Импульсный источник питания схема: Страница не найдена — Электрознаток

Содержание

Импульсный блок питания: что это такое, принцип работы, схема, назначение

Теория импульсных блоков питания

В обычных источниках питания изменение напряжения и гальваническая развязка выполнялись на трансформаторе со стальным сердечником, работающим на частоте 50 Гц, полупроводниковым выпрямителем и линейным стабилизатором напряжения.

Однако КПД этой схемы очень низкий (не превышает 50%), большая часть мощности преобразуется в тепло в трансформаторе, диоде и аналоговом стабилизаторе. Большая номинальная выходная мощность требует наличия сетевого трансформатора повышенного размера и большой потери тепла. Этого неудобства можно избежать, увеличив рабочую частоту до нескольких сотен кГц и заменив регулятор напряжения электронным ключом с интеллектуальным управлением. Их задача — преобразовать сетевое напряжение в постоянное, а затем в выпрямленное напряжение, выполняемое быстрым переключением транзисторов. В результате получается высокочастотное прямоугольное напряжение, которое преобразуется импульсным трансформатором и выпрямителем.

Стабилизация выходной мощности достигается изменением ширины импульса при постоянной частоте или включением переключения в определенные периоды времени в зависимости от нагрузки схемы. Наиболее важные преимущества SMPS, сравнимые с обычными блоками питания:

  • малый вес, уменьшенный объем, повышенная эффективность
  • малая емкость фильтрующих конденсаторов для высоких частот переключения
  • отсутствие слышимых помех из-за того, что частота переключения находится за пределами слышимого диапазона
  • простое управление различными выходными напряжениями
  • легко снижать высокое сетевое напряжение

С развитием мощных транзисторов с быстрой коммутацией для высоких частот, стало возможным использовать ИИП, работающие на частотах до 1 МГц. С помощью этого типа резонансных трансформаторов рабочие частоты могут быть увеличены даже до 3 МГц. Тем не менее, эти преимущества уменьшаются из-за нежелательного высокочастотного излучения, а также из-за более низкой скорости реакции на возможные изменения нагрузки.

Правда доступность новых магнитных материалов для трансформаторов, работающих в диапазоне частот примерно до 1 МГц, а также достижения в области источников питания стимулировали разработку новых высокочастотных сердечников трансформаторов.

Эта тенденция привела к разработке новых ферритов Mn-Zn с очень мелкой структурой зерен и материалов с уменьшенными гистерезисными потерями, что позволяет передавать мощность в диапазоне от 1 до 3 МГц. Высокие рабочие частоты приводят к дальнейшему уменьшению размеров ядер и, следовательно, всего блока питания. Новый принцип конструкции в планарной технологии позволяет изготавливать высокочастотные трансформаторы с кардинально уменьшенными размерами (плоские трансформаторы, низкопрофильные трансформаторы). Эта технология оказывает сильное влияние на разработку преобразователей постоянного и переменного тока, а также на производство гибридных импульсных источников питания.

Но вернёмся к теории. Импульсный источник питания работает контролируя среднее напряжение, подаваемое на нагрузку. Это делается путем размыкания и замыкания переключателя (обычно мощного полевого транзистора) на высокой частоте. Система более известна как широтно-импульсная модуляция — ШИМ. Схема ШИМ — самая важная, которая отличает этот тип блока питания, поэтому стоит вспомнить хотя бы само название.

На приведенной диаграмме показаны идеи, лежащие в основе работы ШИМ, и ее довольно просто понять: V = напряжение, T = период, t (вкл.) = длительность импульса. Среднее напряжение приложенное к нагрузке, можно объяснить следующей формулой:

Vo (av) = (t (on) / T) x Vi

Импульсы следуют друг за другом быстро (это порядка многих кГц, то есть тысячи раз в секунду), и для того, чтобы нагрузка не видела внезапных импульсов, необходимы конденсаторы, обеспечивающие относительно постоянный уровень напряжения. Уменьшение времени t (on) вызывает уменьшение среднего значения выходного напряжения Vo (av) и наоборот — увеличение длительности высокого вольтажного состояния t (on) увеличивает выходное напряжение Vo (av).

Предположим, что импульсный блок питания подает напряжение +12 В на нагрузку 6 А. Теперь, когда ток нагрузки внезапно повышается до 8 А, напряжение автоматически снижается до + 10,6 В. За доли секунды обратная связь, отправленная в схему ШИМ, заметит падение напряжения и включит полевой МОП-транзистор на более длительный период времени t (on). Благодаря этому схема может передавать больше мощности и восстанавливать выходное значение напряжения до +12 В.

Частота, с которой работает ШИМ, обычно находится в диапазоне от 30 кГц до 150 кГц, но может быть намного выше.

Принцип действия ИИП и его устройство

Импульсный источник питания — это устройство, которое работает по принципу инвертора, то есть сначала преобразует переменное напряжение в постоянное, а потом снова из постоянного делает переменное нужной частоты. В конечном итоге последний каскад преобразователя всё равно основан на выпрямлении напряжения, так как большинство приборов всё же работают на пониженном постоянном напряжении. Суть уменьшения габаритов этих питающих и преобразующих устройств построена на работе трансформатора.

Дело в том, что трансформатор не может работать с постоянным напряжением. Просто-напросто на выходе вторичной обмотки при подаче на первичную постоянного тока не будет индуктироваться ЭДС (электродвижущая сила). Для того чтобы на вторичной обмотке появилось напряжения оно должно меняться по направлению или же по величине. Переменное напряжение обладает этим свойством, ток в нём меняет своё направление и величину с частотой 50 Гц. Однако, чтобы уменьшить габариты самого блока питания и соответственно трансформатора, являющегося основой гальванической развязки, нужно увеличить частоту входного напряжения.

При этом импульсные трансформаторы, в отличие от обычных линейных, имеют ферритовый сердечник магнитопровода, а не стальной из пластин. И также современные блоки питания работающие по этому принципу состоят из:

  1. выпрямителя сетевого напряжения;
  2. генератора импульсов, работающего на основе ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или же триггера Шмитта;
  3. преобразователя постоянного стабилизированного напряжения.

После выпрямителя сетевого напряжения генератор импульсов с помощью ШИМ генерирует его в переменное с частотой около 20–80 кГц. Именно это повышение с 50 Гц до десятков кГц и позволяет значительно уменьшить, и габариты, и массу источника питания. Верхний диапазон мог быть и больше, однако, тогда устройство будет создавать высокочастотные помехи, которые будет влиять на работу радиочастотной аппаратуры. При выборе ШИМ стабилизации обязательно нужно учитывать также и высшие гармоники токов.

Даже при работе на таких частотах эти импульсные устройства вырабатывают высокочастотные помехи. А чем больше их в одном помещении или в одном закрытом помещении тем больше их в радиочастотах. Для поглощения этих негативных влияний и помех устанавливаются специальные помехоподавляющие фильтры на входе устройства и на его выходе.

Это наглядный пример современного импульсного блока питания применяемого в персональных компьютерах.

A — входной выпрямитель. Могут применяться полумостовые и мостовые схемы. Ниже расположен входной фильтр, имеющий индуктивность;
B — входные с довольно большой емкостью сглаживающие конденсаторы. Правее установлен радиатор высоковольтных транзисторов;
C — импульсный трансформатор. Правее смонтирован радиатор низковольтных диодов;
D — катушка выходного фильтра, то есть дроссель групповой стабилизации;
E — конденсаторы выходного фильтра.
Катушка и большой жёлтый конденсатор, находящиеся ниже E, являются компонентами дополнительного входного фильтра, установленного непосредственно на разъёме питания, и не являющегося фрагментом основной печатной платы.

Если схему радиолюбитель изобретает сам то он обязательно заглядывает в справочник по радиодеталям. Именно справочник является основным источником информации в данном случае.

Отличие от трансформатора

Понять, как работает трансформаторный блок питания несложно:

  1. Ток попадает на катушку трансформатора, где, в зависимости от назначения БП, повышается или понижается напряжение, при этом оставаясь переменным.
  2. Затем идет диодный мост – преобразователь. Его задача инвертировать переменное напряжение в постоянное.
  3. Последний блок – конденсатор, который сглаживает импульсы.

Минусов у такого БП несколько:

  1. Больший размер. В этой схеме питания не предусмотрен стабилизатор (за исключением выходного конденсатора).
  2. Стабилизация трансформаторов крайне сомнительная. Они чаще пропускают скачки, из-за чего возможна поломка техники.

В импульсных блоках питания принцип работы несколько другой: генератор создает собственный такт, который стабилизирует вольтаж. Возможно использовать миниатюрные трансформаторы, при этом не теряя мощности. Используются ключевые элементы стабилизации.

Виды и принцип работы импульсных источников питания

Основной принцип работы импульсного источника питания (ИИП) состоит в том, что постоянное напряжение (выпрямленное сетевое или от стороннего источника) преобразовывается в импульсное частотой до сотен килогерц. За счет этого намоточные детали (трансформаторы, дроссели) получаются легкими и компактными.

Принципиально ИИП делятся на две категории:

  • с импульсным трансформатором;
  • с накопительной индуктивностью (она также может иметь вторичные обмотки)

Первые подобны обычным трансформаторным сетевым блокам питания, выходное напряжение у них регулируется изменением среднего тока через обмотку трансформатора. Вторые работают по другому принципу – у них регулируется изменением количества накопленной энергии.

По другим признакам ИИП можно разделить на нестабилизированные и стабилизированные, однополярные и двухполярные и т.п. Эти особенности не носят столь принципиального характера.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему – широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Обратноходовой импульсный источник питания

Блок питания для шуруповерта 12в своими руками

Это одна из разновидностей импульсных источников питания, имеющих гальваническую развязку как первичных, так и вторичных цепей. Сразу был изобретён именно этот вид преобразователей, который был запатентован ещё в далёком 1851 году, а его усовершенствованный вариант применялся в системах зажигания и в строчной развертке телевизоров и мониторов, для подачи высоковольтной энергии на вторичный анод кинескопа.

Основная часть этого блока питания тоже трансформатор или может быть дроссель. В его работе есть два этапа:

  1. Накопление электрической энергии от сети или от другого источника;
  2. Вывод накопленной энергии на вторичные цепи полумоста.

Во время размыкания и замыкания первичной цепи во вторичной появляется ток. Роль размыкающего ключа выполнял чаще всего транзистор. Узнать параметры которого нужно обязательно использовать справочник. управление же этим транзистором чаще всего полевым выполняется за счёт ШИМ-контроллера.

Управление ШИМ-контроллером

Преобразование сетевого напряжения, которое уже прошло этап выпрямления, в импульсы прямоугольной формы выполняется с какой-то периодичностью. Период выключения и включения этого транзистора выполняется с помощью микросхем. ШИМ-контроллеры этих ключей являются основным активным управляющим элементом схемы. В данном случае как прямоходовой, так и обратноходовой источник питания имеет трансформатор, после которого происходит повторное выпрямление.

Для того чтобы с увеличением нагрузки не падало выходное напряжение в ИИП была разработана обратная связь которая была заведена непосредственно в ШИМ-контроллеры. Такое подключение даёт возможность полной стабилизации управляемым выходным напряжения путём изменения скважности импульсов. Контроллеры, работающие на ШИМ модуляции, дают большой диапазон изменения выходного напряжения.

Микросхемы для импульсных источников питания могут быть отечественного или зарубежного производства. Например, NCP 1252 – ШИМ-контроллеры, которые имеют управление по току, и предназначены для создания обоих видов импульсных преобразователей. Задающие генераторы импульсных сигналов этой марки показали себя как надёжные устройства. Контроллеры NCP 1252 обладают всеми качественными характеристиками для создания экономически выгодных и надежных блоков питания. Импульсные источники питания на базе этой микросхемы применяются во многих марках компьютеров, телевизоров, усилителей, стереосистем и т. д. Заглянув в справочник можно найти всю нужную и подробную информацию обо всех её рабочих параметрах.

Преимущества и недостатки ИБП

Конечно, как и любое другое электронное устройство, подобный блок питания имеет как свои достоинства, так и недостатки. Конечно, т.к. этот БП является более высокотехнологичным прибором, положительных качеств в нем намного больше, чем отрицательных, но все же есть необходимость объективного рассмотрения, а потому умалчивать о минусах тоже не стоит. Но все же, для начала перечислим плюсы, а после будем разбирать их подробнее.

Основными и несомненными достоинствами импульсного блока питания являются:

  • более легкий вес;
  • высокий коэффициент полезного действия;
  • низкая цена;
  • широкий диапазон токов;
  • присутствие защиты от различных факторов.

Ну а теперь остановимся на каждом из пунктов подробнее.

Преимущества

  1. Малый вес и габариты достигаются за счет импульсной технологии, повышения частоты тока, а значит и уменьшения трансформаторных установок. В ИИП не требуется крупногабаритных радиаторов и обмоток. Также сокращена и емкость конденсаторов. К тому же схема выпрямления упрощается до элементарной — однополупериодной.
  2. Естественно, что у трансформаторных блоков питания большая часть энергии уходит на прогрев, в результате чего падает КПД. У импульсных БП незначительная часть этой энергии теряется на каскадах силовых ключей. После уже все транзисторы стабильны, а потому коэффициент полезного действия у таких БП может достигать 97%.
  3. Стоимость этих устройств снижается за счет расширения производства элементов для сборки подобной схемы. Они и непосредственно после появления на рынке стоили немного, а сейчас, когда ими насыщены все области продаж, их стоимость падает все ниже. Можно добавить, что и полупроводники возможно использовать менее мощные благодаря управляемым ключам.
  4. Широкий диапазон достигается как раз благодаря импульсным технологиям. Допускается питание разной частоты и амплитуды, что не может не сказаться и на расширении областей их применения.
  5. На основании того, что модули полупроводников достаточно малы, появляется возможность встраивания дополнительных блоков защиты (от короткого замыкания, перегрева, перегрузки и т.п.).

Недостатки

Если разговор зашел о плюсах, то не стоит оставлять без внимания и минусы, хотя их и ничтожно мало. Основным недочетом в работе импульсных блоков питания можно назвать высокочастотные помехи. Они естественны, т.к. само устройство работает именно на них. Как раз по этой причине используется различное шумоподавление, которое, впрочем, до конца проблему не решает.

А потому подобные ИБП не используются на некоторых высокоточных измерительных приборах.

Еще одним недостатком можно назвать некорректную работу на сверхнизких и сверхвысоких частотах — такие «стрессовые» токи могут либо вывести прибор из строя, либо на выходе он будет выдавать искаженное напряжение, не соответствующее заявленным техническим характеристикам.

Схемы и изготовление импульсных блоков питания

Импульсные блоки питания собираются на различной элементной базе. Обычно для построения ИИП применяются специализированные микросхемы, специально разработанные для создания таких устройств. За исключением самых простых блоков.

Мощный импульсный блок на ir2153

Несложные блоки питания можно строить на микросхеме IR2153. Она представляет собой мощный интегральный драйвер с таймером, подобным NE555. Частота генерации задается внешними элементами. Входов для организации обратной связи микросхема не имеет, поэтому стабилизацию тока и напряжения методом ШИМ не получить.


Расположение выводов микросхемы IR2153.

Назначение выводов приведено в таблице.


Внутренняя схема IR2153.

Для наилучшего понимания работы и назначения выводов лучше изучить внутреннюю схему. Основной момент, на который надо обратить внимание – выходные ключи собраны по полумостовой схеме.

На этой микросхеме можно собрать простой блок питания.


Схема простого БП на IR2153.

Питается IR2153 от 220 вольт через гасящий резистор R1, выпрямитель на диоде VD3, фильтр на С4. Частота генерации задается элементами С5, R2 (с указанными на схеме номиналами получается около 47 кГц). Трансформатор можно посчитать программой. В авторском варианте использовался силовой трансформатор от компьютерного БП. Штатные обмотки удалены, первичка намотана в две жилы проводом в эмалевой изоляции диаметром 0,6 мм.

Обмотка содержит 38 витков. Слои проложены изолентой. Вторичка из скрутки в 7 жил тем же проводом, для получения 24В вольт надо 7-8 витков, для другого напряжения пересчитать пропорционально.

Конструкция простого БП.

Остальные элементы схемы отдельных пояснений не требуют. Детали размещены на печатной плате, транзисторы закреплены на радиаторе.


БП с защитой от превышения тока.

Более сложная схема — с защитой транзисторов от сверхтока. Измерение организовано на трансформаторе TV1. Он мотается на ферритовом кольце диаметром 12..16 мм. Вторичная обмотка содержит 50..60 витков в два провода диаметром 0,1..0,15 мм. Потом начало одной обмотки соединяется с концом второй. Первичная обмотка содержит 1..2 витка. Уровень срабатывания защиты регулируется потенциометром R13. При превышении установленного лимита срабатывает тиристор VD4 и шунтирует стабилитрон VD3. Напряжение питания микросхемы уменьшается почти до нуля.

В схеме БП предусмотрен мягкий старт. Если генерация началась, импульсы с вывода 6 через делитель R8R9 и конденсатор С8 выпрямляются. Постоянное напряжение заряжает С7 и открывает транзистор VT1. Конденсатор С3 подключается к частотозадающей цепочке и частота генератора микросхемы снижается до рабочей частоты.

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

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

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

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

Как собрать: пошаговая инструкция

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

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

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

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

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос Внимание! Между половинками магнитного сердечника должен присутствовать небольшой немагнитный зазор. Обычно он уже есть на сердечниках, взятых с трансформаторов зарядных устройств смартфонов. Если его нет, положите слой бумаги между половинками сердечника.

Готовый трансформатор стягиваем изолентой или скотчем.

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

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

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

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

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

На вторичной обмотке появляется напряжение. Конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Когда напряжение на нем превысит 16,3 В открывается стабилитрон D9 (КС515). Транзистор Т2 (КТ603) открывается и закорачивает эмиттерный переход Т1. Транзистор Т1 закрывается, генератор перестает работать, и конденсатор С6 начинает разряжаться. Когда напряжение на С6 становится меньше 16,3 вольт, стабилитрон D9 закрывается и закрывает Т2. Благодаря этому Т1 открывается и работа генератора возобновляется.

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

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

Рассмотрим импульсный БП с выходной мощностью 300 Вт.

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

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

Проверка конструкции

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

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

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

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

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

Сфера применения ИБП

Эра классических трансформаторных БП уходит в небытие. Импульсные преобразователи на основе полупроводниковых стабилизаторов повсеместно их вытесняют, поскольку при тех же значениях выходной мощности характеризуются гораздо меньшими весогабаритными показателями, они надёжнее аналоговых оппонентов и обладают намного более высоким КПД, позволяя снизить тепловые потери. Наконец, ИБП могут функционировать с входным напряжением в обширном диапазоне значений. Импульсный блок такого же размера, как трансформаторный, обладает в разы большей мощностью.

В настоящее время в сферах, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, используются практически только импульсные инверторы, при этом они могут обеспечить и повышение напряжения, что недоступно для классических аналоговых блоков. Ещё одним достоинством ИБП является способность обеспечить смену полярности выходного напряжения. Работа на высоких частотах облегчает функцию стабилизации/фильтрации выходных импульсов.

Малогабаритные инверторы, построенные на специализированных микросхемах, являются основой зарядных устройств всевозможных мобильных гаджетов, а надёжность их такова, что срок службы существенно превышает ресурс мобильных устройств. О компьютерных блоках питания мы уже упоминали. Отметим, что принцип работы ИБП используется в 12-вольтовых драйверах питания светодиодов.

Источники

  • https://radioskot.ru/publ/nachinajushhim/impulsnye_bloki_pitanija_smps/5-1-0-1603
  • https://amperof.ru/elektropribory/impulsnyj-blok-pitaniya.html
  • https://electrono.ru/%D1%87%D1%82%D0%BE-%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5-%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA-%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F-%D0%B8%D0%B1%D0%BF
  • https://Zapitka.ru/masterskaya/impulsnyy-blok-pitaniya-svoimi-rukami
  • https://crast.ru/instrumenty/kak-rabotaet-impulsnyj-blok-pitanija-dlja
  • https://Acums.ru/bespereboyniki-i-bloki-pitaniya/impulsniy-svoimi-rukami-luchshie-prostye-i-slozhnye-skhemy-i-sborki
  • https://nastroyvse.ru/devices/raznoe/kak-rabotaet-impulsnyj-blok-pitaniya.html

Как вам статья?

Мне нравится5Не нравится5

Простые импульсные блоки питания » Журнал практической электроники Датагор

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

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

Схемы источников питания

Добавлено 14 января 2019 в 03:24

Сохранить или поделиться

Существует три основных типа источников питания: нестабилизированные источники питания, источники питания с линейными стабилизаторами и импульсные источники питания. Четвертый тип схем источников питания называется источник питания с импульсным стабилизатором, представляет собой гибрид между нестабилизированной и импульсной схемами и заслуживает отдельного подраздела сам по себе.

Нестабилизированные источники питания

Нестабилизированный источник питания – это самый простой тип, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра нижних частот. Эти источники питания обычно имеют большие пульсации напряжения (то есть быстро изменяющуюся нестабильность) и другой «шум» переменного напряжения, накладываемые на выходное постоянное напряжение питания. Если входное напряжение меняется, выходное напряжение будет меняться пропорционально. Преимущество нестабилизированного источника питания заключается в том, что он дешевый, простой и эффективный.

Источники питания с линейными стабилизаторами

Источник питания с линейным стабилизатором – это просто нестабилизированный источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в своем «активном», или «линейном» режиме, отсюда и название линейный стабилизатор. Типовой линейный стабилизатор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и на нем просто падает любое избыточное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение на нагрузке. Это падение избыточного напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, схема утратит стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать неизменное напряжение. Она может только отбрасывать избыточное напряжение, но не может восполнять недостаток напряжения в секции нестабилизированного источника. Поэтому необходимо поддерживать входное напряжение выше требуемого выходного напряжения как минимум на 1–3 вольта в зависимости от типа стабилизатора. Это означает, что мощность, эквивалентная, по крайней мере, 1–3 вольтам, умноженным на полный ток нагрузки, будет рассеиваться схемой стабилизатора, выделяя много тепла. Это делает источники питания с линейными стабилизаторами довольно неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.

Импульсные источники питания

Импульсный источник питания («импульсник») – это попытка реализовать преимущества как нестабилизированной, так и линейной стабилизированной конструкций источников питания (небольшой, эффективный и дешевый, но при этом с «чистым», стабильным выходным напряжением). Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входного переменного напряжения в постоянное напряжение, повторного преобразования его в высокочастотное прямоугольное переменное напряжение с помощью транзисторов, работающих как ключи (открыт/закрыт), затем понижения или повышения этого переменного напряжения с помощью небольшого трансформатора, а затем выпрямления выходного переменного напряжения трансформатора в постоянное напряжение и фильтрации до конечного выходного напряжения. Стабилизация напряжения достигается путем изменения скважности («коэффициента заполнения») преобразования постоянного напряжения в переменное на первичной обмотке трансформатора. В дополнение к меньшему весу трансформатора из-за меньшего сердечника, «ипульсники» имеют еще одно огромное преимущество по сравнению с предыдущими двумя конструкциями: этот тип источника питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в мире; эти источники питания называются «универсальными».

Недостатком импульсных источников питания является то, что они являются более сложными, и из-за своего принципа действия они имеют тенденцию генерировать много высокочастотного «шума» на линии питания. Большинство «импульсников» также имеет на выходе значительные пульсации напряжения. У более дешевых типов эти шум и пульсации могут быть такими же плохими, как и у нестабилизированного источника питания; такие низкобюджетные «импульсники» не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение и обладают возможностями «универсального» входа.

На выходе дорогих импульсных источников питания пульсаций нет, а шум почти такой же низкий, как у некоторых линейных стабилизаторов; эти «импульсники», как правило, стоят также дорого, как и источники питания с линейными стабилизаторами. Причиной использования дорогого «импульсника» вместо хорошего источника с линейным стабилизатором является необходимость универсальной совместимости с системами электроснабжения или высокая эффективность. Высокая эффективность, малый вес и малые размеры – вот причины, по которым импульсные источники питания практически повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.

Источники питания с импульсными стабилизаторами

Источник питания с импульсным стабилизатором – это альтернатива схеме с линейным стабилизатором: нестабилизированный источник питания (трансформатор, выпрямитель, фильтр) представляет собой «начало» схемы, а транзистор, работающий строго в режимах открыт/закрыт (насыщение/отсечка), передает питание постоянным напряжением на большой конденсатор так, чтобы поддерживать выходное напряжение между верхним и нижним установленными значениями. Как и в импульсных источниках питания, транзистор в импульсном стабилизаторе никогда не пропускает ток, находясь в своем «активном», или «линейном», режиме в течение какого-либо существенного промежутка времени, что означает, что в таком стабилизаторе будет теряться очень мало энергии в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы стабилизации является вынужденное наличие некоторых пульсаций напряжения на выходе, так как постоянное напряжение изменяется между двумя контрольными значениями напряжения. Кроме того, эти пульсации напряжения изменяются по частоте в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию выходного напряжения питания.

Схемы импульсных стабилизаторов, как правило, немного проще схем импульсных источников питания, и им не нужно работать с большими мощностями.

Оригинал статьи:

Теги

Импульсный источник питанияИмпульсный стабилизаторИсточник питанияЛинейный стабилизаторОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

Импульсный источник питания • Питание HamRadio

Импульсный источник питания, основанный на дискретных компонентах. Использование как говорится рассыпухи нам, позволит исследовать напряжения и формы сигналов в цепи, а также вносить изменения в значения компонентов, которые было бы невозможно произвести внутри микросхемы контроллера. Схема по возможности максимально простая и использует всего четыре транзистора и три диода.

Импульсный источник питания предназначен для получения постоянного выходного напряжения 6В при токах нагрузки до 2А. Схема работоспособна и выдаёт свои заявленные характеристики, для доброжелателей эта схемотехника в основном для понятия принципа работы. Импульсный источник питания включает в себя предварительно установленную настройку, так что выходное напряжение обычно может быть установлено в диапазоне от 5,6 до 6,8В. Схема идеально подходит для подачи питания на небольшие микроконтроллеры (например, Arduino или Raspberry Pi) от автомобильного аккумулятора или от источника питания 12В сетевого адаптера постоянного тока. Приведу характеристики схемы, они следующие:

Входное напряжение от 10В до 15В

Выходное напряжение 6В

Диапазон регулировки 5,6В — 6,8В

Ток нагрузки 2А макс.

Частота переключения около 45 кГц

Выходное сопротивление 0.125

Схема импульсный источник питания показана на рисунке.

Дифференциальная схема, образованная T2 и T3, работает как простой усилитель ошибки с напряжением обратной связи, полученным с делителя напряжения, состоящего из R6, RV1 и R7. Выход усилителя ошибок снимается с коллектора транзистора T3 и поступает на T4, который управляет затвором силового транзистора MOSFET T1.

Чтобы обеспечить частоту переключения, T3 и T4 образует нестабильный генератор с положительной обратной связью через конденсатор C2, который устанавливает частоту переключения (приблизительно 45 кГц). Частота прямоугольных импульсов, появляющаяся на стоке T1, выпрямляется с помощью быстродействующего диода VD2, и положительное выходное напряжение на C3, который действует как накопительный конденсатор. Светодиод VD3 и токоограничивающий последовательный резистор (R8) указывают на наличие выходного напряжения постоянного тока. Макет импульсный источник питания (импульсный источник питания) показан на рисунке.

Обратите внимание, что это было выполнено на макетной плате. Необходимо установить два радиатора TO-220. Кроме того, для улучшения отвода тепла два силовых полупроводниковых устройства транзистор и диод (T1 и VD2) монтируются непосредственно на своих отдельных радиаторах. Они не должны соприкасаться с корпусом или любыми другими элементами.

Как всегда, как только сборка завершена, стоит провести тщательный осмотр монтажной платы, особенно проверить соединения между элементами и нет ли короткого замыкания. В схеме использовались очень консервативные устройства это транзистор T1 и диод VD2. Оба эти элементы достаточно распространены, но есть много аналогичных полупроводниковых приборов которые можно использовать вместо них.

Например, T1 может быть любым N-канальным переключающим транзистором MOSFET с соответствующим напряжением более 50В и сопротивлением при включении менее 0,1 ом. Переключающий диод (VD2) — это сверхбыстрый выпрямительный диод, разработанный специально для использования в конструкциях SMPS (импульсных преобразователях), но можно использовать любой другой подобный при условии, что он рассчитан на ток не менее 5А и напряжение более 50В.

Ну и в заключении хотелось немного сказать о дросселе он на ферритовом сердечнике, используемые в повышающих преобразователях с переключением режимов, должен быть рассчитаны на ток не менее 2А и иметь сопротивление постоянному току менее 0,3ом.

Схема лабораторного импульсного блока питания на микросхеме IR2153


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

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

Так вот! Такие лабораторные БП мы на этой странице рассматривать не будем!

Для большинства радиолюбительских поделок сгодится и импульсный агрегат. О том, чтобы он не сильно плевался импульсными помехами, как в бытовую электросеть, так и в нагрузку — внимательно позаботимся в рамках данной передовицы.

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

Рис.1

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

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

Рис.2

Технические характеристики блока питания с импульсным стабилизатором напряжения:

Входное переменное напряжение 180…240 В,

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

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

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

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

Вторичная — 23 витка провода диаметром 1,2мм.

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

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

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

 

Импульсный источник тока схема

Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

  1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
  2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

  • апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
  • работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
  • последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

  1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
  2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

  • уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
  • и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

  • полумостовому;
  • мостовому;
  • или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

  1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
  2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

  • апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
  • работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
  • последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

  1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
  2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

  • уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
  • и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

  • полумостовому;
  • мостовому;
  • или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

Импульсный блок питания светодиодов представляет собой выпрямитель с фильтром и понижающий преобразователь с обратной связью по току. Для построения источников тока для мощных светодиодов часто используются микросхемы ШИМ-контроллеры Supertex HV9910B, HV9961. Стандартные схемы включения этих микросхем мало отличаются, при некоторых условиях они взаимозаменяемы. HV9961 более дорогая, т.к. обеспечивает контроль среднего тока светодиодов, а не пикового. Есть другие отличия, о которых можно прочесть на сайте производителя, документ AN-H64. Я взял HV9961, говорят, она более живуча.
Расчет, изготовление и тестирование источника на микросхеме HV9961 под катом.

Мне нужен был блок, питающий током 750 мА 10 СИДов Cree XM-L. Оценим выходное напряжение блока: Vout = 10 * Vled при 750 мА = 29 В. Пусть пульсации тока будут меньше +-15% (я не знаю, как их величина влияет на работу светодиодов). Имелся корпус G1022BF, что накладывает ограничения на размер платы блока питания. Таким образом, исходные данные:
напряжение питания: 220 В, 50 Гц;
выходное напряжение: 30 В;
выходной ток: 750 мА;
пульсации тока: менее +-15%;
размер платы: менее 100х60 мм.

За основу берем стандартную схему включения:

Это понижающий преобразователь, для простоты ток измеряется в цепи истока переключающего транзистора и усредняется. На контакт Vin можно подавать высокое напряжение, которое питает встроенный регулятор напряжения 7,5 В, вывод регулятора – Vdd. PWMD и LD служат для плавной регулировки тока светодиодов. Резистор Rt задает частоту переключения (точнее, время паузы), Rcs – ток на СИДах. При питании от сети 220 нужно добавить выпрямитель и фильтр.

1. Частота переключения. Частота переключения в схеме не фиксированная, задается только время паузы. Для номинальных напряжений на входе (310 В после выпрямителя) и выходе коэффициент заполнения . С другой стороны, , где tu – время проводимости, tn – время паузы, f – частота переключения. Сопротивление резистора Rt определяется из выражения . Возьмем Rt = 330 кОм, это соответствует времени паузы 13,5 мкс и номинальной частоте 73 кГц. Чем выше частота, тем меньшего размера будет катушка и тем больше потери на переключение на транзисторе.

2. Регулировка тока. Токозадающий резистор. Rcs = 0.272 В / Iled = 0,363 Ом. Я решил взять Rcs = 0,33 Ом, т.е. 3 резистора по 1 Ом в параллель, что соответствует току 824 мА и сделать плавную регулировку тока с помощью вывода LD микросхемы. В описании сказано, что регулировка тока осуществляется, когда на выводе LD напряжение от 0 до 1,5 В. Подключаем делитель напряжения к напряжению 7,5 В. Необходимые сопротивления несложно посчитать, результат показан на окончательной схеме.
Можно проверить, сколько мощности выделяется на токозадающих резисторах: 824 Ма*272 мВ = 224 мВт, на каждом резисторе 75 мВт. Используем типоразмер 0805 (125 мВт).

3. Катушка индуктивности. Для пульсаций тока менее +-15% (полный размах 0,3*750 мА) индуктивность должна быть больше

Пиковый ток на катушке будет 750 мА +15% = 863 мА.2 = 1,62 мГн. Индуктивность получилась немного меньше, значит пульсации побольше +-15%, что меня устроило.
Теперь надо посчитать индукцию при максимальном токе и убедиться, что сердечник не насыщается. По формуле 8 из [2] и данным из программы (Al = 200 нГн, mui = 71) для тока 1 А (с запасом) получаем индукцию 183 мТл, что меньше 300 мТл и, значит, насыщения нет.
В итоге изготавливаем дроссель на сердечнике КВ10 М2500НМС1 с прокладками 0,3 мм с 90 витками эмальпроводом с внешним диаметром 0,7 мм. Желательно залить клеем или лаком после изготовления.

4. Транзистор. Транзистор должен с запасом выдерживать максимальное входное напряжение 310 В. Выберем транзистор с максимальным напряжением сток-исток 500 В. Максимальный среднеквадратичный ток через транзистор Iout*sqrt(Vout/Vin) = 240 мА. Ток небольшой, его выдержит любой мощный полевик. Главный параметр для выбора – емкость или заряд затвора. Производитель микросхемы рекомендует заряд менее 25 нКл. Я взял IRF830A с максимальным зарядом затвора 24 нКл. Мощность, выделяющуюся на полевике, посчитать непросто, но радиатор явно не помешает.

5. Диод. Для диода те же требования по напряжению, что и для транзистора. Средний ток через диод Iout*(1 – Vout/Vin) = 680 мА. Выбираем SF28 600 В, 2 А. Падение напряжения на нем 1,5 В, значит будет выделяться мощность 1,5 В* 0,68 А = 1 Вт. Я решил использовать диод без радиатора. Для диода еще важным считается параметр время обратного восстановления, от него зависят потери на переключение, но расчет их довольно сложный и я его не проводил.

6. Входной конденсатор. Емкость выбирается исходя из условия, что минимальное напряжение после входного фильтра должно быть больше 2*Vout. В AN-h58 есть формула для расчета:

Для частоты 50 Гц, Vdc = 60 В и КПД 90% получаем С1>6,5 мкФ. Был выбран конденсатор 47 мкФ, 400 В исходя из габаритов и доступности. Параллельно установлен пленочный 0,47 мкФ 450 В для уменьшения ESR.
Замечание от sanmigel:

если внимательно почитать документацию на 9910 то можно увидеть что условие Vout +5

  • 15 мая 2011, 18:11
  • magnum16
  • Импульсный источник питания электронных модулей стиральных машин

    Рассматриваемый источник питания (ИП) входит в состав электронных модулей стиральных машин фирм (СМ), выполненных на платформе EVO-II, ARISTON/INDESIT, а также других производителей. Подобные источники питания имеют несколько разновидностей:

    — простейший вариант источника используется в модулях, управляющих коллекторными приводными моторами), он формирует напряжения 5 и 12 В. Расположение элементов ИП на этом модуле показано на рис. 1.;

    — источник с интегральным стабилизатором напряжением 5 В типа 78L05 и элементами схемы питания датчика проводимости;

    — в модулях, предназначенных для подключения 3фазных моторов, используется ИП, формирующий напряжения 12, 15, 3,3 и 5 В (два канала).

    Рис. 1. Расположение элементов ИП на плате электронного модуля EVO-II

    Аппаратная платформа EVO-II предусматривает различные конструктивные реализации, в качестве примера на рис. 2 показан так называемый «липец

    кий» модуль (устанавливаются в СМ, выпускаемые на предприятии Indesit Company в г Липецке), в котором ИП выполнен на отдельной плате (показана стрелкой).

    Основой рассматриваемых ИП является ключевой регулятор напряжения TNY264 семейства TinySwitch-II фирмы Power Integrations со встроенным мощным полевым транзистором. Рассмотрим подробнее структуру данной микросхемы и ее возможности.

    Структурная схема микросхемы TNY264 приведена на рис. 3.

    Импульсные преобразователи семейства TinySwitch-II имеют в своем составе силовой МОП транзистор (DVDSS = 700 В), генератор, высоковольтный импульсный источник тока, схемы ограничения тока и температурной защиты. Питание для запуска и работы узлов в составе микросхемы поступает непосредственно с вывода DRAIN (D), что исключает необходимость в дополнительной обмотке смещения импульсного трансформатора в составе ИП и связанной с ней схемы. Все приборы указанного семейства содержат схемы автоматического перезапуска и контроля входного напряжения. Схема автоматического перезапуска ограничивает выходную 

    мощность ИП в различных аварийных ситуациях — при коротком замыкании на выходе источника питания, при обрыве цепи обратной связи, при перегреве микросхемы и т.д. Рабочая частота преобразователя микросхем составляет 132 кГц. Максимальная выходная мощность ИП на базе микросхем TinySwitch-II может составлять от 5 Вт (TNY263) до 16 Вт (TNY268) при питании от сети переменного тока 220…230 В.

    Микросхемы рассматриваемого семейства выпускаются в корпусах DIP-8B/G и SMD-8B.

    Назначение выводов микросхем показано в таблице.

    Существует единственный недостаток данных ИП именно в составе электронных модулей СМ — они часто выходят из строя из-за попадания на них влаги. Производители электронных модулей, к сожалению, не учли данный аспект. К счастью, электронные элементы данных ИП имеются в широкой продаже, поэтому ремонт на компонентном уровне источников питания не вызывает особых затруднений.

    А теперь рассмотрим особенности одной из разновидностей схемы ИП на микросхеме TNY264, входящем в состав электронных модулей СМ, выполненных на аппаратной платформе EVO-II (в варианте модуля для коллекторных приводных моторов — см. рис. 1).

    Рис. 2. Расположение платы ИП на «липецком» модуле

    Назначение выводов микросхем семейства TinySwitch-II

    Номер

    вывода

    Обозначение

    Назначение

    1

    BP(BYPASS)

    Вывод подключения внешнего блокировочного конденсатора для обеспечения работы внутреннего стабилизатора напряжения (5,8 В)

    2, 3, 7, 8

    S (SOURSE)

    Общие выводы схемы управления в составе микросхемы. Эти выводы электрически соединены с истоком силового МОП транзистора

    4

    EN/UV

    (ENABLE/UNDER

    VOLTAGE)

    Выполняет две функции: вход разрешения и контроля снижения выходного напряжения ИП

    5

    D (DRAIN)

    Сток внутреннего силового МОП транзистора. С этого вывода также обеспечивается питание элементов схемы управления в составе микросхемы

    Рис. 3. Структурная схема микросхемы TNY264 семейства TinySwitch-II

    Рис. 4. Принципиальная электрическая схема ИП в составе электронного модуля СМ на аппаратной платформе EVO-II

    Принципиальная электрическая схема ИП показана на рис. 4.

    В состав ИП входят: сетевой однополупериодный выпрямитель и фильтр (D2, C4), защитные варисто-ры (RV1, RV3), микросхема преобразователя (U8), импульсный трансформатор (T1), выходные выпрямители и фильтры (D7, D10, С16, С17, С20, L2) и усилитель обратной связи (VT1). В данном ИП обеспечивается групповая стабилизация выходных напряжений. Сигнал обратной связи снимается с анода диода D10 и через цепь D11 VT1 D12 поступает на выв. 4 микросхемы U8 (вход контроля выходного напряжения).

    ИП формирует два выходных напряжения: 5 и 12 В.

    Необходимо отметить, что шина «земля» и схемный корпус в данном ИП электрически не объединены. К схемному корпусу подключены общие провода каналов 5 и 12 В, а шина «земля» соединена с выходом канала +5 В.

    Кратко остановимся на возможных неисправностях рассматриваемых источников питания.

    Выше уже отмечалось, что чаще всего ИП (в составе электронных модулей СМ) выходят из строя вследствие попадания на них влаги. Последствия от воздействия влаги могут быть различными — от выхода из строя отдельных дискретных компонентов (например,варисто-ров, ограничительных резисторов во входной цепи или других элементов ИП) до полной неработоспособности микропроцессора и других заказных компонентов в составе модуля. В последнем случае модуль придется заменить, так как если работоспособность ИП можно восстановить, то заказные компоненты (микропроцессор, DSP-процессор) отдельно в продаже отсутствуют

    В любом случае, если есть 

    предположение, что заказные компоненты модуля работоспособны, его можно попытаться восстановить. Для этого, в первую очередь, очищают, например спиртом, плату и компоненты модуля от водяных разводов, а затем сушат плату феном, при необходимости проверяют переходные отверстия на плате и качество пайки элементов. После этого приступают к компонентному ремонту.

    Иногда ИП выходит из строя вследствие подачи на него повышенного напряжения. Нетрудно предположить, что в этом случае в первую очередь необходимо проверить исправность элементов ИП в его первичной цепи — варисторов RV1, RV3, ограничителя тока R21, фильтра L1, сетевого выпрямителя и фильтра D2, C4, а также микросхемы U8. Дальше действуют исходя из логики работы ИП и исправности его элементов в других цепях.

    Следующая группа характерных неисправностей ИП относится к отказам элементов в его вторичных цепях. Они связаны с возможным пробоем выпрямительных диодов в каналах 5 и 12 В, а также с утечками фильтрующих конденсаторов в этих же цепях.

    Автор: Максим Новоселов (п. Усть-Абакан, Республика Хакасия)

    Источник: Ремонт и сервис

    Импульсный источник питания и импульсные регуляторы

    Линейные регуляторы напряжения, как правило, намного эффективнее и проще в использовании, чем эквивалентные схемы регуляторов напряжения, сделанные из дискретных компонентов, таких как стабилитрон и резистор, или транзисторы и даже операционные усилители.

    Самыми популярными типами линейных и фиксированных регуляторов выходного напряжения на сегодняшний день являются серия 78… положительного выходного напряжения и 79… серия отрицательного выходного напряжения. Эти два типа дополнительных регуляторов напряжения обеспечивают точное и стабильное выходное напряжение в диапазоне от примерно 5 до примерно 24 вольт для использования во многих электронных схемах.

    Существует широкий ассортимент этих трехконтактных стабилизаторов напряжения с фиксированным напряжением, каждый со своими собственными встроенными цепями регулирования напряжения и ограничения тока. Это позволяет нам создавать множество различных шин и выходов для источников питания, как с одним, так и с двумя источниками питания, подходящих для большинства электронных схем и приложений.

    Доступны даже линейные регуляторы переменного напряжения, обеспечивающие постоянное выходное напряжение от чуть выше нуля до нескольких вольт ниже максимального выходного напряжения.

    Большинство источников питания постоянного тока состоят из большого и тяжелого понижающего сетевого трансформатора, диодного выпрямителя, двухполупериодного или полуволнового, и схемы фильтра для удаления любых пульсаций из выпрямленного постоянного тока для получения достаточно плавного выходного напряжения постоянного тока. .

    Кроме того, для обеспечения правильного регулирования выходного напряжения источников питания в условиях изменяющейся нагрузки может использоваться какая-либо форма регулятора напряжения или схемы стабилизатора, линейная или переключаемая. Тогда типичный источник питания постоянного тока будет выглядеть примерно так:

    Типовой источник питания постоянного тока

    Эти типичные блоки питания содержат большой сетевой трансформатор (который также обеспечивает изоляцию между входом и выходом) и цепь последовательного регулятора.Схема регулятора может состоять из одного стабилитрона или трехконтактного линейного последовательного регулятора для получения необходимого выходного напряжения. Преимущество линейного регулятора заключается в том, что для схемы источника питания требуется только входной конденсатор, выходной конденсатор и некоторые резисторы обратной связи для установки выходного напряжения.

    Линейные регуляторы напряжения вырабатывают регулируемый выход постоянного тока, последовательно размещая непрерывно проводящий транзистор между входом и выходом, управляя им в его линейной области (отсюда и название) его вольт-амперных (i-v) характеристик.

    Таким образом, транзистор действует больше как переменное сопротивление, которое постоянно подстраивается под любое значение, необходимое для поддержания правильного выходного напряжения. Рассмотрим эту простую схему последовательного транзисторного регулятора ниже:

    Цепь транзисторного регулятора серии

    Здесь эта простая схема регулятора с эмиттерным повторителем состоит из одного NPN-транзистора и напряжения смещения постоянного тока для установки необходимого выходного напряжения. Поскольку схема эмиттерного повторителя имеет единичный коэффициент усиления по напряжению, прикладывая подходящее напряжение смещения к базе транзистора, на выводе эмиттера получается стабилизированный выходной сигнал.

    Поскольку транзистор обеспечивает усиление по току, выходной ток нагрузки будет намного выше, чем базовый ток, и еще выше, если используется схема транзистора Дарлингтона.

    Кроме того, при условии, что входное напряжение достаточно высокое, чтобы получить желаемое выходное напряжение, выходное напряжение управляется базовым напряжением транзистора и в этом примере дается как 5,7 В для получения выходного напряжения 5 В на нагрузку примерно как 0,7 напряжение падает на транзисторе между выводами базы и эмиттера.Тогда в зависимости от значения базового напряжения может быть получено любое значение выходного напряжения эмиттера.

    Хотя эта простая схема последовательного регулятора будет работать, обратная сторона этого состоит в том, что последовательный транзистор постоянно смещен в своей линейной области, рассеивая мощность в виде тепла. Поскольку весь ток нагрузки должен проходить через последовательный транзистор, это приводит к низкому КПД, потере мощности V * I и постоянному выделению тепла вокруг транзистора.

    Кроме того, одним из недостатков последовательных регуляторов напряжения является то, что их максимальный непрерывный выходной ток ограничен несколькими ампер или около того, поэтому обычно используются в приложениях, где требуются выходы малой мощности.

    Когда требуется более высокое выходное напряжение или текущая мощность, обычной практикой является использование импульсного стабилизатора, широко известного как импульсный источник питания , для преобразования сетевого напряжения в любую требуемую более высокую выходную мощность.

    Импульсные источники питания или SMPS становятся обычным явлением и в большинстве случаев заменили традиционные линейные источники питания переменного тока в постоянный как способ сократить энергопотребление, уменьшить тепловыделение, а также размер и масса.

    Импульсные источники питания

    теперь можно найти в большинстве ПК, усилителях мощности, телевизорах, приводах двигателей постоянного тока и т. Д., А также практически во всем, что требует высокоэффективного источника питания, поскольку импульсные источники питания становятся все более зрелой технологией. .

    По определению импульсный источник питания (SMPS) — это тип источника питания, в котором для обеспечения необходимого выходного напряжения используются полупроводниковые методы переключения, а не стандартные линейные методы. Базовый импульсный преобразователь состоит из каскада переключения мощности и схемы управления.

    Каскад переключения мощности выполняет преобразование мощности из входного напряжения схемы V IN в ее выходное напряжение V OUT , которое включает фильтрацию выходного сигнала.

    Основным преимуществом импульсного источника питания является его более высокая эффективность по сравнению со стандартными линейными регуляторами, и это достигается внутренним переключением транзистора (или силового MOSFET) между его состоянием «ВКЛ» (насыщение) и состоянием «ВЫКЛ». (отсечка), оба из которых обеспечивают меньшее рассеивание мощности.

    Это означает, что когда переключающий транзистор полностью «включен» и проводит ток, падение напряжения на нем находится на минимальном значении, а когда транзистор полностью «выключен», ток через него не протекает. Таким образом, транзистор действует как идеальный переключатель ВКЛ / ВЫКЛ.

    В отличие от линейных регуляторов, которые предлагают только понижающее регулирование напряжения, импульсный источник питания может обеспечивать понижение, повышение и отрицание входного напряжения с использованием одной или нескольких из трех основных топологий схемы переключения: Buck , Boost и Buck-Boost .Эти названия относятся к тому, как транзисторный ключ, катушка индуктивности и сглаживающий конденсатор соединяются вместе в основной цепи SMPS.

    Блок питания с понижающим переключателем

    Понижающий импульсный стабилизатор представляет собой схему импульсного источника питания, которая предназначена для эффективного снижения постоянного напряжения с более высокого напряжения до более низкого, то есть вычитает или «понижает» напряжение питания, тем самым уменьшая доступное напряжение. на выходных клеммах без изменения полярности.Другими словами, понижающий импульсный стабилизатор представляет собой схему понижающего регулятора, поэтому, например, понижающий преобразователь может преобразовывать, скажем, +12 вольт в +5 вольт.

    Понижающий импульсный стабилизатор — это преобразователь постоянного тока в постоянный и один из самых простых и популярных типов импульсных стабилизаторов. При использовании в конфигурации импульсного источника питания понижающий импульсный стабилизатор использует последовательный транзистор или силовой полевой МОП-транзистор (в идеале биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT) в качестве основного коммутирующего устройства, как показано ниже.

    Понижающий импульсный регулятор

    Мы видим, что базовая конфигурация схемы понижающего преобразователя представляет собой последовательный транзисторный переключатель TR 1 с соответствующей схемой возбуждения, которая поддерживает выходное напряжение как можно ближе к желаемому уровню, диод, D 1 , индуктор L 1 и сглаживающий конденсатор C 1 . Понижающий преобразователь имеет два режима работы в зависимости от того, включен или выключен переключающий транзистор TR 1 .

    Когда транзистор смещен в положение «ВКЛ» (переключатель замкнут), диод D 1 становится смещенным в обратном направлении, и входное напряжение V IN заставляет ток течь через катушку индуктивности к подключенной нагрузке на выходе, заряжая конденсатор, С 1 .

    Когда изменяющийся ток течет через катушку индуктивности, он создает обратную ЭДС, которая противодействует потоку тока, согласно закону Фарадея, до тех пор, пока он не достигнет устойчивого состояния, создавая магнитное поле вокруг индуктора, L 1 .Эта ситуация будет продолжаться бесконечно до тех пор, пока TR 1 закрыт.

    Когда транзистор TR 1 переключается в положение «ВЫКЛ» (переключатель разомкнут) схемой управления, входное напряжение мгновенно отключается от цепи эмиттера, в результате чего магнитное поле вокруг катушки индуктивности разрушается, вызывая обратное напряжение на катушке индуктивности.

    Это обратное напряжение заставляет диод смещаться в прямом направлении, поэтому накопленная энергия в магнитном поле индукторов вынуждает ток продолжать течь через нагрузку в том же направлении и возвращаться обратно через диод.

    Затем индуктор L 1 возвращает накопленную энергию обратно нагрузке, действующей как источник и подающей ток, пока вся энергия индуктора не вернется в схему или пока транзисторный ключ снова не закроется, в зависимости от того, что произойдет раньше. В то же время конденсатор также разряжает ток, подаваемый на нагрузку. Комбинация катушки индуктивности и конденсатора образует LC-фильтр, сглаживающий любые пульсации, создаваемые переключающим действием транзистора.

    Следовательно, когда транзисторный полупроводниковый ключ закрыт, ток подается от источника питания, а когда транзисторный ключ открыт, ток подается через катушку индуктивности.Обратите внимание, что ток, протекающий через катушку индуктивности, всегда в одном и том же направлении, либо напрямую от источника питания, либо через диод, но, очевидно, в разное время в цикле переключения.

    Поскольку транзисторный ключ постоянно замыкается и открывается, среднее значение выходного напряжения, следовательно, будет связано с рабочим циклом D, который определяется как время проводимости транзисторного ключа в течение одного полного цикла переключения.

    Если V IN — это напряжение питания, а время «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для транзисторного ключа определяется как: t ВКЛ и t ВЫКЛ , то выходное напряжение V ВЫХОД задается как :

    Рабочий цикл понижающего преобразователя

    Рабочий цикл понижающих преобразователей также можно определить как:

    Таким образом, чем больше рабочий цикл, тем выше среднее выходное напряжение постоянного тока от импульсного источника питания.Из этого мы также можем видеть, что выходное напряжение всегда будет ниже входного, поскольку рабочий цикл D никогда не может достичь единицы (единицы), что приведет к понижающему регулятору напряжения.

    Регулировка напряжения достигается за счет изменения рабочего цикла, а при высоких скоростях переключения, до 200 кГц, можно использовать более мелкие компоненты, что значительно снижает размер и вес импульсного источника питания.

    Еще одно преимущество понижающего преобразователя состоит в том, что схема индуктивность-конденсатор (LC) обеспечивает очень хорошую фильтрацию тока катушки индуктивности.В идеале понижающий преобразователь должен работать в непрерывном режиме переключения, чтобы ток в катушке индуктивности никогда не падал до нуля. С идеальными компонентами, то есть нулевым падением напряжения и коммутационными потерями в состоянии «ВКЛ», идеальный понижающий преобразователь мог бы иметь КПД до 100%.

    Помимо понижающего импульсного стабилизатора для базовой конструкции импульсного источника питания, существует еще одна операция основного импульсного регулятора, который действует как повышающий регулятор напряжения, называемый повышающим преобразователем.

    Блок питания с импульсным переключателем

    Импульсный стабилизатор Boost — еще один тип импульсной схемы источника питания. Он имеет те же типы компонентов, что и предыдущий понижающий преобразователь, но на этот раз в другом положении. Повышающий преобразователь предназначен для увеличения постоянного напряжения от более низкого до более высокого, то есть он также добавляет или «повышает» напряжение питания, тем самым увеличивая доступное напряжение на выходных клеммах без изменения полярности.Другими словами, импульсный импульсный регулятор является схемой повышающего регулятора, поэтому, например, повышающий преобразователь может преобразовывать, скажем, +5 вольт в +12 вольт.

    Ранее мы видели, что понижающий импульсный стабилизатор использует последовательно переключаемый транзистор в своей базовой конструкции. Отличие от конструкции повышающего импульсного стабилизатора заключается в том, что он использует параллельно подключенный переключающий транзистор для управления выходным напряжением от импульсного источника питания.

    Поскольку транзисторный ключ эффективно подключен параллельно выходу, электрическая энергия проходит через катушку индуктивности к нагрузке только тогда, когда транзистор смещен в положение «ВЫКЛ» (переключатель разомкнут), как показано.

    Регулятор переключения наддува

    В цепи повышающего преобразователя , когда транзисторный ключ полностью включен, электрическая энергия от источника питания V IN проходит через индуктивность и транзисторный переключатель и обратно к источнику питания. В результате ничего из этого не проходит на выход, поскольку насыщенный транзисторный ключ фактически создает короткое замыкание на выходе.

    Это увеличивает ток, протекающий через катушку индуктивности, поскольку она имеет более короткий внутренний путь для возврата к источнику питания.Между тем, диод D 1 становится смещенным в обратном направлении, поскольку его анод подключается к земле через транзисторный ключ, при этом уровень напряжения на выходе остается довольно постоянным, когда конденсатор начинает разряжаться через нагрузку.

    Когда транзистор полностью выключен, входной источник подключается к выходу через последовательно соединенные индуктивность и диод. По мере того, как поле индуктора уменьшается, индуцированная энергия, накопленная в катушке индуктивности, подталкивается к выходу через V IN через диод, смещенный в прямом направлении.

    Результатом всего этого является то, что индуцированное напряжение на катушке индуктивности L 1 меняется на противоположное и добавляется к напряжению входного источника, увеличивая общее выходное напряжение, которое теперь становится равным V IN + V L .

    Ток от сглаживающего конденсатора C 1 , который использовался для питания нагрузки, когда транзисторный ключ был закрыт, теперь возвращается в конденсатор входным питанием через диод. Тогда ток, подаваемый на конденсатор, является током диода, который всегда будет «ВКЛ» или «ВЫКЛ», поскольку диод постоянно переключается между своим прямым и обратным состоянием посредством переключающего действия транзистора.Тогда сглаживающий конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить плавный устойчивый выход.

    Поскольку индуцированное напряжение на катушке индуктивности L 1 отрицательно, оно добавляется к напряжению источника, V IN , заставляя ток катушки индуктивности поступать в нагрузку. Выходное напряжение в установившемся режиме повышающих преобразователей равно:

    Как и в предыдущем понижающем преобразователе, выходное напряжение повышающего преобразователя зависит от входного напряжения и рабочего цикла.Следовательно, регулируя рабочий цикл, достигается регулировка мощности. Не то чтобы это уравнение не зависело от величины индуктивности, тока нагрузки и выходного конденсатора.

    Мы видели выше, что для базовой работы неизолированной схемы импульсного источника питания может использоваться либо понижающий преобразователь, либо конфигурация повышающего преобразователя, в зависимости от того, требуется ли нам понижающее (понижающее) или повышающее (повышающее) выходное напряжение. . В то время как понижающие преобразователи могут быть более распространенной конфигурацией переключения SMPS, повышающие преобразователи обычно используются в емкостных схемах, таких как зарядные устройства, фотовспышки, стробоскопические вспышки и т. Д., Потому что конденсатор обеспечивает весь ток нагрузки, когда переключатель замкнут.

    Но мы также можем объединить эти две основные коммутационные топологии в единую неизолированную схему переключающего стабилизатора, которая, что неудивительно, называется понижающе-повышающим преобразователем .

    Коммутационный регулятор понижающего и повышающего напряжения

    Импульсный стабилизатор , понижающий-повышающий, представляет собой комбинацию понижающего преобразователя и повышающего преобразователя, которая вырабатывает инвертированное (отрицательное) выходное напряжение, которое может быть больше или меньше входного напряжения в зависимости от рабочего цикла. Понижающий-повышающий преобразователь представляет собой разновидность схемы повышающего преобразователя, в которой инвертирующий преобразователь передает в нагрузку только энергию, накопленную катушкой индуктивности, L 1 .Базовая схема импульсного источника питания повышающего и понижающего режимов приведена ниже.

    Регулятор переключения понижающего и повышающего давления

    Когда транзисторный ключ TR 1 полностью включен (закрыт), напряжение на катушке индуктивности равно напряжению питания, поэтому в катушке индуктивности накапливается энергия от входного источника питания. На подключенную нагрузку на выходе ток не подается, поскольку диод D 1 имеет обратное смещение. Когда транзисторный ключ полностью выключен (открыт), диод становится смещенным в прямом направлении, и энергия, ранее накопленная в катушке индуктивности, передается нагрузке.

    Другими словами, когда переключатель находится в положении «ON», энергия подается в катушку индуктивности от источника постоянного тока (через переключатель) и не поступает на выход, а когда переключатель находится в положении «OFF», напряжение на катушке индуктивности меняется на противоположное. поскольку катушка индуктивности теперь становится источником энергии, энергия, ранее накопленная в катушке индуктивности, переключается на выход (через диод), и никакая энергия не поступает напрямую от входного источника постоянного тока. Таким образом, падение напряжения на нагрузке, когда переключающий транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», равно напряжению на катушке индуктивности.

    В результате величина инвертированного выходного напряжения может быть больше или меньше (или равна) величине входного напряжения в зависимости от рабочего цикла. Например, повышающий-повышающий преобразователь положительного напряжения в отрицательный может преобразовывать 5 вольт в 12 вольт (повышающий) или 12 вольт в 5 вольт (понижающий).

    Выходное напряжение в установившемся режиме повышающего и понижающего импульсных регуляторов, В OUT задается как:

    Затем понижающий-повышающий стабилизатор получил свое название от создания выходного напряжения, которое может быть выше (например, повышающий силовой каскад) или ниже (как понижающий силовой каскад) по величине, чем входное напряжение.Однако полярность выходного напряжения противоположна входному.

    Сводка по импульсному источнику питания

    Современный импульсный источник питания, или SMPS, использует твердотельные переключатели для преобразования нерегулируемого входного напряжения постоянного тока в регулируемое и плавное выходное напряжение постоянного тока на разных уровнях напряжения. Входной источник питания может быть истинным постоянным напряжением от батареи или солнечной панели или выпрямленным постоянным напряжением от источника переменного тока с использованием диодного моста вместе с некоторой дополнительной емкостной фильтрацией.

    Во многих приложениях управления мощностью силовой транзистор, MOSFET или IGFET, работает в режиме переключения, когда он многократно переключается в положение «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на высокой скорости. Основным преимуществом этого является то, что энергоэффективность регулятора может быть довольно высокой, потому что транзистор либо полностью открыт и проводит (насыщен), либо полностью отключен (отсечка).

    Доступно несколько типов преобразователей постоянного тока в постоянный (в отличие от преобразователя постоянного тока в переменный, который является инвертором), с тремя основными топологиями импульсного источника питания, рассматриваемыми здесь: Buck , Boost и импульсные регуляторы Buck-Boost .Все три из этих топологий неизолированы, то есть их входное и выходное напряжения имеют общую линию заземления.

    Каждая конструкция импульсного регулятора имеет свои уникальные свойства в отношении рабочих циклов в установившемся режиме, соотношения между входным и выходным током и пульсаций выходного напряжения, создаваемых действием твердотельного переключателя. Еще одним важным свойством этих топологий импульсных источников питания является частотная характеристика переключающего действия на выходное напряжение.

    Регулирование выходного напряжения достигается за счет процентного регулирования времени, в течение которого переключающий транзистор находится в состоянии «ВКЛ», по сравнению с общим временем ВКЛ / ВЫКЛ. Это соотношение называется рабочим циклом, и путем изменения рабочего цикла, (D — величина выходного напряжения, V OUT можно контролировать.

    Использование одного индуктора и диода, а также твердотельных переключателей с быстрым переключением, способных работать на частотах переключения в диапазоне килогерц, в конструкции импульсного источника питания позволяет значительно увеличить размер и вес источника питания. уменьшенный.

    Это связано с тем, что в их конструкции не должно быть больших и тяжелых понижающих (или повышающих) сетевых трансформаторов напряжения. Однако, если требуется электрическая изоляция между входными и выходными клеммами, перед преобразователем необходимо установить трансформатор.

    Двумя наиболее популярными неизолированными конфигурациями переключения являются понижающий (вычитающий) и повышающий (аддитивный) преобразователи.

    Понижающий преобразователь — это тип импульсного источника питания, который предназначен для преобразования электрической энергии от одного напряжения к более низкому.Понижающий преобразователь работает с последовательно включенным переключающим транзистором. Поскольку рабочий цикл D <1, выходное напряжение понижающего всегда меньше входного напряжения V IN .

    Повышающий преобразователь — это тип импульсного источника питания, который предназначен для преобразования электрической энергии от одного напряжения к более высокому. Повышающий преобразователь работает с параллельно включенным переключающим транзистором, что приводит к образованию пути постоянного тока между V IN и V OUT через катушку индуктивности L 1 и диод D 1 .Это означает, что на выходе нет защиты от короткого замыкания.

    Изменяя рабочий цикл (D) повышающего преобразователя, можно управлять выходным напряжением, и при D <1 выход постоянного тока повышающего преобразователя больше, чем входное напряжение V IN вследствие саморегулирования катушек индуктивности. -индуцированное напряжение.

    Также предполагается, что выходные сглаживающие конденсаторы в импульсных источниках питания очень большие, что приводит к постоянному выходному напряжению из импульсного источника питания во время действия переключения транзисторов.

    Замечания по проектированию источника питания

    : основы работы с импульсным режимом

    В блоке питания и линейные регуляторы, и импульсные регуляторы выполняют одинаковые функции, генерируя регулируемое выходное напряжение, начиная с нерегулируемого входного напряжения. Однако они достигают этой цели, используя разные методы, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.


    Рекомендуется
    Примечания по конструкции источника питания Вот предыдущая статья.Наслаждаться!


    Линейные источники питания могут только понижать (понижать) входное напряжение , получая более низкое выходное напряжение. Обычно это достигается путем принуждения транзистора BJT или MOSFET к работе в его линейной зоне. Последствия два:

    1. Всегда существует разница ( V DROP ) между выходным напряжением и входным напряжением.
    2. Из-за непрерывной работы транзистора в линейной зоне регулятор рассеивает значительную мощность, определяемую величиной V DROP , умноженной на I LOAD , где I LOAD — это значение ток, поглощаемый нагрузкой.

    Отсюда следует, что линейные регуляторы имеют очень низкий КПД, обычно от 35% до 65%, и большую разницу между выходным напряжением и входным напряжением ( V DROP = V IN — V OUT ), тем ниже КПД. Рассмотрим в качестве примера линейный регулятор с В IN = 9 В, В OUT = 5 В и I НАГРУЗКА = 150 мА. Этот регулятор должен быть способен рассеивать мощность 600 мВт ( (V IN — V OUT ) × I НАГРУЗКА ) по сравнению с доступной выходной мощностью 750 мВт ( V OUT × I НАГРУЗКА ).Таким образом, КПД этого регулятора будет около 55%. По мере увеличения выходной мощности возрастает потребность в эффективном отводе тепла за счет радиаторов. Однако при мощности выше нескольких ватт линейные регуляторы больше не удобны с экономической точки зрения и, следовательно, представляют собой идеальное решение для приложений с низким энергопотреблением. Особым классом линейных регуляторов являются регуляторы с малым падением напряжения (LDO), которые объединяют специальную схему, способную удерживать значение V DROP (обычно несколько сотен или десятков милливольт), повышая общую эффективность.Преимущества линейных регуляторов заключаются в простоте схемы (для которой требуется несколько внешних компонентов), в невысокой стоимости и в отсутствии шумов переключения (транзистор всегда работает в линейной зоне).

    Импульсные источники питания

    работают за счет быстрого переключения транзистора между состоянием ОТКЛЮЧЕНИЕ (где нет тока, но есть высокое напряжение на переключателе) и состоянием НАСЫЩЕНИЯ (где есть большой ток, но напряжение на переключателе высокое). очень маленький).Полученное таким образом импульсное напряжение может быть впоследствии увеличено или уменьшено с помощью трансформатора и, наконец, отфильтровано для получения выходного напряжения постоянного тока. Импульсные источники питания достигают высоких значений КПД, обычно от 65% до 95%. Основные недостатки заключаются в сложности конструкции и наличии шума переключения, устранение которого является обязательным в некоторых приложениях. Импульсные источники питания управляются внешним сигналом с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который определяет частоту переключения и рабочий цикл переключающего транзистора.Их можно разделить на две основные категории, которые различаются в зависимости от способа приложения выходного напряжения к нагрузке.

    Преобразователь прямого режима

    Прямой преобразователь, распознаваемый по наличию выходного фильтра L-C, использует трансформатор для повышения или понижения входного напряжения и обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от напряжения питания переменного тока. На рисунке 1 показана принципиальная схема прямого преобразователя. Энергия передается на выход, когда транзистор находится в состоянии проводимости (включен).LC-фильтр генерирует выходное напряжение V OUT , значение которого можно рассчитать следующим образом ( D — это рабочий цикл ШИМ-сигнала, а N S и N P — число витков на соответствующих обмотках трансформатора):

    V OUT = V IN × D × (N S ÷ N P )

    Таким образом, изменяя рабочий цикл, можно изменять значение выходного напряжения.

    Рисунок 1: Принципиальная схема прямого преобразователя

    Обратный преобразователь

    Даже если он основан на тех же компонентах, что и прямой преобразователь, обратный преобразователь работает существенно по-другому. Обратный стабилизатор преобразует входное напряжение в выходное напряжение с более высоким или низким значением и положительной или отрицательной полярностью. Принципиальная схема обратного преобразователя показана на рис. 2 . Переключатель на рис. 2 фактически заменен переключающим транзистором (обычно полевым транзистором), управляемым ШИМ-сигналом.

    Рисунок 2: Принципиальная схема обратного преобразователя

    Когда переключатель замкнут (транзистор включен), первичная обмотка трансформатора проходит через входной ток, вызывая отрицательное напряжение на вторичной обмотке. Таким образом, диод имеет обратное смещение, а нагрузка питается за счет энергии, накопленной в выходном конденсаторе (верхняя часть , рис. 3, ). С другой стороны, когда переключатель разомкнут (транзистор выключен), ток на первичной обмотке трансформатора обнуляется, а напряжение на вторичной обмотке становится положительным.Это приводит к тому, что диод становится проводящим, который, в свою очередь, может питать нагрузку и перезаряжать конденсатор.

    Рисунок 3: Две рабочие фазы обратноходового преобразователя

    Для получения дополнительной информации:

    Силовая электроника играет все более важную роль на различных рынках, таких как автомобильный, промышленный и потребительский. Это также технология, позволяющая реализовать широкий спектр новых и улучшенных функций, которые повышают производительность, безопасность и функциональность автомобилей и интеллектуальных сетей.Сложные электрические и тепловые требования сильно влияют на конструкцию силовых электронных систем. Новости силовой электроники будут сосредоточены на основных темах, таких как преобразователь мощности, управление движением, полупроводники и управление температурой. Электронная книга Power Electronics News — это интерактивный подход к информированию о последних технологиях, тенденциях и инновационных продуктах на определенных рынках.

    16 способов создания импульсного источника питания

    Загрузите эту статью в формате PDF.

    Проще говоря, проектирование источника питания — серьезная задача. После того, как вы приняли решение построить или купить, вы столкнетесь с множеством вариантов схем — больше, чем вы, вероятно, думаете. Раньше создание источника питания было относительно простым, но с преобладанием методов переключения режимов в наши дни, это стало сложной специальностью. Если вы не являетесь экспертом по источникам питания и / или это одна из ваших первых разработок, вам может потребоваться некоторое руководство. Информация, представленная здесь, должна помочь вам определить ваши варианты и сосредоточиться на одном из них.

    Шаг 1. Хорошая спецификация

    Все начинается с хорошей спецификации. Очень важно найти время, чтобы изучить свои потребности и написать подробную спецификацию. В качестве отправной точки перечислите следующие ключевые особенности:

    • Диапазон входного напряжения (переменного или постоянного тока)
    • Выходные напряжения (постоянного или переменного тока) и допуски
    • Требования к выходному току
    • Пульсация максимальная
    • Расчетная общая необходимая мощность
    • Требования к эффективности, если есть
    • Соображения по поводу электромагнитных помех (EMI), если таковые имеются

    Шаг 2: Первое решение

    С этими характеристиками вы сможете сделать свой первый большой выбор: линейный или линейный.Импульсный дизайн. Да, линейные источники питания все еще возможны даже в нынешней среде с преобладанием импульсного режима. Если ваша конструкция допускает более низкую эффективность линейного источника питания, вы можете оценить ее преимущества. Основными преимуществами линейного источника питания являются простота конструкции, низкая стоимость, обилие соответствующих компонентов, проверенные методы и низкие выбросы электромагнитных помех.

    С другой стороны, конструкции с импульсным режимом по своей природе зашумлены, и цепи, которые вы запитываете, могут быть восприимчивы к этому шуму.Например, для генератора, синхросигнала, синтезатора или другой критической схемы может потребоваться низкий фазовый шум или джиттер. Линейный источник питания с регулятором с малым падением напряжения (LDO) обеспечит чистый постоянный ток для удовлетворения этой потребности. По крайней мере, имейте в виду линейный вариант, так как он все равно может быть вашим лучшим выбором для некоторых дизайнов.

    Большинство новых разработок относятся к числу переключаемых. Преимущества импульсного источника питания (SMPS) слишком велики, чтобы их игнорировать. Эффективность является основным преимуществом, при этом для многих конструкций КПД превышает 90%.Другими преимуществами являются небольшой размер и разумная стоимость. Обратной стороной является сложный и хитрый дизайн с множеством альтернативных подходов. Однако вы можете сделать более осознанный выбор дизайна, если расширите свой список спецификаций.

    Шаг 3: Расширенные спецификации

    В дополнение к базовым спецификациям, собранным ранее, они также должны быть определены для вашей конструкции:

    • Требования к гальванической развязке между входом и выходом
    • Диапазон рабочих температур
    • Ожидаемый пусковой ток
    • Пиковый и средний выходной ток
    • Временное воздействие и потребности в ответных действиях
    • Требования к регулированию нагрузки и линии
    • Частота переключения
    • В дополнение к требованиям к электромагнитным помехам, включая необходимость коррекции коэффициента мощности (PFC), сертификаты Underwriters Laboratories (UL) или другие сертификаты

    Шаг 4. Выбор топологии

    Самыми популярными топологиями DC-DC SMPS являются понижающая (a), повышающая (b), инвертирующая понижающая-повышающая (c), SEPIC (d) и Zeta (e).MOSFET выполняет переключение, катушки индуктивности и конденсаторы накапливают энергию, а диод контролирует направление тока.

    Возможно, вы уже знаете, что доступно несколько различных схем переключения режимов. Но знаете ли вы, что на самом деле существует 16 топологий, о которых вам следует знать? Один из них наверняка подойдет вам:

    • Бак
    • Синхронный бак
    • Повышение
    • Инвертирующий понижающий-повышающий
    • SEPIC
    • Cuk
    • Зета
    • Летательный аппарат
    • Обратный ход
    • Обратный ход с двумя переключателями
    • Актив-прижим передний
    • Однопереключатель передний
    • Двухпозиционный передний
    • Полумост
    • Полный мост
    • Полный мост со сдвигом фазы

    Недостаток места препятствует полному охвату.Однако есть два отличных источника, которые вы можете изучить, чтобы оценить свой выбор топологии:

      Краткое руководство по топологиям электропитания
    • : Эти девять страниц содержат краткий обзор наиболее распространенных топологий импульсных источников питания. Он заполнен соответствующими формами сигналов и уравнениями.
    • Более подробную информацию можно найти в 200-страничном Руководстве по топологиям питания. Пояснения к схемам и рекомендации по проектированию основаны на требованиях.

    Шаг 5. Начните свой дизайн

    Типичный подход — сузить выбор топологии перед принятием окончательного решения.Самыми популярными топологиями являются понижающая, повышающая, понижательно-повышающая (и инвертирующая версия), SEPIC и Zeta. На рисунке 1 показаны упрощенные схемы для каждой из них. В понижающем формате входное напряжение понижается, а при повышении — повышается. Остальные трое могут делать то же самое. Топология Cuk хороша, если вам нужно изменить полярность выхода.

    Если вам нужна изоляция, можно использовать трансформаторы. Топологии, которые будут включать их в конструкцию, включают обратный ход, прямой зажим, двухтактный, полумост или полный мост.

    Что касается частоты коммутации, она обычно сводится к наилучшей оценке, основанной на вашем приложении. Сегодня типичные частоты переключения находятся в диапазоне от примерно 100 кГц до нескольких мегагерц. Низкие частоты обычно лучше для приложений с более высокой мощностью, требующих максимальной эффективности. Более высокие частоты упрощают фильтрацию с меньшими конденсаторами и катушками индуктивности и могут привести к уменьшению как размера, так и стоимости.

    Также не забудьте принять во внимание влияние основной гармоники и гармоник на другое находящееся поблизости оборудование.Одно из возможных решений для ограничения электромагнитных помех переключения — дизеринг. Это включает случайное изменение частоты переключения для уменьшения любых электромагнитных помех за счет расширения спектра в более широком диапазоне.

    Импульсный источник питания

    может оказаться загадочным делом, если вы не знаете, как и с чего начать. Прочтите этот рекомендуемый блог, чтобы лучше понять, как выбрать наиболее подходящую топологию источника питания для вашего приложения.

    Шаг 6: Другие ресурсы

    Диоды и интегральные схемы лежат в основе вашего дизайна.Имейте в виду, что большинство компаний, производящих полупроводники, имеют продукты или услуги поддержки, такие как программное обеспечение для онлайн-проектирования, такое как WEBENCH от Texas Instruments. Не забывайте о возможности использования эталонных дизайнов и оценочных комплектов, чтобы еще больше ускорить и упростить разработку.

    Цепи питания | Практические аналоговые полупроводниковые схемы

    Существует три основных типа источников питания: нерегулируемый (также называемый грубой силой ), линейный регулируемый и импульсный .Четвертый тип схемы источника питания, называемый с регулируемой пульсацией , представляет собой гибрид между схемами «грубой силы» и «переключением» и заслуживает отдельного раздела.

    Нерегулируемый

    Нерегулируемый источник питания — самый примитивный тип, состоящий из трансформатора , выпрямителя и фильтра нижних частот . Эти источники питания обычно демонстрируют большое количество пульсаций напряжения (то есть быстро меняющуюся нестабильность) и другие «шумы» переменного тока, накладываемые на мощность постоянного тока.Если входное напряжение изменяется, выходное напряжение будет изменяться пропорционально. Преимущество нерегулируемых поставок в том, что они дешевы, просты и эффективны.

    линейно регулируемый

    Линейный регулируемый источник питания — это просто «грубый» (нерегулируемый) источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в «активном» или «линейном» режиме, отсюда и название «линейный стабилизатор ». (В ретроспективе это очевидно, не так ли?) Типичный линейный регулятор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и он просто сбрасывает любое избыточное входное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение для нагрузки.Это чрезмерное падение напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, транзисторная схема потеряет стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать постоянное напряжение. Он может только снизить избыточное напряжение, но не восполнить недостаток напряжения в цепи грубой силы. Следовательно, вы должны поддерживать входное напряжение как минимум на 1–3 вольт выше желаемого выходного напряжения, в зависимости от типа регулятора. Это означает, что эквивалент мощности не менее от 1 до 3 вольт, умноженный на ток полной нагрузки, будет рассеиваться схемой регулятора, выделяя много тепла.Это делает источники питания с линейной регулировкой неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.

    Переключение

    Импульсный регулируемый источник питания («переключатель») — это попытка реализовать преимущества схем с прямым и линейным регулированием (компактность, эффективность и дешевизна, но также «чистое» стабильное выходное напряжение). Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входящего напряжения сети переменного тока в постоянное, преобразования его в высокочастотный прямоугольный переменный ток через транзисторы, работающие как переключатели включения / выключения, повышая или понижая это напряжение переменного тока с помощью легкого веса. трансформатор, затем выпрямляет выход переменного тока трансформатора в постоянный ток и фильтрует его для конечного выхода.Регулировка напряжения достигается путем изменения «рабочего цикла» инверсии постоянного тока в переменный на первичной стороне трансформатора. Помимо меньшего веса из-за меньшего размера сердечника трансформатора, коммутаторы имеют еще одно огромное преимущество перед двумя предыдущими конструкциями: этот источник питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в России. мир; они называются «универсальными» источниками питания. Обратной стороной коммутаторов является то, что они более сложны и из-за своей работы имеют тенденцию генерировать много высокочастотных «шумов» переменного тока в линии электропередачи.У большинства коммутаторов также есть значительная пульсация напряжения на выходах. У более дешевых типов этот шум и пульсации могут быть такими же сильными, как и для нерегулируемого источника питания; Такие бюджетные коммутаторы не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение, и есть «универсальные» входные возможности. Дорогие переключатели не имеют пульсаций и имеют почти такой же низкий уровень шума, как и некоторые линейные переключатели; эти переключатели обычно столь же дороги, как и линейные источники питания. Причина использования дорогого коммутатора вместо хорошего линейного в том, что вам нужна универсальная совместимость с энергосистемой или высокая эффективность.Высокая эффективность, легкий вес и небольшие размеры — вот причины, по которым импульсные источники питания почти повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.

    Регулируемая пульсация

    Источник питания с пульсирующим регулированием является альтернативой линейно регулируемой проектной схеме: источник питания «грубой силы» (трансформатор, выпрямитель, фильтр) составляет «входной конец» схемы, но транзистор работает строго в его включенном состоянии. В режиме выключения (насыщение / отсечка) мощность постоянного тока передается на большой конденсатор по мере необходимости для поддержания выходного напряжения между высокой и низкой уставкой.Как и в переключателях, транзистор в стабилизаторе пульсаций никогда не пропускает ток, находясь в «активном» или «линейном» режиме в течение значительного промежутка времени, что означает, что очень мало энергии будет потрачено впустую в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы регулирования является необходимое присутствие некоторой пульсации напряжения на выходе, поскольку напряжение постоянного тока изменяется между двумя уставками управления напряжением. Кроме того, частота пульсаций напряжения изменяется в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию постоянного тока.Цепи регулятора пульсаций, как правило, немного проще, чем схемы переключателя, и им не нужно обрабатывать высокие напряжения в линии питания, с которыми должны работать переключающие транзисторы, что делает их более безопасными в эксплуатации.

    СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

    Импульсный регулятор

    »Примечания по электронике

    Импульсный стабилизатор — ключевой элемент любого импульсного источника питания


    Схемы источников питания SMPS Праймер и руководство Включает:
    Импульсный источник питания Как работает SMPS Понижающий понижающий преобразователь Повышающий повышающий преобразователь Конвертер Buck Boost

    См. Также: Обзор электроники блока питания Линейный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


    В любом импульсном блоке питания регулирование напряжения обеспечивает импульсный регулятор или импульсный стабилизатор.Импульсный стабилизатор можно использовать отдельно или как часть полного источника питания.

    Регуляторы режима переключения

    бывают разных форм, но каждый из них может обеспечивать регулирование напряжения с помощью последовательного переключающего элемента, который заряжает накопительный конденсатор, когда напряжение падает ниже заданного уровня.

    Основы импульсного регулятора

    В основе импульсного регулятора лежит способность катушек индуктивности и конденсаторов накапливать энергию. Конденсаторы и катушки индуктивности являются неотъемлемыми элементами технологии импульсного регулятора.

    • Емкость Если к конденсатору подается ток, конденсатор постепенно заряжается, и напряжение на нем линейно возрастает со скоростью, равной I / C, где — приложенный ток, а C — емкость. В этом случае напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно.

      Базовая концепция импульсного источника питания Когда происходит мгновенное изменение тока, напряжение изменяется линейно. [Предполагается, что используется источник тока с неограниченным напряжением].

    • Индуктор: & nbsp: Для катушки индуктивности невозможно мгновенное изменение тока. Вместо этого при приложении напряжения ток нарастает линейно во времени со скоростью, равной V / L, где V — приложенное напряжение, а L — индуктивность.

      Формат индуктора для импульсного источника питания Используя стандартные уравнения, можно определить профили тока и напряжения:

      Энергия восходящего тока накапливается в магнитном поле, связанном с индуктором.Если ток, протекающий через катушку индуктивности, внезапно прерывается, магнитное поле реагирует на это и создает очень высокую «обратную ЭДС», чтобы противодействовать изменению.

    Ознакомившись с фундаментальными или базовыми концепциями, лежащими в основе коммутируемых напряжений и токов в конденсаторах и катушках индуктивности, эти базовые концепции могут быть применены к решениям импульсных регуляторов, чтобы обеспечить различные сценарии для схем повышения и понижения напряжения.

    Поскольку в технологии используются методы переключения, при которых последовательный элемент включен или выключен, этот подход обеспечивает гораздо лучший уровень эффективности, чем линейный, при котором рассеивается мощность.

    Конденсаторное регулирование режима переключения

    Основная концепция конденсаторного импульсного стабилизатора показана на схеме. Когда переключатель замкнут, ток может течь в накопительный конденсатор и обеспечивать заряд. Когда напряжение на конденсаторе достигает требуемого уровня, переключатель размыкается, и нагрузка потребляет ток от конденсатора.

    По мере падения напряжения это будет обнаружено схемой управления, и последовательный переключатель снова включится, чтобы довести напряжение конденсатора до требуемого уровня.

    Эта схема не так эффективна, как может показаться на первый взгляд. Хотя единственным резистивным элементом в теоретической схеме является нагрузка, это не единственный способ потери энергии, поскольку зарядка конденсатора непосредственно от источника напряжения или конденсатора рассеивает столько энергии, сколько передается конденсатору. В результате этого в импульсных регуляторах нельзя использовать только методы переключения конденсаторов.

    Импульсное регулирование на основе индуктивности

    Также возможно использование индукторов в качестве элемента импульсных регуляторов.

    Катушка индуктивности может использоваться для передачи энергии от одного источника напряжения к другому. Хотя простой резистор можно использовать в качестве капельницы для падения напряжения при переходе от одного источника напряжения с более высоким напряжением к источнику с более низким напряжением, это очень расточительно с точки зрения мощности. Если используется индуктор, вся энергия передается, если предположить, что индуктор идеален.

    Использование индуктора имеет преимущества, заключающиеся в том, что энергия может передаваться от одного источника к другому независимо от соответствующих значений напряжения и их полярности.Очевидно, что для этого требуется правильная конфигурация.

    Когда переключатели находятся в положениях, показанных выше, напряжение V1 прикладывается к катушке индуктивности, и ток i1 нарастает со скоростью, равной V1 / L. Следовательно, полученное пиковое значение будет пропорционально времени нахождения переключателей в этом положении, то есть (V1 / L) x t

    .

    Когда переключатели меняются местами, ток будет продолжать течь со скоростью i2, которая равна -V2 / L.

    Поскольку идеальная катушка индуктивности не рассеивает энергию, в идеальной системе, использующей катушку индуктивности таким образом, потери мощности отсутствуют.В результате именно этот метод передачи энергии лежит в основе всех импульсных регуляторов.

    Другие схемы и схемотехника:
    Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
    Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

    SUPERNIGHT 12V 30A Импульсный источник питания, 110-240 В переменного тока в DC Драйвер адаптера универсального регулируемого переключающего трансформатора 360 Вт для 3D-принтера, видеонаблюдения, радио, светодиодных лент, компьютерный проект: Электроника

    5.0 из 5 звезд Отсутствует контроль температуры вентилятора. Проблема с контролем качества, но отличное обслуживание клиентов
    Текст: Гэри, 11 февраля, 2019

    Обновление от 15.03.2019

    Полученный мной на замену неисправный блок, который мне удалось отремонтировать.Пришлось заменить два выходных транзистора, два резистора по 1,5 Ом каждый, предохранитель на 3А и отремонтировать закороченные паяльные площадки. Я удивлен, что чип TL494CN выжил, но он выжил. Тем не менее ценю поддержку службы поддержки клиентов за то, что они исправили ситуацию с моей покупкой. Надеюсь, мой обзор поможет другим.

    Обновление 3/7/2019

    Изменение на 5 звезд для отличного обслуживания клиентов.

    Получил замену очень быстро после разговора с CS. Я получил, но обнаружил, что заменяемый блок не имеет переключателя контроля температуры.Затем CS предложила мне частичное возмещение стоимости оригинального устройства, и я согласился. Однако, когда я тестировал сменный блок, он производил много шума от трансформатора, но все же имел надлежащее выходное напряжение. Я поставил номинал на выход 10А, и сразу загорелся замененный блок и перегорел предохранитель и два выходных транзистора. Я обнаружил, что проблема связана с плохим паяным соединением и, вероятно, неисправным транзистором. В свете этого Хлоя из CS вернула мне полную стоимость моего первоначального устройства. Похоже, проблема с контролем качества.Поскольку я добавил термовыключатель к своему оригинальному устройству, он отлично работает. Я использую его как стендовый источник питания для тестирования компонентов на 12 вольт.

    Замененный блок, который я решил попробовать отремонтировать. Итог: супер-яркое обслуживание клиентов было потрясающим с тех пор, как я разговаривал с ними, и мой опыт работы с неисправным устройством не должен удерживать вас от покупки этого продукта. Они действительно прислушиваются к мнению своих клиентов и читают отзывы. Последние две фотографии моего обзора представляют собой заменяемый блок, показывающий отказ транзисторов и внутренней части, а также код даты, когда он был изготовлен.

    Обновление 26.02.2019:

    Chloe @ Superbright CS связалась со мной и хотела решить мой негативный опыт работы с устройством без контроля температуры, отправив мне совершенно новый модуль для замены. Изменение на 4 звезды для хорошего обслуживания клиентов. Сменится на 5 звезд, как только я проверю, что заменяемый блок работает, как рекламируется, с контролем температуры.

    Оригинал обзора: Это мой второй аппарат. Другой я купил в прошлом году. Этот питает компоненты моего пивного автомата, он работает отлично, без проблем.Вентилятор оснащен переключателем контроля температуры и не работает, если он не находится под большой нагрузкой.

    К сожалению, в этом последнем устройстве кажется, что тепловой биметаллический переключатель (KSD 9700, 45C, тип N / O) был полностью удален из конструкции. В результате вентилятор постоянно работает. По отзывам кажется, что одни люди получают агрегат с термовыключателем, а другие — нет. Рекламируемая особенность заключается в том, что у него есть терморегулятор вентилятора, но не обязательно в каждом блоке …

    Вентилятор рассчитан на 14 В постоянного тока, при отсутствии нагрузки 7 В от вспомогательной обмотки трансформатора.На самом деле очень тихо. По мере того, как вы добавляете к нему нагрузку, рабочий цикл трансформатора увеличивается, давая 13 вольт для питания вентилятора. В этот момент вентилятор работает очень громко.

    Некоторым людям может не нравиться постоянная работа вентилятора. Устройство может работать намного дольше при постоянно работающем вентиляторе, но шум также является проблемой, а срок службы вентилятора сомнителен при постоянной работе. Кажется глупым избавляться от части в 0,98 цента.

    Я хорошо разбираюсь в электронике, и у меня было несколько термовыключателей.Процедура заключается в том, чтобы переместить резистор на другую площадку для пайки, удалить перемычку и вставить термовыключатель на место перемычки. С помощью небольшого количества суперклея прикрепите термовыключатель к обмоткам индуктора. Они нагреваются во время работы и приводят к замыканию переключателя. Это включит вентилятор. Как только температура упадет ниже порогового значения, вентилятор остановится. Те же функции, что и у моего первого устройства.

    Ставлю три звезды, потому что мне пришлось установить деталь самостоятельно.Вы не ошибетесь с соотношением цены и качества. Модификация, которую я сделал, является необязательной, и для тех, кто не возражает против того, чтобы вентилятор работал постоянно, я уверен, что они дадут четыре или пять звезд.

    Как работает импульсный источник питания (SMPS)?

    Ищете источник питания, который может преобразовывать мощность переменного или постоянного тока в один или несколько уровней постоянного тока? Тогда вам понадобится импульсный блок питания. Вот как они работают.

    Обычно называемые «переключателями», эти устройства включают и выключают свои источники питания много раз в секунду.Это переключение создает эффективную входную частоту, часто достигающую мегагерцового диапазона.

    Что означает «режим переключения»?

    «Переключатель» в импульсном источнике питания на самом деле представляет собой полупроводник — полевой МОП-транзистор, который либо включен, либо выключен, — переведен в диапазон насыщения для передачи энергии через почти нулевое сопротивление. Он делает это много тысяч раз в секунду, создавая высокочастотный посредник переменного тока. Поскольку полупроводник был доведен до насыщения, он практически не проявляет сопротивления, что обеспечивает высокий КПД и очень небольшое тепловыделение.С другой стороны, линейный источник питания назван так потому, что его выпрямители работают в линейном диапазоне. Это означает, что когда они проводят энергию, они делают это через сопротивление со всей потраченной впустую мощностью и тепловыделением, присущим процессу.

    Независимо от частоты, с которой полупроводник включается и выключается, время между началом каждого из импульсов включения определяется как период переключения. Время включения, как часть периода переключения, называется рабочим циклом.Изменяя рабочий цикл, регулируется выходное напряжение. Изменение рабочего цикла «на лету» сохраняет напряжение на заданном уровне.

    В чем преимущества SMPS?

    Высокая эффективность — Они выделяют гораздо меньше тепла. Устройства с меньшей мощностью часто не требуют теплозащитного экрана, что означает, что они могут быть установлены непосредственно на печатные платы.

    Компактный форм-фактор — Поскольку коммутаторы работают на более высокой частоте, значение и, следовательно, размер связанных с ними фильтрующих конденсаторов и катушек индуктивности будет меньше, и устройство в целом будет занимать меньше места.

    Универсальная конструкция — Коммутаторы могут быть разработаны для повышения напряжения (Boost) или понижения напряжения (Buck) в зависимости от требований приложения.

    Как спроектировать импульсные источники питания

    Терминология

    Коммутаторы часто описываются как кирпичи, полукирпичи и четверть кирпича. Полный кирпич имеет размеры в дюймах 4,6 x 2,4 x 0,5, полукирпич — 2,3 x 2,4 x 0,35, а четверть кирпича — 2,3 x 1,45 x 0,35. Эти определения широко приняты, но не всегда соблюдаются.Спецификация также включает распиновку, поэтому при использовании переключателей, которые соответствуют стандарту, очень легко заменить продукт, когда дизайнер нуждается или решает. Блоки питания более новой модели в четверть кирпича могут обеспечивать мощность 250 Вт и более. Это значительное улучшение по сравнению с объемом пространства, которое ранее требовалось для питания, освобождая место для дополнительных функций, которые необходимо включить в разрабатываемый продукт.

    Строительство

    Уравнения, описывающие физику переключателей, обманчиво просты.Практические реалии работы с амперами, в отличие от микроампер, с которыми обычно имеет дело большинство инженеров-электриков, могут привести к задержкам, дополнительным расходам и даже полному отказу продукта. Проектирование коммутатора всегда лучше доверить специалисту по электроснабжению, и это один из сценариев, при котором почти всегда лучше покупать, чем строить.

    У инженеров

    есть два основных варианта проектирования с импульсными источниками питания. Первый — это единый источник питания, который генерирует все напряжения, необходимые для системы, на которую подается питание.Второй включает один блок, взаимодействующий с внешним переменным током, но только с одним выходом постоянного тока, часто 12, 24 или 48 вольт. В этом случае напряжение, создаваемое основным источником питания, является максимальным из необходимых. Если где-либо в системе требуется более низкое напряжение, можно использовать понижающий преобразователь для выполнения необходимого понижающего преобразования постоянного тока в постоянный.

    Понижающие преобразователи

    чрезвычайно эффективны, с потерями всего 5 процентов или даже меньше. Их также иногда называют импульсными регуляторами.Как и во всех переключателях, сердцем понижающего преобразователя является полупроводниковый переключатель, который настраивает напряжение источника много тысяч раз в секунду или чаще.

    Благодаря своим конструктивным преимуществам импульсные источники питания быстро стали стандартом во всех областях, кроме самых технических и строгих. Конструкции по-прежнему постоянно улучшаются с точки зрения эффективности, меньшего размера и меньшего веса. Ищете дополнительные советы по источникам питания? Подробно рассмотрим основные типы импульсных преобразователей постоянного тока.Кроме того, узнайте, когда использовать источник бесперебойного питания и как выбрать правильное решение для преобразования переменного тока в постоянный.

    Посмотреть похожие продукты
    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *