Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения

И́мпульсный стабилиза́тор напряже́ния (ключево́й стабилизатор напряжения, используются также названия импульсный преобразователь, импульсный источник питания) — стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент (ключ) работает в импульсном режиме [1] , то есть регулирующий элемент периодически открывается и закрывается.

Энергия первичного источника питания передаётся через регулирующий элемент определёнными порциями, заданными контуром регулирования так, чтобы стабильным было среднее значение выходного напряжения. Сглаживание пульсаций выходного напряжения происходит благодаря наличию элемента (или сочетания элементов), способного накапливать электрическую энергию и отдавать её в нагрузку.

Импульсный стабилизатор напряжения по сравнению с линейным стабилизатором имеет меньшие потери энергии на нагрев регулирующего элемента, что повышает КПД стабилизатора и позволяет применять регулирующий элемент меньшей мощности, а радиатор меньших размеров и массы.

Содержание

Сравнение с линейным стабилизатором [ править | править код ]

  • высокий КПД, особенно при работе в большом диапазоне входных напряжений [2] ;
  • малые габариты и масса (высокая удельная мощность) [2] ;
  • принципиальная возможность гальванической развязки входных и выходных цепей, при работе от промышленной сети переменного тока не требуется использование имеющего большие габариты и вес трансформатора, рассчитанного на частоту 50/60 Гц [2] .
  • импульсные помехи во входных и выходных цепях [2]  — как дифференциальные (противофазные), так и помехи общего вида (синфазные помехи) [3][4] ;
  • более высокая нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения или тока нагрузки [2] ;
  • более длительные переходные процессы (большее время восстановления выходного напряжения после скачкообразного изменения входного напряжения или тока нагрузки) [2] ;
  • входное отрицательное дифференциальное сопротивление — входной ток увеличивается при уменьшении входного напряжения; если импеданс первичного источника напряжения (включая входные вспомогательные цепи самого импульсного преобразователя) выше отрицательного импеданса импульсного преобразователя, то возникают автоколебания с нарушением работоспособности и возможным повреждением стабилизатора [4][5][6] .

Функциональные схемы по типу цепи управления [ править | править код ]

Импульсный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования. Задающим параметром для контура регулирования служит опорное напряжение, которое сравнивается с выходным напряжением стабилизатора. В зависимости от сигнала рассогласования устройство управления изменяет соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключа.

В представленных ниже структурных схемах можно выделить три функциональных узла: ключ (1), накопитель энергии (2) (который иногда называют фильтром [7] ) и цепь управления. При этом ключ (1) и накопитель энергии (2) вместе образуют силовую часть [8] стабилизатора напряжения [⇨] , которая вместе с цепью управления образуют контур регулирования. По типу цепи управления различают три схемы.

С триггером Шмитта [ править | править код ]

Стабилизатор напряжения с триггером Шмитта называется также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием [9] . В нём выходное напряжение сравнивается с нижним и верхним порогами срабатывания триггера Шмитта (4 и 3) посредством компаратора (4), который обычно является входной частью триггера Шмитта. При замкнутом ключе (1) входное напряжение поступает на накопитель энергии (2), выходное напряжение нарастает, и после достижения верхнего порога срабатывания Umax триггер Шмитта переключается в состояние, размыкающее ключ (1). Накопленная энергия расходуется в нагрузке, при этом напряжение на выходе стабилизатора спадает, и после достижения нижнего порога срабатывания Umin триггер Шмитта переключается в состояние, замыкающее ключ. Далее описанный процесс периодически повторяется. В результате на выходе образуется пульсирующее напряжение, размах пульсаций которого зависит от разности порогов срабатывания триггера Шмитта.

Такой стабилизатор характеризуются сравнительно большой, принципиально неустранимой пульсацией напряжения на нагрузке и переменной частотой преобразования, зависящей как от входного напряжения, так и от тока нагрузки [10] .

С широтно-импульсной модуляцией [ править | править код ]

Как и в предыдущей схеме, в процессе работы накопитель энергии (2) или подключён к входному напряжению, или передаёт накопленную энергию в нагрузку. В результате на выходе имеется некоторое среднее значение напряжения, которое зависит от входного напряжения и скважности [11] импульсов управления ключом (1). Вычитатель-усилитель на операционном усилителе (4) сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением (6) и усиливает разность, которая поступает на модулятор (3). Если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор увеличивает отношение времени открытого состояния ключа к периоду тактового генератора (5). При изменении входного напряжения или тока нагрузки скважность импульсов управления ключом изменяется таким образом, чтобы обеспечить минимальную разность между выходным и опорным напряжением.

В таком стабилизаторе частота преобразования не зависит от входного напряжения и тока нагрузки и определяется частотой тактового генератора [10] .

С частотно-импульсной модуляцией [ править | править код ]

При этом способе управления импульс, открывающий ключ, имеет постоянную длительность, а частота следования импульсов зависит от сигнала рассогласования между опорным и выходным напряжениями. При увеличении тока нагрузки или снижении входного напряжения частота увеличивается. Управление ключом может осуществляться, например, с помощью моностабильного мультивибратора (одновибратора) с управляемой частотой запуска.

Основные схемы силовой части [ править | править код ]

По схеме силовой части импульсные стабилизаторы делят обычно на три основных типа: понижающие, повышающие и инвертирующие [8] . Такое разделение сложилось, в частности, в отечественной технической литературе [12] .

Некоторые авторы, рассматривая схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения во всём их многообразии, показывают, что число элементарных базовых схем преобразователя можно свести к двум [13]  — понижающего типа и повышающего типа. Также отмечается, что другие схемы импульсного преобразователя напряжения (в том числе инвертирующего преобразователя [14] ) могут быть получены каскадным соединением этих двух базовых схем [15] [ неавторитетный источник? ] [16] .

В нижеприведённых схемах в качестве ключа S могут использоваться полевой транзистор, биполярный транзистор или тиристор, цепь управления ключом для простоты не показана. Отношение времени замкнутого состояния ключа к сумме длительностей замкнутого и разомкнутого состояний называют коэффициентом заполнения (или рабочим циклом — англ.  duty cycle ) [2] .

Читайте так же:
Как клеить эпоксидной смолой пластик

Преобразователь с понижением напряжения [ править | править код ]

Названия в англоязычной литературе — buck converter (step-down converter). Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через диод D, при этом величина тока уменьшается. При достаточной индуктивности ток дросселя не успевает уменьшиться до нуля к началу следующего цикла (режим неразрывных токов) и имеет пульсирующий характер. Поэтому даже при отсутствии конденсатора C напряжение на нагрузке R будет иметь такой же характер с пульсациями, размах которых тем меньше, чем больше индуктивность дросселя. Однако, на практике увеличение индуктивности связано с увеличением габаритов, массы и стоимости дросселя и потерь мощности в нём, поэтому использование конденсатора для уменьшения пульсаций более эффективно. Сочетание элементов L и C в этой схеме часто называют фильтром [10] [17] .

Преобразователь с повышением напряжения [ править | править код ]

Названия в англоязычной литературе — boost converter (step-up converter). Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт линейно нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через диод D и конденсатор C (заряжая его). К началу следующего цикла практически линейно спадающий ток через конденсатор может уменьшиться до нуля, однако приложенное к нагрузке R напряжение конденсатора почти постоянно — амплитуда пульсаций тем меньше, чем больше ёмкость конденсатора. В отличие от предыдущей схемы, здесь дроссель не является элементом фильтра. Напряжение на нагрузке всегда больше напряжения источника [10] [18] .

Инвертирующий преобразователь [ править | править код ]

Название в англоязычной литературе — buck-boost converter (то есть «понижающе-повышающий преобразователь»). Основное отличие от предыдущей схемы состоит в том, что цепь D, R, C подключена параллельно дросселю, а не параллельно ключу. Принцип работы схемы похожий. Если ключ S замкнут, то диод D закрыт, и через дроссель L течёт линейно нарастающий ток от источника. Когда ключ размыкается, ток дросселя, который не может измениться мгновенно, начинает протекать через конденсатор C (заряжая его) и диод D. К началу следующего цикла практически линейно спадающий ток через конденсатор может уменьшиться до нуля, однако приложенное к нагрузке R напряжение конденсатора почти постоянно — амплитуда пульсаций тем меньше, чем больше ёмкость конденсатора (дроссель не является элементом фильтра). Напряжение на нагрузке может быть как больше, так и меньше напряжения источника [10] [19] .

Влияние диода на КПД [ править | править код ]

Прямое падение напряжения для обычных кремниевых диодов составляет около 0,7 В, для диодов Шоттки — около 0,4 В. Мощность, рассеиваемая в диоде при больших токах, существенно снижает КПД, особенно в стабилизаторах с низким выходным напряжением. Поэтому в таких стабилизаторах диод часто заменяют дополнительным полупроводниковым ключом с низким падением напряжения в открытом состоянии, например, силовым полевым транзистором.

Во всех трёх описанных схемах диод D может быть заменён на дополнительный ключ [20] , замыкаемый и размыкаемый в противофазе к основному ключу.

Гальваническая развязка [ править | править код ]

Если требуется гальваническая развязка входных и выходных цепей импульсного стабилизатора — например, по требованиям электробезопасности при использовании промышленной сети переменного тока в качестве первичного источника питания — можно применить разделительный трансформатор в рассмотренных выше основных схемах. Использование высокочастотного трансформатора в схеме преобразователя с понижением напряжения приводит к схеме однотактного или двухтактного прямоходового преобразователя (англ.  forward converter ). Замена дросселя в схеме инвертирующего преобразователя на дроссель с двумя или более обмотками приводит [21] к схеме обратноходового преобразователя (англ.  flyback converter ).

Некоторые особенности импульсных преобразователей с гальванической развязкой входа от выхода:

  • Благодаря высокой рабочей частоте преобразования (от 20 кГц до 1 МГц [2] ) габаритные размеры развязывающего трансформатора или многообмоточного дросселя значительно меньше, чем трансформатора для частоты 50 Гц.
  • В цепи управления применяется либо оптрон, либо отдельная обмотка в трансформаторе (или дросселе), либо специальный трансформатор.

Особенности использования [ править | править код ]

Фильтрация импульсных помех [ править | править код ]

Импульсный стабилизатор напряжения является источником высокочастотных помех в связи с тем, что содержит ключи, коммутирующие ток [22] . Поэтому в моменты коммутации возникают довольно значительные броски напряжения и тока, порождающие помехи как на входе, так и на выходе стабилизатора, причём помехи и противофазные, и синфазные [3] . Фильтры для подавления помех устанавливаются как на входе, так и на выходе стабилизатора.

Для снижения помех можно производить коммутацию ключа в моменты, когда через ключ нет тока при размыкании, или на ключе нулевое напряжение при замыкании. Этот приём используют в так называемых резонансных преобразователях, которые также имеют свои недостатки [23] [24] .

Входное сопротивление [ править | править код ]

Импульсный стабилизатор напряжения под нагрузкой имеет входное отрицательное дифференциальное сопротивление — при повышении входного напряжения входной ток уменьшается, и наоборот. Это следует учитывать для сохранения устойчивости работы импульсного стабилизатора напряжения от источника с повышенным внутренним сопротивлением [4] [6] .

Использование в сетях переменного тока [ править | править код ]

Рассмотренные выше импульсные стабилизаторы (преобразователи) напряжения преобразуют постоянный ток на входе в постоянный ток на выходе. Для питания устройств от электрической сети переменного тока на входе устанавливается выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Это предполагает наличие некоторого количества элементов, установленных до развязывающего трансформатора, а значит, гальванически связанных с входными цепями. Такие элементы обычно выделяются на платах либо штриховкой, либо чертой на слое сеткографической маркировки, или даже особой окраской, которая предупреждает человека о потенциальной опасности прикосновения к ним. Импульсные блоки питания в составе других приборов (телевизоров, компьютеров) закрываются защитными крышками, снабжёнными предупреждающими надписями. Если при ремонте импульсного блока питания необходимо включить его со снятой крышкой, рекомендуется включать его через развязывающий трансформатор или УЗО.

Читайте так же:
Домкрат подкатной гидравлический 5 тонн

Часто помехоподавляющие фильтры на входе импульсных блоков питания соединяются с корпусом прибора. Это делается в том случае, если предполагается подключение защитного заземления корпуса. Если защитным заземлением пренебрегли, то на корпусе прибора образуется потенциал относительно земли, равный половине сетевого напряжения. Конденсаторы фильтров, как правило, имеют небольшую ёмкость, поэтому прикосновение к корпусу такого прибора неопасно для человека, но одновременное прикосновение чувствительными частями тела к заземленным приборам и к незаземленному корпусу ощутимо (говорят, что прибор «кусается»). Кроме того потенциал на корпусе может быть опасен для самого прибора.

Устройство, схема и принцип работы импульсного блока питания 12В 5А

Импульсный блок питания 12В 5А

Импульсный блок питания — это инверторная система, в которой переменное напряжение преобразовывается в постоянное, а затем из него формируются импульсы повышенной частоты. Такой прибор стоит довольно дорого и купить его могут только обеспеченные люди. Все те, кто не относится к этой категории, стараются изготовить устройство своими руками. Для этого понадобятся необходимые материалы и схема импульсного блока питания 12 В 5А.

Общие сведения

Перед тем как сделать импульсный блок питания своими руками, необходимо подробно изучить его конструктивные особенности, принцип действия, достоинства и недостатки. С помощью этой информации можно ускорить процесс создания, а также сделать устройство более качественным и долговечным.

Составные части

Чаще всего самодельный импульсный блок питания изготавливается по стандартной схеме с использованием некоторых важных элементов. Он применяется для корректировки входного напряжения при питании светодиодных ламп или других осветительных приборов. Конструкция блока включает в себя несколько составляющих:

Сведения об ИБ питания 12В 5А

  1. Импульсный трансформатор. Он устанавливается между входной и выходной частью конструкции и служит для проведения процесса выделения импульса.
  2. РТС термистор. Эта деталь устройства изготавливается из разнообразных полупроводников и имеет положительный коэффициент температуры. Применяется в качестве защитного механизма ключа.
  3. Конденсатор. Этот элемент конструкции рассчитывается на разную нагрузку и выполняет роль фильтрующего элемента (снимает оставшиеся пики импульсов).
  4. Драйвера. С их помощью проводится гашение сопротивления, возникающего в цепи.
  5. Полевые транзисторы. Они выбираются исходя из максимального напряжения и сопротивления. При низких показателях этих двух параметров значительно увеличивается коэффициент полезного действия, и снижается степень нагрева в процессе работы.
  6. Типовой трансформатор. Он имеет стандартную конструкцию и применяется для понижения высокого напряжения.

Принцип работы

Импульсный источник питания отличается простотой своей работы. В ней без труда сможет разобраться не только специалист, но и новичок, имеющий элементарные знания в этой области. Из-за этого устройства считаются наиболее доступными и часто используются для достижения различных целей. Работают они следующим образом:

  1. Переменное входное напряжение преобразовывается в постоянное.
  2. Затем оно принимает вид прямоугольного импульса высокой частоты и подаётся на трансформатор.
  3. Там при помощи отрицательной обратной связи происходит процесс стабилизации напряжения.

Составные части импульсного блока

Обратная связь может быть создана одним из двух способов. Оба они позволяют качественно выполнить возложенные функции и избежать появления непредвиденных ситуаций. Способы организации обратной связи:

  1. Без создания развязки (применяется резисторный делитель напряжения).
  2. С гальванической развязкой (выход обмотки трансформатора или оптрон).

Аналогично происходит процесс выдерживания выходного напряжения.

Преимущества и недостатки

Созданный своими руками импульсный БП, как и любое другое устройство, имеет несколько достоинств. Благодаря им конструкция пользуется большой популярностью и часто применяется в той или иной сфере деятельности человека. К положительным сторонам источника питания относятся следующие факторы:

Преимущества импульсного блока

  1. Высокий коэффициент стабилизации. Благодаря этому показателю обеспечиваются условия питания, снижающие негативное воздействие на чувствительные электронные элементы устройства.
  2. Высокий КПД. Все современные модели оснащаются и настраиваются так, чтобы максимально снизить нежелательные потери, что автоматически приведёт к повышению коэффициента полезного действия. В некоторых случаях этот показатель может достигать 98%.
  3. Восприимчивость к резким перепадам напряжения в электросети. Это одно из главных достоинств конструкции, которое позволяет увеличить срок работы электронных элементов.
  4. Частота входящего тока практически не влияет на работу входных деталей конструкции.
  5. Возможность дистанционного управления. В некоторых новых моделях предусмотрена специальная функция, которая позволяет управлять прибором с небольшого расстояния.
  6. Малый вес и размеры. Эти параметры позволяют упростить процесс транспортировки блока питания и увеличить его популярность среди потребителей.
  7. Дешевизна. Импульсный источник питания стоит намного дешевле линейного.

Несмотря на большое количество преимуществ, у конструкции есть и несколько недостатков. Их обязательно нужно учитывать, так как они позволят избежать неисправностей и снизят риск некачественной работы устройства. Среди недостатков выделяются такие:

  1. Наличие трудностей при самостоятельной регулировке параметров прибора.
  2. Сильные импульсные помехи.
  3. Необходимость дополнения цепи компенсаторами коэффициента мощности.
  4. Сложность проведения ремонтных и профилактических работ.
  5. Низкая степень надёжности.

Изготовление своими руками

Для того чтобы устройство правильно работало и выполняло возложенные на него функции, необходимо соблюсти ряд правил. С их помощью можно добиться нужного результата и снизить вероятность возникновения ошибок.

