Импульсные блоки питания схемы: Страница не найдена — Электрознаток

Содержание

Что такое схемотехника блоков питания для светодиодных лент и прочего

Что такое схемотехника блоков питания для светодиодных лент и прочего

Схемотехника — научно-техническое направление, занимающееся проектированием, созданием и отладкой (синтезом и анализом) электронных схем и устройств различного назначения.

Светодиоды заменяют таким типы источников света, такие как люминесцентные лампы и лампы накаливания. Практически в каждом доме уже есть светодиодные лампы, они потребляют гораздо меньше двух своих предшественников (до 10 раз меньше чем лампы накаливания и от 2 до 5 раз меньше, чем КЛЛ или энергосберегающие люминесцентные лампы). В ситуациях, когда необходим длинный источник света, или нужно организовать подсветку сложной формы в ход идёт светодиодная лента.

Led лента идеальна для целого ряда ситуаций, главное её преимущество перед отдельными светодиодами и светодиодными матрицами являются источники питания. Их легче найти в продаже почти в любом магазине электротоваров, в отличие от драйверов для мощных светодиодов, к тому же подбор блока питания осуществляется только по потребляемой мощности, т.к. подавляющее большинство светодиодных лент имеют напряжение питания в 12 Вольт.

В то время как для мощных светодиодов и модулей при выборе источника питания нужно искать именно источник тока с требуемой мощностью и номинальным током, т.е. учитывать 2 параметра, что усложняет подбор.

В этой статье рассмотрены типовые схемы блоков питания и их узлы, а также советы по их ремонту для начинающих радиолюбителей и электриков.

Типы и требования к источникам питания для светодиодных лент и 12 В led ламп

Основное требование к источнику питания как для светодиодов, так и для светодиодных лент – качественная стабилизация напряжения/тока, вне зависимости от скачков сетевого напряжения, а также низкие выходные пульсации.

По типу исполнения блоки питания для LED продукции различают:

  • Герметичные. Они сложнее в ремонте, корпус не всегда поддаётся аккуратной разборке, а внутри и вовсе может быть залит герметиком или компаундом.
  • Негерметичные, для применения в помещении. Лучше поддаются ремонту, т.к. плата изымается после откручивания нескольких винтов.

По типу охлаждения:

  • Пассивное воздушное. Блок питания охлаждается за счёт естественной конвекции воздуха через перфорацию его корпуса. Недостаток – невозможность достигнуть высоких мощностей сохранив массогабаритные показатели;
  • Активное воздушное. Блок питания охлаждается с помощью кулера (небольшого вентилятора, как устанавливают на системных блоках ПК). Такой тип охлаждения позволяет достичь большей мощности при аналогичных размерах с пассивным блоком питания.

Схемы блоков питания для светодиодных лент

Стоит понимать, что нет в электронике такого понятия как «блок питания для светодиодной ленты», в принципе к любому устройству подойдёт любой блок питания с подходящим напряжением и током большим чем потребляемый прибором. Это значит, что информация описанная ниже применима к практически любым блокам питания.

Однако в обиходе проще говорить о блоке питания по его предназначению для конкретного устройства.

Общая структура импульсного блока питания

Для питания светодиодных лент и другой техники последние десятилетия применяются импульсные блоки питания (ИБП). Они отличаются от трансформаторных тем, что работают не на частоте питающего напряжения (50 Гц), а на высоких частотах (десятки и сотни килогерц).

Поэтому для его работы нужен генератор высокой частоты, в дешевых и рассчитанных на малые токи (единицы ампер) блоках питания часто встречается автогенераторная схема, она применяется в:

  • электронных трансформаторах;
  • электронных балластах для люминесцентных ламп;
  • зарядных устройствах для мобильного телефона;
  • дешевых ИБП для светодиодных лент (10-20 вт) и других устройствах.

Схему подобного блока питания можно увидеть на рисунке (для увеличения нажмите на картинку):

Его структура следующая:

1. Голубым цветом выделен диодный мост, стоящий на входе блока питания он выпрямляет входное переменное напряжение, для питания следующих узлов постоянным напряжением величиной 220*1.41=310 В. В случае поломки – проверьте наличие и величину напряжения ДО моста и ПОСЛЕ него, если оно отсутствует – потребуется замена диодов или моста, если он собран в отельном корпусе.

На схеме не указан, но по линии 220 В может присутствовать предохранитель или низкоомный резистор, прежде чем приступать к ремонту проверьте его целостность.

2. Коричневым обведен фильтр пульсаций, его главным элементом является C4 – электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от того, насколько сэкономил производитель, обычно до 220 мкФ на 400 Вольт. L1 – фильтр пульсаций и электромагнитных помех, которые возникают при работе импульсного блока питания. В большинстве дешевых блоков питания он отсутствует.

Частая проблема фильтра – высыхание, взрыв или вздутие электролитического конденсатора, приводит к некачественной работе всего импульсного блока питания в целом или его полной неработоспособности. Заменить его можно таким же и большей ёмкости, но подходящим по размеру.

3. Зеленым цветом выделена силовая часть VT1 силовой транзистор, в данном случае полевой, но может быть и биполярный. T1 – импульсный трансформатор с тремя обмотками: первичной, вторичной и базовой.

Третья обмотка необходима для генерации высокочастотных колебаний – если интересен принцип работы автогенераторного блока питания лучше прочитать книги Моина, Зиновьева и другие учебники по источникам питания импульсного типа.

Импульсные трансформаторы гораздо меньше по габаритам, чем сетевые, опять же из-за работы на высоких частотах и выполнены не из железа, а из феррита. Чаще всего выходит из строя силовой ключ.

Прозвоните транзистор мультиметром в режиме проверки диодов, и вы сразу обнаружите его пробой или обрыв. Остальные элементы – это обвязка этого узла, по отдельности редко выходит из строя, в основном вслед за силовым транзистором. Однако всегда стоит убедиться в соответствии номинальным значениям резисторов и конденсаторов.

Диоды в обвязке трансформатора VD7 и VD5 выполняют роль снаббера защищая цепи от всплесков противо-ЭДС, в моменты переключения транзистора. Являются тоже довольно нагруженным и ответственным узлом.

4. Красным цветом выделена цепочка обратной связи по напряжению на базе регулируемого стабилитрона TL431 и их аналогов (любые буквы в обозначении с цифрами «431»). 

 В состав ОС включена оптопара U1, с её помощью в силовую часть автогенератора поступает сигнал с выхода и поддерживается стабильное выходное напряжение. В выходной части может отсутствовать напряжение из-за обрыва диода VD8, часто это сборка Шоттки, подлежит замене. Также часто вызывает проблемы вздутый электролитический конденсатор C10.

Как вы видите всё работает с гораздо меньшим количеством элементов, надёжность соответствующая…

Более дорогие и блоки питания

Схемы, которые вы увидите ниже часто встречаются в блоках питания для светодиодных лент, DVD-проигрывателей, магнитол и других маломощных устройств (десятки Ватт).

Прежде чем перейти к рассмотрению популярных схем, ознакомьтесь со структурой импульсного блока питания с ШИМ-контроллером.

Верхняя часть схемы отвечает за фильтрацию, выпрямление и сглаживание пульсаций сетевого напряжения 220, по сути аналогична как в предыдущем типе, так и в последующих.

Самое интересное – это блок ШИМ, сердце любого достойного блока питания. ШИМ-контроллер – это устройство управляющие коэффициентом заполнения импульсов выходного сигнала на основании уставки, определенной пользователем или обратной связи по току или напряжению. ШИМ может управлять как мощностью нагрузки с помощью полевого (биполярного, IGBT) ключа, так и полупроводниковым управляемым ключом в составе преобразователя с трансформатором или дросселем.

Изменяя ширину импульсов при заданной частоте – вы изменяете и действующее значение напряжение, сохраняя при этом амплитудное, вы можете проинтегрировать его с помощью C- и LC-цепей для устранения пульсаций. Такой метод называется Широтно-Импульсное Моделирование, то есть моделирование сигнала за счёт ширины импульсов (скважности/коэффициента заполнения) при постоянной их частоте.

На английском языке это звучит, как PWM-controller, или Pulse-Width Modulation controller.

На рисунке изображен биполярный ШИМ. Прямоугольные сигналы – это сигналы управления на транзисторах с контроллера, пунктиром изображена форма напряжения в нагрузке этих ключей – действующее напряжение.

Более качественные блоки питания малой средней мощности часто построены на интегральных ШИМ-котроллерах со встроенным силовым ключом. Преимущества перед автогенераторной схемой:

  • Рабочая частота преобразователя не зависит ни от нагрузки, ни от напряжения питания;
  • Более качественная стабилизация выходных параметров;
  • Возможность более простой и надежной настройки рабочей частоты на этапе проектирования и модернизации блока.

Ниже будут расположены несколько типовых схем блоков питания (для увеличения нажмите на картинку):

Здесь RM6203 – и контроллер и ключ в одном корпусе.

В этой схеме используется внешний MOSFET ключ.

То же самое, но на другой микросхеме.

Обратная связь осуществляется с помощью резистора, иногда оптопары подключенной к входу с названием Sense (датчик) или Feedback (обратная связь). Ремонт таких блоков питания в общем аналогичен. Если все элементы исправны, и напряжение питания поступает на микросхему (ножка Vdd или Vcc), значит дело скорее всего в ней, более точно можно определить с помощью осциллографа просмотрев сигналы на выходе (ножка drain, gate).

Практически всегда заменить такой контроллер можно любым аналогом с подобной структурой, для этого нужно сверить datasheet на тот, что установлен на плате и тот, что у вас в наличии и впаять, соблюдая распиновку, как это изображено на следующих фотографиях.

Или вот схематически изображена замена подобных микросхем.

Мощные и дорогие блоки питания

Блоки питания для светодиодных лент, а также некоторые блоки питания для ноутбуков выполняются на ШИМ-контроллере UC3842.

Схема более сложная и надежная. Основным силовым компонентом является транзистор Q2 и трансформатор. При ремонте нужно проверить фильтрующие электролитические конденсаторы, силовой ключ, диоды Шоттки в выходных цепях и выходные LC-фильтры, напряжения питания микросхемы, в остальном методы диагностики аналогичны.

Однако более подробная и точная диагностика возможна лишь с использованием осциллографа, в противном случае – проверьте короткие замыкания платы, пайку элементов и обрывы дороже. Может помочь замена подозрительных узлов на заведомо рабочие.

Более совершенные модели источников питания для светодиодных лент выполнены на практически легендарной микросхеме TL494 (любые буквы с цифрами «494») или её аналоге KA7500. Кстати на этих же контроллерах построено большинство компьютерных блоков питания AT и ATX. 

Вот типовая схема блока питания на этом ШИМ-контроллере (нажмите на схему):

Такие блоки питания отличаются высокой надёжностью и стабильностью работы.

Краткий алгоритм проверки:

1. Запитываем микросхему согласно распиновки от внешнего источника питания 12-15 вольт (12 ножка – плюс, а на 7 ножку – минус).

2. На 14 ножки должно появиться напряжение 5 Вольт, которое будет оставаться стабильным при изменении питания, если оно «плавает» - микросхему под замену.

3. На 5 выводе должно быть пилообразное напряжение «увидеть» его можно только с помощью осциллографа. Если его нет или форма искажена – проверяем соответствие номинальным значениям времязадающей RC-цепи, которая подключена к 5 и 6 выводам, если нет – на схеме это R39 и C35, их под замену, если после этого ничего не изменилось – микросхема вышла из строя.

4. На выходах 8 и 11 должны быть прямоугольные импульсы, но их может не быть из-за конкретной схемы реализации обратной связи (выводы 1-2 и 15-16). Если выключить и подключить 220 В, на какое-то время они там появятся и блок снова уйдёт в защиту – это признак исправной микросхемы.

5. Проверить ШИМ можно закоротив 4 и 7 ножку, ширина импульсов увеличится, а закоротив 4 на 14 ножки – импульсы исчезнут. Если у вас получились другие результаты – проблема в МС.

Это наиболее краткая проверка данного ШИМ-контроллера, о ремонте блоков питания на их основе есть целая книга «Импульсные блоки питания для IBM PC».

Хоть и посвящена она компьютерным блоками питания, но там много полезной информации для любого радиолюбителя.

Вывод

Схемотехника блоков питания для светодиодных лент аналогична любым блокам питания с подобными характеристиками, довольно хорошо поддаётся ремонту, модернизации и перестройки на необходимые напряжения, разумеется, в разумных пределах. 

Ранее ЭлектроВести писали, что депутаты «Слуги народа» зарегистрировали в Верховной Раде законопроект №2352 «Про батареи и аккумуляторы» для создания системы их утилизации.

По материалам: electrik.info.

Блок питания 1,5в, 3,3в, 5в, 12в, 24в, самому собрать из подручных деталей мощный блок. Схемы блоков питания. Сборка простого блока питания.

Как самому собрать простой блок питания и мощный источник напряжения.
Порой приходится подключать различные электронные приборы, в том числе самодельные, к источнику постоянного напряжения 12 вольт. Блок питания несложно собрать самостоятельно в течении половины выходного дня. Поэтому нет необходимости приобретать готовый блок, когда интереснее самостоятельно изготовить необходимую вещь для своей лаборатории.
Блок питания 12в

 

Каждый, кто захочет сможет изготовить 12 - ти вольтовый блок самостоятельно, без особых затруднений.
Кому-то необходим источник для питания усилителя, а кому запитать маленький телевизор или радиоприемник ...
Шаг 1: Какие детали необходимы для сборки блока питания ...
Для сборки блока, заранее подготовьте электронные компоненты, детали и принадлежности из которого будет собираться сам блок ....
-Монтажная плата.
-Четыре диода 1N4001, или подобные. Мост диодный.
-Стабилизатор напряжения LM7812.
-Маломощный понижающий трансформатор на 220 в, вторичная обмотка должна иметь 14В - 35В переменного напряжения, с током нагрузки от 100 мА до 1А, в зависимости от того какую мощность необходимо получить на выходе.
-Электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ - 4700мкФ.
-Конденсатор емкостью 1uF.
-Два конденсатора емкостью 100nF.
-Обрезки монтажного провода.
-Радиатор, при необходимости.
Если необходимо получить максимальную мощность от источника питания, для этого необходимо подготовить соответствующий трансформатор, диоды и радиатор для микросхемы.
Шаг 2: Инструменты ....
Для изготовления блока необходимы инструменты для монтажа:
-Паяльник или паяльная станция
-Кусачки
-Монтажный пинцет
-Кусачки для зачистки проводов
-Устройство для отсоса припоя.
-Отвертка.
И другие инструменты, которые могут оказаться полезными.
Шаг 3: Схема и другие ...

 

Для получения 5 вольтового стабилизированного питания, можно заменить стабилизатор LM7812 на LM7805.
Для увеличения нагрузочной способности более 0,5 ампер, понадобится радиатор для микросхемы, в противном случае он выйдет из строя от перегрева.
Однако, если необходимо получить несколько сотен миллиампер (менее, чем 500 мА) от источника, то можно обойтись без радиатора, нагрев будет незначительным.
Кроме того, в схему добавлен светодиод, чтобы визуально убедиться, что блок питания работает, но можно обойтись и без него.

 

Блок питания 12в 30а

Схема блока питания 12в 30А.
При применении одного стабилизатора 7812 в качестве регулятора напряжения и нескольких мощных транзисторов, данный блок питания способен обеспечить выходной ток нагрузки до 30 ампер.
Пожалуй, самой дорогой деталью этой схемы является силовой понижающий трансформатор. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть на несколько вольт больше, чем стабилизированное напряжение 12в, чтобы обеспечить работу микросхемы. Необходимо иметь в виду, что не стоит стремиться к большей разнице между входным и выходным значением напряжения, так как при таком токе теплоотводящий радиатор выходных транзисторов значительно увеличивается в размерах.
В трансформаторной схеме применяемые диоды должны быть рассчитаны на большой максимальный прямой ток, примерно 100А. Через микросхему 7812 протекающий максимальный ток в схеме не составит больше 1А.
Шесть составных транзисторов Дарлингтона типа TIP2955 включенных параллельно, обеспечивают нагрузочный ток 30А (каждый транзистор рассчитан на ток 5А), такой большой ток требует и соответствующего размера радиатора, каждый транзистор пропускает через себя одну шестую часть тока нагрузки.
Для охлаждения радиатора можно применить небольшой вентилятор.
Проверка блока питания
При первом включении не рекомендуется подключать нагрузку. Проверяем работоспособность схемы: подсоединяем вольтметр к выходным клеммам и измеряем величину напряжения, оно должно составлять 12 вольт, или значение очень близко к нему. Далее подключаем нагрузочный резистор 100 Ом, мощностью рассеивания 3 Вт, или подобную нагрузку - типа лампы накаливания от автомобиля. При этом показание вольтметра не должно изменяться. Если на выходе отсутствует напряжение 12 вольт, отключите питание и проверьте правильность монтажа и исправность элементов.
Перед монтажом проверьте исправность силовых транзисторов, так как при пробитом транзисторе напряжение с выпрямителя прямиком попадает на выход схемы. Чтобы избежать этого, проверьте на короткое замыкание силовые транзисторы, для этого измерьте мультиметром по раздельности сопротивление между коллектором и эмиттером транзисторов. Эту проверку необходимо провести до монтажа их в схему.

Блок питания 3 - 24в

Схема блока питания выдает регулируемое напряжение в диапазоне от 3 до 25 вольт,  при токе максимальной нагрузки до 2А, если уменьшить токоограничительный резистор 0,3 ом, ток может быть увеличен до 3 ампер и более.
Транзисторы 2N3055 и 2N3053 устанавливаются на соответствующие радиаторы, мощность ограничительного резистора должно быть не менее 3 Вт. Регулировка напряжения контролируется ОУ LM1558 или 1458. При использовании ОУ 1458 необходимо заменить элементы стабилизатора, подающие напряжение с вывода 8 на 3 ОУ с делителя на резисторах номиналом 5.1 K.
Максимальное постоянное напряжение для питания ОУ 1458 и 1558 36 В и 44 В соответственно. Силовой трансформатор должен выдавать напряжение, как минимум на 4 вольт больше, чем стабилизированное выходное напряжение. Силовой трансформатор в схеме имеет на выходе напряжение 25.2 вольт переменного тока с отводом посредине. При переключении обмоток выходное напряжение уменьшается до 15 вольт.

Схема блока питания на 1,5 в

Схема блока питания для получения напряжения 1,5 вольта, используется понижающий трансформатор, мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром и микросхема LM317.

Схема регулируемого блока питания от 1,5 до 12,5 в

Схема блока питания с регулировкой выходного напряжения для получения напряжения от 1,5 вольта до 12,5 вольт, в качестве регулирующего элемента применяется микросхема LM317. Ее необходимо установить на радиатор, на изолирующей прокладке для исключения замыкания на корпус.

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением напряжением 5 вольт или 12 вольт. В качестве активного элемента применяется микросхема LM 7805, LM7812 она устанавливается на радиатор для охлаждения нагрева корпуса. Выбор трансформатора приведен слева на табличке. По аналогии можно выполнить блок питания и на другие выходные напряжения.

Схема блока питания мощностью 20 Ватт с защитой

Схема предназначена для небольшого трансивера самодельного изготовления, автор DL6GL. При разработке блока ставилась задача иметь КПД не менее 50%, напряжение питания номинальное 13,8V, максимум 15V, на ток нагрузки 2,7а.
По какой схеме: импульсный источник питания или линейный?
Импульсные блоки питания получается малогабаритный и кпд хороший, но неизвестно как поведет себя в критической ситуации, броски выходного напряжения ...
Несмотря на недостатки выбрана схема линейного регулирования: достаточно объемный трансформатор, не высокий КПД, необходимо охлаждение и пр.
Применены детали от самодельного блока питания 1980-х годов: радиатор с двумя 2N3055. Не хватало еще только µA723/LM723-регулятор напряжения и несколько мелких деталей.
Регулятор напряжения напряжения собран на микросхеме µA723/LM723 в стандартная включении. Выходные транзисторы Т2, Т3 типа 2N3055 для охлаждения устанавливаются на радиаторы. При помощи потенциометра R1 устанавливается выходное напряжение в пределах 12-15V. При помощи переменного резистора R2 устанавливается максимальное падение напряжение на резисторе R7, которое составляет 0,7В (между контактами 2 и 3 микросхемы).
Для блока питания применяется тороидальный трансформатор (может быть любой по вашему усмотрению).
На микросхеме MC3423 собрана схема срабатывающая при превышении напряжения (выбросах) на выходе блока питания, регулировкой R3 выставляется порог срабатывания напряжения на ножке 2 с делителя R3/R8/R9 (2,6V опорное напряжение), с выхода 8 подается напряжение открывающее тиристор BT145, вызывающее короткое замыкание приводящее к срабатыванию предохранителя 6,3а.

Для подготовки блока питания к эксплуатации (предохранитель 6,3а пока не участвует) выставить выходное напряжение например, 12.0В. Нагрузите блок нагрузкой, для этого можно подключить галогенную лампу 12В/20W. R2 настройте, что бы падение напряжение было 0,7В (ток должен быть в пределах 3,8А 0,7=0,185Ωх3,8).
Настраиваем срабатывание защиты от перенапряжения, для этого плавно выставляем выходное напряжение 16В и регулируем R3 на срабатывание защиты. Далее выставляем выходное напряжение в норму и устанавливаем предохранитель (до этого ставили перемычку).
Описанный блок питания можно реконструировать для более мощных нагрузок, для этого установите более мощный трансформатор, дополнительно транзисторы, элементы обвязки, выпрямитель по своему усмотрению.

Самодельный блок питания на 3.3v

Если необходим мощный блок питания, на 3,3 вольта, то его можно изготовить, переделав старый блок питания от пк или используя выше приведенные схемы. К примеру, в схема блока питания на 1,5 в заменить резистор 47 ом большего номинала, или поставить для удобства потенциометр, отрегулировав на нужное напряжение.

Трансформаторный блок питания на КТ808

У многих радиолюбителей остались старые советские радиодетали, которые валяются без дела, но которые можно с успехом применить и они верой и правдой вам долго будут служить, одна из известных схем UA1ZH, которая гуляет по просторам интернета. Много копий и стрел сломано на форумах при обсуждении, что лучше полевой транзистор или обычный кремниевый или германиевый, какую температуру нагрева кристалла они выдержат и кто из них надежнее?
У каждой стороны свои доводы, ну а вы можете достать детали и смастерить еще один несложный и надежный блок питания. Схема очень простая, защищена от перегрузки по току и при параллельном включении трех КТ808 может выдать ток 20А, у автора использовался такой блок при 7 параллельных транзисторов и отдавал в нагрузку 50А, при этом емкость конденсатора фильтра была 120 000 мкф, напряжение вторичной обмотки 19в. Необходимо учитывать, что контакты реле должны коммутировать такой большой ток.

При условии правильного монтажа, просадка выходного напряжения не превышает 0.1 вольта

Блок питания на 1000в, 2000в, 3000в

Если нам необходимо иметь источник постоянного напряжения на высокое напряжение для питания лампы выходного каскада передатчика, что для этого применить? В интернете имеется много различных схем блоков питания на 600в, 1000в, 2000в, 3000в.
Первое: на высокое напряжение используют схемы с трансформаторов как на одну фазу, так и на три фазы (если имеется в доме источник трехфазного напряжения).
Второе: для уменьшения габаритов и веса используют бестрансформаторную схему питания, непосредственно сеть 220 вольт с умножением напряжения. Самый большой недостаток этой схемы - отсутствует гальваническая развязка между сетью и нагрузкой, как выход подключают данный источник напряжения соблюдая фазу и ноль.

В схеме имеется повышающий анодный трансформатор Т1 (на нужную мощность, к примеру 2500 ВА, 2400В, ток 0,8 А ) и понижающий накальный трансформатор Т2 - ТН-46, ТН-36 и др. Для исключения бросков по току при включении и защите диодов при заряде конденсаторов, применяется включение через гасящие резисторы R21 и R22.
Диоды в высоковольтной цепи зашунтированы резисторами с целью равномерного распределения Uобр. Расчет номинала по формуле R(Ом)=PIVх500. С1-С20 для устранения белого шума и уменьшения импульсных перенапряжений. В качестве диодов можно использовать и мосты типа KBU-810 соединив их по указанной схеме и, соответственно, взяв нужное количество не забывая про шунтирование.
R23-R26 для разряда конденсаторов после отключения сети. Для выравнивания напряжения на последовательно соединенных конденсаторах параллельно ставятся выравнивающие резисторы, которые рассчитываются из соотношения на каждые 1 вольт приходится 100 ом, но при высоком напряжении резисторы получаются достаточно большой мощности и здесь приходится лавировать, учитывая при этом, что напряжение холостого хода больше на 1,41.

Еще по теме

Трансформаторный блок питания 13,8 вольта 25 а для КВ трансивера своими руками.
Трансформаторный блок питания
Ремонт и доработка китайского блока питания для питания адаптера.
Доработка блока питания

Схемы блоков питания

Схемы. Самодельный блок питания на 1,5 вольта, 3 вольта, 5 вольт, 9 вольт, 12 вольт, 24 вольта. Стабилизатор 7812, 7805

Выбор блока питания - E-core

В статье пойдет речь о выборе сетевого блока питания (который подключается к сети переменного тока 230В или 400В).
Под блоком питания понимается как обособленное устройство (адаптер), так и часть устройства. В качестве трансформаторного блока питания понимается блок питания на базе низкочастотного трансформатора. Под импульсным понимается блок питания со схемой формирования высокочастотных импульсов и высокочастотным трансформатором (дросселем в случае с flayback).

Итак Вы проектируете устройство или же оно у Вас уже имеется и его нужно запитать от сети т.е. нужен БП. Какой БП выбрать: трансформаторный или импульсный ? Однозначного ответа тут не может быть, у каждого типа блоков питания есть свои преимущества, недостатки и особенности, о них мы и поговорим в этой статье.

Сравнение и выбор блока питания будем выполнять по следующим основным критериям:

— развязка с сетью;
— пульсации и помехи;
— стабильность выходного напряжения.

Развязка с сетью

Предполагается, что выбираемый блок питания обеспечивает гальваническую развязку с сетью. Какой же из двух видов блоков питания обеспечит максимальную развязку ?
На первый взгляд выбор очевиден — трансформаторный блок питания так как импульсный имеет в своем составе Y конденсатор (или даже несколько) между входом и выходом.

Теоретически трансформаторный блок питания действительно обеспечивает полную развязку с сетью, но на практике это не всегда так, особенно для тороидальных трансформаторов.

При изготовлении тороидальных трансформаторов вторичная обмотка наматывается поверх первичной и между ними образуется паразитный конденсатор. При этом к паразитному конденсатору приложено переменное напряжение сети.
К сожалению значение межобмоточной емкости трансформаторов производители никак не нормируют.и узнать его можно только фактическим измерением «на месте». Общая тенденция такая, что чем выше мощность (размер) трансформатора, тем выше межобмоточная емкость. Кроме размера трансформатора, на значение межобмоточной емкости влияет качество изоляции.

Для примера на фото ниже приведены результаты измерения межобмоточной емкости различных тороидальных трансформаторов. Емкость измерялась RLC метром Е7-22 при частоте 120 Гц.


У Ш образных трансформаторов, обычно, первичная и вторичные обмотки разделены на отдельные секции, поэтому значение межобмоточной емкости значительно меньше.

Вернемся к импульсным блокам питания. Типовое значение емкости Y конденсатора между входом и выходом 2,2 нФ. Часто можно встретить более высокое значение вплоть до 4,7 нФ, реже меньшее значение 1 нФ.
Таким образом блок питания на мощном тороидальном трансформаторе между входом и выходом может иметь емкость соизмеримую или даже большую, чем в качественном импульсном блоке питания. При этом наличие емкости в импульсном блоке питания известно, а вот о такой особенности тороидального трансформатора обычно нигде не указывается.

Чем же «вредна» эта самая емкость ?
Прежде всего паразитным потенциалом на выходе относительно земли. Этот потенциал может составлять десятки вольт, и при касании выхода блока питания (или запитанного им устройства) заземленным паяльником или просто рукой, приводить к выходу устройства из строя.

В импульсных источниках питания для снижения потенциала на выходе относительно земли и дополнительного снижения помех устанавливают конденсаторы между выходом и заземлением. Рекомендуемая суммарная емкость конденсаторов не более 20 нФ.

Поскольку указанные конденсаторы устанавливаются не во все импульсные блоки питания, а величина межобмоточной емкости для тороидальных трансформаторов не нормируется, то при их использовании рекомендуется проверять наличие паразитного потенциала на выходе. Для этого можно использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения и при включенном блоке питания один щуп взять в руку (или соединить с заземлением) второй соединить с выходом блока питания.

Другое негативное влияние межобмоточной емкости — проникновении сетевых помех. При этом импульсные блоки питания оказываются в более выигрышном положении т.к. у них в большинстве случаев устанавливается входной фильтр. Этот фильтр препятствует проникновению помех в сеть от импульсного блока питания и наоборот.

Итог. При выборе блока питания, если Вам требуется максимальная развязка с сетью, то лучше использовать трансформаторный блок питания с Ш сердечником и разделенными обмотками. При этом нужно учитывать, что Ш трансформатор имеет большее поле рассеяния и может наводить помеху 50 Гц. В некоторых особо чувствительных приборах устанавливаются последовательно два тороидальных трансформатора, чем обеспечивается высокая развязка и малая помеха 50 Гц.

Пульсации и помехи

Понятия пульсации и помехи достаточно близкие и могут иметь различное толкование. В данной статье под пульсациями понимаются колебания напряжения/тока вызванные естественными процессами. Под помехами понимаются колебания(выбросы) напряжения/тока вызванные различными «паразитными» явлениями. Например: колебания напряжения на выходе источника питания после выпрямителя и LC фильтра — пульсации. Всплески напряжения, вызываемые коммутацией ключей — помехи. Еще пример: колебания напряжения на выходе трансформаторного блока питания после выпрямителя и фильтра с частотой 100Гц — пульсации, наводимые полем рассеяния колебания напряжения в схеме — помехи. Грубо говоря помеха это неестественное (мешающее) колебание напряжения.
Может быть такая классификация не совсем научная и правильная, но она позволяет упростить изложение материала.

Для начала разберемся с пульсациями.
В случае с трансформаторным блоком питания пульсации выходного напряжения обычно выше, чем у импульсного (стабилизированного) блока питания. Это связанно с низкой частотой импульсов напряжения на выходе выпрямителя трансформаторного блока питания. Однако низкочастотные пульсации трансформаторного блока питания эффективно подавляются аналоговыми схемами (операционные усилители, линейные стабилизаторы и др.). Частота пульсаций импульсного блока питания составляет десятки и даже сотни килогерц. Степень подавления таких высокочастотных пульсаций по питанию аналоговых схем значительно меньше и они могут «проникать» на их выход. Например в схеме входного тракта АЦП на операционном усилителе пульсации по питанию могут накладываться на полезный сигнал. Для подавления высокочастотных пульсаций по цепям питания операционных усилителей часто используются RC фильтры: резистор сопротивлением 10-100 Ом и керамический конденсатор емкостью 0,1-10 мкФ. Если требуется уменьшить пульсации импульсного блока питания в силовой цепи, то используются дополнительные LC фильтры.

С помехами дело обстоит гораздо хуже.
Если величина пульсаций более менее поддается анализу на этапе проектирования, то оценить величину помех сложно.

В случае с трансформаторным блоком питания помехи создаются полем рассеяния трансформатора, у тороидальных трансформаторов оно меньше у Ш образных больше. Особенно «страдают» от этих помех аналоговые схемы, обрабатывающие низкоуровневые сигналы (прецизионные мультметры, усилители звуковой частоты, радио аппаратура). Для подавления помех от низкочастотного трансформатора используются экранирующие оболочки (кожухи) из стали или жести.

В импульсных блоках питания основные помехи создаются при переключении транзисторов и восстановлении диодов. Подавление этих помех очень обширная и достаточно скучная тема. Гораздо полезнее будет рассмотреть топологии (типы) импульсных блоков питания по формированию помех.

Обратно-ходовые (flyback) импульсные блоки питания с точки зрения помех самый неудачный выбор. Эти импульсные блоки питания среди прочих наиболее подвержены возникновению мощных импульсных помех. К проектированию и выбору таких блоков питания нужно подходить более тщательно, особенно если его мощность составляет десятки ватт .

Полумостовые (half-bridge) и мостовые (full-brige) импульсные блоки питания с точки зрения помех наиболее удачный выбор. Блоки питания данной топологии обычно имеют меньший уровень помех. Частным случаем полумостовых и мостовых импульсных блоков питания являются резонансные схемы в которых коммутация транзисторов осуществляется при нулевом напряжении или токе, из-за чего возникающие помехи минимальны.

Прочие топологии импульсных блоков питания занимают промежуточное место между обратно-ходовыми и полумостовыми (мостовыми) схемами.
Не стоит воспринимать эту классификацию буквально, величина помех сильно зависит от реализации и при неудачном исполнении резонансная схема может «фонить» сильнее качественно спроектированного и изготовленного flayback.

Итог. При выборе блока питания следует учитывать, что помех от импульсных блоков питания  больше чем от трансформаторных, но помехи импульсных блоков более высокой частоты (обычно это десятки мегагерц) и малой продолжительности. Если помеху от трансформаторного блока можно услышать в прямом смысле, то помехи от импульсных блоков питания можно увидеть разве, что осциллографом. Это не значит, что помехи импульсных блоков питания можно игнорировать, сильный их уровень способен нарушить работу цифровых схем и создать помехи в радиоэфире. Но нужно учитывать, что во многих случаях незначительный уровень помех качественно спроектированного импульсного блока питания не оказывает существенного влияния на работу устройства ( и соседних устройств).

Стабильность выходного напряжения

Выбор блока питания мы осуществляем для определенного устройства и у него есть диапазон входных напряжений при котором оно будет корректно работать.

Напряжение на выходе трансформаторного блока питания может изменяться в значительном диапазоне. Изменение напряжения вызывают как изменение напряжения питающей сети, так и изменение нагрузки. Особенно сильная зависимость выходного напряжения от нагрузки у маломощных трансформаторов.

Рассмотрим пример трансформаторного блока на трансформаторе ТП-121-4.
Исходные данные:
— номинальное выходное напряжение трансформатора на холостом ходу 16,4В;
— номинальное выходное напряжение трансформатора под нагрузкой 11,2В.
— отклонение напряжения сети +-10% (ГОСТ 29322-2014).

Максимальное напряжение на выходе блока питания будет на холостом ходу при максимальном напряжение сети. Считаем Uвых = 16,4*1,1*1,4 = 25,3В.
Минимальное напряжение на выходе блока питания будет при максимальной нагрузке и минимальном напряжении сети. Считаем Uвых = 11,2*0,9*1,4=14,1В. Фактически под нагрузкой напряжение будет еще ниже из-за падения напряжения на диодах и из-за того, что фактически амплитуда импульсов тока в обмотках будет выше номинальных значений (емкость выпрямителя заряжается короткими импульсами) и следовательно падение напряжения на обмотках будет выше расчетных.

Расчет показывает, что на выходе трансформаторного блока питания напряжение значительно изменяется в зависимости от нагрузки и сетевого напряжения, в рассмотренном примере почти в два раза. Если требуется получить более стабильное (фиксированное) напряжение, то необходимо использовать дополнительные стабилизаторы напряжения. При использовании линейных стабилизаторов из-за большого разброса входного напряжения возникают существенные тепловые потери. При использовании импульсных понижающих step-down преобразователей потери значительно ниже, но габариты и стоимость увеличиваются, кроме того добавляется необходимость дополнительной фильтрации ВЧ пульсаций для чувствительных аналоговых схем.

Напряжение на выходе импульсного блока питания стабилизировано (если это стабилизированный блок питания, а не «электронный трансформатор» на IR2153), при изменении нагрузки или напряжения сети выходное напряжение изменяется незначительно. Если у блока несколько выходов, то контур стабилизации замыкается по наиболее мощному и тогда остальные (дополнительные) каналы являются условно стабилизированными. Напряжение на дополнительных выходах изменяется в зависимости от нагрузки, но изменения эти не так значительны как у трансформаторного блока, обычно колебания напряжения не превышают +-0,5В и если эти колебания критичны, то может быть установлен дополнительный стабилизатор, причем номинальное напряжение может быть подобрано так, чтобы тепловые потери были незначительными.

Итог. Напряжение на выходе трансформаторного блока питания значительно изменяется в зависимости от напряжения сети и нагрузки, особенно у маломощных блоков. У импульсных блоков питания напряжение на выходе для основного канала (по которому замкнут контур стабилизации) стабилизировано, а изменение напряжения в дополнительных каналах незначительно. Это позволяет сократить общее число стабилизаторов в схеме, а в некоторых случаях и вовсе отказаться от них.

Заключение

При выборе блока питания рекомендуется руководствоваться следующими правилами.

Трансформаторные блоки питания выгодно использовать для питания маломощных устройств требующих хорошей гальванической развязки с сетью, минимальных пульсаций и помех. При использовании трансформаторных блоков питания следует учитывать значительное изменение выходного напряжения при изменении напряжения сети и нагрузки. Ш образный трансформатор обеспечивает большую гальваническую развязку с сетью в сравнении с тороидальным, но имеет большее поле рассеяния и в чувствительных схемах может потребовать экранирования.

Импульсные блоки питания следует выбирать тщательно, отдавая предпочтение качественным и проверенным моделям. В большинстве случаев помехи от качественно спроектированных и изготовленных импульсных блоков питания не оказывают существенного влияния на устройства. При питании аналоговых схем высокочастотные пульсации импульсных блоков питания могут проникать на их выход, в этих случая применяют дополнительные RC или LC фильтры. При выборе мощного импульсного блока питания (более 100Вт) предпочтение стоит отдавать полумостовым и мостовым топологиям.

В целом из статьи следует вывод, что импульсные блоки питания в большинстве случаев лучше трансформаторных. При современном уровне техники так оно и есть, если импульсный блок питания качественный. Но для разовых или малосерийных устройств, с точки зрения затрат на разработку, трансформаторный блок питания при всех его недостатках может оказаться выгоднее, особенно в связке с понижающим step-down стабилизатором.

Также рекомендуем нашу статью о выборе лабораторного блока питания.

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания

Читайте также

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором 1. Продольные аэродинамические нагрузки, действующие на корпус дирижабля (статья инж. К. К. Федяевского, Центральный аэрогидродинамический институт) Журнал «Техника воздушного флота» № 3, 1931 г. 2. Ричмонд,

Список использованной литературы и некоторых источников

Список использованной литературы и некоторых источников 1. В. Д. Мостовенко, «Танки» (Очерк из истории зарождения и развития бронетанковой техники), Военное издательство Министерства Обороны СССР, Москва, 1955 г.2. М. Барятинский, М.Коломиеи «БронеавтомобилиРусской армии»3.

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потребляемый ток в нагрузке (из-за неисправности

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ 14 июня 1991 года в ЦНИИХМ предстояло провести совещание по проблемам разработки электромагнитного оружия. Такой шанс не следовало упускать. За несколько недель перед совещанием,

Список источников

Список источников Сборники опубликованных документовАтомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945. В 2 ч. Ч. 1. М.( 1998.Атомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945: в 2 ч. Ч. 2. М., 2002.Смит Г.Д. Атомная энергия для военных целей. М., 1946. Тесла Н. Статьи. Самара.

2.13. Структурные и функциональные схемы

2.13. Структурные и функциональные схемы На структурной схеме кибернетической системы указывается, из каких подсистем состоит данная система. Часто указывается также, как направлены потоки информации между подсистемами. Тогда структурная схема превращается в граф. В

Перечень использованных источников РГА ВМФ

Перечень использованных источников РГА ВМФ 1. ф. 90,оп.5,д. 2101,2109, 2203,2327,23,77.2. ф. 410, оп. 2, д. 5109,5859, 6328,6359,6457.3. ф. 417, оп. 1,д. 134,766, 1208, 1436, 1474, 1595,1657.4. ф. 421, on. 1, д. 5, 747, 765, 913,995, 1036, 1050, 1190.1446, 1743, оп. 2, д. 489, 533, 551, 583,584, 637, 679, 1072, 1535, 1613, оп. 3, д. 83,125,136, 153, 352, 353, 365, 361, 584, 639, 745, 874, оп. 4, д. 701, 802, 928, оп. 5, д. 2101,

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива Использование ископаемого топлива основано только на нашем незнании. К.Э. Циолковский Начнем с того, что мы находимся на позициях здравого смысла, то есть, понимаем, что «нечто» не может возникнуть из

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания Каждое электронное устройство оснащено источником вторичного электропитания. Специфика исполнения источника и его технические параметры определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания Прежде чем перейти к обсуждению практических схем источников питания рассмотрим несколько возможных вариантов построения отдельных функциональных узлов импульсных источников питания. Это позволит

Ил-18 Схемы

Ил-18 Схемы Прототип Ил-18 "Москва" (СССР-Л5811) с двигателями НК-4Отличительные особенности: длина фюзеляжа 35,7 м, симметричное расположение иллюминаторов левого и правого бортов, отсутствие защитной пластины на фюзеляже в зоне винтов. Первые серийные Ил-18А с двигателями

СХЕМЫ Бе-103

СХЕМЫ Бе-103 М 1:48Андрей Сальников, Дмитрий Кусачев Длина (с РЛС), м 10,65 (10,863)Высота, м 3,757Размах крыла, м 12,72Площадь крыла, м? 25,1Максимальный взлетный вес, кг 2270Вес пустого снаряженного, кг 1760Максимальный запас топлива, кг 245Максимальная полезная нагрузка, кг 385Силовая

СХЕМЫ

СХЕМЫ Микоян Гуревич МиГ25 Первый прототип перехватчика Е-155П-1 Второй прототип перехватчика Е-155П-2 Пятый прототип перехватчика Е-155П-5 МиГ-25П первой серии (1970) МиГ-25П (1975) МиГ-25М с двигателями Р-15БФ2-300 МиГ-25 с двигателями Д-30Ф МиГ-25ПД (1981) МиГ-25ПДС (1980) МиГ-25ПДЗ с системой

10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ

10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ Цель: ознакомиться с основными понятиями культуры и режима питанияКультура питания – это знание:• основ правильного питания;• свойств продуктов и их воздействия на организм, умение их правильно выбирать и

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Дамодаран, Ш. Химия пищевых продуктов / Ш. Дамодаран, К. ЛПаркин, О. Р. Феннема (ред. – сост.). – Перев. с англ. – СПб.: ИД «Профессия», 2012 – 1040 с.2. Дроздова, Т. М. Физиология питания: Учебник / Т. М. Дроздова, П. Е. Влощинский, В. М.

Схема лабораторного импульсного блока питания на микросхеме IR2153


Продолжим работу с картиной неизвестного художника «Девочка с персиками и импульсным блоком питания».
Ощущение свежести, молодости, радостно-спокойного настроения создаётся, прежде всего, когда мы рассматриваем девочку, которая, слегка вскинув брови и излучая тихий свет, ласково поглаживает металлический кожух лабораторного ИБП, расположившегося на белоснежной скатерти большого деревянного стола.
С удовольствием позируя художнику, сомкнув губы и пристально всматриваясь в нас, она задумалась о чем-то.

А задумалась она, скорее всего, о том, что импульсный блок питания и лабораторный блок питания - это несколько разные вещи, где-то даже, не вполне совместимые.
Профессиональный мощный лабораторный источник питания с регулируемым выходным напряжением - это здоровый и тяжёлый металлический ящик, с могучими силовыми 50-ти герцовыми трансформаторами, классическими аналоговыми стабилизаторами, и не подвластный ни современным схемотехническим изыскам, ни транспортировке посредством неокрепших девичьих рук.
Зато такую вещь не стыдно подключить к любой самой чувствительной схеме с обострённой реакцией на различные типы наводок по питающим цепям.

Так вот! Такие лабораторные БП мы на этой странице рассматривать не будем!
Для большинства радиолюбительских поделок сгодится и импульсный агрегат. О том, чтобы он не сильно плевался импульсными помехами, как в бытовую электросеть, так и в нагрузку - внимательно позаботимся в рамках данной передовицы.

И, как водится, начнём с жизненно важной схемы (Рис.1), обеспечивающей плавный пуск ИБП и осуществляющей защиту всего устройства от токовых перегрузок и КЗ.

Рис.1

Обстоятельный «разбор полётов» данного узла мы провели на странице Ссылка на страницу, для желающих ознакомиться - добро пожаловать по ссылке.

Далее приведём схему собственно импульсного понижающего преобразователя с регулируемым импульсным стабилизатором напряжения на борту.

Рис.2

Технические характеристики блока питания с импульсным стабилизатором напряжения:

Входное переменное напряжение 180...240 В,
Регулируемое выходное напряжение 1,5...50 В,
Выходной ток во всем диапазоне напряжений, не более 3 А,
Срабатывание защиты по выходному току 3 А,
Срабатывание защиты по входному току 1,5 А,
Уровень пульсаций выходного напряжения, не более 15 мВ.

По большому счёту, всё нарисованное на схеме (Рис.2) мы уже так же подробно обсудили на различных страницах сайта. Поэтому, чтобы не повторяться, приведу ссылки на эти материалы:

Основная часть импульсного блока питания, выполненная на DA1, T1, T2, Tr1, описана на прошлой странице   Ссылка на страницу.
Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения на микросхеме LM2576HV-ADJ с картинками - на странице   Ссылка на страницу

Импульсный трансформатор намотан на низкочастотном ферритовом кольце EPCOS N87 с габаритной мощностью 265 Вт и размерами R 30,5×20,0×12,5.
Первичная обмотка содержит 63 витка обмоточного провода диаметром 0,7мм,
Вторичная - 23 витка провода диаметром 1,2мм.

Как правильно мотать эти обмотки, и что делать, если под рукой не оказалось сердечника приведённого типоразмера, опять же, подробно и, опять-таки, с картинками расписано на странице Ссылка на страницу

Поскольку устройство работает в импульсном режиме с достаточно высоким КПД, полупроводники не нуждаются в больших теплоотводах. В нашем случае, для рассевания тепла транзисторов Т1, Т2 достаточно теплоотвода суммарной площадью 100 см2. Такие же радиаторы вполне сгодятся и для выходного выпрямительного моста, и для интегрального стабилизатора DA2.

Если работа источника питания предполагается с нагрузками, не критичными к пульсациям выходного напряжения, вполне допустимо отпочковать от схемы (Рис.2) элементы L2, С9, С10. Уровень пульсаций выходного напряжения в этом случае возрастёт до величины 120-200 мВ.

 

Все своими руками Защита импульсных блоков питания от КЗ

Опубликовал admin | Дата 18 августа, 2019

Схема защиты импульсных блоков питания от превышения тока нагрузки

Все защитные схемы конкретного ИИП, имеющего на выходе несколько выходных напряжений, можно объединять под общим названием — комбинированные защиты. Т.к. срабатывание любой из этих защитных схем ведет к отключению всех питающих напряжений посредством воздействия на управляющую микросхему ИИП. Все выходные каналы ИИП можно условно, разделить на слаботочные и сильноточные. Необходимость раздельной защиты каждого из этих каналов объясняется тем, что чувствительность схемы защиты сильноточного канала недостаточна для обнаружения неисправности в слаботочной схеме.

В данной статье будет рассмотрена одна из классических и эффективных схем защиты для импульсных блоков питания с сильноточным выходом, реализованных на контроллере ТL494 или его аналогах.

Подробнее рассмотрим механизм защитного отключения в зависимости от максимальной ширины управляющего импульса. Суть защитного отключения заключаются в том, чтобы силовые транзисторы инвертора переставали переключаться и оставались бы в закрытом состоянии неограниченно долго при возникновении аварийной ситуации. Для того чтобы оба силовых транзистора инвертора оказались закрыты одновременно, на их базах должны отсутствовать управляющие импульсы. Источником управляющих импульсов является микросхема ТL494, поэтому для того чтобы отключить появление импульсов на выходах микросхемы необходимо заблокировать работу ее цифровой части. При этом оба выходных транзистора ее окажутся в закрытом состоянии и импульсы на выводах 8 и 11 или 9 и 10 будут отсутствовать. Амплитуда пилообразного напряжения составляет +3,2В.
Поэтому, если на вывод 4 ТL494 будет подан потенциал, превышающий +3.2В, то произойдет блокировка работы микросхемы ТL494. Однако необходимо отметить, что генератор пилообразного напряжения при этом не прекращает своей работы, т.е. несмотря на отсутствие выходных импульсов, пилообразное напряжение продолжает вырабатываться. Схема узла защиты показана на рисунке ниже.

Работа схемы защиты

Тр1 – трансформатор тока, R11 – нагрузка трансформатора, VD3 и 4 – выпрямительные диоды – это преобразователь длительности проходящих через первичную обмотку рабочих импульсов тока в пропорциональное напряжение на его выходе. Чем больше длительности рабочих импульсов, тем на большее положительное напряжение заряжается конденсатор С7. Преобразователь имеет двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой, на которой появляются только положительные по знаку импульсы. Напряжение пропорциональное длительности рабочих импульсов с конденсатора С7 поступает на резистивный делитель R7 и R6. Вместо этого делителя можно поставить потенциометр со шкалой и при необходимости выставлять нужный ток защиты. Цепь, состоящая из резистора R5 и конденсатора С4 – это Т-образный фильтр, от емкости С4 также зависит время реакции защиты на внештатную ситуацию. Если выбрать этот конденсатор недостаточной емкости, то защита сработает раньше, чем закончатся все переходные процессы при включении блока питания. БП просто напросто не успеет включиться. Здесь нужен компромисс, чтобы блок питания стабильно включался, и чтобы время срабатывания защиты было как можно меньше.

Резистор R8 – подтягивающий резистор вывода 4 DD1 к общей шине схемы ИИП. R9 и С11 – цепь мягкого запуска. При включении ИИП на воде 14 контроллера появляется стабильное напряжение +5 вольт от внутреннего стабилизатора микросхемы. Начинается заряд конденсаторы С11 через резисторы R8,9R. На выводе 4 DD1 начинает плавно нарастать напряжение. По мере его нарастания увеличивается длительность рабочих импульсов. Диод VD1 служит для развязки формирующей цепочки от схемы защиты.

В рабочем состоянии блока питания в режиме номинального тока нагрузки напряжения с выхода фильтра R5, С4 не хватает для того, что бы открыть транзистор VT1. В таком режиме оба транзистора VT1 и VT2 закрыты и не влияют на работу микросхемы DD1. При увеличении тока нагрузки контроллер начнет увеличивать длительность выходных импульсов. Увеличение длительности рабочих импульсов мощных транзисторов VT3 и VT4 приводит к увеличению напряжения на базе транзистора VT1. Через открывающийся транзистор VT1 и резистор R2 начинает поступать открывающее отрицательное напряжение базу VT2. Процесс приобретает лавинообразный характер, в результате оба транзистора открываются и могут находиться в таком состоянии сколь угодно долго (транзисторный аналог тиристора). Через открытые транзистор VT2 на вывод 4 DD1 поступит напряжения превышающее +3,2В, что приведет к блокировке цифровой части контроллера. Оба его выходных транзистора окажутся в закрытом состоянии и на выходах 8,11 и 9,10 появятся статические потенциалы, которые не смогут передаваться на базы транзисторов VT3 и VT4, так как связь с ними происходит через согласующий трансформатор (на схеме не показан). Если ИИП имеет схему с запуском посредством самовозбуждения, то после закрытия мощных транзисторов пропадет и питание на контроллере и восстановить работоспособность блока питания можно, если его отключить и снова включить. Восстановить рабочее состояние ИИП с принудительным запуском можно, поставив кнопку рестарта, параллельно переходу база-эмиттер транзистора VT1.

Данная схема была проверена в четырех ИИП и показала прекрасные результаты. В качестве ТР1 можно использовать сердечники и каркасы к ним от энергосберегающих ламп. Смотрим фото. Но в данных сердечниках имеется конструктивный зазор на среднем керне, поэтому для трансформатора тока потребуется два одинаковых дросселя. На фото три показан самодельный трансформатор тока в ИИП.

Можно применить и ферритовые кольца. Как рассчитать трансформатор тока на ферритовом кольце можно посмотреть в статье «Расчет трансформатора тока»

Вторичная обмотка ТР1 содержит 120 х 2 витков провода диаметром 0,12 мм, мотается в два провода сразу. Вторичная обмотка содержит 2 витка провода – 0,8 или можно применить плоский жгут из нескольких проводов. Диоды VD3 и VD4 – КД522, 1N4148. VD1 – любой. Транзисторы 1 и 2 – КТ315 и КТ361, у меня стоят КТ209 и С945.

На этом все. Успехов. К.В.Ю.

Скачать статью

Скачать “Защита_импульсных_блоков_питания_от_КЗ” Защита_импульсных_блоков_питания_от_КЗ.rar – Загружено 467 раз – 163 КБ

Обсудить эту статью на - форуме "Радиоэлектроника, вопросы и ответы".

Просмотров:1 142


Трансформаторные, импульсные блоки питания

В данной категории собраны схемы трансформаторных и импульсных блоков питания как самых распространенных конструкций. Задача блока питания обеспечить электрический прибор электроэнергией с необходимыми значениями тока и напряжения.

  • Часто возникает необходимость в блоке питания с фиксированным выходным напряжением. Рассмотренная в статье схема универсального блока питания является очень простой, но в тоже время, очень гибкой в плане уровня выходных напряжений. В данном универсальном блоке питания напряжение на выходе зависит только от используемого трансформатора и интегрального стабилизатора напряжения. Максимальный выходной ток составляет 1,5A. Номинальный - 1А.

    Подробнее об универсальном блоке питания

  • Двуполярное питания используется во многих схемах. В схемах усилителей, компьютерах, в блоках питания для лабораторных работ, в блоках питания некоторых модемов для телефонных линий. Вот и в этой статье мы познакомимся с типичным представителем двуполярных регулируемых блоков питания.

    Читать подробнее о двуполярном блоке питания

  • Довольно часто в нашей практике приходится адаптировать схемы, изначально разработанные для одних целей под другие. Например, сенсорный выключатель для автомобиля вы решили использовать для управления бра. И тут сталкиваемся с проблемой организации питания. В большинстве таких случаев поможет решить проблему маломощный регулируемый источник питания 12В.

    Читать дальше о маломощном источнике питания 12В

  • Очень часто для питания различных устройств, например, детские электронные игрушки, новогодние гирлянды, возникает необходимость в маломощном блоке питания 5 В, это довольно распространенный тип источника и, если для наладки собранного устройства подойдет лабораторный блок питания, то питать готовую конструкцию конечно же нужно собственным БП 5В.

    Читать подробнее о простом блоке питания

  • Радиолюбителю для проверки и наладки схем довольно часто нужен регулируемый блок питания. Предлагаемый импульсный блок питания кроме стабилизации выходного напряжения также ограничивает ток нагрузки, тем самым, стабилизируя выходной ток. Кроме этого, как известно, импульсные блоки питания обеспечивают очень высокий КПД в различных режимах работы.

    Читать подробнее о лабораторном импульсном блоке питания

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

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

    Особенность:
    - Выходное напряжение ……… .0-45V
    - Непрерывный выходной ток 8 часов при напряжении ниже 35 В и 6 А при 40 В
    - пульсации и шум: 5 мВпик при 6 А 13 В
    : 10 мВ пик -p при 8А 18вольт
    : 40мВпик-пик при 8Ампере 35вольт
    -Минимальный выходной ток:….800mA
    -Максимальный выходной ток:… .8.2A
    - Отображение при использовании перенапряжения, установленного, и когда напряжение не регулируется
    - Может отключать выходную нагрузку без проводов
    - Регулируемое постоянное напряжение, такое как 13,8В.

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


    Рис. 1 основные принципы импульсного источника питания постоянного тока

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

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

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

    Как это работает
    Рисунок 2 представляет собой полную схему этого импульсного источника питания. IC5 / 4 схемы усилителя опорного напряжения, который на выходе IC5 / 4 будет в зависимости от настройки VR3. Это опорное напряжение с выхода IC5 / 4 пошлет к контакту 7 из IC3 / 2, для сравнения с сигналом на выводе 6 IC3 / 2, соединенного с IC3 / 1, который является схема рампы генератора частоты 20 кГц.


    Рисунок 2 полная схема 0-45V 8A импульсного источника питания

    IC3 / 2 будет сравнивать напряжение на обоих штифтов, если опорное напряжение имеет слишком много выход IC3 / 2 будет переключение импульсов ( прямоугольный импульс), который имеет много диапазонов рабочего цикла. Но если опорное напряжение меньше значения переключения импульса так, низкий рабочий цикл, как Рисунок 3

    импульсного сигнала из сравнения схемы будут отправлены на Q3 и Q4, который является буфер цепи для привода светодиод в IC, это оптоизолятор.Он обнаружит свет как импульсный сигнал переключения, а затем отправит на Q2 для повышения сигнала. Затем IC2 / 1 установит форму сигнала, а затем отправит его на IC2 / 2-IC2 / 6. Он управляет затвором Q1, который используется как инвертор, параллельно 5 шт. С током, достаточным для запуска затвора Q1.

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

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

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

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

    IC3 / 3 снижает выходной ток.При обнаружении использования ток нагрузки более чем 9 Ампер, будет вызывать напряжение через R1 и R2 являются более ценными (более 0,45 вольт) В результате, выход IC3 / 3 минимума, и тянуть опорное напряжение на выводе 7 IC3 / 2 к IC3 / 2, чтобы произвести импульс переключения с более низким рабочим циклом, как следствие, выходной сигнал упал до значения менее 2А.

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

    Как это построить

    См. Компоновку медной печатной платы и компоновку компонентов ниже.


    Компоновка печатной платы


    Компоновка компонентов этого проекта

    К сожалению, не ясно, как это построить.

    Детали, которые вам понадобятся

    0,25 Вт 5% Резисторы
    R1, R2, R42, R43_______1K 5 Вт
    R3___________________390 Ом 0,5 Вт
    R4___________________270 Ом
    R5, R11, R21, R32, R45__1100 R7 _______ 9000________6000, R45__1000 R7, R7000, R3 R34, R35___________ 470 Ом
    R8, R17_______________6.8K
    R9, R18, R57___________47K
    R10, R30______________18K
    R12, R14, R15, R16_____100K
    R19, R27, R28, R29, R54_100K
    R13, R23, R24, R26_______10K
    R20 _______________________________________________ 10K
    R20 ___________________________4 , R39__2.2K
    R58 ___________________ 2.2K
    R33, R46_______________22K
    R36 ___________________ 4.7K
    R40___________________39 Ом 5 ​​Вт
    R41___________________ 10 Ом 5 ​​Вт
    R44 ___________________270K
    R47___________________000 R44 ___________________270K
    R47___________________27K
    20 R48___.1K
    R51, R52 _______________ 0,1 Ом 5 ​​Вт
    R53___________________47 Ом
    R55___________________220 Ом
    R56 ___________________ 1,5K
    VR1, VR3______________ 10K (B) Объем
    VR2___________________500 Ом___trimpots
    VR4_____002000 9________6000
    VR4, R50V5000 , C7, C15, C23: 0,1 мкФ 50 В Полиэстер
    C26, C28, C29: 0,1 мкФ 50 В Полиэстер
    C8, C9, C12, C14: 100 мкФ Электролитический 50 В
    C10, C21, C22, C24: 1 мкФ 16 В Электролитический
    C11: 0 .001 мкФ 50 В Полиэстер
    C16, C17: 0,1 мкФ 25 В Поликарбонат
    C18: 1000 мкФ 25 В Электролитический
    C19, C25, C27: 10 мкФ 16 В Электролитический
    C20: 820 пФ 50 В Керамический

    Полупроводниковые элементы 9_0007 D_______________ D__________ D2________________MUR1515
    D7-D11 ____________ 1N4148
    IC1________________h21L1
    IC2________________74C14 или CD40106
    IC3, IC4____________LM339
    IC5________________LM324
    IC6________________LM7812
    LED1, LED2_________Red LED
    Q1__________________MTP12N10
    Q2__________________BF199
    Q3__________________BC338
    Q4__________________BC328
    Q5, Q6_______________BC639
    ZD1: 15V 3W
    ZD2: 4.7V 1W
    ZD3: 75V 1W
    ZD4: LM336Z-2.5
    Другое
    F1______ Предохранитель 7,5A
    L1, L2___ См. Схему

    L1____ Тороидальный сердечник, внешний диаметр 46,7 мм, круглые сечения 24,1 мм, толщина 18 мм; L1 - 10 витков 17 AWG (1,2 мм)
    L2____ Тороидальный сердечник, внешний диаметр 33 мм, витки 19,8 мм, толщина 11,1 мм; L1 - 5 витков 17 AWG (1,2 мм)

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

    Примечание: , мы сожалеем, что у этой схемы нет полного руководства по сборке.

    ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

    Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

    Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

    Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

    Автор З. М. Петерсон и пуля; 4 мая 2020

    От интегральных схем до больших источников питания от дискретных компонентов, ваша следующая печатная плата будет нуждаться в какой-то схеме регулирования мощности для правильной работы.Нам нравится думать, что источники питания всегда обеспечивают плавный выход переменного или постоянного тока, но это почти никогда не бывает. Прецизионные аналоговые системы и цифровые системы нуждаются в стабильном, предсказуемом выходном напряжении с высокой эффективностью.

    Имея это в виду, что определяет эффективность, стабильность и выходную мощность в конструкции импульсного источника питания? Мы можем свести это к пяти областям:

    • Топология коммутационного преобразователя
    • Вспомогательная схема
    • Выбор компонентов
    • Частота переключения
    • Полное сопротивление PDN

    Последние два пункта выше при проектировании импульсных источников питания обычно являются второстепенными, но они являются наиболее важными для систем низкого уровня, таких как маломощные устройства IoT и прецизионные аналоговые системы.Вот что вам нужно знать о конструкции импульсных источников питания.

    Советы по проектированию импульсных источников питания

    Системы постоянного тока низкого уровня

    Типичный импульсный источник питания для маломощных / низкоуровневых цифровых систем может содержать схемы управления в небольшом корпусе ИС. В этом случае ваша главная задача - обеспечить, чтобы ваш нерегулируемый вход оставался в правильном диапазоне. Для систем с батарейным питанием напряжение батареи будет падать по мере разряда батареи, поэтому вам необходимо убедиться, что выходное напряжение будет оставаться при желаемом напряжении / токе для поддержания работы системы.Типичная топология заключается в размещении стабилизатора LDO на выходном каскаде, который будет обеспечивать постоянное выходное напряжение и ток, пока его входное напряжение выше требуемого запаса. Обычно вам нужно разместить входные и выходные цепи фильтра электромагнитных помех, а также индуктивность и конденсатор, необходимые для регулирования выходной мощности. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о различных топологиях преобразователя постоянного тока, которые вы можете использовать, а также о том, как выходной сигнал соотносится с рабочим циклом и пульсацией выходного сигнала.

    Системы высокой мощности

    Для высокого напряжения / низкого тока или для низкого напряжения / высокого тока вы можете приобрести ИС импульсного стабилизатора, которые будут включать в себя необходимые вам схемы регулятора.В этом случае вам необходимо следовать той же стратегии для компоновки и выбора компонентов, что и при работе с низким энергопотреблением. Доступны ИС импульсного регулятора, которые обеспечивают диапазон выходной мощности и могут принимать широкий диапазон входов.

    Для систем большой мощности (высокого напряжения и большого тока) ситуация совершенно иная. Вам нужно будет разметить каждый функциональный блок в проекте импульсного источника питания с нуля. Обычно вам необходимо учитывать следующие аспекты конструкции, чтобы система вырабатывала желаемую выходную мощность:

    • Генератор ШИМ. Устанавливает выход для понижающей, повышающей, пониженно-повышающей топологии преобразователя на определенный уровень в зависимости от рабочего цикла. В современных ИС регуляторов генератор ШИМ может быть программируемым и интегрированным в преобразователь. В других случаях вы можете подавать сигнал ШИМ с помощью MCU или отдельной ИС генератора.

    • Схема управления с обратной связью. Цепи управления обычно полагаются на обратную связь для точного управления, и конструкция импульсного источника питания не исключение.В системах большой мощности обычно используется усилитель считывания тока для проверки того, что выходной ток находится на желаемом уровне. Выходной усилитель затем используется генератором ШИМ или микроконтроллером для регулировки выходного напряжения путем регулировки рабочего цикла сигнала ШИМ.

    • Прочные компоненты. Последнее, что вам нужно, это отказ вашей системы питания, потому что ваши компоненты не могут выдерживать ток / напряжение, которые им необходимо подавать. Полупроводники (в частности, полевые транзисторы, используемые в импульсных источниках питания) могут выйти из строя, если их перегрузить до экстремальных уровней (тепловой отказ).
    • Температурный менеджмент. Даже регулятор мощности с КПД 99% достигнет высокой температуры, если система не отводит тепло. Для охлаждения системы обычно требуются радиаторы, вентиляторы или и то, и другое.

    Эталонный дизайн импульсного источника питания от Maxim Integrated. Обратите внимание на отдельные драйверы IC, MOSFET и пассивные элементы на плате.

    Если вы проектируете преобразование мощности постоянного тока с источником питания переменного тока, лучше всего включить схему коррекции коэффициента мощности (PFC) для сети переменного тока.Это гарантирует, что каскад импульсного регулятора в вашем источнике питания будет потреблять почти синусоидальный источник тока, а не потреблять ток короткими импульсами. Это увеличивает общий коэффициент мощности всего регулятора, что, в свою очередь, снижает количество энергии, теряемой в виде тепла (т.е. более высокий КПД).

    Выбор частоты переключения ШИМ

    Частота переключения сигнала ШИМ в вашем импульсном источнике питания будет определять уровень потерь, поскольку этот сигнал отвечает за модуляцию напряжения затвора в управляющем МОП-транзисторе.Использование более высокой частоты приводит к более частому включению и выключению полевого МОП-транзистора, что затем позволяет меньше накапливаться в полевом МОП-транзисторе. Однако скорость фронта также имеет решающее значение, поскольку она определяет, достаточно ли модулирован канал MOSFET в выключенное состояние. При низкой скорости фронта МОП-транзистор может оставаться проводящим, даже если сигнал ШИМ упал до 0 В.

    Используя более высокую скорость фронта, вы можете глубже перевести полевой МОП-транзистор в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, что затем снизит тепловые потери в секции импульсного регулятора.Сочетание более высокой частоты ШИМ и более высокой частоты фронтов ШИМ позволяет использовать в цепи регулятора компоненты меньшего размера. Однако компромисс между кондуктивными и излучаемыми электромагнитными помехами больше, поскольку сигнал ШИМ будет излучать на более высоких частотах. Частоты ШИМ ~ 100 кГц являются типичными для большинства источников питания, но высокоэффективный импульсный источник питания можно было бы сделать более эффективным и использовать меньшие компоненты, когда частота ШИМ доведена до 1 МГц с фронтовой частотой ~ 1 нс.

    Установка ШИМ-переключения выше частоты спада для вашего импульсного регулятора предотвратит передачу шума переключения на выход регулятора.Частота спада определяется на принципиальной схеме базового повышающего преобразователя, показанной ниже. Обратите внимание, что вы можете использовать большую частоту переключения ШИМ, если вы можете использовать меньшие компоненты в своем импульсном стабилизаторе. Вы можете узнать больше об этом в одной из моих недавних статей в блоге Altium PCB Design Blog.

    Конструкция импульсного источника питания с понижающим усилением с уравнением частоты спада.

    Изоляция и импеданс PDN

    Один момент, который мы специально не обсуждали, - это изоляция в конструкции импульсного источника питания.Изоляция питания - отличный способ добавить меры безопасности к вашей энергосистеме. Эта часть конструкции источника питания, а также включение обратной связи управления в изолированной системе достаточно обширна для отдельной статьи.

    Чтобы узнать больше об импедансе PDN и его влиянии на цифровые и аналоговые системы, вы можете прочитать другие статьи в блоге NWES:

    Для вашей разводки обязательно следуйте стандартам IPC-2221 и IPC-2158, чтобы ваши дорожки не достигли чрезмерно высокой температуры, а также для предотвращения электростатического разряда между оголенными проводниками.Эти советы лишь касаются поверхности конструкции источника питания, но подходящая дизайнерская фирма может помочь вам создать совместимую компоновку, которую можно будет производить в любом масштабе.

    В NWES мы создали цифровые и аналоговые системы малой мощности, а также системы постоянного тока большой мощности с различными топологиями конструкции импульсных источников питания. Мы знаем, как создать высококачественную полностью технологичную компоновку печатной платы для вашей системы. Мы здесь, чтобы помочь производителям электроники разрабатывать современные печатные платы и создавать передовые технологии.Мы также установили партнерские отношения с компаниями EDA и передовыми производителями печатных плат, и мы позаботимся о том, чтобы ваш следующий макет был полностью производимым в любом масштабе. Свяжитесь с NWES для консультации.



    Готовы приступить к следующему дизайнерскому проекту?




    Часть 1: Импульсный источник питания

    Благодаря своим многочисленным преимуществам импульсные источники питания (SMPS) эффективно заменили линейные источники питания.

    Модель «Т» Ford использовала импульсный источник питания в качестве источника зажигания. «Катушка дрожания» притягивала якорь, вызывая размыкание контактов переключателя и отключение магнита. Коллапсирующее поле вызвало искру на «свече зажигания», которая воспламенила смесь топлива и воздуха в цилиндре. Однако основа тремблерной катушки восходит к 1836 году. Маркони даже использовал переключаемую катушку для создания своей «беспроводной телеграфии»… но вы можете найти это сами.

    В 1960-х годах космическая гонка между США и Россией потребовала меньших и более эффективных источников питания и преобразования мощности, что, скорее всего, стало поворотным моментом для перехода от линейных источников питания к импульсным источникам питания.

    Космическая гонка считается одним из величайших стимулов для улучшения источников питания, поскольку все на космическом корабле должно быть поднято и разогнано до очень высокой скорости, чтобы покинуть Землю. Батареи тяжелые, поэтому уменьшение веса батареи быстро снижает энергию, необходимую для запуска транспортного средства. Фактически, вся «цифровая революция» была вызвана необходимостью миниатюризации, и SMPS, вероятно, был первым шагом в этом процессе.

    Хотя линейные источники питания (LPS) просты, относительно дешевы и легки в сборке, у них есть один существенный недостаток - они, как правило, большие и тяжелые.Вторая проблема возникает, когда требуется небольшой выход от входа высокого напряжения. Линейное регулирование напряжения расточительно; Например, источник питания 3,3 В для небольшого микроконтроллера, работающего от источника питания 12 В, приведет к потере 72,5% общей потребляемой энергии.

    Тем не менее, еще больший стимул проявляется, когда требуется, чтобы выходное напряжение было выше входного. Линейные источники питания не могут генерировать более высокое напряжение, и в большинстве схем не могут даже соответствовать входному напряжению.

    Причина проблемы эффективности линейного источника питания заключается в том, что он имеет последовательный элемент - обычно транзистор или подобное полупроводниковое устройство - действующий в линейном режиме как резистор, чтобы сжечь избыточное напряжение и, следовательно, энергию.

    Линейные блоки питания

    , работающие от сети, имеют еще один недостаток, который нельзя легко изменить. Блок питания работает с частотой 50 Гц или немного быстрее в системе США 60 Гц. Трансформаторы, работающие от сети, должны быть рассчитаны на работу при частоте 50 Гц

    Используя старую формулу из моего ученичества, почти 50 лет назад, Wt = 3VA / f, что означает, что вес железного сердечника трансформатора, использующего обычную конструкцию EI, равную трехкратной максимальной мощности. , рассчитывается из максимального напряжения и максимального тока, разделенных на частоту сети.

    Следовательно, для блока питания на 12 В и 20 А потребуется 3 x 12 x 20/50 = ~ 14,5 фунтов или 6,5 кг только железа, и, вероятно, то же самое для медных обмоток.

    Хороший пример эффекта от перехода на SMPS может быть сделан, если вы когда-либо перемещали старый сварочный аппарат, который был большим куском трансформатора, по сравнению с современным сварочным аппаратом, который в основном состоит из электроники

    Вместо резистивного последовательного элемента в SMPS используется переключатель, что очевидно из его названия! Если последовательный элемент просто заменить более быстрым и эффективным переключателем, большая часть исходной схемы регулятора все еще может использоваться.На рисунке 2 показана схема, основанная на переключающем элементе, а не на резистивном элементе.

    Примечание. Мы немного поумнели. Общая схема такая же, но разница заключается в том, как мы управляем переключающим элементом. Схема контроллера показана только в виде блока, но основное различие заключается в том, как мы управляем последовательным элементом (то есть транзистором). Мы поговорим об этом позже; а пока давайте рассмотрим, что он делает в основном смысле. Он включает и выключает переключающий элемент, а переключаемое питание должно сглаживаться конденсатором, чтобы переключение не влияло на нагрузку.

    Вы, возможно, помните из «Классной комнаты» в выпуске 8, где мы подробно описали LPS, что размер сглаживающего конденсатора рассчитывается из C = IT / V, где I - ток нагрузки, T - время зарядки конденсатора и V - пульсирующее напряжение.

    Работая с нагрузкой 1 А, в основном для сравнения с нашим предыдущим линейным источником питания, и запрашивая очень низкую составляющую пульсаций 0,1 В, давайте начнем вычислять для частоты переключения 50 Гц:

    C = 1A x 10E-3s / 0,1 В = 100E-3F или 100000 мкФ

    Это проблема! К счастью, размер конденсатора уменьшается с увеличением скорости переключения.Вот почему SMPS считались «шумными», когда они впервые стали распространены, до того, как они были должным образом спроектированы и отфильтрованы.

    Итак, вместо 50 Гц, давайте попробуем 50 кГц и ожидаем, что конденсатор будет в 1000 раз меньше. Все остальные значения, конечно же, остаются неизменными:

    C = 1A x 10E-6s / 0,1V = 100E-6F или 100 мкФ

    Итак, ваша первая экономия - в емкости конденсатора, а, следовательно, в размере и весе, за счет уменьшения общего размера и веса источника питания.

    Пуристы узнают углы, которые я срезал, но масштаб эффекта тот же:

    В 1000 раз больше частоты уменьшается емкость конденсатора на 1000.

    Вы можете понять, что с увеличением частоты катушки индуктивности также становятся пригодными для использования в качестве сглаживающего фильтра. Даже на низких частотах индукторы работают для сглаживания тока в нагрузке, но, к сожалению, требуемый размер часто слишком велик, чтобы его можно было выбрать.

    Сглаживающие индукторы

    SMPS также возможны из-за материала их сердечника. Например, феррит при использовании имеет очень низкие потери по сравнению с железными сердечниками.

    Помните, что конденсаторы лучше всего работают для сглаживания напряжения, а катушки индуктивности лучше всего работают для сглаживания тока.

    Коммутационный элемент не расходует мощность намеренно, как последовательный элемент, но у него все еще есть ограничения, большинство из которых были значительно улучшены с момента первого использования SMPS. Вместо BJT (биполярных транзисторов) - исходных устройств - MOSFET (металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы) в настоящее время являются наиболее часто используемым устройством, наряду с IGFET (полевыми транзисторами с изолированным затвором) и некоторыми менее распространенными устройствами.

    Используя механический переключатель, чтобы показать области потерь, рассмотрите рисунок 3 и форму сигнала переключения.

    3

    ОТКРЫТЫЙ ЦЕПЬ (Toff)

    Для начала, когда переключатель находится в выключенном положении, ток утечки может быть незаметен, но возможна некоторая утечка. Почти во всех случаях утечка незначительна, пока напряжение ниже напряжения дугового перенапряжения. При превышении дуговой разрядки переключатель становится либо плавким предохранителем, либо перемычкой, в зависимости от его конструкции (или разрушения!).

    В источниках питания DC искрение трудно остановить, и выходное напряжение может быть максимальным, пока не сработает защита цепи.

    И BJT, и MOSFET могут иметь высокое номинальное напряжение, но в последнее время MOSFET имеют преимущество по напряжению, току и частоте

    ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (сын)

    Теперь посмотрите на период включения переключателя (Сын). Для механического переключателя не должно быть задержки, но может быть некоторый дребезг переключателя, который может вызвать несколько всплесков до того, как цепь полностью включится.

    Для BJT или MOSFET существует период, в течение которого напряжение на устройстве падает от значения разомкнутой цепи до значения замкнутой цепи, а ток увеличивается от нуля до тока нагрузки.Предполагая, что оба они линейны, потери мощности можно рассчитать по следующей формуле, так как средние значения будут составлять половину максимальных значений:

    P = (V ce x I нагрузка ) / 2 или (V ds x I v ) / 2

    На самом деле они оцениваются только как линейные, но рассчитанное значение полезно для оценки коммутационных потерь сопоставимых устройств.

    Потери энергии также зависят от времени переключения, при этом меньшее время переключения приводит к меньшим затратам энергии.Меньшее количество переключений также снижает потери переключения, но увеличивает размер и вес накопительной емкости, что является компромиссом.

    BJT быстрее для устройств меньшего размера, но MOSFET становятся быстрее с увеличением нагрузки. Это приводит к спорам о преимуществах различных технологий в скорости. IGFET - это, по сути, BJT, управляемый MOSFET, в конфигурации, аналогичной транзистору Дарлингтона.

    ЗАКРЫТЫЙ ЦЕПЬ (Тонна)

    Цепь остается включенной некоторое время, пока конденсатор заряжен.

    Примечание: Позже мы также будем работать с индукторами. Во время «включения», когда цепь замкнута, возникают потери энергии из-за падения напряжения на переключающем элементе и тока нагрузки, поэтому: P = VI.

    Поскольку ток нагрузки неизбежен, переключающие элементы с более низким «напряжением включения» будут производить наименьшие потери. Поэтому, особенно по мере увеличения тока нагрузки, разработчиков будут привлекать BJT с наименьшим Vce (напряжение) и MOSFET-транзисторы с наименьшим Rds (сопротивление).

    ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ (Soff)

    При выключении возникают те же проблемы, что и при включении. Биполярным транзисторам требуется время для рассеивания заряда перехода, а МОП-транзисторам требуется время для разряда емкости изолированного слоя. Из этих двух транзисторов BJT требуется гораздо больше тока для включения или выключения, опять же, особенно при более высоких токах нагрузки.

    Биполярные транзисторы

    управляются током, поэтому для поддержания их во включенном состоянии требуется ток. Этот ток может составлять значительную часть тока нагрузки с более крупными BJT, имеющими бета всего 5.Следовательно, схема управления для более мощных источников питания может использовать последовательность из нескольких ступеней управления, каждая из которых должна включаться и выключаться последовательно, увеличивая время, необходимое для включения или выключения.

    Напряжение база-эмиттер BJT составляет около 0,7 В, но оно может быть больше по мере увеличения тока базы, поскольку ток базы связан с током нагрузки. Он также может составлять значительную его долю, а это означает, что потери на переходе BE могут быть значительными. Все потери приводят к выделению тепла и потребностям охлаждения.

    Полевые МОП-транзисторы

    управляются напряжением, и хотя более крупные устройства могут иметь значительную емкость затвора, полевые МОП-транзисторы часто могут управляться напрямую от простого драйвера, хотя драйвером обычно должно быть устройство с напряжением 10 В или более.

    Имеются полевые МОП-транзисторы с логическим уровнем

    , но они могут включаться и выключаться медленнее.

    При всех вышеупомянутых потерях будет выделяться тепло, которое должно рассеиваться. Тепловые и электрические цепи можно рассматривать как очень похожие. Тепло течет от более высокой температуры к более низкой температуре, точно так же, как ток течет от более высокого напряжения к более низкому напряжению.Термическое сопротивление похоже на электрическое сопротивление. Тепло течет легче в материалах с лучшей проводимостью, а алюминий или медь также являются отличными проводниками тепла.

    Однако это означает, что большая потеря энергии на самом деле является большим тепловыделением, что требует больших алюминиевых радиаторов или воздушного потока для отвода тепла от источника питания. Конечно, для линейных источников питания требуются радиаторы еще большего размера, но цель состоит в том, чтобы не иметь радиатора, если это возможно, и использовать вентиляцию окружающей среды для отвода тепла.Фактически, все потери энергии должны быть сведены к минимуму, чтобы уменьшить количество технологий, необходимых для обработки выделяемого тепла.

    Тепло течет от корпуса транзистора через изолятор, корпус радиатора и ребра в воздух. Тепло также течет напрямую от корпуса к воздуху, что эквивалентно заземлению в электрическом.

    Последнее слово о IGFET от кого-то с небольшим опытом работы с ними: IGFET склонны к отказу «горячих точек» при более медленных скоростях переключения.Они более сложны, чем технологии BJT или MOSFET, из которых они сделаны, и, по крайней мере, мне кажется, намного сложнее проектировать. Они также могут быть дорогими и чувствительными к статическому электричеству.

    Цепные соединения иногда делятся на группы, называемые «топологиями». Усилители BJT, например, подразделяются на схемы с «общим эмиттером», «общим коллектором» и «общей базой», также возможны умножители напряжения.

    Примечание: на данном этапе мы не собираемся разрабатывать какие-либо значения.

    До сих пор мы рассматривали простейший SMPS - схему ШИМ (широтно-импульсной модуляции); хотя мы просто включали и выключали питание нагрузки, не регулируя выходное напряжение с помощью регулятора.

    Что мы могли бы сделать для переменного напряжения, но нерегулируемого источника питания постоянного тока, например, который вы можете использовать для управления небольшим двигателем, - это использовать интегральную схему 555 или Arduino / Pi / PIC для создания квадрата ШИМ. волна и включает и выключает BJT.

    Двигатель - это нагрузка, подключенная к коллектору.Изменение ширины импульса приведет к изменению соотношения «метка / пробел», процента времени «включено» и «выключено», таким образом контролируя, сколько тока течет в двигателе, и тем самым регулируя скорость.

    Примечание: не требуется сглаживающий конденсатор или индуктор, так как сам двигатель действует как индуктор. Однако это представляет собой другую проблему и напоминание для тех, кто использует двигатели на своих Arduino, и тому подобное: двигатели генерируют пики, и поэтому цепь должна быть защищена путем добавления диода обратного хода на клеммы двигателя, а также одного или нескольких конденсаторы примерно 1 мкФ , чтобы избежать EMI , которые могут возникнуть.Обратитесь к следующей схеме для возможного регулятора скорости.

    В «понижающем» ИИП используются переключатель и катушка индуктивности, включенные последовательно с нагрузкой, как показано на следующем рисунке. Конденсатор обычно используется поперек нагрузки, поскольку емкость заряжается и пытается поддерживать напряжение даже при отсутствии нагрузки. Это необходимо, поскольку индуктор, являющийся токовым устройством, не может сглаживать напряжение, поэтому напряжение будет колебаться с частотой переключения без какой-либо нагрузки.

    В некоторых конструкциях требуется минимальный ток нагрузки для регулирования, поэтому на клеммах может потребоваться резистор для обеспечения этой минимальной нагрузки.

    Диод защищает переключающий элемент, но также позволяет продолжать ток при разомкнутом переключателе. Если вы знаете об индукторах, то помните, что ток идет после напряжения. Само по себе это долгая дискуссия, но электриков, возможно, научили мнемонике «ГРАЖДАНСКИЙ», что означает:

    Емкость-ток (I) -напряжение-ток (I) -индуктивность.

    Мнемоника означает, что конденсаторам необходим ток перед изменением напряжения, но ток катушки индуктивности изменяется после изменения напряжения.Поэтому, когда наша катушка индуктивности включается последовательным переключателем, ток начинает нарастать до максимального значения, контролируемого нагрузкой и временем.

    В какой-то момент выключатель выключается, но ток продолжается, поскольку магнитное поле схлопывается. Если бы не было диода, поле немедленно схлопнулось бы, создав очень высокое напряжение. Таким образом, диод выполняет две очень необходимые задачи: он поддерживает ток, когда переключатель выключен, и предотвращает скачки напряжения.

    Пока нагрузка не слишком велика, ток будет не только продолжаться, но и будет относительно стабильным, за исключением некоторой пульсации тока, подобной пульсации напряжения, о которой вы узнали в Выпуске 8.

    Выходной сглаживающий конденсатор помогает уменьшить пульсации напряжения на нагрузке, а также сглаживает ток. Если конденсатор и катушка индуктивности согласованы с хорошей конструкцией, напряжение нагрузки будет иметь очень низкую составляющую пульсаций.

    Понижающая топология - это очень распространенная форма SMPS с небольшим количеством компонентов и простой работой, по крайней мере, для компонентов питания.

    В «повышающем» преобразователе используются одни и те же базовые компоненты, без сомнения, с разными значениями, требующими отдельной конструкции, но в другом наборе соединений; (я.е., другая «топология») см. схему ниже.

    При использовании топологии «форс» при выключенном выключателе нагрузка должна иметь примерно такое же напряжение, как и питание. Катушка индуктивности будет иметь некоторое сопротивление, и диод потеряет около 0,7 В. Если используется регулируемое управление, эти значения часто можно игнорировать, если только схема не работает вблизи своих пределов.

    Конденсаторы C2 и C3 будут заряжаться до напряжения питания и останутся таковыми, если бы переключатель не использовался.Однако, когда переключатель замкнут (т. Е. Транзистор включается схемой контроллера), конденсатор подает весь ток нагрузки на нагрузку.

    Напряжение на катушке индуктивности будет полным питающим напряжением, и ток будет увеличиваться до максимального значения, которое в цепи постоянного тока ограничивается только последовательным сопротивлением внутри катушки индуктивности и ограничением тока из-за зарядки магнитного поля. Следовательно, если переключатель закорочен, индуктор, скорее всего, также сгорит, поскольку последовательное сопротивление, по замыслу, остается низким.

    Когда переключатель размыкается, ток от катушки индуктивности (т. Е. Катушки) течет к нагрузке и конденсатору. Напряжение на катушке повысит напряжение на конденсаторах C2 и C3, а также на нагрузке. Если переключение происходит достаточно быстро и ток нагрузки достаточно низкий (оба фактора участвуют в процессе проектирования), то напряжение на нагрузке останется на уровне выше напряжения питания.

    Фактически, катушка индуктивности и конденсатор включены последовательно с напряжением питания, и если предположить, что напряжение питания является постоянным и, следовательно, не изменяется, тогда, согласно законам Кирхгофа, оставшиеся напряжения должны «складываться» с напряжением питания.

    Ток в источнике питания и в катушке индуктивности течет в одном направлении, поэтому в сумме напряжения равны напряжению на конденсаторах C2 и C3.

    Повышающая топология - это очень распространенная форма SMPS, используемая для генерации напряжения выше напряжения питания.

    Понижающий-повышающий преобразователь обычно ошибочно принимают за то, что он означает, что выходное напряжение будет выше или ниже напряжения питания. Проще говоря, это так, но выход имеет отрицательную полярность, о чем вы должны помнить, если вы не хотите построить идеально хорошую повышающую схему с неправильной полярностью!

    На диаграмме показано, что, хотя используются те же компоненты, используются еще не учтенные значения.

    Это наша третья топология, поэтому вы можете заметить как сходства, так и различия с двумя предыдущими топологиями.

    На этот раз нам нужно начать с включенным переключателем. Ток будет течь в катушку индуктивности, при этом напряжение будет увеличиваться до максимального значения. В этот момент на нагрузке или конденсаторе не будет напряжения из-за смещения диода в обратном направлении.

    Когда переключатель выключается, ток в катушке индуктивности пытается продолжить, протекая через конденсатор и диод.Отметив полярность как диода, так и конденсатора, вы увидите, что напряжение на конденсаторе будет отрицательным (т. Е. «Земля» источника питания подключена к положительному выводу конденсатора, а отрицательный вывод конденсатора - к отрицательному. прикреплен к верхней части груза). Следовательно, напряжение на нагрузке будет отрицательным по отношению к земле.

    Поскольку напряжение на конденсаторе получается исключительно за счет разряда катушки индуктивности, значение напряжения может быть почти любым значением выше или ниже напряжения питания.Самое главное, нужно помнить, что эта схема генерирует напряжение, противоположное напряжению питания.

    Повышающая топология - это реже используемая форма SMPS для генерации отрицательного напряжения выше или ниже напряжения питания.

    Это три наиболее распространенные топологии, но, что более важно, самые простые и легкие в использовании. Мы имели дело только с назначением компонентов и общими топологиями, но есть еще много топологий и, без сомнения, еще больше предстоит разработать в будущем.

    Чтобы понять эти схемы, а также проанализировать или спроектировать их, изготовителю требуется понимание емкости и индуктивности как устройства накопления энергии.

    Значение индуктивности можно рассчитать, как и в предыдущих статьях, и соответствующее значение индуктивности можно купить, если вы найдете поставщика, но сердечник, частота применения, витки медного провода и необходимо учитывать толщину провода, прежде чем можно будет выбрать подходящую конструкцию только для индуктора.

    К счастью, у большинства производителей специализированных микросхем контроллеров есть инструкции по применению, которым должны следовать инженеры. Однако преимущество линейного источника питания заключается в простоте!

    Без разработки источников питания Switchmode ваше скромное зарядное устройство для телефона было бы примерно в 10 раз тяжелее, во много раз больше и, вероятно, дороже.

    В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

    Существует два основных исполнения источников питания постоянного тока: линейные источники питания постоянного тока и импульсные источники питания постоянного тока.Традиционные линейные источники питания обычно тяжелые, долговечные и имеют низкий уровень шума на низких и высоких частотах. По этой причине они в основном подходят для приложений с низким энергопотреблением, где вес не представляет проблемы. Импульсные источники питания намного легче, эффективнее, долговечнее и имеют ограниченный высокочастотный шум благодаря конструкции. По этой причине импульсные источники питания не подходят для высокочастотных аудиоприложений, но отлично подходят для приложений с высокой мощностью.Помимо этого, эти два типа в значительной степени взаимозаменяемы для различных приложений, и их изготовление примерно одинаково. Импульсные источники питания в настоящее время используются более широко, чем линейные источники питания, мы видели, как некоторые онлайн-продавцы говорили, что импульсные источники питания не подходят для гальваники (гальваники) или ионизации, это вводит в заблуждение и не соответствует действительности.

    Если вы хотите узнать больше о линейных источниках питания постоянного тока и импульсных источниках питания постоянного тока, прочтите более подробное введение ниже.

    Линейный источник питания постоянного тока

    Линейные источники питания постоянного тока были основой преобразования энергии до конца 1970-х годов. С развитием технологии импульсных источников питания линейные источники питания сегодня менее популярны, но по-прежнему незаменимы в приложениях, требующих очень низких пульсаций и шума. Линейный источник питания использует большой трансформатор для понижения напряжения с линии переменного тока до гораздо более низкого переменного напряжения, а затем использует ряд выпрямительных схем и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения.Это низкое напряжение постоянного тока затем регулируется до желаемого уровня путем уменьшения разницы в напряжении на транзисторе или IC (шунтирующем стабилизаторе). Типичные области применения линейных источников питания постоянного тока включают, но не ограничиваются:

    • студийный микшер / усилитель звука

    • малошумящие усилители

    • обработка сигналов

    • сбор данных - включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи и схемы выборки и хранения.

    • автоматическое испытательное оборудование

    • лабораторное испытательное оборудование

    • цепи управления

    • везде, где требуется отличное регулирование и / или низкая пульсация

    В течение трех десятилетий Mastech производила регулируемые линейные источники питания с исключительно низкой пульсацией и шумом за небольшую плату от известных брендов. Наш успех привлек множество подражателей с похожими продуктами.За последние три года мы внедрили новые конструкции, которые выводят надежность и отказоустойчивость линейных источников питания постоянного тока на новый уровень. После трех лет испытаний мы рады подтвердить, что новая линейка линейных источников питания постоянного тока Volteq оправдала все наши ожидания в отношении регулирования напряжения и тока, шума и надежности и является предпочтительным линейным источником питания постоянного тока для большинство наших клиентов.

    Если у вас есть аудиоприложение, вам следует придерживаться оригинальной конструкции линейных источников питания постоянного тока Mastech для работы без вентилятора.

    Для всех других применений мы рекомендуем линейные блоки питания постоянного тока Volteq из-за повышенной надежности благодаря защите от перенапряжения и обратного напряжения.

    Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

    Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

    Импульсный источник питания постоянного тока

    Импульсные источники питания постоянного тока были впервые представлены в конце 1970-х годов, сегодня они являются самой популярной формой источников питания постоянного тока на рынке благодаря их исключительной энергоэффективности и отличным общим характеристикам.Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличную стабилизацию нагрузки и линии. Типичные области применения импульсных источников питания постоянного тока:

    • универсальное использование, включая НИОКР, производство и испытания
    • приложения с высокой мощностью / высоким током
    • системы связи, мобильные станции, сетевое оборудование и т. д.
    • гальваника, анодирование, гальванопластика, электрофорез и др.
    • Зарядка и выравнивание аккумуляторов для литий-ионных аккумуляторов, авиационных, морских и автомобильных аккумуляторов
    • электролиз, обработка отходов, водородный генератор, топливные элементы и т. д.
    • Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиационное и морское оборудование и т. Д.

    В течение трех десятилетий Mastech создавал регулируемые импульсные источники питания с наименьшими шумами и колебаниями в отрасли.Наши импульсные источники питания широко используются в исследованиях и разработках и в лабораторных условиях из-за их исключительных шумовых характеристик. Выбор конструкции для минимизации шума имеет ряд недостатков: более медленный отклик и повышенная чувствительность к обратной ЭДС от нагрузки. В результате импульсные источники питания Mastech не подходят для зарядки аккумуляторов, анодирования, светодиодных применений, гальваники (использование в качестве выпрямителей для гальванических покрытий) и анодирования, электролиза, гальванопластики, производства водорода и любых электрохимических применений.

    Признавая недостатки, мы запустили в 2012 году новую линейку импульсных источников питания под брендом Volteq , чтобы удовлетворить растущие потребности клиентов в зарядке аккумуляторов, светодиодных приложениях, двигателях постоянного тока, гальванике и анодировании, электролизе и производстве водорода, слот-машинах. , автомобильные, авиационные и морские приложения. Импульсные источники питания Volteq , со встроенной защитой от перенапряжения и обратного напряжения, прочны как скала, но при этом обеспечивают отличные характеристики шума и пульсаций благодаря использованию самых современных технологий.

    Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

    Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

    В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

    Номинальная температура окружающей среды относится к соотношению между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды в приложении и фактической мощностью после требуемого снижения номинальных характеристик, если это необходимо.Многие производители указывают номинальные характеристики блоков питания для температуры окружающей среды 40 ° C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (т. Е. 60 Вт), применима только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с окружающей температурой не выше 40 ° C. Если агрегат эксплуатируется при температуре выше 40 ° C, мощность агрегата должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50 ° C. В этом примере конструкция 60 Вт при 40 ° C будет переоценена на 30 Вт при температуре окружающей среды 45 ° C и неработоспособна при 50 ° C. Однако блоки питания Micron рассчитаны на работу при температуре до 60 ° C и имеют паспортную табличку.Конструкция Micron все еще может работать при температурах выше 60 ° C, но ее необходимо постепенно снижать, когда температура окружающей среды приближается к 70 ° C. Это важно в двух отношениях. Во-первых, технический специалист должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с подходящей конструкцией источника питания, чтобы избежать перегрузки источника питания. Во-вторых, покупатель источника питания должен обращать внимание на различия в номинальных рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку различия в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительны, следовательно, более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.

    Также важно понимать разницу между «рабочим диапазоном» и «рабочим диапазоном мощности». Многие производители указывают «рабочий диапазон» для своих источников питания от -20 до 70 C, хотя конструкция с 40 C не обеспечивает мощность выше 49 C. Если возникают какие-либо вопросы относительно пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график кривой зависимости температуры / мощности, который должен отображать точку и диапазон требуемого снижения мощности для устройства.

    Методики проектирования

    для снижения шума в импульсном источнике питания

    В прошлой статье мы обсудили понятие шума (пульсации и электромагнитных помех) в цепи SMPS, а также компоновку схемы и простые методы проектирования, которые могут уменьшить его. В этой статье мы обсудим шум с точки зрения более широкой системы. Размещение нескольких импульсных блоков питания на одной плате может создать новые проблемы, и мы обсудим способы разработки такой схемы питания, чтобы эти блоки питания не мешали друг другу.

    Дизайн и системная архитектура

    SMPS не предназначен для самостоятельного существования. Это часть более крупной системы. Общая архитектура питания, основанная на доступных и требуемых напряжениях, должна быть тщательно оценена для получения наиболее эффективных, рентабельных и практических результатов.

    Например, предположим, что у вас есть шина 12 В и требуется шина 3,3 В для ввода-вывода, шина 1,8 В для ОЗУ и шина 1,2 В для питания ядра процессора. Вместо использования трех понижающих преобразователей для достижения каждого желаемого результата вы можете выбрать 3.Шина 3 В от понижающего преобразователя с большей допустимой нагрузкой по току, а затем генерировать 1,2 В и 1,8 В с помощью линейных регуляторов с шиной 3,3 В в качестве входа.

    Другой вариант - генерировать 3,3 В через понижающий преобразователь, а затем каскадировать LDO для генерации 1,8 В из 3,3 В и 1,2 В из 1,8 В. Результирующая схема, вероятно, будет тише с точки зрения пульсаций и электромагнитных помех. Хотя линейные регуляторы намного менее эффективны, чем их собратья, работающие в режиме переключения, они обладают преимуществами. Они часто дешевле, требуют меньше места на плате и требуют меньшего количества пассивных компонентов для работы.

    Линейные регуляторы

    также могут подавлять шум на входе. Этот показатель называется коэффициентом отклонения источника питания (PSRR) и представляет собой отношение между пульсациями входного напряжения и пульсациями выходного напряжения, измеряемое в децибелах. Часто они составляют около 40-60 дБ, но некоторые могут доходить до 90 дБ и выше. Очень чувствительная сеть, например, для RAM или напряжения ядра, имеет более жесткие требования к пульсации напряжения, и питание ее через LDO - способ свести пульсации к минимуму.

    При размещении нескольких SMPS на одной плате может быть полезно синхронизировать их часы. Устройство SMPS обычно управляет переключением своих собственных внутренних полевых МОП-транзисторов, при этом обычно позволяя разработчику выбрать эту частоту переключения с помощью внешнего компонента. Однако некоторые понижающие / повышающие устройства имеют вывод «SYNC» - вывод для внешнего тактового сигнала.

    Все источники питания должны использовать одинаковую частоту коммутации, и следует учитывать фазу сигналов.Это означает, что все источники питания должны переключаться одновременно (подавать один и тот же тактовый сигнал, возможно, сгенерированный микроконтроллером) или должны переключаться последовательно один за другим (генерируемый многофазным генератором, таким как LTC6902).

    Рисунок 1. Трехфазный (сдвиг фаз между сигналами 120˚), тактовый сигнал 1 МГц, с коэффициентом заполнения 33% для каждой из трех фаз, генерируемый LTC6902

    Выбор частоты коммутации - один из наиболее важных факторов при проектировании импульсного источника питания.Эта тема уже неоднократно освещалась, в том числе в статье «Как выбрать частоту коммутирующего регулятора на всех схемах».

    Как правило, более высокая частота коммутации приводит к меньшим колебаниям напряжения. Однако каждая схема имеет верхний предел скорости переключения. Это продиктовано минимальным временем включения, которое является самым коротким промежутком времени, в течение которого устройство может оставить свой переключатель замкнутым.

    В выход = t вкл (мин) x В дюйм x F S (макс) x η

    На основе известного входного напряжения (VI n ), желаемого выходного напряжения (Vout), эффективности (η) и минимального времени включения (t on (min) ) из таблицы данных максимальная частота переключения устройства ( F S (макс.) ) для данной конструкции.Для нескольких импульсных регуляторов, часы которых будут синхронизированы, частота переключения не должна превышать наименьшее расчетное значение F S (max) .

    Хотя это может не иметь прямого отношения к электромагнитным помехам или пульсации напряжения, расположение SMPS на плате может повлиять на производительность системы. Лучше всего размещать импульсные источники питания как можно ближе к входу напряжения и держать их подальше от чувствительных сигналов, таких как высокоскоростные цифровые сигналы (например, Ethernet и USB) или аналоговые сигналы (например, аудио). или аналоговые датчики), которые могут быть повреждены шумом переключения.

    Некоторые разработчики рекомендуют использовать «коммутационную землю» (аналогично идее аналоговой и цифровой земли), но разделение заземлений может вызвать проблемы для неопытных разработчиков. Правильный дизайн, компоновка и расположение на печатной плате также могут помочь.

    Другие методы снижения шума ИИП

    Для цепей, используемых в чувствительных средах, где есть другие восприимчивые устройства или другие устройства, генерирующие электромагнитные помехи, может быть полезно установить на печатную плату экран для защиты от электромагнитных помех.Этот экран так же прост, как проводящий металлический ящик, размещенный над чувствительными или генерирующими электромагнитные помехи компонентами. Эти щиты можно приобрести в готовом виде с разметкой, разработанной вокруг них, или по индивидуальному заказу (либо в больших количествах, либо вручную из металлических листов, вырезанных и сложенных по размеру).

    Рисунок 2. EMI Shield. Изображение любезно предоставлено Харвином.

    Существует также множество готовых решений SMPS, которые можно развернуть на специальной печатной плате.Эти модули могут сэкономить место на плате и сложность конструкции за счет более высокой цены.

    Рисунок 3. Murata OKL2-T / 20-W12N2-C. Изображение любезно предоставлено Digikey.

    Спроектировать схему с импульсными источниками питания поначалу может быть сложно, но преимущества намного перевешивают сложность в правильном применении. Такие инструменты, как TI's Webench Power Designer, могут упростить этот процесс. Но при использовании некоторых из описанных методов производительность простого эталонного дизайна может быть значительно улучшена.

    Использование импульсных источников питания

    Правильное использование импульсных источников питания повышает надежность вашего электронного оборудования.

    ВНИМАНИЕ

    Неправильно подключенные сенсорные клеммы вызовут внутреннее перенапряжение.
    Компенсация более высокого значения, чем максимально допустимое напряжение источника питания, может повредить защиту от перенапряжения на выходе или вызвать неисправность.
    Использование многоступенчатых / одноступенчатых источников питания, выходящих за рамки параметров, определенных в их техническом описании, не рекомендуется, потому что в этом случае может возникнуть перегрев внутренних компонентов и / или выходное перенапряжение.

    1. ВХОД

    Входное напряжение

    Применение входного напряжения, отличного от номинального значения источника питания, может привести к повреждению устройства! Блок питания требует постоянного или переменного напряжения питания в определенном диапазоне.Даже входное напряжение с правильной амплитудой, но с искаженной волной может помешать правильной работе блока питания. Поэтому внимательно прочтите техническое описание, рабочую книгу и этикетку продукта. Если ваша система питания не соответствует требуемым характеристикам, обратитесь к производителю или дистрибьютору блока питания.

    Входной ток

    Амплитуда и форма входного тока зависят от конфигурации устройства и характеристик системы питания.В системе постоянного тока для данной выходной мощности амплитуда тока зависит от амплитуды входного напряжения и КПД устройства. Для систем переменного тока большинство блоков питания ведут себя как емкостная нагрузка, имея входной каскад с мостовым выпрямителем и сглаживающими конденсаторами. Поэтому они потребляют от сети реактивный ток, увеличивая ток, необходимый для той же выходной мощности. Учитываем этот избыток, вводя коэффициент мощности.

    Пусковой ток

    Как указано выше, входное сопротивление блока питания в основном емкостное.Даже блоки ввода постоянного тока нуждаются в конденсаторах большой емкости для правильной работы и выполнения требований по времени задержки. Поэтому, когда устройство включено, из-за заряда конденсаторов возникает сильный пик тока, потребляемого от источника питания. Этот начальный ток называется пусковым током. Худший случай возникает, когда входное напряжение максимально. При питании от сети переменного тока это происходит на пике синусоиды входного напряжения. Пусковой ток в несколько раз больше, чем пиковый ток в установившемся режиме. Схема защиты ослабляет этот эффект, позволяя более подходящий выбор предохранителей, главных выключателей и других частей, добавленных к входной линии.

    Входной предохранитель

    Если встроенные предохранители импульсного источника питания перегорят, что-то может быть повреждено во внутренних цепях. В этом случае импульсный источник питания не восстановится даже после замены предохранителей. Обратитесь к производителю или дистрибьютору.

    2. УСТАНОВКА, ПОДКЛЮЧЕНИЕ И ПОДКЛЮЧЕНИЕ

    Даже самый эффективный импульсный источник питания не будет работать должным образом, если установка, проводка и подключение выполнены неправильно.Перед использованием импульсных источников питания следуйте инструкциям производителя.

    Установка

    1 - Рассеивание тепла
    • Установите блок питания в правильное положение
    • При установке двух или более блоков оставьте между ними достаточно места
    • Убедитесь, что устройство имеет надлежащую теплопроводность
    • Убедитесь, что устройство правильно вентилируется.Принудительный воздух намного улучшает отвод тепла.
    2 - Снижение выходной мощности
    • Выходная мощность зависит от рабочей температуры. Уменьшите мощность устройства в соответствии с коэффициентом снижения мощности, указанным в каталоге.

    Электромонтаж и соединения

    1- Входная и выходная проводка
    • Разделите входные и выходные провода друг от друга, чтобы избежать перекрестных помех
    • Используйте короткие толстые провода для выходных линий, размеры которых соответствуют току
    • По возможности скрутите провода дистанционного зондирования, чтобы избежать помех
    2 - Заземление
    • Подключите клемму заземления блока питания к корпусу оборудования коротким толстым проводом для обеспечения безопасности и предотвращения шума.

    Регулировка выходного напряжения и O.V.P.

    Выходное напряжение может быть увеличено или уменьшено в определенных пределах с помощью регулировочного триммера («Vadj»). При чрезмерном увеличении выходного напряжения может сработать схема защиты от перенапряжения. В этом случае следуйте процедуре, указанной ниже:
    -a) Выключите источник питания -b) поверните Vadj. триммер по убыванию -c) включить питание (не менее 20 секунд после выключения) -d) повернуть Vadj.пока не будет установлен нужный уровень напряжения

    3. БЕЗОПАСНОСТЬ

    Источники питания должны быть встроены в конечное оборудование или размещены на рабочем месте перед включением питания.

    Заземление

    Все блоки, оснащенные клеммой защитного заземления (P.E.), должны быть подключены к системе заземления напрямую или через заземление оборудования.Несоблюдение этого правила может привести к опасностям. Соединение должно быть закреплено таким образом, чтобы вибрации или старение не нарушили его целостность.

    Ток утечки

    Внутренний фильтр радиопомех создает ток утечки в пути заземления. Он должен быть в пределах, установленных соответствующими стандартами безопасности. Во избежание поражения электрическим током необходимо гарантировать надежное соединение с защитным заземлением (P.E.).

    Электромонтажные материалы

    Для безопасного подключения линий опасного напряжения используйте только провода с подходящей степенью изоляции.
    Чтобы предотвратить нагрев или возгорание материалов проводки, используйте провода, которые могут выдерживать номинальный ток плюс дополнительный запас, чтобы выдерживать определенные условия, такие как перегрузки и короткие замыкания. Когда ток распределяется между несколькими нагрузками, каждая ветвь должна быть рассчитана на общий ток.Каждая нагрузка, подключенная более тонким проводом, должна быть защищена отдельно предохранителем, в противном случае ее короткое замыкание не сможет эффективно сработать основной защитой от сверхтока.

    4. EMI

    Импульсные источники питания производятся в соответствии со стандартами ЭМС. Они сохраняют уровень излучения ниже установленных пределов и не подвержены влиянию внешних помех ниже указанных уровней. Каждый блок питания предназначен для работы в определенной операционной среде.Использование в другой среде может снизить его эффективность. При неправильной установке могут возникнуть другие проблемы. Чтобы обеспечить оптимальное использование источников питания, помните о следующих моментах:
    • Соединения входных и выходных линий должны располагаться как можно дальше друг от друга, а также от внутренних источников шума, таких как цифровые процессоры и импульсные трансформаторы. Уловленный шум может распространяться в виде кондуктивных или излучаемых излучений, создавая помехи для оборудования, размещенного по соседству.
    • По противоположной причине избегайте петель с соединительными кабелями, так как они могут эффективно улавливать шум от внешней среды и мешать работе оборудования, даже если блок питания имеет хорошую помехоустойчивость. Хорошая практика - скручивать каждую линию с ее обратной связью и применять экранированные кабели.
    • Основным элементом является техника заземления. Идеального решения не существует, особенно для автономных устройств, которые не имеют защитного кожуха всего оборудования.Короткие, толстые и широкие заземляющие соединения эффективны на низких частотах, но на более высоких частотах следует проявлять особую осторожность, прежде всего, чтобы закрепить и ограничить экраны.

    5. НАДЕЖНОСТЬ

    На следующем рисунке показана кривая интенсивности отказов (кривая ванны) в течение типичного жизненного цикла продукта. (1) Период раннего отказа
    Чтобы предотвратить преждевременный выход из строя, каждый производитель проверяет все детали или проводит испытания на старение готового продукта.Следовательно, когда импульсные блоки питания доставляются пользователям, блоки питания уже вошли в период случайного отказа.
    (2) Период случайного отказа
    Стабильность каждого импульсного источника питания зависит от его собственной надежности (среднее время наработки на отказ: MTBF). В основном частота отказов очень низкая. Однако частота отказов в период случайных отказов различается в зависимости от условий установки и эксплуатации (температура окружающей среды, метод установки, снижение характеристик, вентиляция, вибрация и удары), которые определяются пользователем
    (3) Период усталостного разрушения
    В какой-то момент импульсный источник питания войдет в период усталостного отказа.

    Температура окружающей среды и срок службы

    - Каждая часть импульсного источника питания отличается по сроку службы в зависимости от температуры окружающей среды. Электролитический конденсатор, используемый в качестве сглаживающего фильтра, чувствителен к колебаниям окружающей температуры из-за химических реакций, которые происходят внутри него. Обычно служебный файл электролитических конденсаторов уменьшается вдвое, если температура окружающей среды увеличивается на 10 ° C.Эта характеристика определяет срок службы импульсного блока питания.
    - если импульсный источник питания используется при высокой температуре, электролитический конденсатор может войти в период усталостного разрушения, в то время как другие части все еще будут находиться в периоде случайного отказа. Для увеличения срока службы импульсного источника питания может потребоваться замена и капитальный ремонт электролитического конденсатора.
    - Требуются периодические капитальные ремонты для обеспечения надежности электроснабжения.Частота проведения капитального ремонта зависит от условий эксплуатации и температуры. Срок службы наиболее сильно снижается, когда источник питания работает непрерывно. Как правило, периодичность капитальных ремонтов источника питания должна быть следующей:
    - один раз в три года при температуре 40 ÷ 45 ° C
    - один раз в четыре года при температуре от 35 до 40 ° C
    - один раз в пять лет при температуре от 30 до 35 ° C
    Вышеуказанное значение температуры отличается в зависимости от импульсного источника питания.

    6. КОРРЕКТОР МОЩНОСТИ

    Введение коррекции коэффициента мощности направлено на устранение импульсов тока в линии, обычно потребляемых обычными импульсными источниками питания переменного и постоянного тока. Нелинейный входной каскад вызывает типичный коэффициент мощности 0,5 ÷ 0,6. Стандарт EN61000-3-2 устанавливает точные ограничения на излучение гармоник в зависимости от входной мощности и области применения продукта. Введение активного предварительного регулятора между мостовым выпрямителем и преобразователем позволяет получать входной ток в виде почти идеальной выпрямленной синусоидальной волны, синхронизированной по фазе с входным напряжением.Преимущества:
    • коэффициент мощности лучше, чем 0,90
    • универсальный диапазон входов 90 ÷ 264 В перем. Тока
    • регулируемое входное напряжение постоянного тока для выходного преобразователя
    Более дешевое, надежное и простое решение - пассивный корректор. Это последовательный индуктивный элемент, расположенный между мостом и сглаживающими конденсаторами. Он дает только затухание гармоник, поэтому фильтруемая мощность ограничена.

    7. ДАТЧИКИ

    Входы датчиков S + и S- предназначены для компенсации падения напряжения в выходных кабелях, подключенных к мощным нагрузкам. Сенсорные провода должны быть экранированы или скручены, чтобы уменьшить шум, который может быть уловлен по пути. Примечание: измерительных проводов необходимо подключить до включения питания и после подключения нагрузки. Цепь считывания абсолютно не может выдерживать ток нагрузки даже в течение нескольких секунд.

    8. БЛОКИРОВКА ВХОДА

    Этот вход вызывает отключение преобразователя. Выходное напряжение соответствует кривой, показанной на рисунке. Он работает по-разному в зависимости от модели блока питания.
    Для получения дополнительной информации см. Соответствующий лист данных.

    9. СИГНАЛЫ

    Отказ питания

    Этот сигнал обеспечивает контроль выходного напряжения и выполняется схемой, показанной на рисунке.Этот сигнал доступен с опцией PF вместе с сигналом СБРОС.

    СБРОС

    Этот сигнал указывает на состояние Vout и получается с помощью схемы, показанной на рисунке.

    ТРЕВОГА

    Этот сигнал получается с помощью реле, как показано на рисунке.

    SYS-RESET / AC-FAIL

    Необязательно поставляются с источниками питания для приложений VME-BUS.

    10. ВХОД ПРОГРАММИРОВАНИЯ VOUT

    Эта опция (см. PROG) доступна для устройств с одним выходом, где требуется регулировка выходного напряжения в заданном диапазоне.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *