания тяжело работать при очень малой ширине импульса.

Для примера ширина импульсов при небольшой нагрузке.

Если увеличить нагрузку, то ШИМ контроллер увеличит подачу энергии в трансформатор, а через него в нагрузку.

Даже если к примеру нагрузить блок питания на полную, то ширина импульсов не будет полной.

Запас необходим для компенсации снижения входного напряжения.

Если снизить входное напряжение еще больше, то ШИМ контроллер просто выставит максимальную ширину импульса. Кстати, ШИМ контроллеры блоков питания не формируют 100% заполнение, так как всегда необходимо "мертвое" время для защиты выходных транзисторов. В это время выходные транзисторы закрыты.
Для обратноходовых однотактных блоков питания, а именно они используются в качестве блоков питания небольшой мощности, максимальное заполнение составляет 50%.

Самым первым ШИМ контроллером, с которым я познакомился, была легендарная TL494. Микросхема очень старая, но так получилось, что у разработчика дешевый и очень универсальный контроллер и даже спустя много лет и при наличии современных решений он еще весьма широко применяется в блоках питания.
Выпускается она многими фирмами и иногда под разными названиями, например аналог от Самсунга называется КА7500.

На первый взгляд его внутреннее устройство может показаться довольно сложным, но на самом деле таковым не является.

Если немного упростить картинку, то будет примерно так:
1 и 2, стабилизатор питания и источник опорного напряжения.
3. Генератор импульсов, задает частоту работы контроллера.
4. Два компаратора, один обычно используется для стабилизации тока, второй - напряжения.
5. Задатчик мертвого времени, т.е. минимальной паузы между открытым состоянием выходов.
6. Узел сложения всех сигналов.
7. Триггер, который управляет выходными ключами и задает логику работы, двухтактный или однотактный режим. В некоторых аналогах этот триггер сбоил на частотах ниже 100 Гц, чем доставлял немало сюрпризов строителям повышающих инверторов в 220 Вольт.

Микросхема выполнена в корпусе с 16 выводами. Сама по себе надежна, но иногда в блоках питания АТХ, где ее питание идет от источника дежурного напряжения, выходит из строя после его ухода в разнос, когда высыхал конденсатор по выходу 5 Вольт. Пробивало стабилизатор опорного напряжения и на выходе БП запросто могло появиться высокое напряжение. Потому при проверке прежде всего смотреть наличие 5 Вольт на выводе 14.

В блоках питания АТ, а потом в распространенных китайских БП в кожухе она питается от своего же силового трансформатора. Запуск происходит за счет резисторов в базовых цепях силовых ключей. При включении они сначала входят в автогенераторный режим, на выходе трансформатора появляется небольшое напряжение, микросхема начинает работать и перехватывает управление на себя. Потому если БП не запускается, то в первую очередь проверяем резисторы выделенные на схеме резисторы.

Вторым, не менее легендарным ШИМ контроллером является семейство однотактных UC384х.
Думаю что вы могли из встречать раньше в блоках питания и преобразователях напряжения.

Внутреннее устройство весьма похоже на TL494, но немного отличается. Для начала у микросхемы только один выход, а не два.
Кроме того компараторы привязаны к определенному напряжению, заданному внутри микросхемы, а не универсальные.
Ну и конечно ключевая особенность, микротоковый старт. пока микросхема не начнет работать, он потребляет очень маленький ток, потому запустить ее можно прямо от входного напряжения через резистор, TL494 так не умеет.
Чтобы запуск проходил корректно, у микросхемы есть пороговая схема определяющая напряжение включения и выключения микросхемы. Существует два варианта, около 9 и 15 Вольт.
Кроме того микросхема может иметь 50 и 100% рабочий цикл, первая идет в блоки питания, вторая в преобразователи напряжения.
Так получается четыре варианта исполнения этого контроллера.

Микросхема выпускается в разных корпусах, но наиболее распространен корпус с восемью выводами.

Типовая схема блока питания с этой микросхемой выглядит примерно так.

Сейчас на рынке есть много блоков питания с другими микросхемами, но если посмотреть на их схему, то вы увидите очень много общего, все те же узлы и элементы. Отличия если и есть, то они минимальны.

Инверторы блоков питания могут иметь разную топологию, и об этом я обязательно расскажу отдельно, но большинство выполнено по схемотехнике флайбек или полумост, две верхние схемы на чертеже. Собственно все описанные сегодня блоки питания работают именно так.

Но вернемся к ШИМ контроллерам. Перед этим я описывал варианты, когда ШИМ контроллер отдельно, а силовой узел отдельно. но также получили распространение и полностью интегрированные контроллеры, например серии TOP от Power integrations где практически все собрано в одном корпусе.
Не так давно мне даже попалась подделка, причем что интересно, она слева, с лазерной маркировкой, справа оригинал.

Распространение они получили благодаря простейшей схемотехнике, где в простом варианте блок питания состоит буквально из нескольких деталей.

Потом появились более продвинутые контроллеры, где можно задавать напряжение включения и отключения, а также ограничение выходной мощности. Но при желании их можно перевести в трехвыводный режим, соединив выводы как было на фото раньше.
Но в любом случае данные контроллеры гораздо умнее и имеют комплекс защит от разных проблем, например они выдерживали напряжение более 300 Вольт по входу просто блокируя свою работу.

Но секрет их популярности был также и в удобной программе расчета, которую предоставлял производитель. Она позволяла рассчитать все, вплоть до укладки обмоток трансформатора. А при обнаружении проблем в расчетах, выдавала подсказки.

Производитель предоставлял варианты применения своих микросхем в виде примеров. Был даже вариант компьютерного блока питания, но как-то не пошло.

Зато в небольших блоках питания, например мониторов, он встречаются весьма часто.

Кроме того я и сам их очень активно использую уже наверное лет 15.

Китайские производители также не отстают, выпуская свои варианты подобных микросхем.

Которые довольно успешно применяют в небольших блоках питания

Кстати, при желании можно использовать ШИМ контроллеры и без обратной связи от выходного напряжения, используя обмотку питания самого контроллера. Схема упрощается, но стабильность конечно будет немного ниже чем при правильной обратной связи.

В общих чертах на этом все. Вообще мне иногда кажется, что чем больше я рассказываю, тем больше остается за кадром, что еще хотелось бы рассказать более подробно, но не успеваешь. Потому скорее всего будут еще выпуски по отдельным узлам и принципам работы.
Видео получилось слишком длинным, даже сам не ожидал, и это при том, что еще почти ничего не сказал за ключевые транзисторы и часть даже вырезал, наверное болтаю слишком много 🙁

Несколько ссылок, на полезные обзоры, которые упоминались в видео.
Неплохой модуль DC-DC ZXY6005S или лабораторный блок питания своими руками
12 Вольт 6-8 Ампер блок питания, который приятно удивил
12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано
DC-DC преобразователь, как это иногда бывает
S-180-12 180W 12V / 15A блок питания в непривычном формфакторе
36 Вольт 10 Ампер 360 Ватт или продолжаем изучать как устроены блоки питания + небольшой бонус
48 Вольт, 5 Ампер и 240 Ватт или блок питания который смог удивить
Блоки питания, маленькие и очень маленькие

СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

   Каждый радиолюбитель нуждается в надежном блок питании. И у многих имеются дома сгоревшие эконом-лампы. На базе люминисцентных энергосберегающих ламп сделан маломощный, надежный импульсный блок питания, изготовленный из недорогих и доступных каждому, даже начинающему радиолюбителю радиодеталей. Тем более, что большинство элементов береётся из платы КЛЛ.

   Принципиальная схема может дополняться стабилизатором на выходе или с обычным выпрямителем диод-конденсатор. Смотрите по ситуации — что именно собираетесь к нему подключать.

   На выходе ИБП размещён светодиод, который показывает наличие напряжения и по яркости — его примерную величину. Сердечник импульсного трансформатора блока питания Ш-образный, от энергосберегающий лампы, там на нем намотан дроссель. Зазор на центральном стержне. Он там есть, но его надо уменьшить примерно до 0,1мм. Выполняется это подпиливанием боковых стержней, пилятся легко надфилем. Делал как-то и без зазора — работает, но так неправильно. Может зазор сам образовался, а может настолько надежная схема, что все выдерживает. 

СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ - КЛЛ

   На фото сверху — донор, снизу — один из вариантов переделанного ИБП.

СХЕМА И ДЕТАЛИ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

   Схему и печатную плату для импульсного блока питания прилагаю в архиве.

печатная плата для импульсного блока питания

   Для просмотра внешнего вида платы в Proteus, в папке имеются файлы для просмотра в 3D. Их нужно или поместить в папку с проектом или в папку LIBRARY. Автор разработки устройства — Soir.

Импульсные блоки питания: ремонт за 7 шагов

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

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

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

Содержание статьи

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

Импульсные блоки питания — как работают: краткий обзор схем

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

Структурная схема импульсного блока питания

Принципиальную схему удобно представлять таким видом.

Схема импульсного блока питания

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

Импульсный блок питания

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

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

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

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

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

Я же заострю ваше внимание только на трех вопросах:

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

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

А ведь несколько десятков миллиампер уже могут вызвать фибрилляцию сердца.

Фибрилляция сердца

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

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

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

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

Разделительный трансформатор

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

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

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

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

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

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

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

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

Поступаем следующим образом:

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

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

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

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

Советский тестер

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

Сейчас намного удобнее использовать для замеров цифровой мультиметр.

Устройство мультиметра

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

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

Частота напряжения

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

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

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

Неисправности внутри ИБП можно разделить на две категории:

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

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

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

Шаг №1: внешний и внутренний осмотр

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

Неисправности блока питания компьютера

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

Сгоревший транзистор

Шаг №2: проверка входного напряжения

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

Плавкая вставка предохранителя

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

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

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

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

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

Шаг №3: проверка состояния сетевого фильтра и выпрямителя

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

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

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

Замер напряжения на конденсаторе

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

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

Вздутый конденсатор

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

Стрелочным тестером это можно сделать двумя способами:

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

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

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

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

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

Шаг №4: проверка работы инвертора

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

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

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

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

Шаг №5: проверка выходных напряжений

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

Разъемы компьютерного блока питания

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

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

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

Блок нагрузки

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

Шаг №6: проверка работы защиты от перегрузок

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

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

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

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

Шаг №7: проверка схемы стабилизации выходных напряжений

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

Алгоритм проверки состоит из следующих этапов:

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

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

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

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

Если позволяют габариты блока, то его можно доработать заменой:

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

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

12V 1A Схема источника питания SMPS на печатной плате

Каждое электронное устройство или продукт требует надежного блока питания (PSU) для работы. Почти все устройства в нашем доме, такие как телевизор, принтер, музыкальный проигрыватель и т. Д., Состоят из встроенного блока питания, который преобразует сетевое напряжение переменного тока в подходящий уровень постоянного напряжения для их работы. Наиболее часто используемым типом цепи питания является SMPS (импульсный источник питания) , вы можете легко найти этот тип цепей в своем адаптере 12 В или зарядном устройстве для мобильных устройств / ноутбуков.В этом руководстве мы изучим , как построить схему 12 В SMPS , которая преобразует мощность переменного тока в 12 В постоянного тока с максимальным номинальным током 1,25 А. Эту схему можно использовать для питания небольших нагрузок или даже приспособить к зарядному устройству для зарядки свинцово-кислотных и литиевых батарей. Если эта схема блока питания 12 В 15 Вт не соответствует вашим требованиям, вы можете проверить различные цепи питания с разными номиналами.

Цепь источника питания 12 В - Соображения по проектированию

Прежде чем приступить к проектированию любого источника питания, необходимо провести анализ требований в зависимости от среды, в которой будет использоваться наш источник питания.Различные типы источников питания работают в разных средах и с определенными границами ввода-вывода.

Входные данные

Начнем с ввода. Входное напряжение питания - это первое, что будет использоваться SMPS и будет преобразовано в полезное значение для питания нагрузки. Поскольку эта конструкция предназначена для преобразования AC-DC , на входе будет переменный ток (AC). Для Индии входной переменный ток составляет 220–230 вольт, для США он рассчитан на 110 вольт.Есть также другие страны, которые используют другие уровни напряжения. Как правило, SMPS работает с универсальным входным напряжением в диапазоне . Это означает, что входное напряжение может отличаться от 85 до 265 В переменного тока. SMPS может использоваться в любой стране и может обеспечить стабильную выходную мощность при полной нагрузке, если напряжение находится в пределах 85-265 В переменного тока. SMPS также должен нормально работать при частотах 50 Гц и 60 Гц. По этой причине мы можем использовать зарядные устройства для телефонов и ноутбуков в любой стране.

Технические характеристики выхода

На выходной стороне мало нагрузок резистивных, мало индуктивных.В зависимости от нагрузки конструкция ИИП может быть разной. Для этого SMPS нагрузка принята как резистивная нагрузка . Однако нет ничего лучше резистивной нагрузки, каждая нагрузка состоит, по крайней мере, из некоторой величины индуктивности и емкости; здесь предполагается, что индуктивность и емкость нагрузки незначительны.

Выходные характеристики ИИП сильно зависят от нагрузки, например, от того, сколько напряжения и тока потребуются нагрузке во всех рабочих условиях.Для этого проекта SMPS может обеспечить выходную мощность 15 Вт . Это 12 В и 1,25 А. Целевое значение пульсации выходного сигнала выбрано как меньше 30 мВ пик-пик при полосе пропускания 20000 Гц .

В зависимости от выходной нагрузки нам также необходимо выбрать между проектированием ИИП постоянного напряжения или ИИП постоянного тока . Постоянное напряжение означает, что напряжение на нагрузке будет постоянным, а ток будет изменяться в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки.С другой стороны, режим постоянного тока позволяет току быть постоянным, но изменяет напряжение соответственно с изменениями сопротивления нагрузки. Кроме того, в SMPS могут быть доступны как CV, так и CC, но они не могут работать одновременно. Когда в SMPS существуют обе опции, должен быть диапазон, в котором SMPS изменит свою выходную операцию с CV на CC и наоборот. Обычно зарядные устройства с режимами CC и CV используются для зарядки свинцово-кислотных или литиевых батарей.

Функции защиты входа и выхода

Существуют различные схемы защиты, которые могут использоваться в SMPS для более безопасной и надежной работы.Схема защиты защищает SMPS, а также подключенную нагрузку. В зависимости от расположения схема защиты может быть подключена к входу или выходу. Наиболее распространенная защита входа - это Защита от перенапряжения и Фильтры электромагнитных помех . Защита от перенапряжения защищает ИИП от скачков напряжения на входе или перенапряжения переменного тока . Фильтр EMI защищает SMPS от генерации EMI на входной линии. В этом проекте будут доступны обе функции. Защита выхода включает защиту от короткого замыкания , защиту от перенапряжения и защиту от перенапряжения .Эта конструкция SMPS также будет включать все эти схемы защиты.

Выбор микросхемы управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя. Давайте подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:

  1. Выход 15 Вт. 12 В, 1,25 А, пульсации пик-пик менее 30 мВ при полной нагрузке.
  2. Универсальный входной рейтинг.
  3. Защита от перенапряжения на входе.
  4. Защита от короткого замыкания на выходе, перенапряжения и перегрузки по току.
  5. Работа с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований существует широкий выбор ИС, но для этого проекта мы выбрали Power integration . Power Integration - это компания, производящая полупроводники, которая предлагает широкий спектр микросхем драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из семейства крошечных коммутаторов II.

Selection of the Power Management IC

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Однако мы сделаем ИИП в открытом корпусе и для универсального входного рейтинга. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить выходную мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

TNY268PN Pinout

Проектирование цепи ИИП на 12 В, 1 А

Лучший способ построить схему - использовать экспертное программное обеспечение PI Power Integration. Это отличное программное обеспечение для проектирования источников питания.Схема построена с использованием интегральной схемы питания. Процедура проектирования объясняется ниже, или вы также можете прокрутить вниз, чтобы увидеть видео, объясняющее то же самое.

Шаг -1: Выберите Tiny switch II , а также желаемый пакет. Мы выбрали пакет DIP. Выберите тип корпуса, адаптер или открытую раму. Здесь выбран Open Frame.

Затем выберите тип обратной связи. Это важно, поскольку используется топология Flyback .TL431 - отличный выбор для обратной связи. TL431 - это шунтирующий стабилизатор, обеспечивающий отличную защиту от перенапряжения и точное выходное напряжение.

Designing the 12v 1Amp SMPS Circuit

Step-2: Выберите диапазон входного напряжения. Поскольку это будет универсальный входной ИИП, входное напряжение выбрано 85-265В переменного тока. Частота сети 50 Гц.

Select Input Voltage Range for SMPS

Шаг - 3:

New PI Expert Design Wizard

Выберите выходное напряжение, ток и мощность.Номинал SMPS будет 12 В 1,25 А. Мощность показывает 15 Вт. Рабочий режим также выбран как CV, что означает режим работы с постоянным напряжением. Наконец, все делается в три простых шага, и схема создается.

Схема и объяснение 12 В SMPS

Схема ниже немного изменена для соответствия нашему проекту.

12V 1A SMPS Circuit Diagram

Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте исследуем принципиальную схему 12 В SMPS и его работу.Схема имеет следующие участки

  1. Защита от перенапряжения и отказа SMPS
  2. Преобразование переменного тока в постоянное
  3. ПИ-фильтр
  4. Схема драйвера или схема переключения
  5. Защита от пониженного напряжения.
  6. Цепь зажима
  7. Магниты и гальваническая развязка
  8. Фильтр электромагнитных помех
  9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
  10. Секция фильтра
  11. Раздел обратной связи.

Защита от перенапряжения и отказа SMPS

Эта секция состоит из двух компонентов, F1 и RV1.F1 - это плавкий предохранитель с задержкой срабатывания 1 А, 250 В переменного тока, а RV1 - это 7-миллиметровый варистор на 275 В (металлооксидный варистор). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.

Преобразование переменного тока в постоянное

Этот участок управляется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды - 1N4006, но стандартный 1N4007 справится с этой задачей отлично.В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

ПИ-фильтр

В разных штатах разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 , а фильтр PI разработан таким образом, чтобы уменьшить подавление синфазных электромагнитных помех . Этот раздел создается с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 - конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В.L1 - это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал электромагнитных помех для устранения обоих.

Схема драйвера или схема переключения

Это сердце ИИП. Первичная обмотка трансформатора управляется схемой переключения TNY268PN. Частота переключения 120-132 кГц. Благодаря этой высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера. Схема переключения состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 - основной драйвер IC TNY268PN.C3 - это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашей микросхемы драйвера.

Защита от пониженного напряжения

Защита от блокировки при пониженном напряжении обеспечивается резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет линейное напряжение.

Зажимная цепь

D1 и D2 - цепь зажима. D1 - это TVS-диод , а D2 - - сверхбыстрый восстанавливающийся диод .Трансформатор действует через большую индуктивность на интегральную схему драйвера питания TNY268PN. Следовательно, во время выключения трансформатор создает скачков напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора . Эти высокочастотные всплески напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS.

Магнит и гальваническая развязка

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое, но также обеспечивает гальваническую развязку.

Фильтр электромагнитных помех

Фильтрация электромагнитных помех осуществляется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость схемы, чтобы уменьшить высокие помехи EMI.

Вторичный выпрямитель и демпферная цепь

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного диода Шоттки D6. Демпферная цепь на D6 обеспечивает подавление переходных процессов напряжения во время операций переключения.Демпферная цепь состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Отдел обратной связи

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После измерения линии U2 оптопара управляется и гальванически изолирует часть измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет внутри транзистор и светодиод. Управляя светодиодом, можно управлять транзистором. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, что обеспечивает гальваническую развязку цепи обратной связи.

Теперь, когда светодиод напрямую управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение через светодиод оптопары, можно управлять транзистором оптопары , а точнее схемой драйвера. Эта система управления используется TL431.По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через ее опорный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который подключен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен только при достаточном напряжении на делителе. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 12В. Следовательно, когда выход достигает 12 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно управляет TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточное, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет свой вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, он будет пытаться еще раз через некоторое время. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не нормализуется, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется обратноходовой топологией, поскольку выходное напряжение возвращается к драйверу для определения связанных операций.Кроме того, цикл попыток называется режимом сбоя работы в случае отказа.

D3 представляет собой диод с барьером Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. Диод Шоттки 3A 60V выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются PI Expert. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптопары от TL431.

R6 и R7 - это простой делитель напряжения, рассчитываемый по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7k, R7 стал примерно 9,09k.

Изготовление печатной платы для цепи SMPS 12 В, 1 А

Теперь, когда мы понимаем, как работают схемы, мы можем приступить к созданию печатной платы для нашего SMPS. Поскольку это схема SMPS, рекомендуется использовать печатную плату, так как она может решить проблему шума и изоляции. Макет печатной платы для указанной выше схемы также доступен для загрузки как Gerber по ссылке

.

Теперь, когда наш дизайн готов, пришло время изготовить их с помощью файла Gerber.Сделать печатную плату довольно просто, просто следуйте инструкциям ниже

Шаг 1: Зайдите на сайт www.pcbgogo.com, зарегистрируйтесь, если это ваш первый раз. Затем на вкладке прототипа печатной платы введите размеры вашей печатной платы, количество слоев и количество требуемых печатных плат. Предполагая, что размер печатной платы составляет 80 см × 80 см, вы можете установить размеры, как показано ниже.

12V 1A SMPS Circuit Diagram

Шаг 2: Продолжите, нажав кнопку Quote Now .Вы попадете на страницу, где при необходимости установите несколько дополнительных параметров, например, используемый материал, расстояние между дорожками и т. Д. Но в большинстве случаев значения по умолчанию будут работать нормально. Единственное, что мы должны здесь учитывать, - это цена и время. Как видите, время сборки составляет всего 2-3 дня, а для нашего PSB это всего лишь 5 долларов. Затем вы можете выбрать предпочтительный способ доставки в зависимости от ваших требований.

12V 1A SMPS Circuit Diagram

Шаг 3: Последний шаг - загрузить файл Gerber и продолжить оплату.Чтобы убедиться, что процесс проходит гладко, PCBGOGO проверяет, действителен ли ваш файл Gerber, прежде чем продолжить оплату. Таким образом, вы можете быть уверены, что ваша печатная плата удобна для изготовления и будет доставлена ​​вам в установленном порядке.

Сборка печатной платы

После того, как плата была заказана, она пришла ко мне через несколько дней, правда, курьером в аккуратно маркированной, хорошо упакованной коробке, и, как всегда, качество печатной платы было потрясающим. Печатная плата, которую я получил, показана ниже

.

12v 1A SMPS Circuit PCB Front Side

12v 1A SMPS Circuit PCB Back

Включил паяльник и начал сборку платы.Поскольку посадочные места, контактные площадки, переходные отверстия и шелкография идеально подходят по форме и размеру, у меня не было проблем со сборкой платы. Моя печатная плата, прикрепленная к тискам для пайки, показана ниже.

Assembling PCB for 12v 1A SMPS Circuit

Закупка комплектующих

Все компоненты для этой схемы 12 В 15 Вт SMPS приобретаются в соответствии со схемой. Подробную спецификацию можно найти в приведенном ниже файле Excel для загрузки.

Почти все компоненты доступны для использования в готовом виде.Вы можете столкнуться с проблемами при поиске подходящего трансформатора для этого проекта. Обычно обратный трансформатор для коммутации цепей SMPS не доступен напрямую от поставщиков, в большинстве случаев вам придется наматывать собственный трансформатор, если вам нужны эффективные результаты. Однако также можно использовать аналогичный обратный трансформатор, и ваша схема все равно будет работать. Идеальная спецификация для нашего трансформатора будет обеспечена программным обеспечением PI Expert, которое мы использовали ранее.

Механическая и электрическая схема трансформатора, полученная от PI Expert, показана ниже.

Mechanical diagram of the transformer

Electrical diagram of the transformer

Если вы не можете найти подходящего поставщика, вы можете восстановить трансформатор от адаптера 12 В или других цепей SMPS. В качестве альтернативы вы также можете купить трансформатор самостоятельно, используя следующие материалы и инструкции по намотке.

Material of the Transformer for SMPS

Winding Instructions of the Transformer for SMPS

Как только все компоненты будут закуплены, их сборка должна быть легкой. Вы можете использовать файл Gerber и спецификацию для справки и собрать плату PCB.После этого моя передняя и задняя сторона печатной платы выглядят примерно так, как показано ниже

.

12v SMPS Circuit Diagram

12v 1A SMPS Circuit PCB Back Side

Тестирование нашей цепи ИИП мощностью 15 Вт

Теперь, когда наша трасса готова, пора ее испытать. Мы подключим плату к нашей сети переменного тока через VARIAC, загрузим на выходную сторону нагрузочную машину и измерим пульсирующее напряжение, чтобы проверить работоспособность нашей схемы. Полное видео процедуры тестирования также можно найти в конце этой страницы.На изображении ниже показана схема, испытанная с входным напряжением переменного тока 230 В переменного тока, для которого мы получаем выход 12,08 В

.

Testing our 15W SMPS circuit

Измерение пульсаций напряжения с помощью осциллографа

Чтобы измерить пульсирующее напряжение осциллографом, измените вход осциллографа на переменный ток с коэффициентом усиления 1x. Затем подключите электролитический конденсатор с низкой стоимостью и керамический конденсатор с низкой стоимостью для снижения шума из-за проводки. Вы можете обратиться к странице 40 этого документа RDR-295 от Power Integration для получения дополнительной информации об этой процедуре.

Приведенный ниже снимок был сделан при отсутствии нагрузки при напряжении 85 и 230 В переменного тока. Шкала установлена ​​на 10 мВ на деление, и, как вы можете видеть, пульсация составляет почти 10 мВ пик-пик.

Measuring Ripple at NO Load using Oscilloscope

При входном напряжении 90 В переменного тока и полной нагрузке пульсации можно увидеть на уровне около 20 мВ пик-пик

Measuring Ripple at 85VAC Full Voltage using Oscilloscope

При 230 В переменного тока и при полной нагрузке пульсации напряжения измеряются на уровне около 30 мВ пик-пик, что является наихудшим сценарием

Measuring Ripple at 230VAC Full Voltage using Oscilloscope

Вот и все; вот как вы можете разработать свою собственную схему 12 В SMPS .После того, как вы поймете принцип работы, вы можете изменить принципиальную схему 12 В SMPS в соответствии с вашими требованиями к напряжению и питанию. Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то полезного. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или воспользуйтесь нашим форумом для технических обсуждений. Встретимся снова с еще одним интересным дизайном SMPS, а пока подпишусь….

.Проект импульсного источника питания

SMPS; Схема

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

Очевидно, что электрическая энергия не используется в том виде, в каком она была произведена или распределена. Все электронные системы требуют некоторого преобразования энергии, которое может быть выполнено разными методами. Блок питания (БП) относится к устройству, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем.Конечно, блок питания на самом деле не обеспечивает питания , он просто преобразует его из одной формы в другую, поэтому «преобразователь» будет более точным термином для такого устройства. Типичное применение источника питания - преобразование сетевого напряжения переменного тока в набор регулируемых постоянных напряжений, необходимых для электронного оборудования. В зависимости от режима работы существуют разные типы блоков питания. Еще в 70-х годах большинство PSE были линейными, КПД составлял около 50%, удельная мощность была менее одного ватта на кубический дюйм, а коэффициент мощности равнялся 0.5-0,7. В настоящее время большинство блоков питания относятся к типу SMPS с КПД более 90%, удельной мощностью в десятки ватт на кубический дюйм и коэффициентом мощности до 0,99. Этот тип является основной темой этого сайта.

ЧТО ЭТО?

SMPS - импульсный источник питания. Это электронное устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые непрерывно с высокой частотой переключаются между состояниями «включено» и «выключено». Выходной параметр (обычно выходное напряжение) регулируется путем изменения рабочего цикла, частоты или фазового сдвига этих переходов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

. Поток энергии в любом БП контролируется силовыми полупроводниками. Однако в разных системах они работают в разных режимах. В устаревших системах они работали в линейном режиме , и избыточная мощность рассеивалась в последовательном транзисторе. Когда полупроводник работает в режиме , переключая режим , он может управлять потоком энергии с низкими потерями: когда переключатель включен, он имеет низкое падение напряжения и пропускает любой ток, наложенный на него; когда он выключен, он блокирует ток.В результате в таком электронном устройстве рассеиваемая мощность, которая является продуктом напряжения и тока, может быть относительно низкой в ​​обоих состояниях. Вот почему импульсные блоки питания обладают большей эффективностью по сравнению с линейными. Такие блоки также меньше по размеру и легче по весу из-за меньшего размера пассивных компонентов и меньшего тепловыделения. Более высокая эффективность и меньший размер в сочетании с достижениями в полупроводниковой технологии и различными нормативными актами по энергоэффективности сделали «коммутатор» доминирующим типом блоков питания практически во всем спектре приложений.Большинство блоков питания, производимых сегодня для систем ввода переменного тока, также включают в себя другой каскад преобразования - интерфейс коррекции коэффициента мощности (PFC). На рынке имеется огромное количество готовых готовых блоков питания и модулей DC-DC, отвечающих большинству практических требований и стандартов безопасности. Тем не менее, нестандартные конструкции все еще создаются, когда есть потребность в особых характеристиках или необычном форм-факторе, особенно для военных приложений в суровых условиях или авионики.

В целом, преобразователи мощности можно разделить на четыре типа в зависимости от формы входного и выходного напряжения: переменный ток в постоянный (также называемый автономным источником постоянного тока), постоянный ток в постоянный (преобразователь напряжения или тока), переменный ток в переменный ( преобразователь частоты или циклоконвертер), а также преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор).В дополнение к основному преобразователю постоянного тока в постоянный, большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя другой интерфейсный модуль для импульсного регулятора с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и могут включать дополнительные регуляторы на печатной плате для вспомогательных выходов.

Область техники, которая занимается проектированием и анализом схем и устройств преобразования энергии, называется силовая электроника , хотя проектирование источников питания - это настоящая междисциплинарная задача. Это касается схемы, магнетизма, управления температурой, контроля и соблюдения требований.Этот сайт представляет собой информационное руководство по SMPS / силовой электронике. Здесь вы найдете учебные материалы, инструменты, обзоры, схемы и другие бесплатные онлайн-ресурсы по всем аспектам проектирования и выбора импульсных источников питания, информацию о других устройствах преобразования энергии, а также основные справочные материалы по электротехнике и электронные формулы.

.

Как спроектировать схему источника питания SMPS 5 В, 2 А

Блок питания (PSU) является жизненно важной частью любого электронного продукта. Для работы большинства бытовых электронных продуктов, таких как мобильные зарядные устройства, динамики Bluetooth, блоки питания, умные часы и т. Д., Требуется схема источника питания, которая могла бы преобразовывать сетевое питание переменного тока в 5 В постоянного тока. В этом проекте мы построим аналогичную схему переменного тока в постоянный источник питания с номинальной мощностью 10 Вт. То есть наша схема преобразует сеть 220 В переменного тока в 5 В и обеспечит максимальный выходной ток до 2 А.Этой мощности должно хватить для питания большинства электронных устройств, работающих от 5 В. Также схема 5V 2A SMPS довольно популярна в электронике, так как существует множество микроконтроллеров, работающих от 5V.

Идея проекта состоит в том, чтобы сделать сборку максимально простой, поэтому мы спроектируем полную схему на точечной плате (перфорированной плате), а также построим наш собственный трансформатор, чтобы любой мог воспроизвести эту конструкцию или построить аналогичные. В восторге! Итак, приступим.Ранее мы также построили схему SMPS 12 В 15 Вт с использованием печатной платы, поэтому люди, которым интересно, как спроектировать печатную плату для проекта блока питания (блока питания), также могут это проверить.

Цепь ИИП, 5 В, 2 А - проектные характеристики

Различные типы источников питания по-разному работают в разных средах. Также SMPS работает в определенных границах ввода-вывода. Надлежащий анализ спецификации необходимо выполнить до того, как приступить к фактическому проектированию.

Входная спецификация:

Это будет SMPS в области преобразования переменного тока в постоянный. Следовательно, на входе будет переменный ток. В качестве значения входного напряжения хорошо использовать универсальный входной рейтинг для SMPS. Таким образом, напряжение переменного тока будет 85-265 В переменного тока с номинальной частотой 50 Гц. Таким образом, SMPS можно использовать в любой стране, независимо от значения сетевого напряжения переменного тока.

Технические характеристики выхода:

Выходное напряжение выбрано 5 В с номинальным током 2 А.Таким образом, будет на выходе 10Вт . Поскольку этот SMPS будет обеспечивать постоянного напряжения независимо от тока нагрузки, он будет работать в режиме CV (постоянное напряжение). Это выходное напряжение 5 В должно быть постоянным и устойчивым даже при самом низком входном напряжении при максимальной нагрузке (2 А) на выходе.

Крайне желательно, чтобы хороший блок питания имел пульсации напряжения менее 30 мВ пик-пик . Целевое напряжение пульсаций для этого ИИП составляет менее 30 мВ пик-пик пульсаций.Поскольку этот SMPS будет построен на плате с использованием коммутирующего трансформатора ручной работы , мы можем ожидать немного более высокие значения пульсации. Этой проблемы можно избежать, используя печатную плату.

Характеристики защиты:

Существуют различные схемы защиты, которые могут быть использованы в SMPS для безопасной и надежной работы. Схема защиты защищает SMPS, а также связанную с ним нагрузку. В зависимости от типа схема защиты может быть подключена к входу или выходу.

Для этого SMPS будет использоваться защита от перенапряжения на входе с максимальным рабочим входным напряжением 275 В переменного тока. Кроме того, для устранения проблем с электромагнитными помехами будет использоваться синфазный фильтр для подавления генерируемых электромагнитных помех. На стороне выхода мы будем включать защиту от короткого замыкания , защиту от перенапряжения и защиту от перегрузки по току .

Выбор микросхемы управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя.Давайте подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:

  1. Мощность 10 Вт. 5В 2А при полной нагрузке.
  2. Универсальный входной рейтинг. 85-265 В переменного тока при 50 Гц
  3. Защита от перенапряжения на входе. Максимальное входное напряжение 275 В переменного тока.
  4. Выходная защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.
  5. Работа с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований существует широкий выбор ИС, но для этого проекта мы выбрали Power integration .Power Integration - это компания, производящая полупроводники, которая предлагает широкий спектр микросхем драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из семейства крошечных коммутаторов II. Ранее мы использовали эту ИС для построения схемы 12 В SMPS на печатной плате.

Output Power Table For 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Однако мы сделаем ИИП в открытом корпусе и для универсального входного рейтинга.В таком сегменте TNY268PN может обеспечить выходную мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

TNY268PN Pin Diagram for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Проектирование цепи SMPS 5 В 2 А

Лучший способ собрать 5V 2A SMPS Schematic - использовать экспертное программное обеспечение PI Power Integration. Загрузите программное обеспечение PI expert и используйте версию 8.6. Это отличное программное обеспечение для проектирования источников питания. Схема, показанная ниже, построена с использованием экспертного программного обеспечения PI Power Integration. Если вы новичок в этом программном обеспечении, вы можете обратиться к разделу проектирования этой схемы 12 В SMPS, чтобы понять, как использовать программное обеспечение.

5V 2A SMPS Power Supply Circuit Diagram

Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему SMPS 5v 2A и его работу.

Схема состоит из следующих участков -

  1. Защита от перенапряжения и отказа SMPS
  2. преобразование переменного тока в постоянное
  3. ПИ-фильтр
  4. Схема драйвера или схема переключения
  5. Защита от пониженного напряжения.
  6. Цепь зажима.
  7. Магниты и гальваническая развязка.
  8. Фильтр электромагнитных помех
  9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
  10. Секция фильтра
  11. Раздел обратной связи.

Защита от перенапряжения и отказа SMPS :

Эта секция состоит из двух компонентов, F1 и RV1. F1 - это плавкий предохранитель на 1 А, 250 В переменного тока, а RV1 - это 7-миллиметровый, 275 В MOV ( Металлооксидный варистор ). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.

Преобразование переменного тока в постоянное :

Этот участок управляется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды - 1N4006, но стандартный 1N4007 справится с этой задачей отлично. В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

ПИ-фильтр :

В разных штатах разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 , а фильтр PI разработан таким образом, чтобы уменьшить подавление синфазных электромагнитных помех .Этот раздел создается с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 - конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В. L1 - это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал электромагнитных помех для устранения обоих.

Схема драйвера или схема переключения :

Это сердце ИИП. Первичная обмотка трансформатора управляется схемой переключения TNY268PN. Частота переключения 120-132 кГц. Благодаря этой высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера.Схема переключения состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 - основной драйвер IC TNY268PN. C3 - это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашей микросхемы драйвера.

Защита от пониженного напряжения :

Защита от блокировки при пониженном напряжении обеспечивается резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет линейное напряжение. Значение R1 и R2 генерируется с помощью инструмента PI Expert .Два последовательно подключенных резистора - это мера безопасности и хороший способ избежать проблем с отказом резистора. Таким образом, вместо 2М в серии используются два резистора 1М.

Цепь зажимов :

D1 и D2 - цепь зажима. D1 - это TVS-диод , а D2 - - сверхбыстрый восстанавливающийся диод . Трансформатор действует через большую индуктивность на интегральную схему драйвера питания TNY268PN. Следовательно, во время выключения трансформатор создает скачков напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора .Эти высокочастотные всплески напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS. В соответствии с конструкцией целевое напряжение ограничения (VCLAMP) составляет 200 В. Поэтому выбран P6KE200A, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магниты и гальваническая развязка :

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

Фильтр электромагнитных помех :

Фильтрация электромагнитных помех осуществляется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость схемы, чтобы уменьшить высокие помехи EMI. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичный выпрямитель и цепь демпфера :

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного диода Шоттки D6. Демпферная цепь на D6 обеспечивает подавление переходных процессов напряжения во время операций переключения.Демпферная цепь состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра :

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Отдел обратной связи :

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После измерения линии U2 оптопара управляется и гальванически изолирует часть измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет внутри транзистор и светодиод. Управляя светодиодом, можно управлять транзистором. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, что обеспечивает гальваническую развязку цепи обратной связи.

Теперь, когда светодиод напрямую управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение через светодиод оптопары, можно управлять транзистором оптопары , а точнее схемой драйвера. Эта система управления используется TL431.Шунтирующий регулятор. По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через него контрольный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который соединен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен только при достаточном напряжении на делителе. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5В. Следовательно, когда выходное напряжение достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно управляет TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточное, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет свой вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время он попытается еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не нормализуется, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему эта топология называется flyback topology , так как выходное напряжение возвращается к драйверу для измерения связанных операций.Кроме того, цикл попыток называется режимом икоты в случае отказа.

D3 представляет собой диод с барьером Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. Диод Шоттки 3A 60V выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются PI Expert. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптопары от TL431.

R6 и R7 - это простой делитель напряжения, рассчитываемый по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7k, R7 стал примерно 9,09k.

Создание коммутирующего трансформатора для нашей цепи SMPS

Обычно для цепи SMPS требуется коммутирующий трансформатор, эти трансформаторы можно приобрести у производителей трансформаторов в соответствии с вашими проектными требованиями. Но проблема здесь в том, что если вы изучаете материал по созданию прототипа, вы не можете найти на полках точный трансформатор для своего дизайна.Итак, мы узнаем, как построить переключающий трансформатор на основе проектных требований, предоставленных нашим экспертным программным обеспечением PI.

Рассмотрим построенную схему построения трансформатора.

Generated Tansformer Construction Diagram for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Как показано на изображении выше, нам нужно выполнить 103 витка одного провода 32 AWG на первичной стороне и 5 витков двух проводов 25 AWG на вторичной стороне.

Mechanical Diagram for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

На изображении выше начальная точка обмотки и направление обмотки показаны в виде механической схемы.Для изготовления этого трансформатора необходимы:

  1. Сердечник EE19, NC-2H или эквивалентная спецификация и зазор для ALG 79 nH / T 2
  2. Шпулька с 5 штифтами на первичной и вторичной стороне.
  3. Барьерная лента толщиной 1 мил. Требуется лента шириной 9 мм.
  4. 32 AWG эмалированный медный провод с паяемым покрытием.
  5. 25AWG эмалированный медный провод с паяемым покрытием.
  6. Измеритель LCR.

Требуется ядро ​​EE19 с NC-2H с зазором ядра 79nH / T2; как правило, это доступно парами.Шпулька стандартная с 4-мя первичными и 5-ю вторичными штифтами. Однако здесь используется шпулька с 5 штырями с обеих сторон.

Для барьерной ленты используется стандартная клейкая лента с базовой толщиной более 1 мил (обычно 2 мил). Во время операций, связанных с нарезанием резьбы, ножницами отрезают ленту до идеальной ширины. Медные провода закупаются у старых трансформаторов, а также их можно купить в местных магазинах. Сердечник и шпулька, которые я использую, показаны ниже

.

Core and Bobbin for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 1: Добавьте припой на 1-й и 5-й штырьки на первичной стороне.Припаяйте провод 32 AWG к выводу 5, направление намотки - по часовой стрелке. Продолжайте движение до 103 оборотов, как показано ниже

.

Coiling Transformer for Primary Side Winding Transformer for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Это образует первичную обмотку нашего трансформатора, после того как 103 витка обмотки завершены, мой трансформатор выглядел так, как показано ниже.

Primary Side of Transformer for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 2: Наклейте изоленту в качестве изоляции, необходимо 3 витка изоленты. Это также помогает удерживать катушку на месте.

Tapping on Transformer for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 3: Включите вторичную обмотку с выводов 9 и 10. Вторичная сторона сделана с использованием двух жил из эмалированных медных проводов 25AWG. Припаяйте один медный провод к контакту 9, а другой - к контакту 10. Направление намотки снова по часовой стрелке. Продолжайте до 5 витков и припаяйте концы на штырях 5 и 6. Добавьте изоленту, применив изоленту так же, как и раньше.

Forming Secondary Winding on Transformer For 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

После того, как первичная и вторичная обмотки были выполнены и изолента была использована, мой трансформатор выглядел так, как показано ниже.

Construction of Transformer For 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 4: Теперь мы можем плотно закрепить две жилы изолентой.После завершения готовый трансформатор должен выглядеть так, как показано ниже.

Transformer for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 5: Также не забудьте обернуть клейкую ленту бок о бок. Это уменьшит вибрацию при передаче магнитного потока высокой плотности.

Transformer Construction For 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

После выполнения вышеуказанных шагов и тестирования трансформатора с помощью измерителя LCR, как показано ниже. Измеритель показывает индуктивность 1,125 мГн или 1125 мкГн.

Inductance Reading Of 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Создание цепи SMPS:

Когда трансформатор будет готов, мы можем приступить к сборке других компонентов на точечной плате.Детали, необходимые для схемы, можно найти в списке материалов ниже

.

После пайки компонентов моя плата выглядит примерно так.

5V 2A SMPS Power Supply Circuit on Perf Board

Тестирование цепи SMPS 5V 2A

Чтобы проверить схему, я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для управления входным напряжением сети переменного тока. Выходное напряжение при 85 и 230 В переменного тока показано на рисунке ниже:

.

Testing 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Как вы можете видеть в обоих случаях, выходное напряжение поддерживается на уровне 5 В.Но затем я подключил выход к моему прицелу и проверил рябь. Измерение пульсации показано ниже

.

Ripple Measurement of 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Пульсации на выходе довольно высокие, они показывают пульсации 150 мВ пик-пик на выходе. Это совершенно не подходит для схемы питания. Согласно анализу, высокая пульсация связана с факторами ниже -

.
  1. Неправильное проектирование печатной платы.
  2. Проблема с отскоком от земли.
  3. Неправильный радиатор печатной платы.
  4. Нет отключения на шумных линиях питания.
  5. Повышенные допуски на трансформаторе из-за ручного наматывания. Производители трансформаторов наносят лак окунанием на обмотки машин для лучшей устойчивости трансформаторов.

Если схема преобразована в надлежащую печатную плату, мы можем ожидать пульсации на выходе источника питания в пределах 50 мВ пик-пик даже с трансформатором с ручной обмоткой. Тем не менее, поскольку veroboard не является безопасным вариантом для создания импульсного источника питания в области переменного тока в постоянный, постоянно предлагается установить правильную печатную плату перед применением цепей высокого напряжения в практических сценариях.Вы можете проверить видео в конце этой страницы, чтобы проверить, как схема работает в условиях нагрузки.

Надеюсь, вы поняли руководство и научились создавать свои собственные схемы SMPS с трансформатором ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или воспользуйтесь нашим форумом, чтобы задать дополнительные вопросы.

.Схема источника питания

- схема

Схема блока питания микроконтроллера (A4) TDA

Опубликовано: 24.04.2014 21:04:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Блок питания TDA MCU (A4) принципиальная схема


Схема блока питания микроконтроллера TDA (A4) показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (7802)

SONY G3F-K схема питания

Опубликовано: 23.04.2014 20:18:00 Автор: lynne | Ключевое слово: схема питания SONY G3F-K, SONY G3F-K

Схема силовой цепи
SONY G3F-K показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (3441)

Схема блоков питания

Опубликовано: 17.04.2014 21:32:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Схема блока питания

Схема цепи питания
показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (4284)

Содействовать силовой нагрузке доступа сильноточной схемы схемы ворот NAND

Опубликовано: 09.04.2014 21:19:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Содействовать силовой нагрузке доступа сильноточной схемы схемы

затвора NAND


Продвигайте силовую нагрузку доступа к сильноточной схеме схемы затвора NAND, как показано: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (1716)

Схема порогового затвора диода стабилизатора напряжения

Опубликовано: 07.04.2014 21:37:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Схема

порогового затвора диода регулятора напряжения


Принципиальная схема порогового затвора диода стабилизатора напряжения показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (1665)

Схема тиристорного регулирования переменного напряжения

Опубликовано: 01.04.2014 21:19:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Схема регулирования напряжения переменного тока тиристора


Для стабилизации яркости L лампы на схеме используется тиристорный автоматический регулятор напряжения переменного тока, обеспечивающий доступ тиристора Т5 по диагонали от моста обменов.Их запускающий импульс генерируется однопереходным транзистором VT4. Транзистор VT1. Фототранзисторы VT2 и VT3 играют роль эквивалентного сопротивления, когда лампа загорается из-за изменения напряжения питания, изменение сопротивления фототранзистора, фазы управляющего напряжения однопереходного транзистора также изменяется, так что тиристор фазы импульса запуска перемещается, увеличивает или уменьшает время тиристора, напряжение по приближению L остается неизменным. Яркость лампы проектора также примерно не изменилась.делает легкую устойчивость. Принципиальная схема тиристорного регулятора переменного тока представлена ​​на рис. (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2633)

Изготовлен из 5 ма PNP-транзистора с источником постоянного тока мостового типа, принципиальная схема источника питания

Опубликовано: 27.03.2014 21:26:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Изготовлен из 5 мА PNP-транзистора с источником постоянного тока, датчик давления мостового типа, принципиальная схема


Изготовлен из 5 ма PNP-транзистора с источником постоянного тока, датчик давления мостового типа, принципиальная схема показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2401)

Импульсная схема питания в одно касание

Опубликовано: 27.03.2014 21:24:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Схема импульсного источника питания в одно касание


Эту схему можно применять в широком диапазоне напряжений (4.5 В ~ 40 В, максимальный ток 19 А), R5 не является обязательным, когда входное напряжение менее 20 В может быть закорочено; больше входного напряжения при подключении 20 В, значения R5 R1 должны соответствовать парциальному давлению MOS GS напряжение V1 меньше, чем больше -20 В -5 В (V2 при проводимости), насколько возможно, напряжение V1 на GS между ~ -20V -10V, чтобы на выходе был большой ток V1. Перед нажатием кнопки напряжение GS V2 (т.е. напряжение C1) равно нулю, крайний срок V2, V1, напряжение GS равно 0, V1 не отключает выход; Когда вы нажимаете S1, зарядка C1, напряжение V2 GS повышается примерно до 3 В, когда направляющая V2 проходит и быстро насыщается, напряжение V1 GS меньше -4 В, насыщенная проводимость V1, Vout с выходом, светодиодный индикатор (и вы должны отпустить кнопку) C1 - R2, R3 продолжают заряжаться, состояние V1, V2 заблокировано; при повторном нажатии Следующая кнопка, поскольку V2 находится в состоянии насыщенной проводимости, напряжение стока составляет примерно 0 В, C1 разряжается через R3, при установке примерно на 3 В, крайний срок V2, напряжение затвор-исток V1 больше -4 В, V1 отключен, Vout нет выхода, светодиодная лампа выключена (кнопка разблокировки), C1 - R2, R3, и продолжает разряжаться вне цепи, V1, V2 для поддержания состояния выключения.Примечание: S1 заставляет Vout быть разомкнутым или замкнутым после того, как кнопка будет отпущена, или сформирует коммутационные колебания. Схема импульсного источника питания одним касанием, показанная на рис. (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (3520)

Одинарный выключатель питания плюс или минус, схема питания

Опубликовано: 27.03.2014 21:23:00 Автор: lynne | Ключевое слово: одиночный выключатель питания плюс или минус схема силовой цепи, CD4069


General Electric звук работы, необходимость обеспечить положительную и отрицательную мощность.Но в автомобилях, лодках, поездах и других транспортных средствах можно использовать только батарею, здесь цепь питания, мы хотим помочь. Питание от схемы генератора, инвертора, выпрямителя и толкателя и таких компонентов, как фильтры, схема работает, как показано Осциллятор Это типичный вентиль CMOS от (CD4069), составляющий генератор. Точность удара от 10-2 до 10-3, процесс разряда выглядит следующим образом: пусть цепь в момент времени B имеет высокий уровень, затем точка AB заряжает конденсатор через резистор R8.В начале зарядки напряжение на конденсаторе не связано с мутацией, что приводит к мутации точки C в высокий потенциал, с зарядом проводимости потенциал точки C постепенно уменьшается. Когда потенциал преобразования точки C ниже, чем напряжение затвора CMOS NAND, затвор 41F И-НЕ переворачивается, точка A становится высокой, точка B становится низкой. Поскольку напряжение на конденсаторе не изменяется, происходит мутация точки C на низкий потенциал. А точка к конденсатору через резистор R8 обратного заряда С6.При переносе заряда потенциал точки C постепенно увеличивается, когда потенциал точки C выше, чем напряжение преобразования затвора CMOS NAND, переворот затвора NAND 41F, точка A понижается, точка B - зарядка конденсатора через резистор R8 C6 .. .... повторяя описанную выше процедуру, формируется колебание выходного импульсного напряжения в точке B. Эта частота колебаний равна f = 1 / 2ΠR8C6 = 1/2 * 3,14 * 4,7 * 103 * 680 * 10-12 = 49,8 КГц, скважность 2. Фигурный резистор R7 (47K) Среднее значение R7 = (5 ~ 10) R8, его роль двоякая: 1) для уменьшения влияния колебаний источника питания на частоту колебаний.2) снизить динамическую работу силовых цепей. Инверторы Разделены на две группы по четыре инвертора, соответственно, противофазные выходные импульсные напряжения, которые попарно параллельны для увеличения выходного тока (максимальный выходной ток SLR 1,5 мА, шунт может выводить 3 мА). Преимуществами КМОП-инверторов являются: помехоустойчивость, широкий диапазон напряжения питания (3 ~ 20 В), применимо только к этой схеме, мощность схемы составляет 18 В. Толкатель Посмотрите на два транзистора N1 и P1, которые работают, N1 состоит из схемы усилителя с общим коллектором для усиления сигнала входного импульсного напряжения положительной полупериода; P1 также состоит из схемы усилителя с общим коллектором для усиления отрицательного полупериода входного импульсного сигнала напряжения, они синтезируют выходную фазу с фазой входного сигнала в точке E, но с противоположным усилением тока (до двух или трех раз) импульсного сигнала напряжения .Два транзистора N2 и P2 с принципом работы аналогичны, но фаза импульсного сигнала и выход сигнала напряжения из точки E в точку F на противоположном выходе, выпрямительная схема для следующих положительных и отрицательных напряжений, соответственно, вся сточные воды. В этой схеме два транзистора выбора D647, D667, его аргумент: 0.9w, +1 A / -1A. Выпрямитель и фильтр Эта часть схемы очень классическая, хотя схема выпрямителя удваивает напряжение, но потери по другим причинам в этой схеме при нагрузке +12 В / -12 В, номинальной нагрузке +9 В / -9 В.Эта схема блока питания обеспечивает мощность менее 11 Вт. Кроме того, при практическом применении схемы, колебательный сигнал наличия 50 кГц, обратите внимание на частотное экранирование, например, печатную плату с этой частью схемы, заключенной в фольгу. Кроме того, коэффициент пульсаций источника питания зависит от желаемых пульсаций однополярного питания. Поскольку ввод в эксплуатацию проектной мощности недоступен, пока деталь в хорошем состоянии, подключение правильное, она может работать должным образом.Одиночный преобразователь мощности, показанный на рисунке, схема положительного и отрицательного источника питания (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (3227)

Схема источника питания с двумя полярностями

Опубликовано: 27.03.2014 21:21:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Принципиальная схема источника питания с двойной полярностью,


Схема источника питания с двумя полярностями, как показано: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2975)

Схема нескольких часто используемых резервных источников питания

Опубликовано: 27.03.2014 21:20:00 Автор: lynne | Ключевое слово: несколько часто используемых схем резервного источника питания, MC34164, LM2931T, ICL7673, MAX610, LM2935


Вот несколько специализированных цепей бесперебойного питания, особенно для маломощных или аккумуляторных мест.Может использоваться в качестве резервного источника питания другой низковольтной памяти силовой цепи, микропроцессоров, схем CMOS, таймера и схемы часов календаря. Самостоятельный резервный регулятор LM2935 - стабилизатор напряжения с низким падением напряжения, в дополнение к регулируемому выходу +5 В / 750 мА, внутреннее устройство также имеет низкоуровневый резервный стабилизатор, его нормальный выход составляет +5 В / 10 мА, на рисунке 1 показана типичная схема подключения LM2935 Рисунок. Функция резервного копирования, в основном стабилизатор в линии, когда он подвергается переходным ударам (например, когда линейный вход внезапно достигает 60 В, напряжение превышает максимальное переходное напряжение на входе), выход регулятора 750 мА автоматически отключается для защиты внутренней схемы и нагрузки, но по-прежнему работает нормальный резервный регулятор выход, пока уровень сброса и сверхнизкое входное напряжение не возникают одновременно, он может сделать резервную копию без потери данных нормального источника питания.Схема резервного регулятора сбоя питания Несмотря на то, что стабилизатор с низким падением напряжения LM2931T - это всего лишь стабилизатор батареи, использовать его в качестве резервного источника питания очень удобно. Схема на рисунке 2, когда нормальный источник питания, входной выход напрямую через D3, D1 и R1, а также подзарядка резервной батареи Ec, LM2931T находится на высоком уровне и на расстоянии 2 фута от выхода; Когда линия при сбое входного питания, LM2931T 2 фута будет низким, выходная мощность на нагрузку через D4 продолжит регулирование. Резервная схема может работать в широком диапазоне напряжений, регулятор мощности RP обеспечивает подходящую выходную схему для изолирующих диодов D1-D4, лучший выбор диода Шоттки с низким падением.ИС переключателя резервного повышения мощности Схема серии RH5RCXXX представляет собой трехконтактный стабилизатор IC CMOS-переключатель, низкое потребление тока всего 7,5 мкА. Пока входное напряжение превышает 0,9 В, может быть достигнут выход реле повышения, эффективность преобразования обычно превышает 80%. Схема на Рисунке 3 представляет собой использование резервного питания с ограничением ускорения RH5RCXX. Основная цепь питания E1, E2 в качестве вспомогательной мощности, когда основная выходная мощность сильная, крайний срок диода D2, цепь повышения RH5RCXX не работает; Когда основное питание понижается до D2, E2 переключает вспомогательное питание D1 на усиление выходной цепи резервного питания.На рисунке 4 представлена ​​схема энергосберегающего резервного питания. При более высоком напряжении батареи, детектор выходного напряжения 1 фут MC34164, блокировка, отсечка V, мощность Ec напрямую через выход L, D1; Падение напряжения питания Ec обнаруживается, когда IC1 эффективен, вывод на выходе низкий, конец всасывающего тока около 6 мА, это было R, так что проводимость V, позволяющая использовать схему повышающего переключателя, батарея Ec может продолжать использоваться. Бестрансформаторный резервный источник питания С преобразователем электроэнергии MAX MAX610 может представлять собой источник бесперебойного питания +5 В, в резервных батареях используются ультраконденсаторы.В нормальных условиях выпрямленный выход микросхемы на 2,8 фута через постоянный ток заряда резервной батареи R3 ​​выбирается как лучшая одна десятая или меньше емкости батареи. При отключении питания, проводимости D, поэтому Ec с помощью внутреннего последовательного регулятора выхода IC свободно, максимальный выходной ток до 150 мА, чтобы гарантировать, что нагрузка не работает при отключении питания. Примечательно, что лучший выбор диода Шоттки D, например D83004 и др., Понижающего конденсатора С2 должен иметь выдерживаемое напряжение 450В и более, при электричестве при 220В / 50Гц, R1 принимают 100 Ом; Когда напряжение в сети составляет 110 В / 60 Гц, R1 принимается 47 Ом.Резервное питание ASIC ICL7673 - это монолитная система резервного питания на основе CMOS ASIC, обеспечивающая выходное напряжение 2,5-15 В в диапазоне входного напряжения резервного питания, тогда нормальный вывод питания Vp, Vs принимает резервный источник питания, источник питания был нормальным нижним уровнем Pbar и блокировкой Sbar; при подаче напряжения, Pbar заблокирован и выход Sbar нижнего уровня; подача +5 В при выходном токе 38 мА, при питании 3 В, выходной ток 30 мА, предельная нагрузка Sbar и Pbar около 50 мА. Малый резервный источник питания 6 состоит из ICL7673, запасной аккумулятор с 3.Литиевая батарея 6V или батарея суперконденсаторов. При нормальном питании, аккумуляторная зарядка получить. Сбой питания +5 В, на выходе +3,6 В будет свободно вращаться диод D, предотвращающий обратный ток, резервное питание батареи потребляется в нормальном режиме; Для поддержки большой резервной нагрузки ICL7673 и выходного потока расширения трубы, показанного на Рисунке 7, через PNP, V1 при нормальных условиях ведет Tong, V2 во время включения резервного источника питания. Несколько часто используемых схем резервного питания, показанных на рисунке (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (3317)

Преобразование частоты напряжения состоит из принципиальной схемы MPX2100

Опубликовано: 25.03.2014 21:33:00 Автор: lynne | Ключевое слово: преобразование частоты напряжения в составе принципиальной схемы MPX2100, MPX2100


Мощность преобразования частоты напряжения Рисунок состоит из схемы преобразования частоты напряжения MPX2100.Схема состоит из усиления напряжения и преобразования частоты из двух частей, с помощью 4 ОУ и схемы усилителя с несколькими резисторами, которая имеет усиление в дифференциальном режиме и высокий коэффициент подавления синфазного сигнала, а также высокое входное сопротивление, вы можете настроить схему смещения . Схема дифференциального усилителя в основном выполняется A1, цепь обратной связи операционного усилителя A2 используется для предотвращения попадания отрицательной стороны датчика. При нулевом давлении разница между напряжением датчика между 2 и 4 футами равна нулю.Если 2 фута и 4 фута каждое синфазное напряжение 4 В (половина датчика напряжения питания), A1 является контактным напряжением также 4 В, так что напряжение через дорогу A3 и A4 к его выходному напряжению равно нулевому давлению. Смещение нулевого давления, вводимое выходом R4 и R12, R12 может быть установлено для регулировки напряжения смещения. Для R7 выберите 13 футов, чтобы увидеть прошлое сопротивление, обычно 1 кОм. Коэффициент усиления усилителя AV = R5 [1 + (R11 / R10)] / R6 = 125. Выбор коэффициента усиления 125 позволяет усилить размах выходного сигнала датчика на полную шкалу при размахе от 32 мВ до 4 В.Выходное напряжение на клеммах A3 составляет 0,5 ~ 4,5 В после преобразования U / F в выходную частоту 1 ~ 10 кГц. Подключен A3 8 футов и преобразователь AD654V / F. Его полная выходная частота определяется R3, R13 и C3 и может быть рассчитана по следующей формуле: Fout (Полная шкала) = Vin / [10 (R3 + R15) C3] (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (1666)

Блок питания с малыми потерями для солнечной световой схемы

Опубликовано: 20.03.2014 21:02:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Блок питания с малыми потерями для световой схемы на солнечных батареях, LM324, LM385


Цепь солнечной лампы представляет собой схему с малыми потерями, в которой используются четырехконтактные компактные люминесцентные лампы мощностью 7 Вт и герметичные необслуживаемые батареи на 12 В и 7 Ач.КПД инвертора более 85%, ток покоя менее 2 мА. Он имеет защитную функцию с функцией разряда аккумулятора и защиты от перезарядки с параллельным контроллером заряда. Низкий ток покоя, функция защиты от переразряда и защита от перезаряда, чтобы обеспечить очень долгий срок службы батареи. Функция предварительного нагрева предотвращает появление черных концов КЛЛ инвертора, что продлевает срок их службы. Эта схема может использоваться в качестве надежного и компактного переносного источника света в сельской местности, в городских условиях как системы аварийного освещения.Шунт цепи контроллер заряда содержит IC1 (низкий ток 2.5В опорного напряжения LM385) и IC2 (LM324 компаратор). С помощью резисторов R1 ~ R8 и транзистора Q1 IC2A предотвращается разряд аккумулятора. Принципиальная схема светильников с малыми потерями на солнечной энергии показана на рисунке: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2970)

Цепь питания А3 (А4)

Опубликовано: 19.03.2014 21:15:00 Автор: lynne | Ключевое слово: цепь питания A3 (A4), A3 (A4)

Схема источника питания
A3 (A4) показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2834)

SONY G3FK2 схема питания

Опубликовано: 19.03.2014 21:14:00 Автор: lynne | Ключевое слово: схема питания SONY G3FK2, G3FK2

Схема питания
SONY G3FK2 показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (1742)

Введите 1.Принципиальная схема выходной цепи от 5 В до 22,5 В

Опубликовано: 19.03.2014 21:12:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Введите принципиальную схему выходной цепи от 1,5 В до 22,5 В,


Как показано на рисунке, выходное напряжение 22,5 В постоянного тока на стороне цепи повышения напряжения, которую можно использовать вместо батареи постоянного тока 22,5 В, в которой используется мультиметр с рабочим током 1,5 В с питанием от батареи и 25 мА. Выходной ток составляет около 0,5 мА, высокий барьер для Мультиметр достаточно богатый.В цепи, состоящей из дополнительных мультивибраторов TR1 и TR2, частота его колебаний составляет примерно 2 кГц. T - это первичная линия повышающего трансформатора, нагружающая вторичный мультивибратор, с высоким выходным напряжением импульсной волны, которое напряжение после выпрямительного диода D1 и Конденсатор C2 становится волной постоянного высокого напряжения, а затем после резистора R3 и трубки регулятора напряжения ZD1 может выдавать стабильное высокое напряжение. (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (4018)

Схема блока питания инвертора

Опубликовано: 18.03.2014 21:19:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Схема блока питания инвертора,

Схема блока питания инвертора
показана ниже: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (3490)

Схема импульсного источника питания

Опубликовано: 18.03.2014 21:19:00 Автор: lynne | Ключевое слово: Принципиальная схема импульсного источника питания


Принципиальная схема импульсного источника питания, как показано: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2125)

Схема питания RC Buck

Опубликовано: 17.03.2014 21:38:00 Автор: lynne | Ключевое слово: цепь питания RC Buck,


Обычные методы преобразование мощности переменного тока в фильтр выпрямителя постоянного тока низкого напряжения перед использованием понижающего трансформатора, когда ограничения по размеру и стоимости, наиболее простым и практичным методом является использование конденсаторного понижающего источника питания.Во-первых, принципиальная схема Емкость простой базовой цепи понижающего источника питания на рис. C1 - понижающий конденсатор, D2 - для полуволнового выпрямительного диода, D1 - в отрицательном полупериоде сети, чтобы обеспечить цепь разряда C1, D3 - стабилитрон, R1 выключен после зарядки резистора утечки C1. Часто используется в практических приложениях схемы, показанной на рисунке 2. Когда необходимо обеспечить больший ток нагрузки, можно использовать схему мостового выпрямителя, как показано на рисунке 3.Нерегулируемое выпрямленное напряжение постоянного тока обычно выше 30 вольт и будет меняться с изменениями тока нагрузки, происходят большие колебания, это связано с тем, что во многом причина такой мощности из-за внутреннего сопротивления, она не подходит для приложений с сильноточными источниками питания. Обычные методы переменного тока преобразуют в фильтр выпрямителя постоянного тока низкого напряжения перед использованием понижающего трансформатора, при ограничениях по размеру и стоимости, наиболее простым и практичным методом является использование конденсаторного понижающего источника питания.Во-первых, принципиальная схема Емкость простой базовой схемы понижающего источника питания на Рисунке 1, C1 - понижающий конденсатор, D2 - для полуволнового выпрямительного диода, D1 - в отрицательном полупериоде сети для обеспечения цепи разряда C1, D3 - стабилитрон, R1 отключен от заряда C1 после резисторов сброса мощности. В практических приложениях часто используется схема, показанная на рисунке 2. Когда необходимо обеспечить больший ток нагрузки, можно использовать схему мостового выпрямителя. Нерегулируемое выпрямленное напряжение постоянного тока обычно выше 30 вольт и будет меняться с изменениями тока нагрузки, происходят большие колебания, это связано с тем, что во многом причина такой мощности из-за внутреннего сопротивления, она не подходит для приложений с сильноточными источниками питания.Во-вторых, выбор устройства 1, точное значение должно быть измерено током нагрузки, а затем выбрать конденсатор конденсатора емкости эталонного образца. Поскольку конденсатор C1 проходит через понижающий ток до тока Io, протекающий C1 фактически заряжает и разряжает ток Ic. Чем больше емкость C1, тем меньше емкостное реактивное сопротивление Xc, затем через C1 протекает заряд и ток разряда увеличивается. Когда ток нагрузки Io меньше тока заряда и разряда C1, избыточный ток будет протекать через регулятор, если регулятор меньше максимально допустимого тока Idmax Ic-Io, когда регулятор может легко привести к перегоранию.(2) Для обеспечения надежной работы C1 давление следует выбирать так, чтобы оно превышало напряжение питания более чем в два раза. 3 сливной резистор R1 должен быть выбран так, чтобы в течение необходимого времени разрядился заряд на С1. В-третьих, пример дизайна Известный C1 - 0,33 мкФ, вход переменного тока 220 В / 50 Гц, цепь поиска может обеспечивать максимальную нагрузку по току. С1 реактивное сопротивление Xc в цепи составляет: Xc = 1 / (2 πf C) = 1 / (2 * 3,14 * 50 * 0,33 * 10-6) = 9,65 К Через конденсатор C1 зарядный ток (Ic) составляет: Ic = U / Xc = 220/9.65 = 22 мА. Конденсатор C1 часто является соотношением между кровяным давлением и током нагрузки. Io емкость C может быть приблизительно выражено следующим образом: C = 14,5 I, где C - емкость единицы в мкФ, единица Io - A. Capacitor Buck - это неизолированный источник питания. питания, обратите особое внимание на применение изоляции, чтобы предотвратить поражение электрическим током. Схема блока питания RC Buck показана на рис .: (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (2908)

Схема инвертора регулятора большой мощности

Схема

Опубликовано: 17.03.2014 21:22:00 Автор: lynne | Ключевое слово: электрические схемы инвертора регулятора высокой мощности, TL494, 2SK906, 2SK564


Использование в составе инверторной схемы TL494 регулятора мощности 400Вт.Его возбуждаемая часть преобразования - это TL494, VT1, VT2, VD3, VD4 составляет схему управления током стока, управляя двумя из каждых двух переключателей MOS FET на 60 В / 30 А. Для увеличения выходной мощности каждого канала может быть от трех до четырех переключателей в параллельных приложениях, схема без изменений. Применение инвертора TL494 выглядит следующим образом: 1,2 фута составляли систему усиления ошибки выборки регулятора, положительный входной контакт входной выборки вторичной обмотки выпрямителя выходного напряжения 15 В постоянного тока, парциальное давление R1, R2, так что первая нога инвертора почти 4.Работа по отбору напряжения 7 ~ 5,6 В. Инверсия входного контакт 2 входных опорное напряжение 5V (от 14 футов выхода). Когда выходное напряжение уменьшается, выходное напряжение усилителя ошибки низкого напряжения на контакте становится низким, выходное напряжение схемы ШИМ увеличивается. Когда напряжение нормальное, 5,4 В, 2-контактное напряжение 5 В, 3-контактное напряжение 0,06 В. Тогда выходное переменное напряжение составляет 235 В (прямоугольное напряжение). 4-контактный внешний R6, R4, C2 устанавливает мертвое время. Нормальное напряжение 0,01 В. 5,6-контактный внешний CT, частота генератора треугольных сигналов RT установлена ​​на 100 Гц.Напряжение на 5 контактах нормальное 1,75 В, напряжение на 6 контактах 3,73 В. 7 футов для общей земли. 8, 11 футов внутри коллектора выходного транзистора, 12 футов для клеммы предварительного питания TL494, эти три контакта управляются переключателем S TL494 start / stop в качестве переключателя управления инвертором. Когда S1 выключен, TL494 без выходного импульса, поэтому переключатель VT4 ~ VT6 без тока. Когда S1 включен, на этом штативе напряжение аккумулятора равно положительному. На 9,10 футов внутри транзисторного эмиттера задающего каскада выводятся два разных положительных импульса.Нормальное напряжение 1,8 В. Первые 13, 14 футов 14 футов 5V опорное выходное напряжение, так что существует высокая 5V 13 футов, контрольные ворота, флип-флоп выход два приводных импульсы, для переключения схем двухтактных. Первый 15-контактное внешний 5V напряжение, представляет собой ошибку опорного напряжения усилителя инвертирующего вход на неинвертирующий вход терминал 16 футов высокой степени защиты составляют входной сигнал. В связи с этим, когда входной сигнал превышает 5 В на высоту 16 футов, выходное напряжение может быть уменьшено с помощью регулятора, включая или отключая импульсы возбуждения для достижения защиты.В его возбуждаемом выходе инвертора почти нет возможности возникновения избыточного давления, поэтому в схеме не используются первые 16 футов, заземленные через резистор R8. Инвертор мощностью 400 ВА с сердечниками трансформатора промышленной частоты из кремнистой стали 45 × 60 мм2. Первичная обмотка из провода диаметром 1,2мм, два и около 2х20 витков. Вторичный отбор проб с использованием проволочной обмотки 0,41 мм вокруг 36-виткового центрального отвода. Вторичная обмотка 230 В рассчитывается с использованием эмалированного провода 0,8 мм, намотанного на 400 витков.Переключатель VT4 ~ VT6 доступен на 60 В / 30 А вместо любого типа N-канальной МОП-трубки на полевых транзисторах. VD7 доступны обычные диоды серии 1N400X. Схема почти без отладки работает нормально. Когда напряжение на положительной клемме C9 равно 12 В, R1 может быть в пределах 3,6 ~ 4,7 кОм, или потенциометр 10 кОм регулируется так, чтобы номинальное выходное напряжение. Если это выходная мощность инвертора увеличивается почти на 600 Вт, первичный ток, чтобы избежать чрезмерного увеличения резистивных потерь, если батарея переключится на 24 В, VDS можно использовать для переключения сильноточной трубки MOS FET 100 В.Следует отметить, что выбор нескольких ламп скорее параллельный, чем выбор одного IDS более 50А переключателя, причина в том, что более высокая цена, два вождения слишком сложно. Предлагалось использование 100 В / 32 А 2SK564, 2SK906 или дополнительных трех параллельных приложений. Между тем, поперечное сечение сердечника трансформатора необходимо достичь 50 см2, рассчитанное исходя из числа витков обычного силового трансформатора и расчетного диаметра, или использования альтернативного отработанного трансформатора UPS-600. Таких, как холодильники с питанием от электровентиляторов, не забудьте подключить LC фильтр нижних частот.Схема инвертора регулятора мощности представлена ​​на рисунке: > (Просмотр)

Посмотреть полную принципиальную схему | Комментарии | Чтение (6103)

.

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о