Импульсный блок своими руками

Рекомендации профессионалов

Во время изготовления импульсного источника питания следует брать во внимание не только советы производителей деталей, но и рекомендации специалистов. Они помогут новичкам избежать большинства простых ошибок и выполнить работу за максимально короткий промежуток времени. Советы профессионалов:

  1. В большинстве случаев схема блока питания не требует наличия специальных фильтров и организации обратной связи.
  2. Из множества полевых транзисторов рекомендуется покупать детали типа IR. Они хорошо выдерживают повышенные температуры и не разрушаются под длительным воздействием тепла.
  3. Если в собранной своими руками конструкции транзисторы будут сильно нагреваться в процессе работы, то следует установить дополнительное охлаждающее устройство (вентилятор).
Читайте так же:
Делаем меч своими руками

Необходимые материалы и инструменты

Перед тем как приступить к изготовлению устройства, нужно подготовить все необходимые материалы и инструменты. Благодаря этому можно будет не отвлекаться во время работы, чтобы найти тот или иной предмет. В процессе создания прибора понадобятся:

Конденсатор 220 мкФ

  • любой РТС термистор;
  • конденсаторы ёмкостью не менее 220 мкФ;
  • диодная сборка;
  • полевые транзисторы с хорошим сопротивлением (IRF840, IRF740);
  • драйвера IR2153D, IR2153, IR2152;
  • трансформатор (можно использовать устройство, снятое со старых системных блоков компьютера);
  • диоды из семейства HER.

Помимо составляющих частей конструкции необходимо подготовить различные инструменты. С их помощью будет выполняться сборка устройства, поэтому они должны быть качественными и удобными для использования.

Необходимые инструменты:

  • плоскогубцы;
  • отвёртки разного размера;
  • пинцет;
  • паяльное оборудование;
  • расходные материалы для пайки.

Процесс сборки

После того как все подготовительные мероприятия были завершены, можно приступать к сборке устройства своими руками. Схема импульсных источников питания составляется заранее. Эту работу можно выполнять самостоятельно или с помощью специалиста.

Первый вариант значительно дешевле, но требует от мастера наличия знаний в области электроники и больших временных затрат.

Пошаговая инструкция:

Сборка импульсного блока

  1. Первым делом на входе устанавливается РТС термистор и надёжно фиксируется.
  2. Затем конструкция дополняется диодными мостами.
  3. На следующем этапе монтируются драйвера, используемые для управления работой затворов полевых транзисторов.
  4. Полевые транзисторы крепятся без укорачивания фланцев.
  5. После этого проводится крепление к радиатору. Эту работу нужно выполнять с применением изоляционных прокладок и специальных шайб.
  6. Трансформаторы монтируются с закороченными выводами.
  7. На выходе ставятся диоды.

Тестирование устройства

Для того чтобы проверить собранный импульсный источник энергии на работоспособность, необходимо выполнить несколько простых действий. Они помогут выявить различные проблемы и ошибки, допущенные в процессе сборки. Порядок действий:

  1. Выполняется первое кратковременное включение устройства в цепь.
  2. Если всё правильно сделано, то должна загореться лампочка, сигнализирующая о подаче питания к прибору.
  3. Затем следует оставить блок питания в рабочем состоянии на несколько минут.
  4. По истечении этого времени необходимо отключить устройство и проверить температуру всех его деталей. Нагрев одного или нескольких элементов будет свидетельствовать о допущенной ошибке в процессе сборки.
  5. При втором пуске определяется величина напряжения. Выполнить эту операцию можно при помощи специального тестера.
  6. Работающий блок питания оставляется примерно на 1 час.
  7. По прошествии указанного промежутка времени элементы проверяются на степень нагрева.
  8. Если ни один из элементов не стал горячим, то все они проверяются на наличие высокого тока после отключения питания.

Тестирование импульсного блока

Техника безопасности

Во время эксплуатации импульсного блока необходимо придерживаться простых правил безопасности. Они помогут избежать травм разной степени тяжести и снизить вероятность возникновения аварийной ситуации. Основные меры предосторожности:

  1. Ремонтные или профилактические работы следует выполнять только при отключении блока от электросети. Это поможет избежать удара током и всех проблем, связанных с ним.
  2. Силовые конденсаторы способны долго оставаться под напряжением даже после отключения блока. Из-за этого запрещается выполнять какие-либо действия с прибором сразу же после его выключения.
  3. Техника безопасности эксплуатации ИБЗапрещено хранить около работающей установки легковоспламеняющиеся предметы и горючие материалы. Из-за небольшой искры может произойти возгорание, которое повлечёт за собой множество проблем.
  4. Не рекомендуется проводить ремонт конструкции, если рядом с ней есть заземлённые устройства.
  5. Не следует хранить и использовать прибор во влажном помещении, так как это может привести в короткому замыканию.
  6. Мастер, работающий с импульсным источником энергии, должен стоять на специальном коврике из диэлектрического материала. Эта простая мера поможет значительно снизить риск поражения током.
  7. Запрещается ремонтировать устройство, стоя на полу из цемента или любого другого токопроводящего материала.
  8. Не рекомендуется оставлять без присмотра работающий самодельный блок.
  9. Эксплуатация импульсного блокаПри первом включении сделанного своими руками блока необходимо тщательно проверить все элементы конструкции на предмет безопасности.
  10. Важно избегать попадания воды или каких-либо других жидкостей на составные части устройства, работающие от электроэнергии.
  11. Профилактические и ремонтные мероприятия следует выполнять с использованием специальной защитной одежды (нарукавников, перчаток) и инструментов с изолированными ручками.
  12. Хранить самодельное устройство следует в недоступном для детей и домашних животных месте.
  13. При возникновении какой-либо аварии или непредвиденной ситуации необходимо сразу же обесточить оборудование. Только после этого можно искать причину поломки и устранять её.

Импульсный источник энергии — это полезное и нужное устройство, которое можно не только купить в готовом виде, но и изготовить своими руками. Второй вариант более популярный, так как он позволяет получить качественный прибор с минимальными финансовыми и временными затратами.

При соблюдении советов профессионалов и правил техники безопасности можно значительно снизить риск получения травмы и избежать аварийных ситуаций.

Как работает импульсный блок питания

Многих радиолюбителей интересует, как работает и на каких механизмах базируется импульсный блок питания. Подробно рассмотрим на примере блока от двд плейера BBK DV811X. Данный блок был выбран потому, что все компоненты схемы здесь стоят свободно, понятно и не залиты клеем. Это очень поможет новичкам разобраться с принципом их работы. Для сравнения типичный блок питания от ноутбука. Сложно сразу понять, что здесь и где.
Для четкого разъяснения всех моментов построим принципиальную схему. Максимально просто расскажем о каждом элементе, зачем он тут стоит и какую функцию выполняет.

Читайте так же:
Каким припоем паять микросхемы

Купить импульсные источники питания в этом китайском магазине.

Рассмотрим общие принципы работы блоков питания.
Для начала линейный.

1

В нем сетевое напряжение подается на трансформатор, понижающий его после чего стоит выпрямитель, фильтр и стабилизатор. Трансформаторы в таких блоках обладают большими габаритами и чаще всего находят свое применение в лабораторных источниках питания и аудио усилителях.

Теперь импульсные блоки питания. 220 вольт выпрямляется, после чего постоянное напряжение преобразуется в импульсы с большей частотой, которые подаются на высокочастотный трансформатор. С выходных обмоток снимается напряжение и выпрямляется. Далее подается через цепь обратной связи в формирователь импульсов для поддержания стабильного напряжение на выходе путем регулирования длительности или скважности импульсов. Выпрямленное фильтруется для получения стабильного значения.
Объяснение схемы
Клеммы — питание от сети 220 вольт и сетевое кнопка, и видим предохранитель. При превышении тока, проходящего через предохранитель, его номинального порога, он сгорает, размыкая блок питания с сетью. Дальше мы видим сетевой фильтр.

2

3

Он состоит из двух конденсаторов и дросселя подавления электромагнитных помех.
Посмотрим на типовую схему этого фильтра. Таким фильтром оснащено большинство современных устройств. Он состоит из 2 X-конденсаторов и дросселя подавления электромагнитных помех. Это конденсаторы, которые были специально разработаны для применения сетевых фильтров. Они выдерживают всплески напряжения до нескольких киловольт и сделаны из негорючих материалов. Для противофазных помех, которые возникают между фазой и нейтралью, является кратчайшим путем следования, а значит они не дают помехам сети попасть в блок питания и, соответственно, шумам блока питания в сеть.
Что касается дросселей подавления электромагнитных помех, существует множество видов, но в целом, это катушки, намотанные на ферритовый сердечник. Помехи наводят ток разных знаков, компенсируя друг друга. Стоит добавить еще про синфазные помехи — между фазой и корпусом или между нейтралью и корпусом. Для компенсации таких помех часто применяют так называемые Y-конденсаторы. В случае перегорания они точно будут разомкнуты. Они также выдерживают всплески напряжения. Пару таких конденсаторов подключают между проводами сети и корпусом. А корпус в свою очередь подключается к заземлению.

Если в вашей розетке не будет заземления, то корпус устройства будет кусаться около 110 Вольт с очень маленьким током. В данном блоке питания предусмотрены посадочные места под эти конденсаторы.

Но производитель вывел сетевой провод без заземления. Поэтому нет никакого смысла в данных конденсаторах в данном случае. После сетевого фильтра стоит диодный мост, выполненный на 4 диодах 1n 4007. Выпрямленное напряжение подается на конденсатор. Он сглаживает его форму. Конденсатор в данном случае на 22 микрофарада, 400 вольт. Напряжение на конденсаторе должно быть около 290-300 вольт. Теперь нам надо преобразовать его в высокочастотную последовательность импульсов. Для начала посмотрим, что это за микросхема. Маркировка dh321. Рассмотрим, как В целом устроены подобные преобразователи.

Обзор импульсных блоков питания и электронных трансформаторов. Часть 1

В продолжение темы Электронные трансформаторы на сайте ПАЯЛЬНИК начинается серия статей, в которых будут тестироваться как Электронные Трансформаторы, так и Импульсные Блоки Питания, купленные администрацией сайта на площадке AliExpress специально для этих целей.

Под «Электронными Трансформаторами» подразумеваются устройства с переменным напряжением на входе и переменным напряжением на выходе, а под «Импульсными Блоками Питания» — с переменным напряжением на входе и постоянным стабилизированным напряжением (или током) на выходе.

Сначала все устройства кратковременно (10…30 минут) проверялись на максимальных заявленных токах, потом некоторым преобразователям нагрузка уменьшалась, так как они сильно нагревались, и затем проводились дальнейшие эксперименты.

Нагрузкой в основном были резисторы ПЭВ-15. ПЭВ-50, набранные до нужного сопротивления или галогенные лампы разной мощности. Ток контролировался по падению напряжения на резисторе 0,1 Ом. Графики снимались с помощью программы SpectraPLUS и звуковой карты с открытыми входами.

Первый импульсный блок питания — бескорпусный AC/DC 220/24, 3 Вт

Внешний вид показан на рисунке 1, а плата более подробно — на рисунке 2. Под трансформатором видна цифробуквенная маркировка «B02B» и «20180403». Возможно, что последнее – это дата изготовления печатной платы.

Принципиальная схема показана на рис.3 (ёмкость керамических конденсаторов неизвестна, но примерное их значение можно определить по другим подобным схемам). Микросхема преобразователь – OB2512NJP. Частота преобразования – около 35 кГц. Какие-либо элементы защиты и фильтрации в высоковольтной части отсутствуют – скорее всего, подразумевается установка модуля в плату, где они уже присутствуют.

Преобразователь был нагружен на нагрузку, обеспечивающую ток 0,12 А (2,88 Вт) и проработал с ней около 3-х часов. Трансформатор Tr1 нагрелся примерно до 40-45 градусов. При изменении напряжения питания в пределах от 180 В до 240 В выходное напряжение менялось в пределах +/- 35 мВ (рис.4). Уровень ВЧ пульсаций в выходном напряжении зависит от тока нагрузки и при 0,12 А превышает 250 мВ.

При нагрузке 3 Вт и напряжении питания 240 В в выходном напряжении появлялись пульсации 100 Гц – видимо, преобразователь начинал «уходить в защиту».

На наклейке написано 12 В и 5 A . Внешний вид показан на рисунке 5, вид на внутренности и обратная сторона печатной платы на рисунке 6. Плата имеет маркировку «NxPs60W-V02A».

Вид на детали более подробно на рисунках 7, 8 и 9.

При вынимании печатной платы из корпуса оказалось, что силовой транзистор KF5N60F приклеен к алюминиевой стенке корпуса на силиконовый герметик (тот, что с характерным уксусным запахом). Герметик нанесён неровно и таким толстым слоем (рис.10), что прижимная пластина не смогла обеспечить нормальный прижим транзистора к стенке корпуса.

Читайте так же:
Виды профнастила для кровли марки

Второй транзистор (CS5N60F, рис.11) «был посажен» на обычную белую термопасту и намного лучше прижат к алюминиевой стенке.

Схема этого блока питания показана на рисунке 12. Необычные маркировочные обозначения деталей (E, MOS, DO) оставлены «родные». Интересно включение полевого транзистора DO в качестве выпрямительного диода во вторичной цепи преобразователя.

При токе в нагрузке 5 А и при изменении сетевого напряжения от 180 В до 240 В выходное напряжение 12,3 В было очень стабильно, мультиметр ВР-11А изменений не видел, т.е. они не более нескольких милливольт (рис.13). На рисунке 14 показано, в каких пределах менялось выходное напряжение при изменении сопротивления подстроечного резистора VR – от 11,41 В до 13,14 В. Пульсации на выходе при токе в нагрузке 5 А не более 200 мВ, их частота следования около 63 кГц.

Глядя на транзисторы, видно, что такой способ их прижима неправилен из-за того, что алюминиевая стенка корпуса имеет толщину всего 1,2 мм и прогибается под головкой винта, что приводит к искривлению плоскости стенки. Решить эту проблему можно, подложив под головку винта большую толстую пластину (рис.15). Для дополнительного охлаждения транзисторов пластину можно заменить радиатором – «выпрямительный» транзистор CS5N60 при токе 5 А нагревается достаточно быстро (наклейку в этом случае следует убрать).

Далее — бескорпусный блок питания AC/DC 220/24, 1 A

Внешний вид – на рисунке 16. Маркировка печатной платы — «GMY-001F». Имеет заявленные выходные параметры 24 В и 1 А (24 Вт). Схема приведена на рисунке 17.

При изменении входного напряжения, мультиметр изменений в выходном +24,13 В не заметил (рис.18).

Уровень пульсаций не превышает 100 мВ при токе в нагрузке 0,7 А (рис.19) и менее 50 мВ при токе 1 А. И при этом пульсации носят низкочастотный характер – анализатор спектра определил их как колоколообразные полосы с центральными частотами 750 Гц при токе 0,7 А и 600 Гц при 1 А.

Ещё один блок питания — AC/DC 220/24, 1,5 A

Внешне похож на предыдущий, но имеет другую схемотехнику и, соответственно, маркировку печатной платы — «XPJ-030» (рис.20, 21, 22). На АЛИ выставлена фотография с маркировкой «GMY-030». Заявленные параметры — 24 В и 1,5 А (36 Вт). Схема приведена на рисунке 23. Даташит на микросхему ШИМ контроллера (с нанесёнными надписями «63J04a» и «909») найти не удалось, но по выводам и схемотехническому включения она очень похожа на FAN6862.

При токе в нагрузке 1,5 А и изменении питающего напряжения от 180 В до 240 В, в выходном напряжении +24,3 В мультиметр никаких изменений не видит (рис.24). ВЧ пульсации не более 20 милливольт. После двух часов работы преобразователь сильно нагрелся.

Два электронных трансформатора «YAM» AC/AC 220/12

Первый — модель «YMET80C» (рис.25) с выходным переменным напряжением 12 В и заявленной на этикетке мощность 80 Вт (ток 6,7 А). Маркировка печатной платы «JM-792A». Схема на рисунке 26.

Второй преобразователь — модель «YLET60C» (рис.27). Те же 12 В «переменки» на выходе, но указана меньшая мощность — 60 Вт (ток 5 А). В пластиковом корпусе отсутствуют какие-либо отверстия для вентиляции и при кажущейся внешней аккуратности, на печатной плате были обнаружены брызги припоя и повреждённая изоляция вторичной обмотки трансформатора. На фотографии со стороны дорожек видны капля, замыкающая коллектор Т2 с правым выводом R2 и «длинная сопля» между его же эмиттером и тем же правым выводом R2. Маркировка печатной платы «JM-797». Схема – на рисунке 28.

Оба преобразователя при первых включениях не заработали. У «YMET80C» был сколот край корпуса динистора (возможно, что это я «зацепил» его пинцетом, когда выпаивал соседние резисторы, но изгибов выводов не было – стоял ровно и на некотором расстоянии от платы), а в «YLET60C», скорее всего, были установлены транзисторы без защитных диодов и они оба «ушли в обрыв». После замены транзисторов и установки диодов (как на рис.26), «YLET60C» запустился и проработав около получаса с током в нагрузке 5 А сильно нагрелся. Далее ток был уменьшен до 4,5 А и был снят график стабильности выходного переменного напряжения и просмотрена его форма (рис.29). Видно, что никакой стабильности нет, так как нет никаких цепей стабилизации, и видно, что выходное напряжение состоит из 100-герцовых пачек, заполненных импульсами частотой около 70 кГц (сигнал в звуковую карту брался через случайный делитель и для сдвига спектра пропущен через смеситель, поэтому шкала вольт не соответствует действительности и, возможно, что и разница в амплитудах полуволн с этим связана).

После перестановки рабочего динистора в «YMET80C», тот тоже заработал. Частота преобразования около 55 кГц, выходное напряжение зависит от тока нагрузки и находится в пределах 11,5 В…12,5 В и имеет такой же вид, как и у «YLET60C». Этот преобразователь тоже сильно греется. Даже не верится, что в корпусах без охлаждения они долго проработают при указанных на них мощностях. Возможно, что в данных случаях указана или кратковременная мощность, или максимально возможная потребляемая от сети 220 В.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector