Импульсный блок питания схема простой: Схема импульсного блока питания и его сборка своими руками

Содержание

cxema.org - Самый простой импульсный блок питания

Представляю самый простой миниатюрный импульсный блок питания, который может быть успешно повторён начинающим радиолюбителем. Он отличается надежностью, работает в широком диапазоне питающих напряжений, имеет компактные размеры.

Блок питания обладает относительно небольшой мощностью, в пределах 2-х ватт, зато он буквально неубиваемый, не боится даже долговремнных коротких замыканий.

Схема проще даже самых простых импульсных источников питания, к которым относятся зарядные устройства для мобильных телефонов.

Самый простой импульсный блок питания

Блок питания представляет собой  маломощный импульсный источник питания автогенераторного типа, собранный всего на одном транзисторе. Автогенератор запитывается от сети через токоограничительный резистор R1 и однополупериодный выпрямитель в виде диода VD1.

Самый простой импульсный блок питания, трансформаторСамый простой импульсный блок питания, трансформатор

Импульсный трансформатор имеет три обмотки, коллекторная или первичная, базовая обмотка и вторичная.

Самый простой импульсный блок питания, трансформаторСамый простой импульсный блок питания, трансформатор

Важным моментом является намотка трансформатора, и на печатной плате и на схеме указаны начала обмоток, так что проблем возникнуть не должно. Расчетов не делал, а количество витков обмоток позаимствованы от трансформатора для зарядки сотовых телефонов, так как схематика почти та же, количество обмоток тоже. Первой мотается первичная обмотка, которая состоит из 200 витков, диаметр провода от 0,08 до 0,1 мм, затем ставиться изоляция и таким же проводом мотается базовая обмотка, которая содержит от 5 до 10 витков. Поверх мотаем выходную обмотку, количество ее витков зависит от того, какое напряжение вам нужно, по моим скромным подсчетам получается около 1 вольта на один виток.

Сердечник для трансформатора можно найти в нерабочих блоках питания от мобильных телефонов, светодиодных драйверов и прочих маломощных источников питания, которые как правило построены именно на базе однотактных схем, в состав которых входит нужный трансформатор.

Самый простой импульсный блок питания, сердечник трансформатораСамый простой импульсный блок питания, сердечник трансформатора

Один момент - блок однотактный и между половинками сердечника должен быть немагнитный зазор, такой зазор имеется у сердечников с зарядных устройств сотовых телефонов. Зазор относительно небольшой (пол миллиметра хватит сполна). Если не находите трансформаторов с зазором, его можно сделать искусственным образом, подложив между половинками сердечника один слой офисной бумаги.

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

Готовый трансформатор собирают обратно, половинки сердечника стягиваются скажем скотчем либо намертво склеиваются суперклеем.

Самый простой импульсный блок питания, собранная плата без трансформатора Самый простой импульсный блок питания, собранная плата без трансформатора

Схема не имеет стабилизации выходного напряжения и узлов защиты от коротких замыканий, но как не странно  ей не страшны никакие короткие замыкания. При коротких замыканиях естественно повышается ток в первичной цепи, но он ограничивается ранее упомянутым резистором, и все лишнее рассеивается на резисторе в виде тепла, так что блок можно смело замыкать, даже долговременно. Такое решение снижает КПД источника питания в целом, но зато делает его буквально неубиваемым, в отличии от тех же самых зарядок для мобильных телефонов.

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Резистор указанного номинала ограничивает входной ток на уровне 14, 5 мА, по закону ома, зная напряжение в сети легко можно рассчитать мощность, которая составляет в районе 3,3 ватт, это мощность на входе, с учетом кпд преобразователя выходная мощность будет процентов на 20-30 меньше этого. Увеличить мощность можно, для этого достаточно снизить сопротивление указанного резистора.

Силовой транзистор - это маломощный высоковольтный биполярный транзистор обратной проводимости, подойдут ключи типа MJE13001, 13003, 13005, более мощные ставить нет смысла, первого варианта вполне хватает.

На выходе схемы установлен выпрямитель на базе импульсного диода, для снижения потерь советую использовать диод шоттки, рассчитанный на ток 1А. Далее фильтрующий конденсатор, светодиодный индикатор включения и пара резисторов.

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

О недостатках схемы:

  • Ограничительный резистор на входе снижает кпд, не на много, но снижает, взамен он гарантирует безопасную работу блока;
  • Ограниченная выходная мощности -  для того, чтобы на этой основе построить блок питания скажем ватт на 10-20, нужно снизит его сопротивление и увеличит мощност, чтобы нагрев не выходил за рамки, а это неудобно и увеличивает размеры блока питания в целом.

Но с другой стороны, схожие схемы применяются там, где нужна мощность в пределах 3-5 ватт, например в моем случае блок предназначен для питания небольшого кулера, поэтому мощность ограничена в пределах 2-х ватт.

Области применения - их очень много, так, как блок имеет гальваническую развязку от сети, следовательно, он безопасен и его выходное напряжение никак не связано с сетью. Отличный вариант для запитки светодиодов, вентиляторов охлаждения, питания каких-то маломощных схем и многое другое.

Печатная плата тут 

Простые импульсные блоки питания » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)
Несколько раз меня выручали блоки питания, схемы которых стали уже класическими, оставаясь простыми для любого, кто хоть раз уже что-то электронное в своей жизни паял.

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

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

Содержание / Contents

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

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

Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!

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

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

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

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

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

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Константин (riswel)

Россия, г. Калининград

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

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

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

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

 

Импульсные блоки питания своими руками

Если нет желания устанавливать громоздкий трансформатор или создавать намотку, можно своими руками собрать блок питания импульсного типа, который требует трансформатора всего с несколькими витками.

импульсный блок питания

При этом, потребуется небольшое количество деталей, а работу можно выполнить за 1 час. В данном случае, основой для блока питания используется микросхема IR2151.

Для работы понадобятся следующие материалы и детали:

  1. PTC термистор любого типа.
  2. Пара конденсаторов, которые выбираются с расчетом 1мкф. на 1 Вт. При создании конструкции подбираем конденсаторы так, чтобы они вытянули 220 Вт.
  3. Диодная сборка типа «вертикалка».
  4. Драйвера типа IR2152, IR2153, IR2153D.
  5. Полевые транзисторы типа IRF740, IRF840. Можно выбрать и другие, если у них хороший показатель сопротивления.
  6. Трансформатор можно взять из старых компьютерных системных блоков.
  7. Диоды, устанавливаемые на выходе, рекомендуется брать из семейства HER.

Кроме этого, понадобятся следующие инструменты:

  1. Паяльник и расходные материалы.
  2. Отвертка и плоскогубцы.
  3. Пинцет.

Также, не стоит забывать и о необходимости хорошего освещения на месте работы.

Пошаговая инструкция

импульсный блок питания

принципиальная схема

импульсный блок питания

структурная схема

Сборка проводится согласно составленной схеме цепи. Микросхема была подобрана согласно особенностям цепи.

Сборка проводится следующим образом:

  1. На входе устанавливаем PTC термистор и диодные мосты.
  2. Затем, устанавливается пара конденсаторов.
  3. Драйвера необходимы для регулирования работы затворов полевых транзисторов. При наличии у драйверов индекс D в конце маркировки устанавливать диод  FR107 не нужно.
  4. Полевые транзисторы устанавливаются без закорачивания фланцев. При проведении крепления к радиатору, используют специальные изоляционные прокладки и шайбы.
  5. Трансформаторы устанавливаются с закороченными выводами.
  6. На выходе диоды.

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

Проверка

проверка импульсного блока питанияДля того, чтобы правильно собрать блок питания, нужно внимательно отнестись к установке полярных элементов, а также следует быть осторожным при работе с сетевым напряжением. После отключения блока от источника питания, в цепи не должно оставаться опасного напряжения. При правильной сборке, последующая наладка не проводится.

Проверить правильность работы блока питания можно следующим образом:

  1. Включаем в цепь, на выходе лампочка, к примеру,12 Вольт. При первом кратковременном пуске, лампочка должна гореть. Кроме этого, следует обратить внимание на то, что все элементы не должны нагреваться. Если что-то греется, значит, схема собрана неправильно.
  2. При втором пуске замеряем значение тока при помощи тестера. Даем проработать блоку достаточное количество времени для того, чтобы убедиться в отсутствии нагревающихся элементов.

Кроме этого, нелишним будет проверка всех элементов при помощи тестера на наличие высокого тока после выключения питания.

Рекомендации по сборке:

  1. Как ранее было отмечено, работа импульсного блока питания основана на обратной связи. Рассматриваемая схема не требует специальной организации обратной связи и различных фильтров по питанию.
  2. Особое внимание следует уделить выбору полевых транзисторов. В данном случае, рекомендуются полевые транзисторы IR, которые славятся устойчивостью к тепловому разрешению. Согласно данным производителя, они могут стабильно работать до 150 градусов Цельсия. Однако, в этой схеме они не сильно нагреваются, что можно назвать весьма важной особенностью.
  3. Если нагрев транзисторов происходит постоянно, следует устанавливать активное охлаждение. Как правило, оно представлено вентилятором.

Достоинства и недостатки

импульсный блок питания

Импульсный преобразователь имеет следующие достоинства:

  1. Высокий показатель коэффициента стабилизации позволяет обеспечить условия питания, которые не будут вредить чувствительной электронике.
  2. Рассматриваемые конструкции обладают высоким показателем КПД. Современные варианты исполнения имеют этот показатель на уровне 98%. Это связано с тем, что потери снижены до минимума, о чем говорит малый нагрев блока.
  3. Большой диапазон входного напряжения – одно из качеств, из-за которого распространилась подобная конструкция. При этом, КПД не зависит от входных показателей тока. Именно невосприимчивость к показателю напряжения тока позволяет продлить срок службы электроники, так как в отечественной сети электроснабжения прыжки показателя напряжения частое явление.
  4. Частота входящего тока оказывает влияние на работу только входных элементов конструкции.
  5. Малые габариты и вес, также обуславливают популярность из-за распространения портативного и переносного оборудования. Ведь при использовании линейного блока вес и габариты увеличиваются в несколько раз.
  6. Организация дистанционного управления.
  7. Меньшая стоимость.

Есть и недостатки:

  1. Наличие импульсных помех.
  2. Необходимость включения в цепь компенсаторов коэффициента мощности.
  3. Сложность самостоятельного регулирования.
  4. Меньшая надежность из-за усложнения цепи.
  5. Тяжелые последствия при выходе одного или нескольких элементов цепи.

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

Устройство и особенности работы

принцип работы импульсного блока питания

При рассмотрении особенностей работы импульсного блока, можно отметить следующие:

  1. Сначала происходит выпрямление входного напряжения.
  2. Выпрямленное напряжение в зависимости от предназначения и особенностей всей конструкции, перенаправляется в виде прямоугольного импульса высокой частоты и подается на установленный трансформатор или фильтр, работающий с низкими частотами.
  3. Трансформаторы имеют небольшие размеры и вес при использовании импульсного блока по причине того, что повышение частоты позволяет повысить эффективность их работы, а также уменьшить толщину сердечника. Кроме этого, при изготовлении сердечника может использоваться ферромагнитный материал. При низкой частоте, можно использовать только электротехническую сталь.
  4. Стабилизация напряжения происходит при помощи отрицательной обратной связи. Благодаря использованию данного метода, напряжение, подаваемое к потребителю, остается неизменным, несмотря на колебание входящего напряжения, и создаваемой нагрузки.

Обратная связь может быть организована следующим образом:

  1. При гальванической развязке, используется оптрон или выход обмотки трансформатора.
  2. Если не нужно создавать развязку, используется резисторный делитель напряжения.

Подобными способами выдерживается выходное напряжение с нужными параметрами.

Стандартные блоки импульсного питания, который может использоваться, к примеру, для регулирования выходного напряжения при питании светодиодной лампы, состоит из следующих элементов:

  1. Часть входная, высоковольтная. Она, как правило, представлена генератором импульсов. Ширина импульса – основной показатель, оказывающий влияние на выходной ток: чем шире показатель, тем больше напряжение, и наоборот. Импульсный трансформатор стоит на разделе входной и выходной части, проводит выделение импульса.
  2. На выходной части стоит PTC термистор. Он изготавливается из полупроводника, имеет положительный показатель коэффициента температуры. Данная особенность означает, что при повышении температуры элемента выше определенного значения, значительно поднимается показатель сопротивления. Используется в качестве защитного механизма ключа.
  3. Низковольтная часть. С низковольтной обмотки проводится снятие импульса, выпрямление происходит при помощи диода, а конденсатор выступает в качестве фильтрующего элемента. Диодная сборка может провести выпрямление тока до значения 10А. Следует учитывать, что конденсаторы могут быть рассчитаны на различную нагрузку. Конденсатор проводит снятие оставшихся пиков импульса.
  4. Драйвера проводят гашение возникающего сопротивления в цепи питания. Драйвера во время работы проводят поочередное открытие затворов установленных транзисторов. Работа происходит с определенной частотой
  5. Полевые транзисторы выбирают с учетом показателей сопротивления и максимального напряжения при открытом состоянии. При минимальном значении, сопротивления значительно повышается КПД и уменьшается нагрев во время работы.
  6. Трансформатор типовой для понижения.

С учетом выбранной схемы, можно приступать к созданию блока питания рассматриваемого типа.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки

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

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

 

Оглавление статьи.

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

     

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

 

Вступление.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

 

Вернуться наверх к меню

 

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для преобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

 

Вернуться наверх к меню

 

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Вернуться наверх к меню

 

Импульсный трансформатор для блока питания.

 

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. 🙂 Проверено на практике.

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

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

Вернуться наверх к меню

 

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.

 

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мыльниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 20 Ватт.

 

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП.

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт. Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц. Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц Температура трансформатора – 60ºС Температура транзисторов – 42ºС

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 100 Ватт.

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

 

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

 

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

 

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

А это действующий стоваттный импульсный блок питания.

 

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.

 

Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.

Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.

Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.

Температура транзисторов – 75ºC.

Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².

Температура дросселя TV1 – 45ºC.

TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Вернуться наверх к меню

 

Выпрямитель.

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

 

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

 

1. Мостовая схема.

2. Схема с нулевой точкой.

 

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

 

Пример.

Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ватт.

 

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

 

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

 

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

 

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности. 🙂


 

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

 

Вернуться наверх к меню

 

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

 

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

 

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку между исследуемым ИБП и осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

 

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

 

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

 

Будьте осторожны, берегитесь ожога!

 

Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!

То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Вернуться наверх к меню

 

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

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

Вернуться наверх к меню

 

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Вернуться наверх к меню

 

Источник http://oldoctober.com/

Импульсный блок питание схема самостоятельной сборки

Импульсный блок питание схема-1Импульсный блок питание схема-1

Импульсный блок питание, схема которого представлена в этой статье, собран на хорошо известной микросхеме IR2153 и предназначен для использования в усилителе мощности от 300 Вт до 500 Вт.

Благодаря исключительной энергоэффективности и отличной общей производительности таких устройств они в настоящее время очень востребованы на рынке. Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение посредством процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Процесс ШИМ может генерировать некоторый высокочастотный шум, однако позволяет создавать импульсные источники питания с очень высоким КПД и малым форм-фактором. Благодаря хорошей конструкции импульсный источник питание, схема которого может иметь отличную регулировку нагрузки.

Представленный здесь источник питания имеет следующие особенности:

  • В первичной обмотке данного трансформатора, а также в силовом тракте выходного напряжения установлена эффективная система защита от КЗ.
  • Мягкий старт ИБП.
  • Защита входной цепи, с помощью варистора предотвращает схему от бросков сетевого напряжения превышающего максимальное значение, а также от случайного подключения 380v.
  • Особенность данной схемы заключается в ее простоте и доступности деталей.

Технические характеристики импульсный блок питание (данные приводятся именно для этой модели):

  • Номинальная мощность на выходе — 300W
  • Предельная мощность на выходе — 500W
  • Номинальная рабочая частота — 50кГц
  • Напряжение в выходной цепи — 2х35v (выходное напряжение можно создать любое, исходя из числа витков на трансформаторе).
  • КПД — составляет 86%, опять же в зависимости от сердечника трансформатора.

Схема ИБПСхема ИБП

Примечание: в этом устройстве задействован стандартный модуль управления импульсным блоком питания, схема которого скопирована из даташита на IR2153.

Схема импульсного блока питания имеет функцию защиты от возможной перегрузки БП и короткого замыкания в цепях питания. При этом, узел защиты обеспечивает подстройку требуемого порога срабатывания, путем установки необходимого значения тока на резисторе R10. Встроенный светодиод HL1 сигнализирует о включении защиты в момент появления нештатной ситуации. В том случае, когда сработала защита, указывая на неполадки в устройстве, то силовые цепи ИИП отключаются.

Сам же блок питания может прибывать в таком состоянии бесконечно долго, так как в этот момент ток потребляемый устройством, практически равен току холостого хода прибора. В представленном здесь источнике питания порог защиты установлен на отключение силовой цепи при превышении мощности более 310 Вт в нагрузке.

Такая технология построения защитной функции дает гарантию, что БП не пострадает в следствии перегрузки, которая влечет за собой перегрев устройства. В данной модели ИБП, функцию токового датчика выполняют постоянные резисторы, последовательно включенные в цепь первичной обмотки импульсного трансформатора. Такой вариант использования гасящих резисторов позволил обойтись без установки дополнительного трансформатора по току.

Принцип работы схемы защиты такой: в случае короткого замыкания или чрезмерной нагрузки, напряжение на базе транзистора VT1, поступающее через сопротивление R11, может составлять от 0,5v до 0,8v, в следствии чего сработает защита. При этом питающее напряжение микросхемы IR2153 за счет шунтирования будет переключено на «землю». Тем самым, автоматически будет отключен драйвер и сам блок питания. После устранения проблемы в схеме БП, повлекшая за собой отключение устройства, подача напряжения питания на драйвер, также автоматически включится. То есть, блок питания начнет работать в прежнем режиме.

Схема импульсного блока питания обладает функцией мягкого старта, а именно, при включении устройства в сеть, встроенная цепочка защиты созданная на резисторе R6, лимитирует пусковой ток. Это существенно оберегает силовые ключи от пробоя и продлевает срок их службы.

Далее, этим урезанным током происходит зарядка электролитического конденсатора C10 и остальных емкостей во вторичной цепи. Данный процесс выполняется за несколько долей секунд, после того как все емкости будут полностью заряжены и ток потребления станет минимальным, включается реле К1 и замыкает гасящий резистор R6. Таким образом полный ток начнет поступать в схему устройства, обеспечивая его работу на заданную мощность.

Драйвер, через цепочку, собранную на диоде и гасящим сопротивлении, получает питающее напряжение прямо от сети 220v. Отличие этой схемы заключается в том, что в стандартных схемах запитка драйвера выполняется от цепи +310v, из точки после выпрямителя, а здесь непосредственно от 220v. Тем самым мы получаем несколько положительных моментов:

  1. Мощность гасящего резистора будет значительно снижена, тем самым уменьшается выделение общего количества тепла на печатной плате у увеличивается суммарный КПД устройства.
  2. Питающее напряжение на драйвер поступает с незначительным уровнем пульсаций, что не скажешь о подачи напряжения по тракту +310v.

Во входной цепи блока питания расположен варистор, который предназначен для контроля скачков сетевого напряжения, превышающего максимальное значение. В случае возникновения нештатной ситуации в силовой цепи БП, на варисторе моментально уменьшается его собственное сопротивление, что приводит к короткому замыканию и сгоранию плавкого предохранителя F1.

Ниже предлагается описание как я испытывал на максимальной мощности собранный мной импульсный блок питание, схема которого представлена выше.

Импульсный блок питание схема-3Импульсный блок питание схема-3

В процессе тестирования БП я использовал эквивалент нагрузки собранный на четырех керамических резисторах проволочного типа, с мощностью рассеивания 25 Вт. При этом эти сопротивления я размещал в коробке с чистой водой для более интенсивного охлаждения. Через 1 час работы устройства на максимальном режиме, вся эта чистая вода приобретает ржавый цвет, в следствии подъема наверх различных примесей. В виду прохождения большого тока через резисторы, вода в емкости интенсивно испарялась, так как ее температура доходила почти до 100 градусов.

Импульсный блок питание схема-4Импульсный блок питание схема-4

В представленном здесь импульсном блоке питания я задействовал трансформатор, который собственноручно изготовил на магнитопроводе EPCOS ETD29. Первичная обмотка трансформатора выполнена из 47 витков намотанных в два прохода эмаль-проводом сечением 0,8 мм². Четыре вторичные обмотки содержат по 12 витков каждая и намотанные в один ряд проводом такого же сечения. С первого взгляда можно усомнится в правильности выбора сечения провода, но это ошибочное мнение.

Чтобы гарантировать корректную работу для этого источника питания обеспечивающий питающим напряжением усилитель мощности низкой частоты, такого сечения провода в обмотках трансформатора вполне хватает. Так как мощность, которую потребляет усилитель существенно ниже предельной. Испытание блока питания при длительной его работе на нагрузку составленной из резисторов и выходной мощностью 210W показало, что нагрев трансформатора составил всего около 43 градусов.

Примечание: если потребуется поднять выходное напряжение выше 45v, то тогда нужно будет поменять сдвоенные диоды Шотки VD5 — VD6, установленные в выходном тракте на более высоковольтные.

Кроме этого, чтобы поднять выходную мощность нужно использовать трансформатор с большим по площади сечения магнитопроводом и усиленными обмотками.

Здесь показана готовая к монтажу печатная плата выполненная ЛУТом:

Печатная платаПечатная плата

Печатка с другой стороныПечатка с другой стороны

Печатная плата имеет следующие размеры: 188 х 88 мм. Был использован стеклотекстолит с усиленной медью, составляющей 50 мкм, обычно используется 35 мкм, хотя можно применять и стандартную толщину, только при этом необходимо хорошо облудить токопроводящие дорожки и контактные площадки.

Перечень радиодеталей

Перечень деталей-7Перечень деталей-7

Перечень деталей-8Перечень деталей-8

Импульсный блок питания: схемы, принцип работы, особенности

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

Содержание статьи

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

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

Примеры импульсных блоков питания:

  • Зарядное устройство для телефона или смартфона;
  • Внешний блок питания ноутбука;
  • Блок питания компьютера;
  • Блок питания для светодиодной ленты.
Импульсный блок питания Robiton EN5000S. Предназначен для питания от источника переменного тока 100-240В приборов с напряжением 6,0 / 7,5 / 9,0 / 12,0 / 13,5 / 15 / 16В и максимальным входным током 5000 мА

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

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

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи ИИП

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи источника импульсного питания

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

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

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

Чем отличается от трансформаторного блока питания

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

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

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

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

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

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

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

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

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

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

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

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

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

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

Размер тоже имеет значение

Размер тоже имеет значение

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

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

Схемы импульсных блоков питания

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

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

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

Входной фильтр

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

Схема простейшего входного фильтра

Схема простейшего входного фильтра

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

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

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

Схема для компенсации всех типов помех

Схема для компенсации всех типов помех

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

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

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

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. При использовании одного диода, уровень пульсаций на выходе в два раза выше

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

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

Несколько схем фильтров разной степени сложности

Несколько схем фильтров разной степени сложности

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

Инвертор или блок ключей

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

Еще одна блок-схема ИИП

Еще одна блок-схема ИИП

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

Пример схемы инвертора на транзисторах

Пример схемы инвертора на транзисторах

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

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

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

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

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

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

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

Силовой трансформатор

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

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер - зеленым

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер — зеленым

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

Схема блока силового трансформатора для ИБП

Схема блока силового трансформатора для ИИП

Работает все это следующим образом:

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

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

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

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

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

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

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

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

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

Простой способ стабилизации

Простой способ стабилизации

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

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Наиболее стабильные выходные показатели имеют схемы ИИП со стабилизатором  TL431.

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

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

Схема со стабильным напряжением на выходе

Схема со стабильным напряжением на выходе

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

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

Схема импульсного блока питания - четыре версии на чипе IR2153

Схема импульсного блока питания — 4 рабочие схемы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Теперь рассмотрим следующий блок питания:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Четвертая схема импульсника:

Схема импульсного блока питания-11Схема импульсного блока питания-11

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

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

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

Скачать: Дополнительные файлы

Проектирование цепей электропитания - от простейших до самых сложных

В посте рассказывается, как спроектировать и построить хорошую схему электропитания на рабочем месте, начиная с базовой конструкции и заканчивая достаточно сложным источником питания с расширенными функциями.

Проектирование источника питания рабочего места необходимо

Независимо от того, является ли это электронным новичком или опытным инженером, всем требуется этот незаменимый элемент оборудования, называемый источником питания.

Это связано с тем, что ни одна электроника не может работать без питания, а точнее с помощью источника постоянного тока низкого напряжения, а блок питания представляет собой устройство, специально предназначенное для этой цели.

Если это оборудование так важно, для всех на местах становится обязательным изучать все мелочи этого важного члена электронного семейства.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему питания, в первую очередь простую, вероятно, для новичков, которые считают эту информацию чрезвычайно полезной.
Базовая схема источника питания в основном потребует трех основных компонентов для обеспечения ожидаемых результатов.
трансформатор, диод и конденсатор.Трансформатор - это устройство, которое имеет два набора обмоток, одна первичная, а другая вторичная.

Сеть 220 В или 120 В подается на первичную обмотку, которая передается на вторичную обмотку для создания там более низкого индуцированного напряжения.

Низкое пониженное напряжение, имеющееся на вторичной обмотке трансформатора, используется для использования по назначению в электронных цепях, однако, прежде чем использовать это вторичное напряжение, его необходимо сначала выпрямить, то есть напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток. первый.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 вольт, то полученные 12 вольт от вторичной обмотки трансформатора будут 12-вольтовым переменным током через соответствующие провода.

Электронная схема никогда не может работать с переменным током, и поэтому это напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток.

Диод - это одно устройство, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный. Существуют три конфигурации, с помощью которых можно конфигурировать базовые конструкции источников питания.

с использованием одного диода:

Наиболее простой и грубый вариант конструкции блока питания - это тот, который использует один диод и конденсатор.Поскольку один диод выпрямляет только один полупериод сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой выходной фильтрующий конденсатор для компенсации вышеуказанного ограничения.

Фильтрующий конденсатор следит за тем, чтобы после выпрямления в падающих или убывающих участках результирующей структуры постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполнялись и заполнялись накопленной энергией внутри конденсатора.

Вышеуказанный акт компенсации, выполняемый накопленной энергией конденсаторов, помогает поддерживать чистый и свободный от пульсаций выход постоянного тока, который был бы невозможен только с помощью одних диодов.

Для конструкции с одним диодным источником питания вторичная обмотка трансформатора должна иметь только одну обмотку с двумя концами.

Однако вышеупомянутая конфигурация не может считаться эффективной конструкцией источника питания из-за ее грубого выпрямления на полуволнах и ограниченных возможностей преобразования выходной мощности.

Использование двух диодов:

Использование пары диодов для питания требует трансформатора с вторичной обмоткой с отводом по центру. Диаграмма показывает, как диоды подключены к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и охватывают обе половины сигнала переменного тока и производят двухполупериодное выпрямление, используемый метод неэффективен, поскольку в любой момент используется только одна половина обмотки трансформатора. Это приводит к плохому насыщению сердечника и ненужному нагреву трансформатора, что делает этот тип конфигурации источника питания менее эффективным и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это наилучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания, что касается процесса выпрямления.

Умное использование четырех диодов делает все очень просто, только одна вторичная обмотка - это все, что требуется, насыщение сердечника идеально оптимизировано, что приводит к эффективному преобразованию переменного тока в постоянный.

На рисунке показано, как двухполупериодный выпрямленный источник питания выполнен с использованием четырех диодов и конденсатора фильтра с относительно низким значением.

Этот тип конфигурации диодов обычно известен как мостовая сеть, вы можете узнать, как построить мостовой выпрямитель.

Все вышеперечисленные конструкции источников питания обеспечивают выходы с обычным регулированием и поэтому не могут считаться идеальными, они не могут обеспечить идеальные выходы постоянного тока и, следовательно, нежелательны для многих сложных электронных схем. Кроме того, эти конфигурации не включают функции управления переменным напряжением и током.

Однако вышеперечисленные функции могут быть просто интегрированы в вышеупомянутые конструкции, а не с последней двухполупериодной конфигурацией источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Использование IC 317 или LM338:

IC LM 317 - это универсальное устройство, которое обычно объединяется с источниками питания для получения хорошо регулируемых и переменных выходов напряжения / тока. Несколько примеров цепей электропитания, использующих эту ИС

Поскольку вышеуказанная ИС может поддерживать максимум 1,5 А, для больших токовых выходов можно использовать другое подобное устройство, но с более высокими характеристиками. Микросхема LM 338 работает точно так же, как и LM 317, но способна выдерживать ток до 5 А.Простой дизайн показан ниже.

Для получения фиксированных уровней напряжения могут использоваться микросхемы серии 78XX с вышеописанными цепями электропитания. Микросхемы 78XX подробно описаны для вашего использования.

В настоящее время бестрансформаторные источники питания SMPS становятся фаворитами среди пользователей благодаря их высокой эффективности и мощным характеристикам при удивительно компактных размерах.
Хотя создание цепи электропитания SMPS в домашних условиях, безусловно, не для новичков в этой области, инженеры и энтузиасты, обладающие обширными знаниями в этой области, могут заняться созданием таких схем в домашних условиях.

Вы также можете узнать о аккуратном дизайне небольшого переключателя питания.

Существует несколько других видов блоков питания, которые могут быть созданы даже любителями электроники и не требуют трансформаторов. Несмотря на то, что эти типы цепей электропитания очень дешевы и просты в сборке, они не могут выдерживать большой ток и обычно ограничены 200 мА или около того.

Конструкция бестрансформаторного источника питания

Две концепции вышеупомянутого трансформаторного бестипового типа цепей питания обсуждаются в следующей паре постов:

с использованием высоковольтных конденсаторов,

с использованием микросхем Hi-End и полевого транзистора

Обратная связь От одного из посвященных читателей этого блога

Уважаемый Swagatam Majumdar,

Я хочу сделать блок питания для микроконтроллера и его зависимых компонентов...

Я хочу получить стабильный + 5В и + 3,3В от блока питания, я не уверен в возрасте усилителя, но я думаю, что всего 5А должно быть достаточно, также будет 5В Мышь и 5В Клавиатура и 3 микросхемы SN74HC595 тоже и 2 x 512 Кбайт SRAM ... Так что я действительно не знаю возраст усилителя, к которому нужно стремиться ....

Я думаю, 5Ампер достаточно? .... Мой ГЛАВНЫЙ вопрос, какой ТРАНСФОРМАТОР для использовать и какие диоды использовать? Я выбрал трансформатор после чтения где-то в сети, что мостовой выпрямитель вызывает падение напряжения на 1.4 В в целом, и в своем блоге выше вы утверждаете, что выпрямитель на мосту вызовет повышение напряжения? ...

ТАК Я не уверен (в любом случае я не уверен, что новичок в электронике) ..... ПЕРВЫЙ трансформатор, который я выбрал был этот Пожалуйста, посоветуйте мне, какой из них ЛУЧШИЙ для моих нужд и какие ДИОДЫ тоже использовать .... Я хотел бы использовать БП для платы, очень похожей на эту ....

Пожалуйста, помогите и направьте меня лучший способ сделать подходящий блок питания от сети 220/240 В, который дает мне СТАБИЛЬНОСТЬ 5 В и 3,3 В для использования с моим дизайном.Заранее спасибо.

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи электропитания

Здравствуйте, вы можете добиться этого просто с помощью микросхемы 7805 для получения 5 В и добавив пару диодов 1N4007 к этим 5 В для получения примерно 3,3 В.

5 ампер выглядит слишком высоким, и я не думаю, что вам понадобится такой большой ток, если вы не используете этот источник питания со ступенью внешнего драйвера, несущей более высокие нагрузки, такие как светодиод высокой мощности или двигатель и т. Д.

Итак, я Я уверен, что ваши требования могут быть легко выполнены с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU через описанную выше процедуру, вы можете использовать 0-9 В или 0-12 В trafo с током 1 А, диоды могут быть 1N4007 x 4nos. Как и в случае с trafo, выходной сигнал будет увеличен в 1,21 раза.

Обязательно используйте крышку 2200 мкФ / 25 В после перемычки для фильтрации.

Надеюсь, эта информация поможет вам и ответит на ваши вопросы.

На следующем рисунке показано, как получить 5 В и 3.3 В постоянная от данной цепи питания.

Получение переменного напряжения 9 В от микросхемы 7805

Обычно микросхема 7805 рассматривается как устройство с фиксированным напряжением 5 В. Тем не менее, с помощью базового обходного пути, ИС может быть преобразована в схему переменного регулятора напряжения от 5 до 9 В, как показано выше. Здесь мы можем видеть, что предустановка на 500 Ом добавлена ​​с центральным выводом заземления микросхемы, что позволяет микросхеме создавать повышенное выходное значение до 9 В с током 850 мА. Предварительная установка может быть настроена для получения выходов в диапазоне от 5 В до 9 В.

Создание фиксированной цепи регулятора 12 В

На приведенной выше диаграмме мы видим, как обычная ИС регулятора 7805 может использоваться для создания фиксированного 5 В регулируемого выхода.

В случае, если вы хотите получить фиксированный стабилизированный источник питания 12 В, можно использовать ту же конфигурацию для получения требуемых результатов, как показано ниже:

12 В, стабилизированный источник питания 5 В

Теперь предположим, что у вас есть схемные приложения, которые нуждались в Двойное питание в диапазоне 12 В фиксированной и 5 В фиксированной регулируемых источников.

Для таких применений рассмотренную выше конструкцию можно просто изменить, используя интегральную схему 7812, а затем интегральную схему 7805 для получения требуемой выходной мощности регулируемого источника питания 12 В и 5 В, как указано ниже:

.Схема коммутатора простого реле

Основное использование реле было замечено в истории передачи и приема информации, которая называлась кодом Морзе, где входные сигналы имели значение 1 или 0, эти изменения сигналов были механически отмеченный с точки зрения включения и выключения лампочки или звукового сигнала, это означает, что эти импульсы 1 и 0 преобразуются как механическое включение и выключение с помощью электромагнитов. Позже это было импровизировано и использовалось в различных приложениях. Давайте посмотрим, как этот электромагнит действует как выключатель и почему он называется RELAY.

Что такое реле?

Реле

представляет собой электромеханический переключатель, однако в реле используются и другие принципы работы, такие как твердотельные реле. Реле обычно используется, когда требуется управлять цепью отдельным сигналом малой мощности или когда несколько цепей должны управляться одним сигналом. Они подразделяются на многие типы, стандартное и обычно используемое реле состоит из электромагнитов, которые обычно используются в качестве выключателя.Словарь говорит, что ретрансляция означает передачу чего-либо от одного к другому, то же самое значение может быть применено к этому устройству, потому что сигнал, полученный с одной стороны устройства, управляет операцией переключения на другой стороне. Таким образом, реле - это переключатель, который электромеханически управляет (размыкает и замыкает) цепи. Основная операция этого устройства - установить или разорвать контакт с помощью сигнала без участия человека, чтобы включить или выключить его. Он в основном используется для управления цепью высокой мощности с использованием сигнала малой мощности.Обычно сигнал постоянного тока используется для управления цепью, которая управляется высоким напряжением, например, для управления бытовыми приборами переменного тока с помощью сигналов постоянного тока от микроконтроллеров.

Итак, теперь мы понимаем, что такое реле и почему они используются в цепях. Далее мы возьмем простой пример, где мы будем включать лампу переменного тока (CFL) с помощью релейного переключателя. В этой схеме реле мы используем кнопку для запуска реле 5 В, которое, в свою очередь, завершает вторую цепь и включает лампу.

Необходимый материал

  • Реле 5В
  • Патрон лампочки
  • CFL
  • Кнопка включения / выключения
  • Perf-Board
  • 9В батарея
  • AC питания

Принципиальная схема реле реле

Simple Relay Switch Circuit diagram

Работа основной цепи реле 5 В

В вышеупомянутой цепи реле 5 В питается от батареи 9 В.Переключатель ВКЛ / ВЫКЛ добавлен для целей переключения реле. В исходном состоянии, когда переключатель разомкнут, ток не протекает через катушку, поэтому общий порт реле подключен к NO (нормально разомкнутому) контакту, поэтому ЛАМПА остается выключенной.

Когда переключатель замкнут, ток начинает течь через катушку, и, согласно концепции электромагнитной индукции, в катушке создается магнитное поле, которое притягивает подвижную арматуру, и Com-порт соединяется с NC (нормально замкнутым) контактом реле. ,Следовательно, ЛАМПА включается.

Таким образом, с помощью простого механизма, управляемого 9В, мы можем контролировать переменный ток 230В.

,

Обзор коммутации каналов и коммутации пакетов

Что такое коммутация?

В современном мире мы связаны со всеми, либо через Интернет, либо по телефону. В этой огромной сети при телефонном звонке или при доступе к какому-либо веб-сайту данные передаются из одной сети в другую. Даже для доступа к простой веб-странице, многие компьютеры (серверы) доступны, чтобы предоставить вам нужные данные, которые вы ищете. Если вы находитесь в закрытой сети или в большом сегменте сети, коммутатор является наиболее важным механизмом обмена информацией между различными сетями или разными компьютерами.Переключение - это способ, которым данные или любая цифровая информация направляются в вашу сеть до конечной точки.

Предположим, вы ищете в Интернете информацию любого типа, связанную со схемами, или ищите хобби-проект в области электроники, или если вы откроете circuitdigest.com, чтобы найти конкретную статью об электронике, в вашей компьютерной сети происходит множество перемещений данных. Эти движения управляются сетевыми коммутаторами, которые используют различные методы коммутации в различных сетевых соединениях.

Различные типы данных используют различные типы методов переключения, которые имеют свои преимущества и недостатки. Доступны три типа методов коммутации: коммутация каналов, пакетная коммутация и коммутация сообщений . Цепная и пакетная коммутация являются наиболее популярными среди этих трех.

Цепная коммутация

Коммутация каналов - это метод коммутации, при котором между двумя станциями в сети перед началом передачи данных создается сквозной путь.

Коммутация цепи имеет три фазы: создание цепи, передача данных и отключение цепи .

Метод коммутации каналов имеет фиксированную скорость передачи данных, и оба абонента должны работать с этой фиксированной скоростью. Коммутация каналов - это самый простой способ передачи данных, когда между двумя отдельными отправителями и получателем установлены выделенные физические соединения . Чтобы создать эти выделенные соединения, набор коммутаторов связан физическими связями.

На изображении ниже три компьютера с левой стороны соединены с тремя настольными ПК с правой стороны физическими связями, в зависимости от четырех коммутаторов каналов. Если коммутация каналов не используется, они должны быть соединены с двухточечными соединениями, где требуется большое количество выделенных линий, что не только увеличит стоимость соединения, но и увеличит сложность системы.

Circuit Switching

Решение о маршрутизации в случае коммутации каналов принимается, когда в сети устанавливается маршрут маршрутизации.После того, как выделенный маршрут маршрутизации установлен, данные непрерывно передаются получателю. Связь сохраняется до конца разговора.

Три фазы в коммутации каналов связи

Коммуникация от начала до конца при коммутации каналов выполняется с использованием этого формирования -

На этапе настройки в сети с коммутацией каналов между отправителем и получателем устанавливается выделенный маршрут или путь соединения.В этот период адресация от конца до конца, как и адрес источника, адрес назначения должен создавать соединение между двумя физическими устройствами. Переключение каналов происходит на физических уровнях.

Передача данных происходит только после завершения фазы установки и только тогда, когда установлен физический выделенный путь. На этом этапе не используется никакой метод адресации. Коммутаторы используют временной интервал (TDM) или занятую полосу (FDM) для маршрутизации данных от отправителя к получателю.Необходимо помнить, что отправка данных происходит непрерывно, и при передаче данных могут быть периоды молчания. Все внутренние соединения выполнены в дуплексном режиме.

На заключительной фазе разъединения цепи , когда любой из абонентов в сети, отправитель или получатель должен разъединить путь, сигнал разъединения отправляется всем задействованным коммутаторам, чтобы освободить ресурс и разорвать соединение. Эта фаза также называется Отрывной фазой в методе коммутации каналов.

Цепной выключатель создает временное соединение между входным каналом и выходным каналом. Существуют различные типы переключателей с несколькими входными и выходными линиями.

Обычно коммутация каналов используется в телефонных линиях.

Преимущества коммутации цепей

Метод коммутации цепей обеспечивает большие преимущества в определенных случаях. Преимущества следующие -

  1. Скорость передачи данных является фиксированной и выделенной, поскольку соединение устанавливается с использованием выделенного физического соединения или каналов.
  2. Поскольку существуют выделенные пути маршрутизации передачи, это хороший выбор для непрерывной передачи в течение длительного времени.
  3. Задержка передачи данных незначительна. Нет времени ожидания в переключателях. Таким образом, данные передаются без какой-либо предварительной задержки при передаче. Это, безусловно, положительное преимущество метода коммутации каналов.

Недостатки коммутации каналов

Помимо преимуществ, коммутация каналов также имеет некоторые недостатки.

  1. Независимо от того, свободен канал связи или занят, выделенный канал не может использоваться для другой передачи данных.
  2. Требуется большая полоса пропускания, а непрерывная передача обеспечивает потерю полосы пропускания при наличии периода молчания.
  3. Это крайне неэффективно при использовании системного ресурса. Мы не можем использовать ресурс для другого соединения, так как он выделен для всего разговора.
  4. Требуется огромное время при установлении физических связей между отправителями и получателями.

пакетной коммутации

Пакетная коммутация - это метод передачи данных, при котором данные разбиваются на небольшие куски переменной длины и затем передаются в сетевую линию. Разбитые фрагменты данных называются пакетами . После получения этих поврежденных данных или пакетов все собираются в месте назначения и, таким образом, составляют полный файл. Благодаря этому методу данные передаются быстро и эффективно.В этом методе не требуется предварительная настройка или резервирование ресурса, как в методе коммутации каналов.

Этот метод использует методы Store и Forward. Таким образом, каждый переход сначала будет сохранять пакет, а затем пересылать пакеты следующему узлу хоста. Каждый пакет содержит управляющую информацию, адрес источника и адрес назначения. Благодаря этому пакеты могут использовать любые маршруты или пути в существующей сети.

VC на основе пакетной коммутации

Коммутация пакетов на основе VC

- это режим коммутации пакетов, когда между отправителем и получателем устанавливается логический путь или соединение виртуального канала. VC расшифровывается как Virtual Circuit . В этом режиме работы с коммутацией пакетов создается предварительно определенный маршрут, и все пакеты будут следовать предварительно определенным путям. Всем маршрутизаторам или коммутаторам, которые участвуют в логическом соединении, предоставляется уникальный идентификатор виртуальной цепи для уникальной идентификации виртуальных соединений. Он также имеет и тот же трехфазный протокол, который используется в коммутации каналов, фазе настройки, фазе передачи данных и фазе разрыва .

VC Based Packet Switching

На приведенном выше изображении 4 ПК соединены с сетью с 4 коммутаторами, и поток данных будет с коммутацией пакетов в режиме виртуальной цепи .Как мы видим, коммутаторы связаны друг с другом и совместно используют канал связи. Теперь в виртуальном канале должен быть установлен предопределенный маршрут. Если мы хотим передать данные с ПК1 на ПК 4, путь будет направлен от SW1 к SW2 на SW3 и, наконец, на ПК4. Этот маршрут предопределен, и всем SW1, SW2, SW3 предоставляется уникальный идентификатор для идентификации путей данных, поэтому данные связаны путями и не могут выбрать другой маршрут.

Пакетная коммутация на основе дейтаграмм

Коммутация датаграмм полностью отличается от технологии коммутации пакетов на основе VC. При переключении датаграмм путь зависит от данных . Пакеты содержат всю необходимую информацию, такую ​​как адрес источника, адрес назначения и идентификатор порта и т. Д. Поэтому в режиме коммутации пакетов на основе дейтаграмм без установления соединения каждый пакет обрабатывается независимо. Они могут выбирать разные маршруты, и решения о маршрутизации принимаются динамически, когда данные передаются внутри сети. Таким образом, в месте назначения пакеты могут приниматься не по порядку или в любой последовательности, заранее не определен маршрут и гарантированная доставка пакетов невозможна.Чтобы обеспечить гарантированный прием пакетов, необходимо настроить дополнительные протоколы конечной системы.

В этом режиме коммутации пакетов нет фазы настройки, передачи и разрыва.

Datagram Based Packet Switching

Снова на рисунке выше подключены 4 компьютера, и мы передаем данные с ПК1 на ПК4. Данные содержат два пакета, помеченных как 1 и 2. Как мы видим, в режиме датаграммы пакет 1 выбрал путь SW1-SW4-SW3, тогда как Пакет 2 выбрал путь маршрута SW1-SW5-SW3 и, наконец, достиг ПК4.Пакеты могут выбирать разные пути в зависимости от времени задержки и перегрузки на других путях в сети с коммутацией пакетов дейтаграмм.

Преимущества пакетной коммутации

Пакетная коммутация предлагает преимущества по сравнению с коммутацией каналов . Сеть с коммутацией пакетов предназначена для преодоления недостатков метода коммутации каналов.

  1. Эффективно с точки зрения пропускной способности.
  2. Задержка передачи не менее
  3. Отсутствующие пакеты могут быть обнаружены получателем.
  4. Экономически эффективная реализация.
  5. Надежно, когда в сети обнаружен разрыв занятого пути или разрыв связи. Пакеты могут передаваться по другим ссылкам или могут использовать другой путь.

Недостатки пакетной коммутации

Пакетная коммутация также имеет несколько недостатков.

  1. Коммутация пакетов не следует никакому определенному порядку передачи пакета один за другим.
  2. Отсутствует пакет при большой передаче данных.
  3. Каждый пакет должен быть закодирован с использованием порядковых номеров, адреса получателя и отправителя и другой информации.
  4. Маршрутизация в узлах сложна, поскольку пакеты могут следовать по нескольким путям.
  5. Когда по какой-либо причине происходит изменение маршрута, задержка в получении пакетов увеличивается.

Различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов

Мы уже получили представление о том, в чем различия между коммутацией каналов и коммутацией пакетов.Давайте посмотрим на различия в табличном формате для лучшего понимания -

Отличия

Схема коммутации

пакетной коммутации

Участие в этапах

При коммутации каналов для общего разговора требуется трехфазная настройка.
Установление соединения, передача данных, разрыв соединения

В случае пакетной коммутации мы можем осуществлять передачу данных напрямую.

Адрес назначения

Адрес полного пути предоставлен источником.

Каждый пакет данных знает только конечный адрес назначения, путь маршрутизации зависит от решения маршрутизатора.

Обработка данных

Обработка данных происходит в исходной системе.

Обработка данных происходит в узлах и исходных системах.

Унифицированная задержка между блоками данных

Происходит равномерная задержка.

Задержка между блоками данных не является равномерной.

Надежность

Коммутация

более надежна по сравнению с коммутацией пакетов

Пакетная коммутация

менее надежна по сравнению с коммутацией каналов.

Ресурсная растрата

Потери ресурсов высоки при коммутации цепей.

меньше ресурсов при коммутации пакетов.

Техника хранения и продвижения

Не использует технику хранения и пересылки.

Использует технику хранения и пересылки.

заторов

Перегрузка происходит только во время установления соединения.

Оспаривание может возникнуть на этапе передачи данных.

Передача данных

Источник осуществляет передачу данных.

Передача данных осуществляется источником, маршрутизаторами.

.

Как спроектировать схему питания 5V 2A SMPS

Блок питания (PSU) является важной частью любого электронного дизайна изделия. Для большинства бытовых электронных устройств, таких как мобильные зарядные устройства, динамики Bluetooth, блоки питания, интеллектуальные часы и т. Д., Требуется схема источника питания, которая может преобразовывать напряжение питания переменного тока в 5 В постоянного тока для их работы. В этом проекте мы построим аналогичную схему питания переменного тока в постоянный с номинальной мощностью 10 Вт. То есть наша схема преобразует сеть переменного тока 220В в 5В и обеспечивает максимальный выходной ток до 2А.Эта номинальная мощность должна быть достаточной для питания большинства электронных устройств, работающих на 5В. Также 5V 2A SMPS схема довольно популярна в электронике, так как есть много микроконтроллеров, которые работают на 5V.

Идея проекта состоит в том, чтобы сделать сборку как можно более простой, поэтому мы спроектируем полную схему на точечной плате (монтажной плате), а также создадим наш собственный трансформатор, чтобы любой мог воспроизвести эту конструкцию или создать аналогичные. Возбужденное право! Итак, начнем.Ранее мы также создали SMPS-схему 12 В 15 Вт с использованием печатной платы, чтобы те, кто интересуется проектированием печатной платы для проекта блока питания (блока питания), тоже могли это проверить.

Схема

5V 2A SMPS - Технические характеристики

Различные типы блоков питания ведут себя по-разному в разных средах. Кроме того, SMPS работает в определенных границах ввода-вывода. Надлежащий анализ спецификации необходимо выполнить, прежде чем идти вперед с фактическим дизайном.

Входные данные:

Это будет SMPS в домене преобразования переменного тока в постоянный. Следовательно, вход будет AC. Для значения входного напряжения рекомендуется использовать универсальный входной номинал для SMPS. Таким образом, переменное напряжение будет 85-265 В переменного тока с номинальной частотой 50 Гц. Таким образом, SMPS может использоваться в любой стране независимо от значения сетевого напряжения переменного тока.

Выходная характеристика:

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

Очень желательно, чтобы хороший источник питания имел пульсирующее напряжение менее 30 мВ pk-pk . Целевое пульсирующее напряжение для этого SMPS составляет менее 30 мВ пик-пик пульсации.Поскольку этот SMPS будет встроен в Veroboard с использованием переключающего трансформатора ручной работы , мы можем ожидать немного более высокие значения пульсации. Этой проблемы можно избежать, используя печатную плату.

Защитные функции:

Существуют различные защитные схемы, которые могут использоваться в SMPS для безопасной и надежной работы. Схема защиты защищает SMPS, а также соответствующую нагрузку. В зависимости от типа, цепь защиты может быть подключена через вход или выход.

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

Выбор IC управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как коммутационная ИС или ИС SMPS или более сухая ИС.Давайте подведем итоги проектирования, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашего дизайна. Наши требования к дизайну

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

Из вышеперечисленных требований есть широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали Power интеграции .Интеграция питания - это полупроводниковая компания, имеющая широкий спектр ИС драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из крошечных семейств коммутаторов II . Ранее мы использовали эту микросхему для построения цепи 12 В SMPS на печатной плате.

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

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Тем не менее, мы сделаем SMPS в открытом кадре и для универсального входного рейтинга.В таком сегменте TNY268PN может обеспечить мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

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

Проектирование 5-вольтовой 2-амперной цепи SMPS

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

5V 2A SMPS Power Supply Circuit Diagram

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

Схема имеет следующие секции-

  1. Защита от перенапряжения на входе и SMPS
  2. AC-DC преобразование
  3. PI фильтр
  4. Схема драйвера или схема переключения
  5. Защита от понижения напряжения.
  6. Схема зажима.
  7. Магнитика и гальваническая развязка.
  8. EMI фильтр
  9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
  10. Секция фильтра
  11. Раздел обратной связи.

Защита от скачков напряжения на входе и SMPS :

Этот раздел состоит из двух компонентов, F1 и RV1. F1 - плавкий плавкий предохранитель на 1 В 250 В переменного тока, а RV1 - MOV на 7 мм 275 В (, оксид металла варистор ). Во время перенапряжения высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV замерзает и перегорает входной предохранитель. Тем не менее, благодаря функции замедленного срабатывания, предохранитель выдерживает пусковой ток через SMPS.

AC-DC преобразование :

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

PI фильтр :

Разные штаты имеют разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 стандарта , а PI-фильтр сконструирован таким образом, чтобы уменьшить синхросигнал подавления электромагнитных помех .Этот раздел создан с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 - конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В. L1 - это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал EMI для отмены обоих.

Схема привода или схема переключения :

Это сердце SMPS. Первичная сторона трансформатора управляется цепью переключения TNY268PN. Частота переключения составляет 120-132 кГц. Благодаря высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера.Коммутационная схема состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером IC TNY268PN. C3 - это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашего драйвера IC.

Защита от понижения напряжения :

Защита от понижения напряжения обеспечивается чувствительными резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет напряжение в сети. Значения R1 и R2 генерируются с помощью инструмента PI Expert .Два резистора в серии - это мера безопасности и хорошая практика, чтобы избежать проблем с отказом резистора. Таким образом, вместо 2М в серии используются два резистора 1М.

Схема зажима :

D1 и D2 - схема зажима. D1 - это TVS-диод , а D2 - - сверхбыстрый восстановительный диод . Трансформатор действует как огромный индуктор через силовой драйвер IC TNY268PN. Поэтому во время цикла выключения трансформатор создает высокие скачки напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора.Эти высокочастотные скачки напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS. Согласно конструкции, целевое напряжение зажима (VCLAMP) составляет 200 В. Поэтому P6KE200A выбран, а для проблем, связанных со сверхбыстрой блокировкой, UF4007 выбран как D2.

Магниты и гальваническая развязка :

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

EMI фильтр :

EMI фильтрация осуществляется конденсатором C4. Это повышает помехоустойчивость схемы, чтобы уменьшить высокие электромагнитные помехи. Это конденсатор Y-класса с номинальным напряжением 2 кВ.

Вторичная цепь выпрямителя и демпфера :

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с использованием D6, выпрямительного диода Шоттки . Схема демпфирования на D6 обеспечивает подавление переходного напряжения во время операций переключения.Схема демпфирования состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра :

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

Раздел обратной связи :

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После обнаружения линии U2 оптрон управляется и гальванически развязывает участок измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет транзистор и светодиод внутри. Управляя светодиодом, транзистор управляется. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, поэтому также удовлетворяет гальванической развязке в цепи обратной связи.

Теперь, так как светодиод непосредственно управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение на светодиоде оптопары, можно управлять транзистором оптопары , более конкретно схемой возбуждения. Эта система управления используется TL431.Шунтирующий регулятор. Поскольку шунтирующий регулятор имеет резисторный делитель через опорный вывод, он может управлять светодиодом оптопары, который подключен к нему. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен, только если напряжение на делителе достаточно. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 5 В. Поэтому, когда выход достигает 5 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно контролирует TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточно, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет его вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, через некоторое время попробует еще раз. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не станет нормальным, что предотвратит проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему она называется с топологией обратного хода , поскольку выходное напряжение возвращается в драйвер для определения связанных операций.Кроме того, пробный цикл называется режимом сбоя режима сбоя.

D3 - это диод Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. 3А 60В Диод Шоттки выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются экспертом PI. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптрона от TL431.

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

Построение переключающего трансформатора для нашей цепи SMPS

Обычно для цепи SMPS требуется переключающий трансформатор, эти трансформаторы могут быть приобретены у производителей трансформаторов в соответствии с вашими проектными требованиями. Но проблема здесь в том, что если вы изучаете материал по созданию прототипа, вы не можете найти точный трансформатор с полок для вашего дизайна.Итак, мы узнаем, как построить коммутационный трансформатор на основе требований к конструкции, данных нашим программным обеспечением PI Expert.

Давайте посмотрим на сгенерированную схему построения трансформатора.

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

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

Mechanical Diagram for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

На приведенном выше изображении начальная точка обмоток и направление обмотки описаны в виде механической схемы.Чтобы сделать этот трансформатор, необходимы следующие вещи -

  1. EE19 сердечник, NC-2H или эквивалентная спецификация с зазором для ALG 79 нГн / T 2
  2. Бобина с 5 контактами на первичной и вторичной стороне.
  3. Барьерная лента толщиной 1 мил. Требуется лента шириной 9 мм.
  4. 32 AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
  5. 25AWG эмалированная медная проволока с паяным покрытием.
  6. LCR метр.

EE19 ядро ​​ с NC-2H с зазором сердечника 79nH / T2 требуется; как правило, это доступно в парах.Бобина является общей с 4 первичными и 5 вторичными булавками. Однако здесь используется шпулька с 5 штифтами с обеих сторон.

Для барьерной ленты используется стандартная клейкая лента с толщиной основы более 1 мил (обычно 2 мил). Во время действий, связанных с постукиванием, ножницы используются, чтобы разрезать ленту для идеальной ширины. Медные провода закупаются у старых трансформаторов, и их можно купить в местных магазинах. Ядро и шпулька, которые я использую, показаны ниже

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

Шаг 1: Добавьте припой в 1-й и 5-й контакт на первичной стороне.Припой провода 32 AWG на выводе 5 и направление намотки по часовой стрелке. Продолжайте до 103 поворотов, как показано ниже

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

Это формирует первичную сторону нашего трансформатора, когда 103 витка обмотки завершены, мой трансформатор выглядел следующим образом.

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

Шаг 2: Применить клейкую ленту для изоляции, необходимо 3 витка клейкой ленты. Это также помогает удерживать катушку на месте.

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

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

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

После того, как первичная и вторичная обмотки выполнены и используется клейкая лента, мой трансформатор выглядел так, как показано ниже

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

Шаг 4: Теперь мы можем надежно закрепить два сердечника с помощью клейкой ленты.После этого готовый трансформатор должен выглядеть следующим образом.

Transformer for 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Шаг 5: Также не забудьте обмотать скотч рядом. Это уменьшит вибрацию при передаче потока высокой плотности.

Transformer Construction For 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

После выполнения вышеуказанных шагов и испытания трансформатора с использованием измерителя LCR, как показано ниже. Измеритель показывает индуктивность 1,125 мГн или 1125 э.ч.

Inductance Reading Of 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Построение схемы SMPS:

Когда трансформатор будет готов, мы можем приступить к сборке других компонентов на пунктирной плате.Требуемые детали для схемы можно найти в списке спецификаций ниже

Как только компоненты спаяны, моя плата выглядит примерно так.

5V 2A SMPS Power Supply Circuit on Perf Board

Тестирование цепи 5 В 2A SMPS

Для проверки схемы я подключил входную сторону к источнику питания через VARIAC для контроля входного напряжения переменного тока. Выходное напряжение при 85 В переменного тока и 230 В переменного тока показано ниже-

Testing 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Как видно в обоих случаях, выходное напряжение поддерживается на уровне 5 В.Но затем я подключил выход к своему прицелу и проверил наличие пульсаций. Измерение пульсаций показано ниже

Ripple Measurement of 5V 2A SMPS Power Supply Circuit

Пульсация на выходе достаточно высокая, она показывает выход пульсации 150 мВ pk-pk. Это совсем не хорошо для цепи питания. На основании анализа высокая пульсация обусловлена ​​факторами ниже-

  1. Неправильное проектирование печатных плат.
  2. Отскок от земли.
  3. Радиатор PCB не подходит.
  4. Нет отключения на шумных линиях подачи.
  5. Увеличенные допуски на трансформаторе из-за ручной намотки. Производители трансформаторов применяют лак для погружения во время обмоток машины для лучшей устойчивости трансформаторов.

Если цепь преобразуется в правильную печатную плату, мы можем ожидать пульсирующий выход источника питания в пределах 50 мВ pk-pk даже с трансформатором с ручной намоткой. Тем не менее, поскольку veroboard не является безопасным вариантом для переключения импульсного источника питания в области переменного тока в постоянный, постоянно предлагается установить надлежащую печатную плату перед применением высоковольтных цепей в практических сценариях.Вы можете проверить видео в конце этой страницы, чтобы проверить, как работает схема в условиях нагрузки.

Надеюсь, вы поняли учебник и научились создавать собственные схемы SMPS с помощью трансформатора ручной работы. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или используйте наши форумы для дополнительных вопросов.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о