Импульсный полумостовой блок питания схема: Полумостовая схема блока питания — RadioRadar

Содержание

Схема полумостового импульсного блока питания на ir2153

IR2161 VS IR2153. Импульсный блок питания на IR 2161

Автор: Fenix_12, [email protected]
Опубликовано 01.12.2015
Создано при помощи КотоРед.

IR2161 VS IR2153. Импульсный блок питания на IR 2161

Эта статья будет интересна тем кто собирал ИИП на основе IR2153. На самом деле IR2153 плохо подходит для создания ИИП, из-за отсутствия штатной системы защиты от КЗ и перегрузок, невозможность при необходимости «димированния» и создания обратной связи по напряжению и току.

Более подходит для создания ИИП IR2161. Это полумостовой импульсный преобразователь для питания галогеновых ламп. Особенности 2161 – защита от перегрузок и КЗ с автоматическим сбросом, мягкий старт, возможность димирования (несколькими способами), возможность построения обратной связи. После построения входных и выходных каскадов получается импульный источник питания.
Вот схема ИИП на 2161.

Напряжение питания и ток у этих микросхем примерно одинаковые, значит можно использовать для 2161 схему питания как у 2153 на резисторах R2 и R3 по 2 Вт, можно использовать китайский «кирпичь» 5 Вт на 18-30 кОм.

На борту 2161 присутствует функция мягкого старта (софтстарт). Работает примерно так: сразу же после запуска, частота внутреннего тактового генератора микросхемы составляет около 125 кГц, что значительно выше рабочей частоты выходного контура С13С14Тr1 (около 36 кГц), в результате напряжение на вторичной обмотке Т1 будет мало. Внутренний генератор микросхемы управляется напряжением, его частота обратно пропорциональна напряжению на конденсаторе С7. Сразу же после включения, С7 начинает заряжаться от внутреннего источника тока микросхемы. Пропорционально росту напряжения на нем будет уменьшаться частота генератора микросхемы. При достижении 5В (около 1сек.) частота уменьшится до рабочего значения, около 36кГц, а напряжение на выходе схемы соответственно достигнет номинального значения. Таким образом и реализован мягкий старт, после его завершения IC1 переходит в рабочий режим.

Вывод CS (выв.4) IC1 является входом внутреннего усилителя ошибки и используется для контроля тока нагрузки и напряжения на выходе полумоста.

В случае резкого увеличения тока нагрузки, например, при коротком замыкании, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R7 превысит 0,56В, а следовательно и на выв.4 IC1, внутренний компаратор переключится и остановит тактовый генератор. . В апнот и даташит присутствуют расчеты резсистора-токового датчика R7. Вывод можно сделать сразу 0,33 Ом – 100Вт, 0,22 Ом – 200Вт 0,1 Ом-300Вт, не испытывал, но можно попробовать 2 резистора параллельно по 0,1 Ом – тогда максимальная нагрузка составит 400Вт. Испытание защиты от КЗ я показал а видео. Более подробно режимы работы микросхемы IR2161 рассмотрены в даташит.
Конденсатор C3 емкостью не менее 1мкФ на 1Вт выходной мощности. С таким конденсатором обязательно применение термистора NTC1, например от компьютерного блока питания.

Можно производить расчеты трансформатора, можно взять готовый, но я решил намотать на неизвестном ферритовом кольце 29 мм. Я отказался от расчетов, т.к. это полумост и другом конце моста стоят конденсаторы С13С14, — можно ошибиться на 200%.

Первичку намотал проводом диаметр 0,5 мм. полностью заполнил кольцо примерно 80 витков, вторичка литц в 4 провода 0,5 мм на глазок, двуполярно на 24В, 2 по 12В. Примеры расчетов трансформатора присутствуют в апнот и даташит.
Видео состоит из 3х частей, в них рассмотрены теория, сборка и испытание ИИП на 2161.

Видео состоит из 3х частей, в них рассмотрены теория, сборка и испытание ИИП на 2161

Импульсный блок питания на IR2153

В данной статье опубликована схема блока питания на IR2153, который можно использовать в качестве блока питания для УНЧ. Также эту схему можно использовать в качестве источника питания для шуруповерта изменив выходной каскад и пересчитав силовой трансформатор на нужно напряжение.

Схема импульсного блока питания на IR2153

Собственно схема блока питания на IR2153 с защитой от кз, приведена на следующем скрине.

Разъем XT1 на схеме — это подключение обмотки самопитания микросхемы, которая намотана на силовой трансформатор и рассчитана на 15 вольт. Запуск схемы производится через резистор R44 и диод VD17. После запуска схемы, микросхема начинает записываться от этой обмотки через диоды VD2 и VD4.

Сопротивление резистора R44 выбрано таким образом, чтобы схема надежно запускалась и в процессе работы сам резистор не сильно грелся.

Разъем XT2 на схеме — подключение вторичных обмоток трансформатора тока.

Пару слов о защите от кз. В схему введен трансформатор тока, первичная обмотка которого состоит из одного витка проводом диаметр 1 мм. На плату ставится трансформатор (кольцо) и через окно припаивается к плате перемычкой, эта перемычка и является витком первичной обметки.

Ниже, на фото печатной платы, стрелкой указано, как припаивается перемычка.

Вторичная обмотка токового трансформатора содержит две обмотки по 50 витков проводом 0,2 мм.

Резистором R50 подбираем нужный порог срабатывания защиты по току. Светодиод D2 сигнализирует нам, что схема находится в режиме защиты.

Также хотел отметить, схема защиты работает по "икающему" типу, то есть если выход закорочен, то защита отключает микросхему и на выходе блока питания нет напряжения, если выход не закорочен, то схема блока питания с защитой на ir2153 работает в штатном режиме.

Печатная плата блока питания на IR2153

На скрине представлен внешний вид печатной платы с обоих сторон. Также там указано место впайки перемычки (белая полоса), которая используется как первичная обмотка трансформатора тока (писал об этом выше).

Фото готовых печатных плат блока питания с защитой на IR2153 сделанных своими руками.

Данная статья опубликована на сайте whoby.ru. Постоянная ссылка на эту статью находится по этому адресу http://whoby.ru/page/blok-pitanija-na-ir2153

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Внешний вид импульсного блока питания на IR2153

После изготовления печатных плат, пора приступить к сборке этого мощного блока питания. Результат этой работы работы вы ведите на следующих фото.

Файлы для изготовления

Чтобы собрать данную схему источника питания на ir2153 с защитой, скачайте файл печатной платы по этой ссылке.

Если возникнут трудности с намоткой силового трансформатора, то как его правильно намотать, можно посмотреть в этой

статье .

Заключение

Расчет силового трансформатора здесь не рассматривается, предполагается, что радиолюбитель рассчитает его сам, на нужные ему напряжения.

Собранная без ошибок и исправных элементов, плата источника питания запускается сразу. Остается только отрегулировать нужный ток срабатывания защиты и пользоваться устройством.

На этом я заканчиваю, всем стабильного напряжения.

Статью написал: Admin Whoby.Ru

Если вам понравилась статья, нажмите на кнопку нужной социальной сети расположенной ниже. Этим действием вы добавите анонс статьи к себе на страницу. Это очень поможет в развитии сайта.

Хочу предоставить вашему вниманию четыре разные схемы импульсных блоков питания на всеми любимой народной IR2153. Все эти схемы были мною собраны и проверены в 2013-2015 годах. Сейчас, в 2017 году, я раскопал все эти схемы в своих архивах и спешу с вами поделиться. Пусть вас не смущает что не ко всем схемам есть фото собранных устройств, что на фото будут и не полностью собранные блоки питания, но это все что мне удалось найти в своих архивах.

Итак первый блок питания, условно назовем его "высоковольтным":

Схема классическая для моих импульсных блоков питания. Драйвер запитывается непосредственно от сети через резистор, что позволяет снизить рассеиваемую на этом резисторе мощность, по сравнению с запиткой от шины +310В. Этот блок питания имеет схему мягкого старта (ограничения пускового тока) на реле. Софт-старт питается через гасящий конденсатор С2 от сети 230В. Этот блок питания оснащен защитой от короткого замыкания и перегрузки во вторичных цепях. Датчиком тока в ней служит резистор R11, а ток при котором срабатывает защита регулируется подстроечным резистором R10. При срабатывании защиты загорается светодиод HL1. Этот блок питания может обеспечить выходное двухполярное напряжение до +/-70В (с данными диодами во вторичной цепи блока питания). Импульсный трансформатор блока питания имеет одну первичную обмотку из 50 витков и четыре одинаковые вторичные обмотки по 23 витка. Сечение провода и сердечник трансформатора выбираются исходя из требуемой мощности, которую необходимо получить от конкретного блока питания.

Второй блок питания, условно его будем называть "ИБП с самопитанием":

Этот блок имеет похожую с предыдущим блоком питания схему, но принципиальное отличие от предыдущего блока питания заключается в том, что в этой схеме, драйвер запитывает сам себя от отдельной обмотки трансформатора через гасящий резистор. Остальные узлы схемы идентичны предыдущей представленной схеме. Выходная мощность и выходное напряжение данного блока ограничено не только параметрами трансформатора, и возможностями драйвера IR2153, но и возможностями диодов примененных во вторичной цепи блока питания. В моем случае — это КД213А. С данными диодами, выходное напряжение не может быть более 90В, а выходной ток не более 2-3А. Выходной ток может быть больше только в случае применении радиаторов для охлаждения диодов КД213А. Стоит дополнительно остановиться на дросселе Т2. Этот дроссель мотается на общем кольцевом сердечнике (допускается использовать и другие типы сердечников), проводом соответствующего выходному току сечения.

Трансформатор, как и в предыдущем случае, рассчитывается на соответствующую мощность с помощью специализированных компьютерных программ.

Блок питания номер три, условно назовем "мощный на 460х транзисторах" или просто "мощный 460":

Эта схема уже более значительно отличается от предыдущих схем представленных выше. Основных больших отличий два: защита от короткого замыкания и перегрузки здесь выполнена на токовом трансформаторе, второе отличие заключается в наличии дополнительных двух транзисторов перед ключами, которые позволяют изолировать высокую входную емкость мощных ключей (IRFP460), от выхода драйвера. Еще одно небольшое и не существенное отличие заключается в том, что ограничительный резистор схемы мягкого старта, расположен не в шине +310В, как это было в предыдущих схемах, а в первичной цепи 230В. В схеме так же присутствует снаббер, включенный параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора для улучшения качества работы блока питания.

Как и в предыдущих схемах чувствительность защиты регулируется подстроечным резистором (в данном случае R12), а о срабатывание защиты сигнализирует светодиод HL1. Токовые трансформатор мотается на любом небольшом сердечнике который у вас окажется под рукой, вторичные обмотки мотаются проводом небольшого диаметра 0,2-0,3 мм, две обмотки по 50 витков, а первична обмотка представляет собой один виток провода достаточного для вашей выходной мощности сечения.

И последний на сегодня импульсник — это "импульсный блок питания для лампочек", будем его условно так называть.

Да да, не удивляйтесь. Однажды появилась необходимость собрать гитарный предусилитель, но под рукой не оказалось необходимого трансформатора и тогда меня очень выручил данный импульсник, который был построен именно по тому случаю. Схема отличается от трех предыдущих своей максимальной простотой. Схема не имеет как таковой защиты от короткого замыкания в нагрузке, но необходимости в такой защите в данном случае нет, так как выходной ток по вторичной шине +260В ограничен резистором R6, а выходной ток по вторичной шине +5В — внутренней схемой защиты от перегрузки стабилизатора 7805.

R1 ограничивает максимальный пусковой ток и помогает отсекать сетевые помехи.

Общие рекомендации:

  • Импульсный трансформатор для каждой из схем необходимо рассчитывать в соответствии с вашими личными требованиями к блоку питания и вашими возможностями, поэтому конкретные намоточные данные я не привожу.
  • Для расчета импульсного трансформатора очень удобно пользоваться программами "Старичка" — Lite-CalcIT и RingFerriteExtraSoft.
  • Перед включением в сеть импульсного блока питания необходимо тщательно проверить монтаж на отсутствие ошибок, "соплей" на плате и так далее
  • Обязательно необходимо промывать плату со стороны монтажа бензином, ацетоном, керосином, любым растворителем или спиртом для полного удаления остатков флюса. Импульсный блок питания работает на высокой частоте и даже незначительная паразитная проводимость или емкость может привести к тому, что собранный из исправных деталей блок питания не заработает или взорвется при первом же включении.
  • Первое включение необходимо производить только с ограничением тока, его можно ограничить либо мощным резистором, либо мощной лампой накаливания, могут быть и другие варианты.
  • Необходимо помнить и никогда не забывать о правилах электробезопасности. В каждой из схем блока питания присутствует опасное для жизни напряжение.

ИМПУЛЬСНЫЙ БП СВОИМИ РУКАМИ


   На основе готового импульсного трансформатора от компьютерного блока питания можно соорудить мощный самодельный БП на 200 ватт. Схема достаточно проста и в наладке не нуждается. Основа самотактируемый полумостовой драйвер выполненный на микросхеме IR2151.

   Сигнал генератора усиливается каскадом на мощных полевых транзисторах, транзисторы нужно укрепить на теплоотвод. Термистор любой, его можно найти в тех же компьютерных блоках питания. Резистор 47 килоом подобрать с мощностью в несколько ватт. Диод FR107 можно заменить на аналогичный импульсный диод, например на FR207 и т. п. Электролитические конденсаторы использованы для сглаживании пульсаций и подавления сетевых помех, их емкость должна быть от 22 до 470 мкф с напряжением не ниже 200 вольт. Предохранитель можно поставить на 3 ампера. Импульсный трансформатор позволяет получить двухполярное напряжение 12 или 2 вольт, следовательно на выходе при желании можно получить 5 вольт, 10 вольт, 12вольт или 24 вольта. 

   Таким блоком питания можно питать достаточно мощные усилители низкой частоты или же приспособить блок под обыкновенный 12 вольтовый усилитель из серии TDA. Кроме этого блок питания можно дополнить регулятором напряжения и использовать в качестве импульсного лабораторного блока питания. 

   В качестве выпрямителей можно использовать быстрые или ультрабыстрые диоды на 4-10 ампер, отлично подходят диодные сборки из компьютерных блоков питания, там обычно ставят диоды шоттки с током до 20 ампер, диоды тоже желательно укрепить на теплоотвод, но только в том случае, если блок питания предназначен для работы на нагрузку от 100 ватт. Данный блок питания можно использовать как зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, поскольку выходной ток более 10 ампер!


Поделитесь полезными схемами

ПРОСТАЯ САМОДЕЛЬНАЯ РАЦИЯ

   Схема простой самодельной радиостанции состоит из ВЧ генератора и ЗЧ-усилителя. Обе части работают как на прием, так и на передачу. Приемник – сверх регенеративный детектор. Сигнал снимается с коллектора транзистора VT1. Передатчик представляет собой ЗЧ-усилитель, нагруженный ВЧ-генератором, с выходом сигнала на телескопическую антенну.



СХЕМА СВЕТОТЕЛЕФОНА

    Простейшая конструкция приемопередающих узлов светотелефона, не требующих каких-либо дефицитных материалов и обеспечивающих достаточную для практических целей дальность связи.


Игровые автоматы Плей Фортуна

Для любителей азартных игр на просторах интернета представлены много игровых площадок, удовлетворяющих требования своих игроков.



Принципиальная схема импульсного блока питания компьютера. Мощный импульсный блок питания

Мастер-класс по созданию своими руками самодельного импульсного сетевого источника питания.

Автор конструкции (Сергей Кузнецов его сайт – classd.fromru.com) разрабатывал этот самодельный сетевой источник питания
для запитки мощного УМЗЧ (Усилителя Мощности Звуковой Частоты). Преимущества импульсных сетевых источников питания перед обычными трансформаторными источника питания очевидны:

  • Вес получаемого изделия гораздо ниже
  • Габариты импульсного источника питания гораздо меньше.
  • КПД изделия, и соответственно тепловыделение ниже
  • Диапазон питающих напряжений (скачков напряжения в сети) при которых блок питания может стабильно работать значительно шире.

Однако, изготовление импульсного сетевого источника питания требует гораздо больше усилий и познаний, по сравнению с изготовлением обычного низкочастотного 50 Герцового блока питания. Низкочастотный блок питания состоит из сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающих конденсаторов фильтра, импульсный же имеет гораздо более сложную структуру.

Основной минус импульсных сетевых блоков питания – наличие высокочастотных помех, с которыми придется побороться, в случае неправильной трассировки печатной платы, либо при неправильном выборе компонентной базы. При включении ИБП, как правило, в розетке наблюдается сильная искра. Это обуславливается большим пиковым током запуска блока питания, в виду заряда конденсаторов входного фильтра. Для исключения таких всплесков тока, разработчики проектируют различные системы “мягкого старта” которые в первой фазе работы заряжают малым током конденсаторы фильтра, а при окончании заряда организуют подачу уже полного напряжения сети на ИБП. В данном случае применен упрощенный вариант такой системы, представляющий собой последовательно соединенный резистор и термистор, ограничивающие ток заряда конденсаторов.

В основе схемы лежит шим-контроллер IR2153 в стандартной схеме включения. Полевые транзисторы IRFI840GLC можно заменить на IRFIBC30G, другие транзисторы автор ставить не рекомендует, так как это повлечет необходимость уменьшения номиналов R2, R3 и соответственно к росту выделяемого тепла. Напряжение на шим-контроллере должно быть не ниже 10 Вольт. Желательна работа микросхемы от напряжения 11-14 Вольт. Компоненты L1 C13 R8 улучшают режим функционирования транзисторов.

Дроссели, стоящие по выходу источника питания 10мкг намотаны проводом 1мм на ферритовых гантелях с магнитной проницаемостью 600НН. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Конденсаторы в источнике питания необходимо применять низкоимпендансные, с целью снижения ВЧ шумов.

Трансформатор был рассчитан при помощи программы Transformer 2. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Автор не рекомендует применение колец отечественного производства, в виду не идентичности параметров феррита и значительных потерь в трансформаторе. Печатная плата проектировалась под трансформатор типоразмера 30х19х20. При наладке источника питания запрещено соединять землю осциллографа в точку соединения транзисторов. Первый запуск блока питания желательно произвести при последовательно подключенной с источником лампе на 220в мощностью 25-40W, при этом нельзя сильно нагружать ИБП. Печатную плату блока в формате LAY можно скачать

Здравствуй уважаемый Кот! С днем рождения тебя и всех благ, так сказать! А в качестве подарка прими такую очень полезную вещь, как источник питания для усилка.

ВНИМАНИЕ!

Часть элементов данного устройства находится под опасным для жизни напряжением сети! Некоторые элементы сохраняют опасный электрический заряд после отключения устройства от сети! Поэтому при монтаже, наладке и работе с устройством необходимо соблюдать требования электробезопасности. Повторяя устройство, вы действуете на свой страх и риск. Я, автор, НЕ несу никакой ответственности за любой моральный и материальный ущерб, вред имуществу, здоровью и жизни, причиненный в результате повторения, использования или невозможности использования данной конструкции.

Итак, начнем.

Споры о том, благо ли или зло импульсный источник питания для УМЗЧ (далее ИИП), выходят за рамки данной статьи. Лично я считаю, что правильно спроектированный, спаянный и налаженный ИИП ничуть не хуже (а по некоторым показателям даже лучше), чем классический БП с сетевым трансформатором.

В моем случае применение ИИП было необходимо потому, что я хотел засунуть свой усилок в плоский корпус.

Прежде чем разрабатывать данный ИИП, мной было изучено много готовых схем, имеющихся в сети и в литературе. Так, среди радиолюбителей очень популярны разные варианты схемы нестабилизированного ИИП на микросхеме IR2153. Преимущество этих схем только одно - простота. Что же касается надежности, то она никакая - сама ИМС не имеет функции защиты от перегрузки и мягкого старта для зарядки выходных электролитов, а добавление этих функций лишает ИИП его преимущества - простоты. Кроме того, реализация мягкого старта на данной ИМС крайне сомнительна - ширину импульсов она менять не позволяет, а методы, основанные на изменении частоты работы ИМС малоэффективны в «обычном» полумостовом ИИП и применимы в резонансных преобразователях. Долбать же электролиты и ключи огромными токами при включении блока мне как-то не очень хотелось.

Также рассматривалась возможность использования всем известной ИМС TL494. Однако при более глубоком ее изучении выяснилось, что для надежной работы вокруг этой ИМС придется повесить кучу всяких транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. А это уже «не наш метод»:-)

В результате выбор пал на более современную и быструю микросхему под названием UC3825 (русский аналог К1156ЕУ2). Подробное описание данной ИМС можно найти в ее русском даташите и в журнале «Радио» .

  • Управление мощными МОП-транзисторами.
  • Работа в устройствах с обратной связью по напряжению и току.
  • Функционирование на частотах до 1МГц.
  • Задержка прохождения сигнала через схему 50нс.
  • Полумостовые выходы на ток до 1.5А.
  • Широкополосный усилитель ошибки.
  • Наличие ШИМ-защелки.
  • Ограничение тока в каждом периоде.
  • Плавный запуск. Ограничение величины максимальной длительности выходного импульса.
  • Защита от пониженного напряжения питания с гистерезисом.
  • Выключение схемы по внешнему сигналу.
  • Точный источник опорного напряжения (5.1В +/- 1%).
  • Корпус “DIP-16”

Ну прям то что надо! Рассмотрим теперь сам ИИП.

Технические характеристики

Входное напряжение, В..................................................... 176…265;

Номинальная суммарная мощность нагрузки, Вт................... 217,5;

Уровень сигнала управления, при котором БП включен......... Лог. 1 КМОП;

Уровень сигнала, при котором БП выключен........................

КПД при максимальной нагрузке, %.................................... 80;

Габариты (ДхШхВ), мм........................................................212х97х45

Выходные напряжения

Принципиальная схема

Принципиальная схема ИИП показана на рисунке.

По архитектуре данный БП напоминает ИИП компьютеров формата ATX. Напряжение сети через предохранители FU1 и FU2 подается на сетевой фильтр и трансформатор дежурного питания. Использование двух предохранителей необходимо по соображениям безопасности - с одним общим предохранителем в случае КЗ в обмотке Т1 ток в ее цепи будет недостаточен для пережигания этого предохранителя, а мощность, выделяющаяся на вышедшем из строя трансформаторе достаточна для его возгорания.

Сетевой фильтр содержит двухобмоточный дроссель L1, X-конденсаторы С1, С2 и Y-конденсаторы С3, С4 и особенностей не имеет. Варистор RV1 защищает ИИП от высоковольтных выбросов в сети и при превышении напряжением сети максимально допустимого значения.

NTC-терморезистор RK1 ограничивает ток зарядки конденсатора С5 при включении ИИП в сеть.

Напряжение, выпрямленное мостом VD1 и сглаженное конденсатором С5, поступает на полумостовой инвертор, образованный МОП-транзисторами VT1, VT2 и конденсаторами емкостного делителя С6, С7. Раздельное построение входного фильтра и емкостного делителя позволяет облегчить режим работы оксидного конденсатора фильтра, имеющего сравнительно большое значение ЭПС. Резисторы R5, R6 выравнивают напряжение на конденсаторах делителя.

В диагональ полумоста включен силовой импульсный трансформатор Т4.

Выходные цепи ИИП содержат выпрямители на диодах VD5 - VD8, VD9 - VD12, дроссель групповой стабилизации (ДГС) L3 и П-образные фильтры С11 - C16, L4, L5 и C17 - С22, L6, L7. Керамические конденсаторы С13, С14, С17, С18 облегчают режим работы соответствующих электролитов. Резисторы R11 - R14 создают начальную нагрузку, необходимую для нормальной работы ИИП на холостом ходу.

Цепочки C8, R7; C9, R9; C10, R10 - демпфирующие. Они ограничивают выбросы ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния и снижают создаваемые ИИП помехи.

Схема управления на основной плате не помещалась, поэтому собрана в виде модуля А1 на дополнительной плате.

Как вы наверно уже догадались, ее основой является микросхема DA2 UC3825AN. Питается она от интегрального стабилизатора на КРЕНке DA1. Конденсаторы С1 и С7 - фильтр питания. Они, как гласит ДШ, должны быть расположены максимально близко к соответствующим выводам DA2. Конденсатор С5 и резистор R8 - частотозадающие. При указанных на схеме номиналах частота преобразования БП примерно равна 56 кГц (частота работы ИМС при этом в 2 раза выше - у нас ведь двухтактный ИИП). Конденсатор С4 задает длительность плавного старта, в данном случае - 78 мс. Конденсатор С2 фильтрует помехи на выходе источника опорного напряжения. Элементы С6, R9, R10 - цепь компенсации усилителя ошибки, а R4, R6 - делитель выходного напряжения БП, с которого снимается сигнал обратной связи.

Защита от перегрузки по току реализована на трансформаторе тока Т3. Сигнал с его вторичной обмотки выпрямляется выпрямителем на диодах VD3, VD4 (основной платы). Резистор R8 (на основной плате) является нагрузкой трансформатора тока. Сигнал с R8 через фильтрующую цепочку R7, C3 (в модуле А1) подается на вход ограничения тока DA2. В этом БП реализовано потактовое ограничение тока, т. е. микросхема не дает току через ключи нарасти до опасных значений. При достижении напряжения 1 В на выводе 9 микросхема ограничивает ширину импульсов. Если же в нагрузке произошло КЗ и ток ключей увеличился быстрее, чем DA2 успела среагировать на это, напряжение на выводе 9 превысит 1,4 В. Микросхема разряжает С4 и вырубается. Ток в цепи первичной обмотки пропадает и микросхема перезапускается. Таким образом, при КЗ в нагрузке ИИП переходит в «икающий» режим.

Управление затворами полевых транзисторов реализовано с помощью трансформатора Т2. В настоящее время получило распространение использование всяких бутстрепных высоковольтных драйверов типа IR2110 и т. п. Однако недостатком таких микросхем является то, что при выходе из строя какого-либо элемента выгорает ВСЯ высоковольтная часть БП и гальванически связанные с ней узлы (с чем мне и пришлось столкнуться в процессе экспериментов с данными микросхемами). Кроме того, данные ИМС не обеспечивают гальванической развязки схемы управления от высоковольтной части, что при выбранной архитектуре недопустимо. Про особенности управления затворами можно прочитать в , а в можно скачать программу для расчета трансформатора управления.

Диоды Шотки VD1 - VD4 в модуле А1 защищают выходы драйвера микросхемы управления. Этому также способствует резистор R11.

На элементах VT1, VT2, R1 - R5 собрана схема выключения ИИП. Смысл всего этого - коротить С4, переводя тем самым микросхему управления в ждущий режим. Такие навороты нужны для гарантированного выключения ИИП даже если вход выключения вдруг повис в воздухе (сгорел проц в блоке управления, оборвался провод) или же вышел из строя источник дежурного питания. Иными словами, работа DA2 будет заблокирована до тех пор, пока на нее подано питание и при этом на вход управления ИИП не подан уровень лог. 1.

В ИИП имеется дежурный источник питания, который может использоваться для питания блока управления усилителем с функцией дистанционного включения.

Основа дежурного источника питания - трансформатор Т1. Применение «обычного», 50-герцового трансформатора повышает надежность устройства по сравнению с получившими широкое распространение в компьютерных БП импульсными обратноходовыми преобразователями, которые очень часто дохнут, создавая различные пиротехнические эффекты. Все-таки дежурка предполагает круглосуточную работу. Выпрямленное мостом VD2 и сглаженное конденсатором С23 напряжение (около 15 В) поступает модуль А1 и на Step-Down (понижающий) импульсный преобразователь на всем известной МС34063 (русский аналог К1156ЕУ5АР). Про эту микруху можно почитать в ДШ . Кто-то скажет, а зачем такие сложности? Чем не угодила КРЕНка? Дело в том, что для нормальной работы UC3825 нужно минимум 12 В во всем допустимом диапазоне напряжений сети. При максимальном же напряжении в сети (мы ведь должны учесть всё) на выходе моста VD2 может быть аж 18-20 В. При этом если ваш микропроцессорный блок потребляет больше 50 мА, КРЕНка превратится в большую печку.

Супрессор VD14 защищает нагрузку дежурки (ваш мегасложный и супернавороченный микроконтроллерный блок управления) в случае выхода из строя источника дежурного питания (например, при пробое ключа МС34063 на ее выходе могут оказаться все 15 В).

Конструкция и детали

Поскольку я не люблю «соплей», а данное устройство любит правильную разводку, ИИП собран на односторонней печатной плате, рисунок которой приведен ниже:



На основной плате установлены две перемычки из провода МГТФ - J1 со стороны деталей и J2 - со стороны дорожек.

Как уже отмечалось выше, схема управления не поместилась на основной плате и поэтому собрана на вспомогательной плате:

Применение SMD-элементов здесь вызвано не столько желанием сделать ультрамаленький модуль и усложнить задачу покупки элементов радиолюбителям из отдаленных от г. Москва регионов, сколько требованиями по разводке высокочастотных цепей вокруг UC3825. Благодаря использованию SMD-элементов удалось сделать все печатные проводники минимальной длины. Кто хочет, может попробовать красиво нарисовать платку под обычные детальки - у меня не получилось =))

Замечу также, что сильно отклоняться от приведенной разводки платы я настоятельно не рекомендую, т. к. БП может либо начать «гадить» в эфир, либо вообще не будет работать.

Теперь о деталях. Многие из них можно вытащить из неисправных или устаревших компьютерных БП. Основная плата рассчитана на установку резисторов С2-23 (МЛТ, ОМЛТ и т. п.), резисторы R10, R13 и R14 импортные (они тоньше МЛТ). Керамические конденсаторы - К10-17Б или аналогичные импортные, С25 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6, С7 - пленочные К73-17.

Помехоподавляющие конденсаторы С1, С2 должны быть категории Х2, а С3 и С4 - Y2. К последним это требование обязательно, т. к. от них зависит электробезопасность ИИП. Конденсаторы С8 - С10 - керамические дисковые высоковольтные импортные. Можно поставить К15-5, но они больше, придется подправить плату.

Все оксидные конденсаторы должны быть с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (Low ESR). Подойдут конденсаторы Jamicon серии WL. В качестве С5 подойдет Jamicon HS.

Дроссель L1 - от компового БП, выдранный из аналогичного места. На моем было написано “YX EE-25-02”. Дроссели L2, L4, L5 - стандартные на гантельках диаметром 9 мм, например, серии RLB0914. Дроссель L2 должен быть рассчитан на ток не менее 0,8А, L4, L5 - не менее 0,5 А. Дроссели L6 и L7 намотаны на кольцах T72 (К18,3х7,11х6,60) из распыленного железа марки -26 (желто-белого цвета). Я использовал уже готовые, поэтому сколько там витков не знаю, но при желании число витков можно рассчитать в программе «DrosselRing» . Измеренная индуктивность моих дросселей 287 мкГн.

Транзисторы VT1, VT2 - n-канальные MOSFET с напряжением сток-исток не менее 500 В и током стока не менее 8 А. Следует выбирать транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала (Rds_on) и минимальным зарядом затвора.

Мост VD1 - любой на 800-1000 В, 6А, VD2 - любой >50В, 1А. В качестве VD3, VD4 подойдут КД522. Диоды VD5 - VD8 - Шоттки на напряжение не менее 80 В и ток не менее 1 А, VD9 - VD12 - быстродействующие (ultrafast) на напряжение не менее 200 В, ток 10…15 А и временем обратного восстановления не более 35 нс (в крайнем случае 75…50 нс). Будет совсем шикарно, если найдете Шоттки на такое напряжение. Диод VD13 - любой Шоттки 40 В, 1А.

В модуле А1 применены SMD-резисторы и конденсаторы типоразмера 0805. На позиции J1 устанавливается перемычка 0805. С5 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6 - не хуже X7R. С1 - танталовый типа С или D - площадки на плате рассчитаны на любой из них. Транзисторы VT1, VT2 - любые n-p-n в корпусе SOT23. Диоды VD1 - VD4 - любые Шоттки на ток 3А в корпусе SMC. DA1 можно заменить на 7812.

XP3 - разъем с ATX-материнки.

Трансформатор Т1 типа ТП121-8, ТП131-8 . Подойдет любой с выходным напряжением под нагрузкой 15 В и мощностью 4,5 ВА. Намоточные данные других индуктивных элементов приведены ниже.

Трансформатор управления Т2

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

Магнитопровод

Ферритовое кольцо Т90 (К22,9х14,0х9,53) зеленого цвета, u=4600

Каждая из обмоток занимает 1 слой и равномерно распределена по кольцу. Сначала мотают обмотку I и покрывают ее слоем изоляции, например, фторопластовой ленты или лакоткани. Изоляция на этой обмотке определяет безопасность ИИП. Далее мотают обмотки II и III. Кольцо вертикально приклеивают к пластмассовой панельке с контактами, которую потом впаивают в плату. Следует отметить, что для нормальной работы этот трансформатор должен иметь минимальную индуктивность рассеяния, поэтому сердечник для него должен быть тороидальный и с максимальной магнитной проницаемостью. Я пробовал мотать этот транс на сердечнике Е20/10/6 из N67 - импульсы на затворах имели выбросы, которые приоткрывали второй транзистор полумоста:

Голубой график - импульсы на затворе VT2, желтый - напряжение на стоке VT2.

С тороидальным трансформатором, намотанным как написано выше, осциллограмма имеет такой вид:

При монтаже трансформатора управления необходимо соблюдать фазировку обмоток! При неправильной фазировке при включении сгорят транзисторы полумоста!

Трансформатор тока Т3

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

Магнитопровод

2 кольца К12х8х6 из феррита М3000НМ

Обмотку II мотают в 2 провода, после намотки конец одной полуобмотки соединяют с началом другой и контактом 2. Обмотка I представляет собой отрезок провода, пропущенный через кольцо в виде буквы «П». Для повышения электрической и механической прочности изоляции на провод надета фторопластовая трубка.

Силовой импульсный трансформатор Т4

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

3хПЭВ-2 0,41

5хПЭВ-2 0,41

Магнитопровод

EI 33,0/24,0/12,7/9,7 из феррита PC40 TDK

Трансформатор рассчитан в программе ExcellentIT(5000) . Сердечник извлечен из компового БП. Сначала мотается первая половина обмотки I. Поверх нее укладывается слой изоляции (я использую лавсановую пленку от фоторезиста) и экран - незамкнутый виток медной ленты, обернутой скотчем. Экран соединен с выводом 2 трансформатора. Далее кладется несколько слоев пленки или лакоткани и мотается обмотка III жгутом из 10 проводов. Мотать надо виток к витку сжав жгут пальцами так, чтобы все 10 проводов расположились в один ряд - иначе не влезет. Конец одной полуобмотки (5 проводов) соединяется с началом другой и выводом 11 каркаса. Обмотка III покрывается одним слоем лавсановой пленки, поверх которой укладывается обмотка II аналогично III. После этого укладывается еще несколько слоев пленки или лакоткани, незамкнутый виток изолированной медной фольги, соединенный с выводом 2, слой пленки, и мотается вторая половина первичной обмотки.

Такая намотка трансформатора позволяет уменьшить индуктивность рассеяния в четыре раза.

На все выводы первичной обмотки надевают фторопластовые трубки.

Дроссель групповой стабилизации L3

Обмотка

Число витков

Провод

Магнитопровод

Кольцо T106 (К26,9х14,5х11,1) из распыленного железа -26 (желто-белое)

ДГС рассчитан в программе «CalcGRI» .

Сначала мотаются обмотки L3.3 и L3.4 одновременно в 2 провода. Они займут 2 слоя. Поверх них аналогично мотаются обмотки L3. 1 и L3.2 в один слой. При монтаже ДГС на плату необходимо соблюдать фазировку обмоток!

Транзисторы VT1, VT2 установлены на алюминиевом ребристом радиаторе размерами 60х15х40 мм и площадью поверхности 124 см2. Диоды VD9 - VD12 установлены на аналогичном радиаторе размерами 83х15х40 мм и площадью 191 см2. С указанной площадью теплоотводов блок питания способен работать длительное время под постоянной нагрузкой не более 100 Вт! Если ИИП предполагается использовать не для усилителя, а для питания нагрузки с постоянной потребляемой мощностью до 200 Вт, площадь радиаторов необходимо увеличить или применить принудительное охлаждение!

Выглядит собранный ИИП так:


Сборка и настройка

Сначала на плату устанавливают все элементы, кроме VD1, VT1, VT2, T4, R7, C8, FU1. Включают ИИП в сеть и проверяют наличие напряжения +5 В на контакте 11 разъема XP3. После этого соединяют 1 и 11 контакты разъема XP3 и подключают двухлучевой осциллограф параллельно резисторам R3 и R4 (землю осцила на нижние концы резисторов, сигнальные щупы - на верхние. С установленными транзисторами и поданным силовым питанием так делать нельзя!!!). Осциллограмма должна иметь такой вид:


Если вдруг импульсы оказались у вас синфазными, значит вы накосячили при распайке обмоток трансформатора Т2. Поменяйте местами начало и конец нижней или верхней обмотки. Если этого не сделать, то при включении ИИП с ключами будет большой и красочный салют:-)

Если у вас нет двухлучевого осциллографа, можно по очереди проверить форму и наличие импульсов однолучевым, но при этом остается полагаться только на собственную внимательность при распайке трансформатора Т4.

Если у вас до сих пор ничего не взорвалось, не нагрелось, импульсы есть и правильно сфазированы, можно впаять все недостающие элементы и произвести первое включение. На всякий случай рекомендую это сделать через лампочку Ильича ватт на 150 (если сможете купить:D). По-хорошему, чтобы ничего не сжечь, ее конечно надо включать в разрыв цепи между плюсом С5 и полумостом. Но так как у нас печатная плата, это сделать затруднительно. При включении в разрыв сетевого провода от нее толку мало, но все-таки как-то спокойнее)). Включаем ИИП на холостом ходу и замеряем выходные напряжения. Они должны быть приблизительно равны номинальным.

Подключаем между выходами «+25 В» и «-25 В» нагрузку 100 Вт. Для этих целей удобно использовать обычный чайник 220 В 2,2 кВт, предварительно наполнив его водой. Один чайник нагружает ИИП примерно на 90 - 100 Вт. Снова замеряем выходные напряжения. Если они значительно отличаются от номинальных, вгоняем их в допустимые пределы подборкой резисторов R4 и R6 в модуле А1.

Если ИИП работает неустойчиво - выходное напряжение колеблется с некоторой частотой, необходимо подобрать элементы компенсации обратной связи C6, R9, R10. Увеличение емкости С10 увеличивает инерционность ИИП и повышает стабильность, однако чрезмерное увеличение его емкости приведет к замедлению ОС и возрастанию пульсаций выходного напряжения. Теперь можно проверить ИИП на максимальной нагрузке. Если ИИП под нагрузкой запускается неустойчиво, либо переходит в «икающий» режим, можно попробовать увеличить емкость конденсатора С3, однако слишком увлекаться этим не рекомендую - это приведет к снижению быстродействия защиты по току и возрастанию ударных перегрузок элементов ИИП при КЗ. Также можно попробовать уменьшить номинал R8. При указанном на схеме значении защита срабатывает при амплитуде тока первичной обмотки Т4 около 5 А. К слову скажу, что максимально допустимый ток стока примененных транзисторов - 8 А.

Если и теперь ничего не взорвалось, все транзисторы и конденсаторы остались на своих местах, блок питания удовлетворяет приведенным в начале статьи характеристикам, а чайник согрелся, подключаем к БП усилок и наслаждаемся музыкой, попивая свежеприготовленный чаек:-)

PS: Я испытал свой ИИП совместно с усилителем на LM3886. Никакого фона в колонках я не заметил (что не скажешь о комповых колонках с «классическим» трансформатором). Звук очень понравился.

Удачной сборки!


Литература

  1. Схемы ШИМ-контроллеров К1156ЕУ2, К1156ЕУ3 http://www.sitsemi.ru/kat/1156eu23.pdf
  2. Широтно-импульсные контроллеры серий КР1156ЕУ2 и КР1156ЕУ3. - Радио, 2003, №6, с. 47 - 50.
  3. Разработка и применение высокоскоростных схем управления силовыми полевыми транзисторами http://valvolodin. narod.ru/articles/FETsCntr.pdf

    Как вам эта статья?

В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение. Существует три типовых схемы построения импульсных ИП (см. рис. 3.4-1): повышающая (выходное напряжение выше входного), понижающая (выходное напряжение ниже входного) и инвертирующая (выходное напряжение имеет противоположную по отношению к входному полярность). Как видно из рисунка, отличаются они лишь способом подключения индуктивности, в остальном, принцип работы остается неизменным, а именно.

Ключевой элемент (обычно применяют биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой порядка 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) прикла

дывает к катушке индуктивности полное входное нестабилизированное напряжение. 2 на каждом импульсе. Запасенная таким образом энергия из катушки передастся в нагрузку (либо напрямую, с использованием выпрямляющего диода, либо через вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты следования импульсов на ключевом элементе (для слежения за выходным напряжением предназначена цепь обратной связи).

Такая, хотя и достаточно сложная, схема позволяет существенно повысить КПД всего устройства. Дело в том, что, в данном случае, кроме самой нагрузки в схеме отсутствуют силовые элементы, рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в режиме насыщенного ключа (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только в достаточно короткие временные интервалы (время подачи импульса). Помимо этого, за счет повышения частоты преобразования можно существенно увеличить мощность и улучшить массогабаритные характеристики.

Важным технологическим преимуществом импульсных ИП является возможность построения на их основе малогабаритных сетевых ИП с гальванической развязкой от сети для питания самой разнообразной аппаратуры. Такие ИП строятся без применения громоздкого низкочастотного силового трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. Это, собственно, типовая схема импульсного ИП с понижением напряжения, где в качестве входного напряжения используется выпрямленное сетевое напряжение, а в качестве накопительного элемента - высокочастотный трансформатор (малогабаритный и с высоким КПД), со вторичной обмотки которого и снимается выходное стабилизированное напряжение (этот трансформатор обеспечивает также гальваническую развязку с сетью).

К недостаткам импульсных ИП можно отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую, сложность и низкую надежность (особенно при кустарном изготовлении), необходимость применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые в случае малейшей неисправности легко выходят из строя "всем скопом" (при этом. как правило, можно наблюдать впечатляющие пиротехнические эффекты). Любителям покопаться во внутренностях устройств с отверткой и паяльником при конструировании сетевых импульсных ИП придется быть крайне осторожными, так как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.

3.4.1 Эффективный импульсный стабилизатор низкого уровня сложности

На элементной базе, аналогичной применявшейся в описанном выше (рис. 3.3-3) линейном стабилизаторе, можно построить импульсный стабилизатор напряжения. При таких же характеристиках он будет обладать значительно меньшими габаритами и лучшим тепловым режимом. Принципиальная схема такого стабилизатора приведена на рис. 3.4-2. Стабилизатор собран по типовой схеме с понижением напряжения (рис. 3.4-1а).

При первом включении, когда конденсатор С4 разряжен и к выходу подключена достаточно мощная нагрузка, ток протекает через ИС линейного стабилизатора DA1. Вызванное этим током падение напряжения на R1 отпирает ключевой транзистор VT1, который тут-же входит в режим насыщения, так как индуктивное сопротивление L1 велико и через транзистор протекает достаточно большой ток. Падение напряжения на R5 открывает основной ключевой элемент - транзистор VT2. Ток. нарастающий в L1, заряжает С4, при этом через обратную связь на R8 происходит запи-



рание стабилизатора и ключевого транзистора. Энергия, запасенная в катушке, питает нагрузку. Когда напряжение на С4 падает ниже напряжения стабилизации, открывается DA1 и ключевой транзистор. Цикл повторяется с частотой 20-30 кГц.

Цепь R3. R4, С2 задаст уровень выходного напряжения. Его можно плавно регулировать в небольших пределах, от Ucт DA1 до Uвх. Однако если Uвых поднять близко к Uвх, появляется некото рая нестабильность при максимальной нагрузке и повышенный уровень пульсации. Для подавления высокочастотных пульсации на выходе стабилизатора включен фильтр L2, С5.

Схема достаточно проста и максимально эффективна для данного уровня сложности. Все силовые элементы VT1, VT2, VD1, DA1 снабжаются небольшими радиаторами. Входное напряжение нс должно превышать 30 В. что является максимальным для стабилизаторов КР142ЕН8. Выпрямительные диоды применять на ток не менее 3 А.

3.4.2 Устройство бесперебойного питания на основе импульсного стабилизатора

На рис. 3.4-3 предлагается к рассмотрению устройство для бесперебойного питания систем охраны и видеонаблюдения на основе импульсного стабилизатора, совмещенного с зарядным устройством. В стабилизатор введены системы защиты от перегрузки, перегрева, бросков напряжения на выходе, короткого замыкания.

Стабилизатор имеет следующие параметры:

Входное напряжение, Uвx - 20-30 В:

Выходное стабилизированное напряжение, Uвыx-12B:

Номинальный ток нагрузки, Iнагр ном -5А;

Ток срабатывания системы защиты от перегрузки, Iзащ - 7А;.

Напряжение срабатывания системы защиты от перенапряжения, Uвых защ - 13 В;

Максимальный ток зарядки АКБ, Iзар акб макс - 0,7 А;

Уровень пульсации. Uпульс - 100 мВ,

Температура срабатывания системы защиты от перегрева, Тзащ - 120 С;

Скорость переключения на питание от АКБ, tперекл - 10мс (реле РЭС-б РФО. 452.112).

Принцип работы импульсного стабилизатора в описываемом устройстве такой же, как и у стабилизатора, представленного выше.

Устройство дополнено зарядным устройством, выполненным на элементах DA2,R7, R8, R9, R10, VD2, С7. ИС стабилизатора напряжения DA2 с делителем тока на R7. R8 ограничивает максимальный начальный ток заряда, делитель R9, R10 задает выходное напряжение заряда, диод VD2 защищает АКБ от саморазряда при отсутствии напряжения питания.

Защита от перегрева использует в качестве датчика температуры терморезистор R16. При срабатывании защиты включается звуковой сигнализатор, собранный на ИС DD 1 и, одновременно, нагрузка отключается от стабилизатора, переходя на питание от АКБ. Терморезистор монтируют на радиаторе транзистора VT1. Точная подстройка уровня срабатывания температурной защиты осуществляется сопротивлением R18.

Датчик напряжения собран на делителе R13,R15. сопротивлением R15 устанавливают точный уровень срабатывания защиты от перенапряжения (13 В). При превышении напряжения на выходе стабилизатора (в случае выхода последнего из строя) реле S1 отключает нагрузку от стабилизатора и подключает ее к АКБ. В случае отключения питающего напряжения, реле S1 переходит в состояние "по умолчанию"- т.е. подключает нагрузку на АКБ.

Приведенная здесь схема не имеет электронной защиты от короткого замыкания для АКБ. эту роль выполняет плавкий предохранитель в цепи питания нагрузки, рассчитанный на максимальный потребляемый ток.


3.4.3 Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

Достаточно часто при конструировании устройств возникают жесткие требования к размерам источника питания. В этом случае единственным выходом является применение ИП на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети ~220 В без применения габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут обеспечить большую мощность при малых размерах и теплоотдаче.

Структурная схема типового импульсного преобразователя с питанием от промышленной сети представлена на рис 34-4.

Входной фильтр предназначен для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Силовые ключи обеспечивают подачу импульсов высокого напряжения на первичную обмотку высокочастотного трансформатора (могут применяться одно- и



двухтактные схемы). Частота и длительность импульсов задаются управляемым генератором (обычно применяется управление шириной импульсов, реже - частотой). В отличие от трансформаторов синусоидального сигнала низкой частоты, в импульсных ИП применяются широкополосные устройства, обеспечивающие эффективную передачу мощности на сигналах с быстрыми фронтами. Это накладывает существенные требования на тип применяемого магнитопровода и конструкцию трансформатора. С другой стороны, с увеличением частоты требуемые размеры трансформатора (с сохранением передаваемой мощности) уменьшаются (современные материалы позволяют строить мощные трансформаторы с приемлемым КПД на частоты до 100-400 кГц). Особенностью выходного выпрямителя является применение в нем не обычных силовых диодов, а быстродействующих диодов Шоттки, что обусловлено высокой частотой выпрямляемого напряжения. Выходной фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения. Напряжение обратной связи сравнивается с опорным напряжением и затем управляет генератором. Обратите внимание на наличие гальванической развязки в цепи обратной связи, что необходимо, если мы хотим обеспечить развязку выходного напряжения с сетью.

При изготовлении таких ИП возникают серьезные требования к применяемым компонентам (что повышает их стоимость по сравнению с традиционными). Во-первых, это касается рабочего напряжения диодов выпрямителя, конденсаторов фильтра и ключевых транзисторов, которое не должно быть менее 350 В во избежание пробоев. Во-вторых, должны применяться высокочастотные ключевые транзисторы (рабочая частота 20-100 кГц) и специальные керамические конденсаторы (обычные оксидные электролиты на высоких частотах будут перегреваться ввиду их высокой индук-


тивности). И. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом применяемого магнитопро вода (как правило, используются тороидальные сердечники) должна быть значительно выше рабочей частоты преобразователя.

На рис. 3.4-5 приведена принципиальная схема классического ИП на основе высокочастотного преобразователя. Фильтр, состоящий из емкостей С1, С2, СЗ и дросселей L1, L2, служит для зашиты питающей сети от высокочастотных помех со стороны преобразователя. Генератор построен по автоколебательной схеме и совмещен с ключевым каскадом. Ключевые транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе, открываясь и закрываясь по очереди. Запуск генератора и надежную работу обеспечивает транзистор VT3, работающий в режиме лавинного пробоя. При нарастании напряжения на С6 через R3 транзистор открывается и конденсатор разряжается на базу VT2, запуская работу генератора. Напряжение обратной связи снимается с дополнительной (III) обмотки силового трансформатора Tpl.

Транзисторы VT1. 2. Данные дросселей и трансформаторов:L1-1. L2 наматывают на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода проводом ПЭЛШО 0,25: 20 витков. ТР1 - на двух кольцах, сложенных вместе, феррит 2000НН КЗ 1х18.5х7;

обмотка 1 - 82 витка проводом ПЭВ-2 0,5: обмотка II - 25+25 витков проводом ПЭВ-2 1,0: обмотка III - 2 витка проводом ПЭВ-2 0.3. ТР2 наматывают на кольце из феррита 2000НН К10х6х5. все обмотки выполнены проводом ПЭВ-2 0.3: обмотка 1 - 10 витков:

обмотки II и III - по 6 витков, обе обмотки (II и III) намотаны так, что занимают на кольце по 50% площади не касаясь и не перекрывая друг друга, обмотка I намотана равномерно по всему кольцу и изолирована слоем лакоткани. Катушки фильтра выпрямителя L3, L4 наматывают на феррите 2000НМ К 12х8х3 проводом ПЭВ-2 1,0 , количество витков - 30. В качестве ключевых транзисторов VT1, VT2 могут применяться КТ809А. КТ812, КТ841.

Номиналы элементов и намоточные данные трансформаторов приведены для выходного напряжения 35 В. В случае, когда требуются иные рабочие значения параметров, следует соответству ющим образом изменить количество витков в обмотке 2 Тр1.

Описанная схема имеет существенные недостатки, обусловленные стремлением предельно уменьшить количество применяемых компонентов Это и низкий "уровень стабилизации выходного напряжения, и нестабильная ненадежная работа, и низкий выходной ток. Однако она вполне пригодна для питания простейших конструкций разной мощности (при применении соответствующих компонентов), таких как: калькуляторы. АОНы. осветительные приборы и т.п.


Еще одна схема ИП на основе высокочастотного импульсного преобразователя приведена на рис. 3.4-6. Основным отличием этой схемы от стандартной структуры, представленной на рис. 3 .4-4 является отсутствие цепи обратной связи. В связи с этим, стабильность напряжения на выходных обмотках ВЧ трансформатора Тр2 достаточно низкая и требуется применение вторичных стабилизаторов (в схеме используются универсальные интегральные стабилизаторы на ИС серии КР142).

3.4.4 Импульсным стабилизатор с ключевым МДП-транзистором со считыванием тока.

Миниатюризации и повышению КПД при разработке и конструировании импульсных источников питания способствует применение нового класса полупроводниковых инверторов - МДП-транзисторов, а также: мощных диодов с быстрым обратным восстановлением, диодов Шоттки, сверхбыстродействующих диодов, полевых транзисторов с изолированным затвором, интегральных схем управления ключевыми элементами. Все эти элементы доступны на отечественном рынке и могут использоваться в конструировании высокоэффективных источников питания, преобразователей, систем зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), систем запуска ламп дневного света (ЛДС). Большой интерес у разработчиков также может вызвать класс силовых приборов под названием HEXSense - МДП-транзисторы со считыванием тока. Они являются идеальными переключающими элементами для импульсных источников питания с готовым управлением. Возможность считывать ток ключевого транзистора может быть использована в импульсных ИП для обратной связи по току, требуемой для контроллера широтно-импульсной модуляции. Этим достигается упрощение конструкции источника питания - исключение из него токовых резисторов и трансформаторов.

На рис. 3.4-7 приведена схема импульсного источника питания мощностью 230 Вт. Его основные рабочие характеристики следующие:

Входное напряжение:-110 В 60Гц:

Выходное напряжение: 48 В постоянное:

Ток нагрузки: 4.8 А:

Частота переключения: 110 кГц:

КПДпри полной нагрузке: 78%;

КПД при нагрузке 1/3: 83%.


Схема построена на базе широтно-импульсного модулятора (ШИМ) с высокочастотным преобразователем на выходе. Принцип работы состоит в следующем.

Сигнал управления ключевым транзистором поступает с выхода 6 ШИМ контроллера DA1, коэффициент заполнения ограничивается 50% резистором R4, R4 и СЗ являются времязадающи ми элементами генератора. Питание DA1 обеспечивается цепочкой VD5, С5, С6, R6. Резистор R6 предназначен для подачи питающего напряжения во время запуска генератора, в последующем задей ствуется обратная связь по напряжению через LI, VD5. Эта обратная связь получается от дополнительной обмотки выходного дросселя, которая работает в режиме обратного хода. Помимо питания генератора, напряжение обратной связи через цепочку VD4, Cl, Rl, R2 подается на вход обратной связи по напряжению DA1 (выв.2). Через R3 и С2 обеспечивается компенсация, которая гарантирует стабильность петли обратной связи.

На базе данной схемы возможно построение импульсных стабилизаторов и с другими выходными параметрами.

На рисунке показана схема преобразователя постоянного напряжения 12 В в 180 В. Данная схема может использоваться в качестве источника питания газоразрядных индикаторов (для питания газоразрядных индикаторов (типа ИН) необходимо постоянное или пульсирующее напряжение 100…200 В.). Схема достаточно проста, содержит минимальный набор элементов. Генератор собран на микросхеме таймере NE555N, выход генератора управляет затвором N-канального полевого транзистора, […]

Как правило обычный светодиод белого свечения потребляет ток 20 мА при напряжении 3,3 В, что не позволяет использовать для питания светодиодов аккумулятор 1. 2 В NiMH или батарею 1.5 В. Для решения данной проблемы можно использовать светодиодный драйвер показанный на рисунке, который имеет выходное напряжение 23 В и выходной ток 20 мА, с помощью которого можно питать […]

Двухтактный преобразователь - преобразователь напряжения, использующий импульсный трансформатор. Коэффициент трансформации трансформатора может быть произвольным. Несмотря на то, что он фиксирован, во многих случаях может варьироваться ширина импульса, что расширяет доступный диапазон стабилизации напряжения. Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе постоянный ток через обмотку и подмагничивание сердечника […]

Электронный балласт предназначен для питания энергосберегающих ламп (люминесцентная лампа) и представляет собой высоковольтный импульсный источник питания. Номинальная мощность лампы при питании от электронного балласта не должна превышать 20 Вт. Электронный балласт состоит из выпрямителя на диодах VD1-VD4, импульсного генератора на ИМС FAN7710 и дросселя L1. Так как ИМС FAN7710 представляет собой двухтактный ключ на МДП-транзисторах с очень низким […]

TL497A — импульсный стабилизатор напряжения. TL497A содержит все активные компоненты, необходимые для реализации импульсного стабилизатора напряжения. Он также может использоваться как управляющий элемент внешними компонентами в приложениях с повышенной выходной мощностью. TL497A разработан для простоты построения повышающих/понижающих стабилизаторов, инверторов напряжения с высоким КПД. Выходной ток импульсного стабилизатора не превышает 500 мА, для его увеличения в предложенную схему […]

На таймере 556 (сдвоенная версия 555) можно сделать простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220 В 50 Гц. Выходная мощность преобразователя 25 Вт. Сетевой трансформатор имеет три обмотки — 2*10 В и на 220 В. Первая секция таймера 556 работает как нестабильный генератор с частотой 50 Гц, вторая секция работает как фазоинвертор. Одновременно с […]

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ
КОМПЬЮТЕРА

СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ КНИГИ А. В. ГОЛОВКОВА и В. Б ЛЮБИЦКОГО "БЛОКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ТИПА IBM PC-XT/AT" ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЛАД и Н»

Подводя итог всему сказанному, для полноты картины приведем в качества примера полное описание принципиальной схемы для одного из 200-ваттных импульсных блоков питания (производство Тайвань PS6220C) (рис. 56).
Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дроссели И 02, L103 на:
выходной трехконтактный разъем, к которому может подстыковываться кабель питания дисплея;
двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате.
С разъема JP1 переменное напряжение сети поступает на:
мостовую схему выпрямления BR1 через терморезистор THR1;
первичную обмотку пускового трансформатора Т1.

Рисунок 56. Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания ИБП PS-6220C

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ IBM Рассматриваются основные параметры импульсных блоков питания, приведена цоколевка разъема, принцип работы от напряжения сети 110 и 220 вольт, Подробно расписана микросхема TL494, схема включения и варианты использования для управления силовыми ключами импульсных блоков питания. УПРАВЛЕНИЕ СИЛОВЫМИ КЛЮЧАМИ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ПРИ ПОМОЩИ TL494 Описаны основные способы управления базовыми цепями силовых транзисторов импульсных блоков питания, варианты построения выпрямителей вторичного питания. СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ Описаны варианты использования усилителей ошибки TL494 для стабилизации выходных напряжений, описан принцип работы дросселя групповой стабилизации. СХЕМЫ ЗАЩИТЫ Описаны несколько вариантов построения систем защиты импульсных болков питания от перегрузки СХЕМА "МЕДЛЕННОГО ПУСКА" Описаны принципы формирования мягкого старта и выработки напряжения POWER GOOD ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ОДНОГО ИЗ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ Полное описание принципиальной схемы и ее работы импульсного блока питания

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств Для ответа на вопрос, какой величины суммарный зазор g надо ввести в сердечник, чтобы он

ИИП из энергосберегайки

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Мощность получается равной мощности «бывшей» лампы. Но если добавить радиаторы на транзисторы, то из 27Вт лампы можно получить 100Вт блок питания.Есть два варианта:Вариант №1. Нужно замкнуть дорожки, которые идут к нитям накала. На дроссель намотать вторичку.Но тут есть одно ограничение свободное место для вторички. Вариант №2 Нити накала также замыкаем, а вместо дросселя ставим трансформатор.[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Я не стал долго и муторно расчитывать трансформатор, а просто индуктивность первичной обмотки подобрал равной индуктивности дросселя.Сделал это следующим образом. Померил ток через дроссель, за место дросселя поставил трансформатор с произвольным числом первички, и заново померил ток. Затем намного домотал первичку, что бы ток оказался примерно таким же. 
То есть индуктивность первичной обмотки подобрал равной индуктивности дросселя.Для кого то этот метод покажется не логичным/абсурдным/не технологичным, возможно. Но он работает!Ток через дроссель. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Число витков первичной обмотки получилось 250. Ток мерил осциллографом, в качестве шунта использовал 0.01Ом резистор.Феррит использовал R 22,1/13,7/7,9 N87 Epcos. Зазор пропилил болгаркой, получилось 1.2мм, достаточно.[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Витки для вторичной обмотки подбирал экспериментально.Единственный минус нет стабилизации выходного напряжения.Вот и все что я хотел рассказать.

в лампах дроссели всегда с зазором. А в полумостовых питальниках второй конец транса всегда повешен на среднюю точку питания (при помощи двух кондеров).
Чем пилить зазор лучше просто поставить два конденсатора в качестве правой половины моста. Получится классический полумост.
Ток трансформатора на самом деле зависит не от него, а от параметров трансформатора ОС. От индуктивности транса скорее частота зависеть будет.
Ну и без переделки ОС на параллельную по напряжению оно не работает без достаточной нагрузки. А с переделкой свои проблемы я так и не смог добиться стабильной работы, например. Плюс резистор в цепи ОС сильно греется.

Про полумост вариант, учту.
Частота зависит больше от мощности, чем от индуктивности.
Схема отлично работает и на холостом ходу. Тока насыщения вполне хватает для открытия транзисторов. Обратноходовик - сложнее.

Та ладно, люди, о чем вы?! Проблемы с flyback на top22x?! Проще только линейный! Документации море, примеров море. Есть захотеть, даже можно найти старый PI Expert. Я уже не говорю про копеечные (сравнимые с ценой контроллера) готовые трансформаторы от премьермагнетикс на популярные напряжение (и их комбинации). Аналогично TinySwitch. Сделал таких импульсных БП больше 30 штук, проблем практически не было контроллеры дубовые. Другое дело PeakSwitch. Вот эти точно для любителей геморроя.

Далее:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Вот предлагаемая переделка на ОС по напряжению, резистор 20 Ом я зашунтировал емкостью на 150 нан - это повысило динамику старта и кол.витков у меня другое –подбирал
На данный момент, как я понял, у Вас есть только одна проблема, это неуверенный запуск БП, а точнее получение устойчивой автогенерации. Для возникновения автогенерации нужна ПОС. Схема это обратной связи большого значения не имеет. Главное, что бы она могла обеспечить достаточный для полного отпирания транзисторов ток базы.А вот теперь представьте себе, что у вас h31=3, и требуется получить ток эмиттера 10А. Тогда ток базы должен быть
·3,3А. Кроме этого, коэффициент усиления меняется от температуры p-n перехода, что Вы уже успели обнаружить.Предложенная мною схема, на основе КЛЛ, хороша тем, что в ней ток базы меняется пропорционально нагрузке. Из вашей же схемы был исключён дроссель, что и снизило ток базы при ХХ. Так что, либо измените схему, либо установите транзисторы с большим коэффициентом усиления, либо и то и другое, если половинчатой меры окажется недостаточно.
Вложение:

Ок, постараюсь конкретнее, может и не совсем вопросы, хочется знать мнение седущего человека и понять где моя ошибка1-3 вопросы по вашей схеме4 по чужой (нарыл где-то)1.зачем оставлять дроссель?Силовой транс с успехом его заменит (тем же проводом мотается, то же кол. витков) Видимо, именно R2, C11, C8 – облегчают запуск на ХХ, а дроссель тут ни при чем, где я не прав?2.Конденсатор 100-200мкФ улучшает запуск БП, т.к в момент включения в сеть является нагрузкой, транзисторам это вряд-ли навредит, бросок тока кратковременный. Это так или нет? Его установка позволила мне не ставить лампу накаливания в качестве нагрузки ХХ. Я не могу логично этот эффект себе объяснить, но это так.3.С0 - говорят надо шунтировать резистором, он способствует разрядке электролита, и без резистора БП после выключения и быстрого повторного включения может не запускаться. 4.Ваше мнение? Если оставить ОС по току и прилепить ОС по напряжению - будут ли они конфликтовать? Бахнуть вроде не должно...Рисунки прилагаю, Спасибо! 
Вложения:

схема 1.jpg [ 30.29 Кб | Просмотров: 12527 ] 

buka.net1. R2, С11, C8 в плане запуска на ХХ помогает несущественно, если вообще помогает. Дроссель помогает существенно. Без него БП, при малом коэффициенте усиления транзисторов, вообще, может не запуститься на ХХ. 2. Нет большого смысла в установке такого большого конденсатора на выходе БП, так как он просто не успеет зарядиться под нагрузкой. Слишком короткие импульсы. Такой конденсатор лучше установить на входе, там, где частота низкая.3. Нет не нужно. Цепь запуска, это: R1, C1, VD2, VD8 по нижней схеме.4. Я догадываюсь, что Вы имеете в виду, когда разделяете ОС на «токовую» и «напряжения», но это некорректно. Если течёт ток, то значит, где-то имеется падение напряжения. Если падения напряжения нет, то и ток течь не может. Например, идеальный конденсатор зарядить нельзя, так как в начале заряда на нём нельзя получить падение напряжения.Две независимые системы обратной связи для самовозбуждения преобразователя применять не стоит. Я такого схемного решения никогда не видел. Даже если это и возможно осуществить, то рассчитать такую схему будет крайне сложно, даже имея методику расчета. Но, раз нет подобных схем, значит и нет простой методики.
ещё проба ..хотя емкость 10микрофарад пугает
Если Вы про эту схему, то я вижу 10 nF. Видимо, китайцы испытывали проблемы с запуском под галогенной нагрузкой, поэтому не ограничивали ток в импульсе. При достаточно крутом фронте, сопротивление конденсатора крайне мало. Конечно, всё зависит от длительности импульса, но я бы этим 10 нанам прицепил бы резистор хотя бы на несколько килоом, даже не вдаваясь в расчёты. Всё дело в том, что при массовом производстве, каждая копеечная деталь в последствие "выливается" в Лексус или Мерседес. 🙂
Когда испытывают нормальную технику, а не левый ширпотреб, то в сеть запускают импульсную помеху амплитудой 300 Вольт. Думаю, немногие "китайцы" пройдут успешно такие испытания.
Вложения:

Что бы не грелись резисторы ограничения тока баз транзисторов, трансформатор Т1 перемотал, сделал - первичная обмотка 9 витков, вторичные по два витка. Схему подправил к готовому образцу, нумерация деталей чуть другая, но по печатке разберётесь, деталей ведь мало. К этой бы схеме обратную связь для стабилизации напряжения!
Предлагаю внимательно посмотреть и сравнить схему из журнала "Радио" №10 1981 год стр. 56, "Экономичный блок питания" и схемы энергосберегающих ламп.

Указанный вами блок питания имеет ряд существенных недостатков по сравнению с блоком питания на основе балласта КЛЛ. Самый главный недостаток, это постоянный ток базы. Транзисторы вроде КТ809, с высокими значениями h31э дороги, да и их ещё нужно найти, а у дешёвых ключей этот параметр может быть равен считанным единицам. Схема запуска тоже малоэффективна. Короче, построить такой преобразователь под динамическую нагрузку, скажем, на КТ838 будет сложно. Как минимум придётся цеплять мощный балласт в базовые цепи, что увеличит габариты, а КПД снизит.
Схему можно адаптировать к современным транзисторам , все таки схеме более 30 лет. И без установки нормального режима работы транзисторов можно иметь КПД близко к 0, т.е. ток коллектора что с нагрузкой,что без- максимальный, но оставим ненужные споры.

Преобразователь для энергосберегающей лампы (2 транзистора)
http://radiostorage.net/?area=news/3773
Рассмотрим схему на рисунке 1. На транзисторах выполнен двухтактный генератор, работающий на частоте в несколько десятков кГц. Импульсный трансформатор выполнен на небольшом ферритовом кольце (диаметром не более 10 мм). Базовые обмотки одинаковые, они содержат по несколько витков провода диаметром, примерно, 0,5 мм (в разных моделях - от 2 до 5 витков).
Выходная обмотка намотана таким же проводом, но содержит в 3-4 раза больше витков чем базовые.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя напряжения для энергосберегающей лампы.
Лампа включена через дроссель и конденсатор между этой обмоткой и коллектором верхнего по схеме транзистора. Дроссель намотан на малогабаритном Ш-образном магнитопроводе из феррита. Дроссель содержит 200-400 витков более тонкого, чем для трансформатора, провода.
Для того, чтобы из этой схемы сделать источник питания вместо лампы нужно включить дополнительный трансформатор с выпрямителем, например, так как показано на рисунке 2.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 2. Использование преобразователя от энергосберегательной лампы в качетсве источника питания.
Трансформатор Т1 можно сделать из дросселя, включенного последовательно лампе (рис. 1) имеющегося в схеме, предварительно разобрав его и удалив прокладки, создающие зазор в магнитопроводе.
Затем намотать вторичную обмотку (примерно, 4 ...7 витков на 1V выходного напряжения) или сделать новый трансформатор на ферритовом кольце диаметром 15-20 мм, - первичная обмотка 350 витков ПЭВ 0,23, вторичная - в зависимости от нужного выходного напряжения.
РК2005, 2.

Как за час сделать импульсный блок питания из сгоревшей лампочки?
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Очень похоже на квазирезонансный полумост из второго файла по теме.
Близкие темы.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Оглавление статьи.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Вступление.
В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.
В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.
Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.http://oldoctober.com/
В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.
Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.
Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.
Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?
Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.
Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.
В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.
Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Импульсный трансформатор для блока питания.
Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Проверено на практике.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] подробно рассказано, как произвести самые простые расчёты импульсного трансформатора, а так же, как его правильно намотать чтобы не пришлось подсчитывать витки. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.
Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.
Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.
Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Блок питания мощностью 20 Ватт.
Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.
На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.
Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.
Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!
Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.
Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.
Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.
Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60єC, а транзисторов – 42єC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.
На картинке действующая модель БП.
Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт. Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц. Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц Температура трансформатора – 60єС Температура транзисторов – 42єС
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

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

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

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.
Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.
Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.
Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.
Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.
Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!
На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

Винт М2,5.
Шайба М2,5.
Шайба изоляционная М2,5 – стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.
Корпус транзистора.
Прокладка – отрезок трубки (кембрика).
Прокладка – слюда, керамика, фторопласт и т.д.
Радиатор охлаждения.
А это действующий стоваттный импульсный блок питания.

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
Температура транзисторов – 75єC.
Площадь радиаторов каждого транзистора – 27смІ.
Температура дросселя TV1 – 45єC.
TV2 – 2000НМ (Ш28 х Ш16 х 9мм)
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

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

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.
2. Схема с нулевой точкой.
Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.
Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.
Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

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

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

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

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

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

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?
Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.
При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.
На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.
А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.
Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

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

Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Как наладить импульсный блок питания?
Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.
Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.
Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.
Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.
Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60 65єС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.
Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60 65єС, а транзисторов выше 80 85єС.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.
VD1 VD4 – мостовой выпрямитель.
L0, C0 – фильтр питания.
R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.
Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.
R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.
R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.
R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.
R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.
VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.
TV1 – трансформатор обратной связи.
L5 – балластный дроссель.
C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.
TV2 – импульсный трансформатор.
VD14, VD15 – импульсные диоды.
C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Как рассчитать и намотать импульсный трансформатор для полумостового блока питания?

http://oldoctober.com/ru/pulse_transformer/
Близкие темы.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Оглавление статьи.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Выбор типа магнитопровода.
Наиболее универсальными магнитопроводами являются Ш-образные и чашкообразные броневые сердечники. Их можно применить в любом импульсном блоке питания, благодаря возможности установки зазора между частями сердечника. Но, мы собираемся мотать импульсный трансформатор для двухтактного полумостового преобразователя, сердечнику которого зазор не нужен и поэтому вполне сгодится кольцевой магнитопровод. http://oldoctober.com/
Для кольцевого сердечника не нужно изготавливать каркас и мастерить приспособление для намотки. Единственное, что придётся сделать, так это изготовить простенький челнок.

На картинке изображён ферритовый магнитопровод М2000НМ.
Идентифицировать типоразмер кольцевого магнитопровода можно по следующим параметрам.

D – внешний диаметр кольца.
d – внутренний диаметр кольца.
H – высота кольца.

В [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] эти размеры обычно указываются в таком формате: КDxdxH.
Пример: К28х16х9
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Получение исходных данных для простого расчёта импульсного трансформатора.
Напряжение питания.
Помню, когда наши электросети ещё не приватизировали иностранцы, я строил импульсный блок питания. Работы затянулись до ночи. Во время проведения последних испытаний, вдруг обнаружилось, что ключевые транзисторы начали сильно греться. Оказалось, что напряжение сети ночью подскочило аж до 256 Вольт!
Конечно, 256 Вольт, это перебор, но ориентироваться на ГОСТ-овские 220 +5% –10% тоже не стоит. Если выбрать за максимальное напряжение сети 220 Вольт +10%, то:

242 * 1,41 = 341,22V (считаем амплитудное значение).
341,22 – 0,8 * 2
· 340V (вычитаем падение на выпрямителе).

Индукция.
Определяем примерную величину индукции по таблице.
Пример: М2000НМ – 0,39Тл.

Частота.
Частота генерации преобразователя с самовозбуждением зависит от многих факторов, в том числе и от величины нагрузки. Если выберите 20-30 кГц, то вряд ли сильно ошибётесь.

Граничные частоты и величины индукции широко распространённых ферритов.

Марганец-цинковые ферриты.
Параметр
Марка феррита

6000НМ
4000НМ
3000НМ
2000НМ
1500НМ
1000НМ

Граничная частота при tg
·
· 0,1, МГц
0,005
0,1
0,2
0,45
0,6
1,0

Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл
0,35
0,36
0,38
0,39
0,35
0,35

Никель-цинкове ферриты.
Параметр
Марка феррита

200НН
1000НН
600НН
400НН
200НН
100НН

Граничная частота при tg
·
· 0,1, МГц
0,02
0,4
1,2
2,0
3,0
30

Магнитная индукция B при Hм = 800 А / м, Тл
0,25
0,32
0,31
0,23
0,17
0,44

[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Как выбрать ферритовый кольцевой сердечник?
Выбрать примерный размер ферритового кольца можно при помощи калькулятора для расчета импульсных трансформаторов и справочника по ферритовым магнитопроводам. И то и другое Вы можете найти в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].

Вводим в форму калькулятора данные предполагаемого магнитопровода и данные, полученные в предыдущем параграфе, чтобы определить габаритную мощность срдечника.

Не стоит выбирать габариты кольца впритык к максимальной мощности нагрузки. Маленькие кольца мотать не так удобно, да и витков придётся мотать намного больше.

Если свободного места в корпусе будущей конструкции достаточно, то можно выбрать кольцо с заведомо бо’льшей габаритной мощностью.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
В моём распоряжении оказалось кольцо М2000НМ типоразмера К28х16х9мм. Я внёс входные данные в форму калькулятора и получил габаритную мощность 87 Ватт. Этого с лихвой хватит для моего 50-ти Ваттного источника питания.

Запустите программу. Выберете «Pacчёт тpaнcфopмaтopa пoлумocтoвoго пpeoбpaзoвaтeля c зaдaющим гeнepaтopoм».
Чтобы калькулятор не «ругался», заполните нолями окошки, неиспользуемые для расчёта вторичных обмоток.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Как рассчитать число витков первичной обмотки?
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Вводим исходные данные, полученные в предыдущих параграфах, в форму калькулятора и получаем количество витков первичной обмотки. Меняя типоразмер кольца, марку феррита и частоту генерации преобразователя, можно изменить число витков первичной обмотки.
Нужно отметить, что это очень-очень упрощённый расчёт импульсного трансформатора.
Но, свойства нашего замечательного блока питания с самовозбуждением таковы, что преобразователь сам адаптируется к параметрам трансформатора и величине нагрузки, путём изменения частоты генерации. Так что, с ростом нагрузки и попытке трансформатора войти в насыщение, частота генерации возрастает и работа нормализуется. Точно также компенсируются и мелкие ошибки в наших вычислениях. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]Я пробовал менять количество витков одного и того же трансформатора более чем в полтора раза, что и отразил в ниже приведённых примерах, но так и не смог обнаружить никаких существенных изменений в работе БП, кроме изменения частоты генерации.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Как рассчитать диаметр провода для первичных и вторичных обмоток?
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Диаметр провода первичных и вторичных обмоток зависит от параметров БП, введённых в форму. Чем больше ток обмотки, тем больший потребуется диаметр провода. Ток первичной обмотки пропорцонален "Используемой мощности трансформатора".
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Особенности намотки импульсных трансформаторов.
Намотка импульсных трансформаторов, а особенно трансформаторов на кольцевых и тороидальных магнитопроводах имеет некоторые особенности.
Дело в том, что если какая-либо обмотка трансформатора будет недостаточно равномерно распределена по периметру магнитопровода, то отдельные участки магнитопровода могут войти в насыщение, что может привести к существенному снижению мощности БП и даже привести к выходу его из строя.
Казалось бы, можно просто рассчитать расстояние между отдельными витками катушки так, чтобы витки обмотки уложились ровно в один или несколько слоёв. Но, на практике, мотать такую обмотку сложно и утомительно.

Мы же пытаемся мотать «ленивую обмотку». А в этом случае, проще всего намотать однослойную обмотку «виток к витку».

Что для этого нужно?
Нужно подобрать провод такого диаметра, чтобы он уложился «виток к витку», в один слой, в окно имеющегося кольцевого сердечника, да ещё и так, чтобы при этом число витков первичной обмотки не сильно отличалось от расчётного.

Если количество витков, полученное в калькуляторе, не будет отличаться более чем на 10-20% от количества, полученного в формуле для расчёта укладки, то можно смело мотать обмотку, не считая витков.
Правда, для такой намотки, скорее всего, понадобится выбрать магнитопровод с несколько завышенной габаритной мощностью, что я уже советовал выше.

1 – кольцевой сердечник.
2 - прокладка.
3 – витки обмотки.
D – диаметр по которому можно рассчитать периметр, занимаемый витками обмотки.

На картинке видно, что при намотке «виток к витку», расчетный периметр будет намного меньше, чем внутренний диаметр ферритового кольца. Это обусловлено и диаметром самого провода и толщиной прокладки.
На самом же деле, реальный периметр, который будет заполняться проводом, будет ещё меньше. Это связано с тем, что обмоточный провод не прилегает к внутренней поверхности кольца, образуя некоторый зазор. Причём, между диаметром провода и величиной этого зазора существует прямая зависимость.

Не стоит увеличивать натяжение провода при намотке с целью сократить этот зазор, так как при этом можно повредить изоляцию, да и сам провод.
По нижеприведённой эмпирической формуле можно рассчитать количество витков, исходя из диаметра имеющегося провода и диаметра окна сердечника.
Максимальная ошибка вычислений составляет примерно –5%+10% и зависит от плотности укладки провода.

w =
·(D – 10S – 4d) / d, где:

w – число витков первичной обмотки,

· – 3,1416,
D – внутренний диаметр кольцевого магнитопровода,
S – толщина изолирующей прокладки,
d – диаметр провода с изоляцией,
/ – дробная черта.

Как измерить диаметр провода и определить толщину изоляции – рассказано [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].

Несколько примеров расчёта реальных трансформаторов.

· Мощность – 50 Ватт.
Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
Провод – Ш0,35мм.
D = 16мм.
S = 0,1мм.
d = 0,39мм.
w=
· (16 – 10*0,1 – 4*0,39) / 0,39
· 108 (витков).
Реально поместилось – 114 витков.

· Мощность – 20 Ватт.
Магнитопровод – К28 х 16 х 9.
Провод – Ш0,23мм.
D = 16мм.
S = 0,1мм.
d = 0,25мм.
w =
· (16 – 10*0,1 – 4*0,25) / 0,25
· 176 (витков).
Реально поместилось – 176 витков.

· Мощность – 200 Ватт.
Магнитопровод – два кольца К38 х 24 х 7.
Провод – Ш1,0мм.
D = 24.
S = 0,1мм.
d = 1,07мм.
w =
· (24 – 10*0,1 – 4*1,07) / 1,07
· 55 (витков).
Реально поместилось 58 витков.
В практике радиолюбителя нечасто выпадает возможность выбрать диаметр обмоточного провода с необходимой точностью.

Если провод оказался слишком тонким для намотки «виток к витку», а так часто бывает при намотке вторичных обмоток, то всегда можно слегка растянуть обмотку, путём раздвигания витков. А если не хватает сечения провода, то обмотку можно намотать сразу в несколько проводов.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Как намотать импульсный трансформатор?
Вначале нужно подготовить ферритовое кольцо.
Для того чтобы провод не прорезал изоляционную прокладку, да и не повредился сам, желательно притупить острые кромки ферритового сердечника. Но, делать это не обязательно, особенно если провод тонкий или используется надёжная прокладка. Правда, я почему-то всегда это делаю. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

При помощи наждачной бумаги скругляем наружные острые грани.
То же самое проделываем и с внутренними гранями кольца.
Чтобы предотвратить пробой между первичной обмоткой и сердечником, на кольцо следует намотать изоляционную прокладку.
В качестве изоляционного материала можно выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, лавсановую плёнку или даже бумагу.
При намотке крупных колец с использованием провода толще 1-2мм удобно использовать киперную ленту.
Иногда, при изготовлении самодельных импульсных трансформаторов, радиолюбители используют фторопластовую ленту – ФУМ, которая применяется в сантехнике.
Работать этой лентой удобно, но фторопласты обладают холодной текучестью, а давление провода в области острых краёв кольца может быть значительным.
Во всяком случае, если Вы собираетесь использовать ленту ФУМ, то проложите по краю кольца полоску электрокартона или обычной бумаги.
При намотке прокладки на кольца небольших размеров очень удобно использовать монтажный крючок.
Монтажный крючок можно изготовить из куска стальной проволоки или велосипедной спицы.
Аккуратно наматываем изолирующую ленту на кольцо так, чтобы каждый очередной виток перехлёстывал предыдущий с наружной стороны кольца. Таким образом, изоляция снаружи кольца становится двухслойной, а внутри – четырёх-пятислойной.

Для намотки первичной обмотки нам понадобится челнок. Его можно легко изготовить из двух отрезков толстой медной проволоки.
Необходимую длину провода обмотки определить совсем просто. Достаточно измерить длину одного витка и перемножить это значение на необходимое количество витков. Небольшой припуск на выводы и погрешность вычисления тоже не помешает.
Пример
34(мм) * 120(витков) * 1,1(раз) = 4488(мм)
Если для обмотки используется провод тоньше, чем 0,1мм, то зачистка изоляции при помощи скальпеля может снизить надёжность трансформатора. Изоляцию такого провода лучше удалить при помощи паяльника и таблетки аспирина (ацетилсалициловой кислоты).
Будьте осторожны! При плавлении ацетилсалициловой кислоты выделяются ядовитые пары!
Если для какой-либо обмотки используется провод диаметром менее 0,5мм, то выводы лучше изготовить из многожильного провода. Припаиваем к началу первичной обмотки отрезок многожильного изолированного провода.
Изолируем место пайки небольшим отрезком электрокартона или обыкновенной бумаги толщиной 0,05 0,1мм.
Наматываем начало обмотки так, чтобы надёжно закрепить место соединения.
Те же самые операции проделываем и с выводом конца обмотки, только на этот раз закрепляем место соединения х/б нитками. Чтобы натяжение нити не ослабло во время завязывания узла, крепим концы нити каплей расплавленной канифоли.
Если для обмотки используется провод толще 0,5мм, то выводы можно сделать этим же проводом. На концы нужно надеть отрезки полихлорвиниловой или другой трубки (кембрика).
Затем выводы вместе с трубкой нужно закрепить х/б нитью.
Поверх первичной обмотки наматываем два слоя лакоткани или другой изолирующей ленты. Это межобмоточная прокладка необходима для надёжной изоляции вторичных цепей блока питания от осветительной сети. Если используется провод диаметром более 1-го миллиметра, то неплохо в качестве прокладки использовать киперную ленту.
Если предполагается использовать [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], то можно намотать вторичную обмотку в два провода. Это обеспечит полную симметрию обмоток. Витки вторичных обмоток также должны быть равномерно распределены по периметру сердечника. Особенно это касается наиболее мощных в плане отбора мощности обмоток. Вторичные обмотки, отбирающие небольшую, по сравнению с общей, мощность, можно мотать как попало. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Если под рукой не оказалось провода достаточного сечения, то можно намотать обмотку несколькими проводами, соединёнными параллельно.
На картинке вторичная обмотка, намотанная в четыре провода.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Дополнительные материалы.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
схемы для проверки нассыщения сердечников дросселей
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Для начала перенесу сюда схемы для проверки нассыщения сердечников дросселей и небольшую статью по проверке сердечников[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] схема к статье:
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Расчёт дросселя (статья) [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Рассчет дросселей на резисторах МЛТ (прога) - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Программа для расчёта высокочастотных трансформаторов и дросселей - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Программа для расчёта импульсного трансформатора - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Рассчёт дросселей и катушек книга - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Трансформаторы и дроссели 1.1 на archive.rin.ru - Оптимальное проектирование силовых высокочастотных ферромагнитных устройств - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]"Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре" - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]на 494 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Выбор и расчет конструкции анодного дросселя - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Расчет индуктивности дросселя с магнитным зазором - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Авторская страница Семёнова - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Расчёт трансформатора и дросселя - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ][ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]автоматическиq on-line калькулятор[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] С. Н. Кризе. Расчет маломощных силовых трансформаторов и дросселей фильтров[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]характеристики и прога рассчета индуктивностей на металопорошковыхсердечниках Micrometals - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Материаллы - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Прога по катушкам - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Кольцевые сердечники: ферритовые кольца Amidon - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Библиотека знаний: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Расчетные программы: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Ещё материаллы и расчёт - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]имп сердечники и их расчёт - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]===================================================================================НАСЫЩЕНИЕ СЕРДЕЧНИКАЕсли через катушку с сердечником протекает большой ток, то магнитный материал сердечника может войти в насыщение. При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности. Уменьшившаяся индуктивность вызывает дальнейший ускоренный рост тока через КИ, и т.д. В большинстве ИИП насыщение сердечника крайне нежелательно и может приводить к следующим негативным явлениям:увеличенный уровень потерь в материале сердечника и увеличенный уровень омических потерь в проводе обмотки приводят к неоправданно низкому КПД ИИП; дополнительные потери вызывают перегрев КИ, а также расположенных поблизости радиодеталей сильные магнитные поля в сердечнике в сочетании с его уменьшившейся магнитной проницаемостью являются многократно усиленным по сравнению с нормальным режимом работы источником помех и наводок на малосигнальные цепи ИИП и другие приборы; ускоренно нарастающий ток через КИ вызывает ударные токовые перегрузки ключей ИИП, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя; ненормально большие импульсные токи КИ влекут за собой перегрев электролитических конденсаторов фильтров питания, а также увеличенный уровень помех излучаемых проводами и дорожками печатной платы ИИП. Список можно продолжить, но и так уже ясно, что следует избегать работы сердечника в режиме насыщения. Ферриты входят в насыщение, если величина плотности потока магнитной индукции превышает 300 [мТ] (миллитесла), причем эта величина не так уж сильно зависит от марки феррита. То есть 300 [мТ] является как бы врожденным свойством именно ферритов, другие магнитные материалы имеют другие величины порога насыщения. Например, трансформаторное железо и порошковое железо насыщаются при примерно 1 [Т], то есть могут работать в гораздо более сильных полях. Более точные значения порога насыщения для разных ферритов указаны в таблице 5. Величина плотности потока магнитной индукции в сердечнике рассчитывается по следующей формуле: (8) B = 1000 * µ0 * µe * I * N / le [мТ] где µ0 - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, 1.257*10-3 [мкГн/мм] µe - относительная магнитная проницаемость сердечника (не путать с проницаемостью материала сердечника!) I - ток через обмотку, [А] N - количество витков в обмотке le - длина средней магнитной линии сердечника, [мм] Несложное преобразование формулы (8) поможет найти ответ на практический вопрос - какой максимальный ток может проходить через дроссель до того, как сердечник войдет в насыщение: (9) Iмакс = 0.001 * Bмакс * le / ( µ0 * µe * N ) [A] где Bмакс - табличное значение для используемого материала сердечника, вместо которого можно использовать значение 300 [мТ] для любых силовых ферритов Для сердечников с зазором удобно подставить сюда выражение (4), после сокращений получаем: (10) Iмакс = 0.001 * Bмакс * g / ( µ0 * N ) [A] Результат получается на первый взгляд довольно парадоксальный: величина максимального тока через КИ с зазором определяется отношением размера зазора к количеству витков обмотки, и не зависит от размеров и типа сердечника. Однако этот кажущийся парадокс просто объясняется. Ферритовый сердечник настолько хорошо проводит магнитное поле, что все падение напряженности магнитного поля приходится на зазор. При этом величина потока магнитной индукции, одинаковая и для зазора и для сердечника, зависит лишь от толщины зазора, тока через обмотку и количества витков в обмотке, и не должна превышать 300 [мТ] для обычных силовых ферритов.Для ответа на вопрос, какой величины суммарный зазор g надо ввести в сердечник, чтобы он выдержал без насыщения заданный ток, преобразуем выражение (10) к следующему виду: (11) g = 1000 * µ0 * I * N / Bмакс [мм] Чтобы нагляднее показать влияние зазора, приведем следующий пример. Возьмем сердечник E30/15/7 без зазора, феррит 3C85, магнитная проницаемость µe = 1700. Рассчитаем количество витков, необходимое для получения индуктивности 500 [мкГн]. Сердечник, согласно таблице, имеет AL = 1.9 [мкГн], воспользовавшись формулой (7) получаем чуть более 16 витков. Зная эффективную длину сердечника le = 67 [мм], по формуле (9) вычислим максимальный рабочий ток, Iмакс = 0.58 [А]. Теперь введем в сердечник прокладку толщиной 1 [мм], зазор составит g = 2 [мм]. Эффективная магнитная проницаемость уменьшится, после несложных расчетов по формулам (5) и (7) находим, что для получения индуктивности 500 [мкГн] надо намотать 125 витков. По формуле (10) определяем максимальный ток КИ, он увеличился до 3.8 [А], то есть более чем в 5 раз! Отсюда следует и практическая рекомендация для читателей, самостоятельно конструирующих дроссели. Чтобы получить катушку индуктивности, работающую при максимально возможном токе, заполняйте сердечник проводом полностью, а затем вводите в сердечник максимально возможный зазор. Если при проверочном расчете окажется, что дроссель имеет чрезмерный запас по току, то выбирайте меньший размер сердечника, или, по крайней мере, уменьшайте количество витков в обмотке, чтобы снизить потери в меди, и одновременно уменьшайте зазор в сердечнике. Важно подчеркнуть, что эта рекомендация не относится к трансформаторам, в которых ток через первичную обмотку состоит из двух составляющих: тока, передаваемого во вторичную обмотку, и небольшого тока, намагничивающего сердечник (ток магнетизации). Как видим, зазор в сердечнике дросселя играет исключительно важную роль. Однако не все сердечники позволяют вводить прокладки. Кольцевые сердечники выполнены неразъемными, и, вместо того чтобы "регулировать" эквивалентную магнитную проницаемость при помощи зазора, приходится выбирать кольцо с определенной магнитной проницаемостью феррита. Этим и объясняется факт большого разнообразия типов магнитных материалов, применяемых промышленностью для изготовления колец, тогда как разъемные сердечники для ИИП, куда легко ввести зазор, почти всегда выполнены из ферритов с высокой магнитной проницаемостью. Наиболее употребительными для ИИП оказываются два типа колец: с низкой проницаемостью (в пределах 50...200) - для дросселей, и с высокой проницаемостью (1000 и более) - для трансформаторов. Порошковое железо оказывается наиболее предпочтительным материалом для кольцевых неразъемных сердечников дросселей, работающих при больших токах подмагничивания. Проницаемость порошкового железа обычно находится в пределах 40...125, чаще всего встречаются кольца, выполненные из материалов с проницаемостью 50...80. В таблице 6 приведены справочные данные кольцевых сердечников из порошкового железа фирмы Филипс.Проверить, входит ли сердечник в насыщение при работе ИИП, несложно, достаточно при помощи осциллографа проконтролировать форму тока, протекающего через КИ. Датчиком тока может служить низкоомный резистор или трансформатор тока. КИ работающая в нормальном режиме будет иметь геометрически правильную треугольную или пилообразную форму тока. В случае же насыщения сердечника форма тока будет искривлена.2*S/Lср,где m - магнитная проницаемость феррита,m0 - магнитная постоянная,N - число витков,S - площадь поперечного сечения феррита,Lср - длина средней линии ферритового кольца.Активное сопротивление обмотки (без учета скин-эффекта):R=p*Lп/S,где p - удельное сопротивление меди (0.017Ом*м),Lп - длина провода обмотки,Sп - площадь сечения провода.Расчет дросселя я провожу в следующем порядке:1) Выявляем параметры ферритового кольца: магнитную проницаемость m, длину средней линии Lср, площадь сечения S, индукцию насыщения Bm. Последний параметр можно узнать в справочнике по известной марке феррита, либо на сайте производителя феррита.2) Задаемся необходимой индуктивностью дросселя L.3) Зная параметры L, m, Lср, S, вычисляем необходимое количество витков N.4) Определяем максимальное токопотребление нагрузки I и берем с 10-15% запасом.5) Зная параметры m, Lср, S, I, N рассчитываем индукцию B внутри феррита. Если она оказывается больше, чем 0.8Bm, значит кольцо для поставленной задачи не подходит, необходимо выбрать кольцо либо бОльшего сечения, либо с бОльшей индукцией насыщения.6) Если индукция не превышает 0.8Bm, определяем удовлетворяет ли нас дроссель по рассеиваемой мощности. Для этого задаемся максимальной мощностью, рассеиваемой на дросселе (Pm=0.5-2Вт в зависимости от размеров кольца).7) По заданной мощности Pm и токопотреблении I, определяем активное сопротивление провода обмотки R.8) Подбираем провод, которым собираемся наматывать (0.8-1мм для намотки в один провод, 0.5-0.6мм для намотки в несколько проводов).9) Зная сечение провода(ов) Sпр и их активное сопротивление R, вычисляем максимальную длину провода(ов) Lпр.10) Наматываем один виток провода на кольцо и определяем его длину Lв. Добавляем 1-2мм на угловое смещение провода при намотке.11) По найденной максимальной длине провода Lпр и длине одного витка Lв вычисляем допустимое количество витков Nдоп.12) Если Nдоп оказываеся меньше ранее посчитанного числа витков N, необходимо использовать провод с бОльшим сечением, либо наматывать в несколько проводов.13) Если Nдоп>=N, оцениваем возможность намотки посчитанного числа витков. Для этого измеряем внутренний диаметр кольца d и смотрим выполняется ли неравенство:pi*(d-Sпр)>=N*dпр,где Sпр - площаль сечения предполагаемого к намотке провода,dпр - диаметр предполагаемого к намотке провода.14) Если неравенство не выполняется, значит необходимо наматывать в 2 или более слоя. Для маленьких колец с внутренним диаметром до 8мм я лично мотать в несколько слоев не советую. В этом случае лучше взять кольцо бОльших размеров, либо с бОльшей магнитной проницаемостью. С сайта - _http://www.rom.by/comment/112509

Советы по проектированию понижающих преобразователей - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Прога для расчёта трансформаторов и дросселей 6мВ - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применениюлежит на сайте - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

Ещё статья - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]Проектирование импульсных источников питания (ИИП). - [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]

·о
·
·
·
·А
·о
·
·
·
·А
·о
·
·
·
·А
·о
·
·
·
·А
·о
·
·
·
·А
·о
·
·
·
·АПринципиальная схема преобразователя напряжения для энергосберегающей лампы14 i

Страничка эмбеддера » Импульсный преобразователь для ламповых предусилителей

Внимание, потихоньку сыпятся вопросы, пишется фак. Почитать его можно будет тут

Лампы давно уже не используются в ширпотребном оборудовании, но есть класс задач, которые решить с помощью полупроводниковых технологий крайне трудно. Одна из таких задач — гитарные предусилители.

Как показывает практика, гитаристы хотят иметь маленький, но, тем не менее, ламповый, предусилитель, который можно всюду таскать с собой. Так возникает задача минимизации веса и размеров предусилителя.

Большую часть пространства внутри лампового предусилителя занимают не сами лампы, а источники их питания. Самый простой и современный метод уменьшения габаритов — использование импульсного преобразователя.

С одной стороны, импульсные преобразователи – легкие и занимают мало места, с другой – они порождают электромагнитный шум, который может детектироваться предусилителем и проникать в звуковой тракт. В этой статье я попробую оценить эти параметры и предложить пару схем импульсных блоков питания.

После довольно обильных исследований родились две схемы — одна попроще, другая посложнее, обе со своими преимуществами и недостатками. Обе предназначены для преобразования напряжения из 12В до 320В.

Почему именно из 12 в 320 ? Почему нельзя сразу из 220 получать и 320 и 12 ? Конечно-же, все можно, однако высокое входное напряжение автоматически обозначает значительно больший уровень электромагнитного шума,  бороться с которым довольно сложно. Возможно, в будущем, я предложу такую конструкцию. Напряжение 12В практически всегда присутствует в ламповых схемах в качестве накального и линейные трансформаторы на 12В  доступны и недороги.

 

Схема номер 1. Проста, и эффективна

Краткий обзор достоинств этой схемы:

  1. Полумостовая топология. Она хоть считается шумной в сетевых блоках питания, в данном случае ей нет равных — размах напряжения на силовых транзисторах не превышает напряжения питания. Внутренние диоды транзисторов автоматически обеспечивают защиту по напряжению.

  2. Распространенная, дешевая и малопотребляющая микросхема-контроллер.

  3. Простой трансформатор.

  4. На выходе стоит умножитель. Это позволяет уменьшить амплитуду индукции в трансформаторе (уменьшить шум), уменьшить количество диодов и размах напряжение на них (что также значительно уменьшает шум)

  5. Выходной фильтр на резисторе очень хорошо фильтрует выходное напряжение и одновременно защищает от кратковременных коротких замыканий

  6. Стабилитрон на выходе защищает конденсаторы от пробоя при включении питания.2. Мотается так — сначала вторичная обмотка самым тонким доступным проводом. Намотка виток-к-витку. Мотается столько, сколько влезет (с учетом первичной), у меня влезло 370 витков, потом соответственно первичная. Первичной обмотки должно быть не менее 7 витков, а минимальное количество витков вторичной обмотки определяется коэффициентом трансформации как для обычного трансформатора n2 = 320*n1/12 (у меня n2=12). Чем больше витков — тем больше КПД.

    Ну, и, естественно, фотографии макета

     

    Схема номер 2.

    Она значительно сложнее, но имеет полноценную обратную связь. Ее скорость можно регулировать, тем самым изменяя нагрузочную характеристику БП. Однако из-за более сложного контроллера, КПД этой схемы около 60% (30% выделяется в виде тепла контроллером, 10% потери в остальных элементах) Схема рекомендуется для повторения только если вы знаете куда применить ее преимущества.

     

     

     

    Теперь несколько мифов, связанных с импульсными блоками питания.

    1. Мягкая нагрузочная характеристика трансформатора с кенотронами, дополнительная компрессия звука из-за нагрузочной характеристики блока питания.


    Первая из схем имеет даже несколько более мягкую нагрузочную характеристику, чем обычный линейный блок питания, более того ее частотную характеристику можно без проблем изменять номиналом выходного конденсатора, не получая прибавки к шуму, как это было бы с обычным БП. Это позволяет дизайнеру максимально подогнать БП к предусилителю. Во втором варианте можно изменять нагрузочную характеристику практически как хочется, пожертвовав только скоростью обратной связи. Собственно, нагрузочная характеристика:

     

    Подробности исследования компрессии можно прочитать в этой ветке форума gtlab.net

     

    2. Шум, наводки убивают звук.
    У обоих БП с приведенной платой (замечу, что плата односторонняя, в двустороннем варианте можно получить еще более впечатляющие результаты) настолько низкий уровень излучаемых помех, что их сложно обнаружить в эфире, а темболее, в сигнальном тракте предусилителя. Более того, не удалось услышать разницу в звуке при изменении положения блока питания относительно ламп и при непосредственном переключении блоков питания импульсный <-> линейный, что косвенно подтверждает отсутствие наводок.

     

    Почему выбран именно полумост? Чем не подошли другие топологии?

    1. Самая простая топология: обратоходовый преобразователь (flyback, флайбэк)
    Очень большие выбросы на выходном диоде, невозможно реализовать токовое управление из-за большого времени восстановления  даже ультрабыстрого выходного диода (при большом выходном напряжении, даже маленькая емкость сохраняет много энергии), большие выбросы на стоке силового транзистора

    Выбросы на выходном диоде, симулятор, идеальный трансформатор, идеальный случай, в других режимах — все только хуже. (шкала в киловольтах, обратите внимание)

     

    2. Посложнее — прямоходовой преобразователь (forward)
    Маленький потребляемый ток означает огромную катушку на выходе.

    3. Двутактный преобразователь (пуш-пулл)

    Высоковольтные выбросы на стоках силовых транзисторов (выбросы значительно выше напряжения питания) порождают много шума. Топология требует снаббера, которые понижают эффективность. Высоковольтные выбросы означают маленькую надежность схемы, если не принимать специальные меры.

    Для пущей убедительности, приведу результаты симулирования.

    Сток одного транзистора, слегка неидеальный трансформатор (к. связи обмоток — 0.99), со снаббером 2.2нФ/100ом, выброс превышает напряжение питания в 4 раза.

     

    4. Простой Буст ( boost, step-up)

    Не в состоянии с хорошим КПД настолько сильно увеличивать напряжение. Бусты хорошо работают при коэффициентах умножения напряжения меньше 5. Дальше КПД резко падает и для преобразователя 12->320 в симуляторе составило 20%.

    5. Резонансные, квазирезонансные, фазосдвигающие мосты/полумосты

    Пока слишком сложно и дорого

    6. Полумост.

    Для профилактики можно посмотреть на сток в полумосте. Как видно, выбросы есть и их много, но их амплитуда очень мала — всего 12 вольт.

     

     

    Сравнение с существующими аналогами.

    1. Преобразователь из предусилителя SS-20 фирмы AMT

     

     

    Кроме типичных недостатков пуш-пулла, еще применена малораспространенная микросхема-контроллер, которая требует низковольтного питания, что тоже снижает КПД. Выходные диоды являются очень сильным источником шума, их количество (и размер) очень желательно уменьшить до минимума. Отсутствует какая-либо защита от короткого замыкания выхода.

    Может показаться, что короткое замыкание в предусилителе произойти не может, но в момент включения заряжаются фильтрующие конденсаторы, которые фактически представляют собой короткое замыкание.

    Отсутствует защита от перенапряжения на выходных конденсаторах. В начальный момент, пока накалы ламп еще не успели прогреться, напряжение на выходе может превысить 400 вольт, что негативно влияет на выходные конденсаторы и даже вывести их из строя.

    Схема блока питания предусилителя SS-20 опубликована с разрешения компании AMT.

     

    2. Преобразователь из yerasov PTERODRIVER PD-5

    Типичный флайбэк, с огромным шумом. Транзистор не пробивает из-за большого запаса, но как выживает диод – для меня остается большой загадкой. Компенсация обратной связи сделана неверно, из-за чего возможно самовозбуждение источника.

    Все своими руками Блок питания для инкубатора

    Импульсный блок питания для инкубатора

    Ранее в статье «Инкубатор для дома» был выложен материал, посвященный домашнему инкубатору имеющему питание от аккумулятора. В данной статье будет рассмотрена схема импульсного блока питания для данного инкубатора. Uвых = 13,5В, Iвых = 8А. Основой схемы является контроллер TL494 или его аналог КА7500, или отечественный аналог КР1114ЕУ4. Схема блока питания показана на рисунке ниже.


    Схема ИИП — что ни на есть классическая, двухтактная, полумостовая с самовозбуждением. Имеет защиту от короткого замыкания в цепи нагрузки. Подробно о защите от КЗ по длительности рабочих импульсов силовых транзисторов можно ознакомиться в статье «Защита импульсных блоков питания от КЗ». Схема пуска с самовозбуждением предназначена для получения напряжения, которым можно было бы запитать и запустить управляющий контроллер DD1 – TL494 после подключения ИИП к сети.

    Выпрямленное напряжение сети подается на резистивные делители R26,R27 и R28,R29 являющиеся базовыми для обоих силовых ключевых транзисторов VT5, VT6. Поэтому через транзисторы под воздействием суммарного напряжения на конденсаторах С10 и С11 начинает протекать базовый ток. Резисторы R15 и R18 выравнивают напряжения на этих конденсаторах и заодно разряжают конденсаторы после выключения ИИП. Базовый стартовый ток протекает по цепи (+)С11 –> R26 –> R31 –> б-э VT5 -> R28 –> R32 -> б-э VT6 -> «общий провод» первичной стороны —> (-)С10. В результате через участки коллектор-эмиттер обоих транзисторов начинают протекать взаимно противоположные токи по целям: через транзистор VT5: (+) C11 -> коллектор-эмиттер VT5 -> обмотка 5 и 6 Тр2 -> обмотка 1 и 2 ТР3 -> обмотка первичная Тр1 -> С12 -> (-) C11, через VT6: (+) C10 -> С12 -> обмотка первичная Тр1 -> обмотка 2 и 1 ТР3 -> обмотка 6 и 5 Тр2 -> коллектор-эмиттер VT6 -> (-) C10. Если бы оба инверсных тока, протекающие через дополнительную (пусковую) обмотку 5-6 Тр2 были бы равны, то результирующий ток был бы равен 0, и схема не смогла бы запуститься. Но в силу разброса коэффициентов усиления по току транзисторовVT5 и VT6 всегда один из этих токов будет больше другого. Поэтому результирующий ток через витки 5-6 Тр2 не равен 0 и имеет то или иное направление. Допустим, что преобладает ток через транзистор VT5, и следовательно, ток протекает в направлении от вывода 5 к выводу 6 Тр2. Протекание тока через обмотку 5-6 Тр2 вызывает появление ЭДС взаимоиндукции на всех обмотках управляющего (разделительного) трансформатора Тр2. При этом (+)ЭДС возникает на выводе 4 относительно вывода 5 и под воздействием этой ЭДС еще больше начинает увеличиваться ток базы транзистора VT5, это приводит к увеличению тока коллектора VT5. Одновременно на выводе 7 Тр2 появляется отрицательная ЭДС относительно вывода 8, т.е. полярность этой ЭДС оказывается запирающей для транзистора VT6 и он закрывается. Далее вступает в действие положительная обратная связь (ПОС). Действие ее заключается в том, что при возрастании тока через VT5 и витки 5-6 Тр2 на обмотке 4-5 Тр2 действует возрастающая ЭДС, которая, создавая дополнительный базовый ток для VT5, еще больше открывает его. Процесс этот развивается лавинообразно. Через открытый VT5 и первичную обмотку 1-2 силового импульсного трансформатора Тр3 начинает протекать линейно нарастающий ток, что вызывает появление ЭДС взаимоиндукции на всех обмотках Тр3. Импульс с обмотки 3-4 Тр3 заряжает накопительную емкость С18. На С18 появляется напряжение, которое через резистор R33 подается на вывод 12 управляющей микросхемы DD1 TL 494 и на согласующий каскад. Микросхема запускается и генерирует на своих выводах 11, 8 прямоугольные управляющие импульсы, которыми через согласующий каскад (VT3, VT4, Тр2) начинают переключаться силовые ключи VT и VT6. На всех обмотках силового трансформатора Тр3 появляются импульсы номинального уровня. При этом ЭДС с обмоток 3-4 и 4-5 постоянно подпитывают С18, поддерживая на нем неизменный уровень напряжения (около +27В). Другими словами, микросхема по кольцу обратной связи начинает запитывать сама себя. Блок выходит на рабочий режим. Напряжение питания DD1 и согласующего каскада является вспомогательным, действует только внутри блока.

    Согласующий каскад ИИП

    Двухтактный трансформаторный предварительный усилитель мощности, он же согласующий, реализован на транзистора VT3 и VT4. Коллекторными нагрузками транзисторов являются первичные полуобмотки импульсного трансформатора Тр2 и резистор общей нагрузки R30, который задает максимальную величину тока через транзисторы, в районе 20мА. Напряжение питания подается на среднюю точку первичной обмотки этот резистор и диод развязки VD8. На базы транзисторов VT3 и VT4 поступают последовательности прямоугольных импульсов с отрицательными передними фронтами. Из этого следует, что в промежутках между импульсами транзисторы открыты, т.к. к их базам приложено открывающее напряжение через резистивные делители напряжения R20,R21 и R22,R23. Под воздействием управляющих импульсов транзисторы поочередно закрываются. На эмиттерах поддерживается напряжение примерно равное +1,5В за счет цепочки VD14, VD15 и С20. Это напряжение позволяет осуществлять эффективное закрывание транзисторов. Действительно, после спада управляющего импульса на базе запираемого транзистора остается напряжение порядка 0,5 В, а на эмиттере данного транзистора, за счет элементов VD14, VD15 и С20 присутствует напряжение 1,5 В. Т.о. относительно эмиттера на базе будет напряжение минус один вольт – жесткий режим отсечки. Благодаря этому фронты коллекторных импульсов транзисторов предварительного каскада получаются очень крутыми. Диоды VD6 и VD7 демпфирующие, предназначены для гашения паразитных колебательных процессов, которые возникают при запирании транзисторов.

    Силовой каскад

    Силовой каскад в большинстве случаев реализуется по двухтактной полумостовой схеме и мало отличается в разных вариантах схем ИИП и эта схема не исключение. Конфигурация базовых целей выбрана такой, чтобы обеспечить оптимальный режим переключения для транзисторов VT5,VT6. При этом главным показателем эффективности переключения являются минимальные динамические потери мощности на ключевых транзисторах. Диоды VD4 и VD5 являются разделительными, они блокируют шунтирование обмотками трансформатора Тр2 базовых потенциалов мощных транзисторов. Конденсаторы С15 и С16 – это конденсаторы ускоряющие процессы переключения ключевых транзисторов. Диоды VD9 и VD10 предназначены для создания путей рекуперации, т.е. частичного возвращения запасенной энергии в индуктивности рассеяния трансформатора Тр3, который является нагрузкой силового каскада.

    Обмотки трансформатора Тр3 намотаны на сердечнике Ш12×20. Такой сердечник применялся в ИИП старых телевизоров. Но в таких трансформаторах у одной из половинок имеется конструктивный зазор, поэтому придется разобрать два трансформатора. Трансформатор рассчитывался для работы без принудительной вентиляции, поэтому плотность тока в обмотка выбрана 4 А/мм2. Но и при таких условиях трансформатор способен отдать в нагрузку мощность свыше 400Вт. Запас более чем в тир раза. Обмотка 1-2 мотается за два раза и имеет 15 + 15 витков провода D=0,71мм. Сначала наматывается 15 витков первичной обмотки, потом 4 +4 витков вторичной обмотки плоским жгутом провода D=0,71×4. Затем доматывается вторая часть первичной обмотки.

    Согласующий трансформатор я брал от старого ИИП компьютера. Но можно его намотать самим. Хотя для меня это уж больно муторно. Но тем не менее, коллекторные обмотки содержат по 35 витков провода 0,29мм, базовые – по 10 витков того же провода, пусковая обмотка 5-6 имеет два витка 0,29×3. В качестве сердечника можно использовать сердечники от дросселей энергосберегающих ламп. У одной из половинок таких сердечников так же имеется конструктивный зазор, поэтому придется разобрать два дросселя. Можно изготовить данный трансформатор и на кольце К20×12х6 из феррита М2000НМ, в таком случае обмотка 1-2-3 намотана проводом ПЭВ-2 0.4 равномерно по всему кольцу и содержит 2×28 витков; обмотки 4-5 и 7-8 по 9 витков провода ПЭВ-2 0,5. Обмотка 5-6 два витка провода МГТФ-О,8. Обмотки изолированы одна от другой и от магнитопровода двумя слоями тонкой фторопластовой ленты.

    В качестве мощных транзисторов VT5 и VT6 стоят Е13007. КПД блока питания при использовании таких транзисторов составляет 80%. VD11 и VD13 — MBRF20100CT. Др1 – дроссель сетевого фильтра – от старого ИИП от ПК. Выходной дроссель Др2, также используется от старого импульсного блока питания, имеет 19 витков провода Ф 2,0мм. Все детали ИИП размещены на печатной плате.

    Это четвертая версия топологии проводников печатной платы. Импульсные схемы очень чувствительны к конфигурации проводников «общей земли». Так у ИИП собранных на первых трех вариантах платы отмечалась неустойчивость в работе, звон передних фронтов импульсов, чрезмерный нагрев контроллера, температура радиаторов мощных транзисторов при 10А нагрузки была за +60°С. В данной плате тоже обнаружился недостаток, близко друг к другу стоят ДР2 и С19. С19 очень страдает из-за нагрева дросселя. Между ними необходим термоэкран в виде небольшой тонкой перегородочки из диэлектрика.

    На фото показан ИИП, собранный по второй версии печатной платы. Оригинал на момент написания статьи уже уехал, даже не сфотографировавшись.


    Внимание!!! Первое включение – только через лампу накаливания 60…100Вт.

    Частота генератора пилообразного напряжения контроллера 60кГц. Зависит от величины номиналов С7 и R13. R12, R14 и С13 – цепь мягкого запуска. R11 и С8 – цепь ООС усилителя ошибки. Регулировать выходное напряжение можно резистором R10. Между ним и выводом 1 контроллера на плате стоит перемычка. Вместо ее можно поставить потенциометр для регулировки выходного напряжения. Порог защиты по току можно регулировать R7.
    На этом всё. Успехов. К.В.Ю.

    Скачать статью

    Скачать “Блок-питания-для-инкубатора” Блок-питания-для-инкубатора.rar – Загружено 648 раз – 266 КБ

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

    Просмотров:858


    Блок питания из эконом лампы схема. Ремонт импульсного блока питания энергосберегающей лампочки

    Привет, друзья. В эпоху светодиодных технологий многие все еще предпочитают для освещения использовать люминесцентные лампы (они же экономки). Это разновидность газоразрядных ламп, которые многие считают, мягко скажем, не очень безопасным видом освещения.

    Но, вопреки всем сомнениям, они успешно висели в наших домах не одно десятилетие, поэтому у многих сохранились нерабочие эконом-лампы.

    Как мы знаем, для работы многих газоразрядных ламп требуется высокое напряжение, порой в разы выше, чем напряжение в сети и обычная экономка тоже не исключение.

    В такие лампы встроены импульсные преобразователи, или балласты. Как правило, в бюджетных вариантах применяется полумостовой автогенераторный преобразователь по очень популярной схематике. Схема такого блока питания работает довольно надежно, несмотря на полное отсутствие каких-либо защит, помимо предохранителя. Тут нет даже нормального задающего генератора. Цепь запуска построена на базе симметричного диака.


    Схема та же, что и у , только вместо понижающего трансформатора оттуда использован накопительный дроссель. Я намерен быстро и понятно показать вам, как можно такие блоки питания превратить в полноценный импульсный источник питания понижающего типа, плюс обеспечить гальваническую развязку от сети для безопасной эксплуатации.

    Для начала хочу сказать, что переделанный блок может быть использован в качестве основы для зарядных устройств, блоков питания для усилителей. В общем, можно внедрить там, где есть нужда в источнике питания.

    Нужно лишь доработать выход диодным выпрямителем и сглаживающей емкостью.


    Подойдет для переделки любая экономка любой мощностью. В моем случае -это полностью рабочая лампа на 125 Ватт. Лампу сначала нужно вскрыть, достать блок питания, а колба нам больше не нужна. Даже не вздумайте ее разбивать, поскольку там содержатся очень токсичные пары ртути, которые смертельно опасны для живых организмов.

    Первым делом смотрим на схему балласта.


    Они все одинаковые, но могут отличаться количеством дополнительных компонентов. На плате сразу бросается в глаза довольно массивный дроссель. Разогреваем паяльник и выпаиваем его.



    На плате у нас имеется также маленькое колечко.


    Это трансформатор обратной связи потоку и он состоит из трех обмоток, две из которых являются задающими,


    а третья является обмоткой обратной связи потоку и содержит всего один виток.


    А теперь нам нужно подключить трансформатор от компьютерного блока питания так, как показано по схеме.


    То есть один из выводов сетевой обмотки подключается к обмотке обратной связи.


    Второй вывод подключается к точке соединения двух конденсаторов полумоста.


    Да, друзья, на этом процесс завершен. Видите, насколько все просто.

    Теперь я нагружу выходную обмотку трансформатора, чтобы убедиться в наличии напряжения.


    Не забываем, начальный запуск балласта делается страховочной лампочкой. Если блок питания нужен на малую мощность, можно обойтись вообще без всякого трансформатора, и вторичную обмотку обмотать на непосредственно сам дроссель.


    Не помешало бы установить силовые транзисторы на радиаторы. В ходе работы под нагрузкой их нагрев – это естественное явление.


    Вторичную обмотку трансформатора можно сделать на любое напряжение.

    Для этого нужно его перемотать, но если блок нужен, например, для зарядного устройства автомобильного аккумулятора, то можно обойтись без всяких перемоток. Для выпрямителя стоит использовать импульсные диоды, опять же, оптимальное решение – это наше КД213 с любой буквой.

    В конце хочу сказать, что это только один из вариантов переделки таких блоков. Естественно, существует множество иных способов. На этом, друзья, все. Ну а с вами, как всегда, был KASYAN AKA. До новых встреч. Пока!

    Энергосберегающие лампы широко применяются в быту и на производстве, со временем они приходят в негодность, а между тем многие из них после несложного ремонта можно восстановить. Если вышел из строя сам светильник, то из электронной «начинки» можно сделать довольно мощный блок питания на любое нужное напряжение.

    Как выглядит блок питания из энергосберегающей лампы

    В быту часто требуется компактный, но в то же время мощный низковольтный блок питания, сделать такой можно, используя вышедшую из строя энергосберегающую лампу. В лампах чаще всего выходят из строя светильники, а блок питания остается в рабочем состоянии.

    Для того чтобы сделать блок питания, необходимо разобраться в принципе работы электроники, содержащейся в энергосберегающей лампе.

    Достоинства импульсных блоков питания

    В последние годы наметилась явная тенденция к уходу от классических трансформаторных блоков питания к импульсным. Это связано, в первую очередь, с большими недостатками трансформаторных блоков питания, таких как большая масса, малая перегрузочная способность, малый КПД.

    Устранение этих недостатков в импульсных блоках питания, а также развитие элементной базы позволило широко использовать эти узлы питания для устройств с мощностью от единиц ватт до многих киловатт.

    Схема блока питания

    Принцип работы импульсного блока питания в энергосберегающей лампе точно такой же, как в любом другом устройстве, например, в компьютере или телевизоре.

    В общих чертах работу импульсного блока питания можно описать следующим образом:

    • Переменный сетевой ток преобразуется в постоянный без изменения его напряжения, т.е. 220 В.
    • Широтно-импульсный преобразователь на транзисторах превращает постоянное напряжение в прямоугольные импульсы, с частотой от 20 до 40 кГц (в зависимости от модели лампы).
    • Это напряжение через дроссель подается на светильник.

    Рассмотрим схему и порядок работы импульсного блока питания лампы (рисунок ниже) более подробно.


    Схема электронного балласта энергосберегающей лампы

    Сетевое напряжение поступает на мостовой выпрямитель(VD1-VD4) через ограничительный резистор R 0 небольшого сопротивления, далее выпрямленное напряжение сглаживается на фильтрующем высоковольтном конденсаторе (С 0), и через сглаживающий фильтр (L0) подается на транзисторный преобразователь.

    Запуск транзисторного преобразователя происходит в тот момент, когда напряжение на конденсаторе С1 превысит порог открытия динистора VD2. Это запустит в работу генератор на транзисторах VT1 и VT2, благодаря чему возникает автогенерация на частоте около 20 кГц.

    Другие элементы схемы, такие как R2, C8 и C11, играют вспомогательную роль, облегчая запуск генератора. Резисторы R7 и R8 увеличивают скорость закрытия транзисторов.

    А резисторы R5 и R6 служат как ограничительные в цепях баз транзисторов, R3 и R4 предохраняют их от насыщения, а в случае пробоя играют роль предохранителей.

    Диоды VD7, VD6 – защитные, хотя во многих транзисторах, предназначенных для работы в подобных устройствах, такие диоды встроены.

    TV1 – трансформатор, с его обмоток TV1-1 и TV1-2, напряжение обратной связи с выхода генератора подается в базовые цепи транзисторов, создавая тем самым условия для работы генератора.

    На рисунке выше красным цветом выделены детали, подлежащие удалению при переделке блока, точки А–А` нужно соединить перемычкой.

    Переделка блока

    Перед тем как приступить к переделке блока питания, следует определиться с тем, какую мощность тока необходимо иметь на выходе, от этого будет зависеть глубина модернизации. Так, если требуется мощность 20-30 Вт, то переделка будет минимальной и не потребует большого вмешательства в существующую схему. Если необходимо получить мощность 50 и более ватт, то модернизация потребуется более основательная.

    Следует иметь в виду, что на выходе блока питания будет постоянное напряжение, а не переменное. Получить от такого блока питания переменное напряжение частотой 50 Гц невозможно.

    Определяем мощность

    Мощность можно вычислить по формуле:

    Р – мощность, Вт;

    I – сила тока, А;

    U – напряжение, В.

    Например, возьмем блок питания со следующими параметрами: напряжение – 12 В, сила тока – 2 А, тогда мощность будет:

    С учетом перегрузки можно принять 24-26 Вт, так что для изготовления такого блока потребуется минимальное вмешательство в схему энергосберегающей лампы мощностью 25 Вт.

    Новые детали


    Добавление новых деталей в схему

    Добавляемые детали выделены красным цветом, это:

    • диодный мост VD14-VD17;
    • два конденсатора С 9 , С 10 ;
    • дополнительная обмотка, размещенная на балластном дросселе L5, количество витков подбирается опытным путем.

    Добавляемая обмотка на дроссель играет еще одну немаловажную роль разделительного трансформатора, предохраняя от попадания сетевого напряжения на выход блока питания.

    Чтобы определить необходимое количество витков в добавляемой обмотке, следует проделать следующие действия:

    1. на дроссель наматывают временную обмотку, примерно 10 витков любого провода;
    2. соединяют с нагрузочным сопротивлением, мощностью не менее 30 Вт и сопротивлением примерно 5-6 Ом;
    3. включают в сеть, замеряют напряжение на нагрузочном сопротивлении;
    4. полученное значение делят на количество витков, узнают, сколько вольт приходится на 1 виток;
    5. вычисляют необходимое число витков для постоянной обмотки.

    Более детальный расчет приведен ниже.


    Испытательное включение переделанного блока питания

    После этого легко вычислить необходимое число витков. Для этого напряжение, которое планируется получить от этого блока, делят на напряжение одного витка, получается количество витков, к полученному результату добавляют про запас примерно 5-10%.

    W=U вых /U вит, где

    W – количество витков;

    U вых – требуемое выходное напряжение блока питания;

    U вит – напряжение на один виток.


    Намотка дополнительной обмотки на штатный дроссель

    Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При намотке поверх нее дополнительной обмотки необходимо предусмотреть межобмоточную изоляцию, особенно если наматывается провод типа ПЭЛ, в эмалевой изоляции. Для межобмоточной изоляции можно применить ленту из политетрафторэтилена для уплотнения резьбовых соединений, которой пользуются сантехники, ее толщина всего 0,2 мм.

    Мощность в таком блоке ограничена габаритной мощностью используемого трансформатора и допустимым током транзисторов.

    Блок питания повышенной мощности

    Для этого потребуется более сложная модернизация:

    • дополнительный трансформатор на ферритовом кольце;
    • замена транзисторов;
    • установка транзисторов на радиаторы;
    • увеличение емкости некоторых конденсаторов.

    В результате такой модернизации получают блок питания мощностью до 100 Вт, при выходном напряжении 12 В. Он способен обеспечить ток 8-9 ампер. Этого достаточно для питания, например, шуруповерта средней мощности.

    Схема модернизированного блока питания приведена на рисунке ниже.


    Блок питания мощностью 100 Вт

    Как видно на схеме, резистор R 0 заменен на более мощный (3-ваттный), его сопротивление уменьшено до 5 Ом. Его можно заменить на два 2-ваттных по 10 Ом, соединив их параллельно. Далее, С 0 – его емкость увеличена до 100 мкф, с рабочим напряжением 350 В. Если нежелательно увеличивать габариты блока питания, то можно подыскать миниатюрный конденсатор такой емкости, в частности, его можно взять из фотоаппарата-мыльницы.

    Для обеспечения надежной работы блока полезно несколько уменьшить номиналы резисторов R 5 и R 6 , до 18–15 Ом, а также увеличить мощность резисторов R 7 , R 8 и R 3 , R 4 . Если частота генерации окажется невысокой, то следует увеличить номиналы конденсаторов C­ 3 и C 4 – 68n.

    Самым сложным может оказаться изготовление трансформатора. Для этой цели в импульсных блоках чаще всего используют ферритовые кольца соответствующих размеров и магнитной проницаемости.

    Расчет таких трансформаторов довольно сложен, но в интернете есть много программ, с помощью которых это очень легко сделать, например, «Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT».


    Как выглядит импульсный трансформатор

    Расчет, проведенный с помощью этой программы, дал следующие результаты:

    Для сердечника используется ферритовое кольцо, его внешний диаметр – 40, внутренний – 22, а толщина – 20 мм. Первичная обмотка проводом ПЭЛ – 0,85 мм 2 имеет 63 витка, а две вторичных тем же проводом – 12.

    Вторичную обмотку необходимо наматывать сразу в два провода, при этом их желательно предварительно слегка скрутить между собой по всей длине, так как эти трансформаторы очень чувствительны к несимметричности обмоток. Если не соблюдать это условие, то диоды VD14 и VD15 будут нагреваться неравномерно, а это еще больше увеличит несимметричность что, в конце концов, выведет их из строя.

    Зато такие трансформаторы легко прощают значительные ошибки при расчете количества витков, до 30%.

    Так как эта схема изначально рассчитывалась для работы с лампой мощностью 20 Вт, то установлены транзисторы 13003. На рисунке ниже позиция (1) – транзисторы средней мощности, их следует заменить на более мощные, например, 13007, как на позиции (2). Возможно, их придется установить на металлическую пластину (радиатор), площадью около 30 см 2 .


    Испытание

    Пробное включение стоит проводить с соблюдением некоторых мер предосторожности, чтобы не вывести из строя блок питания:

    1. Первое пробное включение производить через лампу накаливания 100 Вт, чтобы ограничить ток на блок питания.
    2. К выходу обязательно подключить нагрузочный резистор 3-4 Ома, мощностью 50-60 Вт.
    3. Если все прошло штатно, дать поработать 5-10 мин., отключить и проверить степень нагрева трансформатора, транзисторов и диодов выпрямителя.

    Если в процессе замены деталей не были допущены ошибки, блок питания должен заработать без проблем.

    Если пробное включение показало работоспособность блока, остается испытать его в режиме полной нагрузки. Для этого сопротивление нагрузочного резистора уменьшить до 1,2-2 Ом и включить его в сеть напрямую без лампочки на 1-2 минуты. После чего отключить и проверить температуру транзисторов: если она превышает 60 0 С, то их придется установить на радиаторы.

    В качестве радиатора можно использовать как заводской радиатор, что будет наиболее верным решением, так и алюминиевую пластину, толщиной не менее 4 мм и площадью 30 кв.см. Под транзисторы необходимо подложить слюдяную прокладку, крепить их к радиатору нужно с помощью винтов с изолирующими втулками и шайбами.

    Блок из лампы. Видео

    О том, как сделать импульсный блок питания из эконом лампы, видео ниже.

    Импульсный блок питания из балласта энергосберегающей лампы можно сделать своими руками, имея минимальные навыки работы с паяльником.

    Для работы шуруповерта необходим блок питания на 18 В. Данные устройства работают от сети 220 В. Основным элементом блоков считается преобразователь. На сегодняшний день существует множество модификаций, которые отличаются по параметрам и конструктивным элементам. Как сделать блок питания на шуруповерт 18В своими руками? Для этого рекомендуется рассмотреть конкретные схемы сборки.

    Модели с индикацией

    Блок питания на шуруповерт 18В для работы от сети с индикаций можно сделать на базе проводного преобразователя. Проводимость у элемента обязана составлять 4,5 мк. Конденсаторы используются на 5 пФ. Большинством специалистов резисторы устанавливаются с однополюсными выпрямителями. Для стабилизации процесса преобразования применяются компараторы.

    Универсальные блоки

    Сделать универсальный блок питания на шуруповерт 18В своими руками довольно просто. В первую очередь рекомендуется заготовить выходной конденсатор на 5 пФ. Дополнительно потребуется один резистор. Преобразователи для блоков применяются отрицательной направленности. Они могут использоваться в цепи постоянного тока и хорошо подходят для сети 220 В. Специалисты советуют компараторы устанавливать с лучевыми переходниками. Они хорошо устойчивы к импульсным помехам. Также надо отметить, что фильтры для конденсатора подбираются с электродным триггером. В конце работы блок проверяется на сопротивление. При правильной сборке модификация должна выдавать не более 40 Ом.

    Схема с двухполюсным резистором

    Как сделать блок питания на шуруповерт 18В для работы от сети? Устройства с двухполюсным резистором можно собрать на базе переходного контроллера. Преобразователь стандартно используется с фильтром. Показатель сопротивления элемента должен составлять не более 40 Ом.

    Также надо отметить, что при сборке блока используются только канальные фильтры, которые устанавливаются рядом с преобразователем. При замыкании цепи в первую очередь проверяется обкладка. Для повышения параметра перегрузки устройства используются триггеры.


    Устройство с трехполюсным резистором

    Модификацию с двухполюсным резистором можно сложить на базе операционного преобразователя. Как правило, применяются модификации на 220 В. В начале сборки подбирается триггер. Фильтры для него устанавливаются канального типа. Также надо отметить, что проводимость резистора в блоке не должна превышать 4,5 мк. Сопротивление на выходе преобразователя в среднем равняется 40 Ом. Указанные модификации хороши тем, что они не боятся импульсных помех от сети 220 В. Дополнительно важно помнить, что устройства разрешается использовать с шуруповертами разных торговых марок. Если рассматривать блоки на проводных компараторах, то выпрямители используются только на две обкладки. Дополнительно учитывается проводимость непосредственно компаратора.


    Импульсные модификации

    Импульсный блок питания для шуруповерта 18В своими руками собирается с интегральными преобразователями. Компараторы для устройств используются на две или три обкладки. Большинство моделей делаются с низкоомными выпрямителями. Показатель перегрузки элементов стартует от 10 А.

    Некоторые модификации складываются с канальными фильтрами. Также среди самодельных модификаций часто встречаются модели на приводных преобразователях. У них высокий показатель проводимости. Для них подходят конденсаторы только на 4 пФ. При этом фильтры применяются с лучевыми переходниками. Специалисты говорят, что модели способны работать с шуруповертами на 18 В.


    с усилителем

    Модификации с усилителями встречаются часто. Собрать блок питания для шуруповерта 18В своими руками можно, используя проводной преобразователь. Также потребуется контакторный триггер. Начинать установку следует с пайки транзисторов. Они используются разной емкости, а проводимость элементов стартует от 4,5 мк. Большинство экспертов рекомендуют фильтры применять канального типа. Они хорошо справляются с импульсными помехами. Также надо отметить, что для сборки потребуется один переходник под преобразователь. Непосредственно выпрямитель устанавливается на две обкладки. В конце работы тестируется сопротивление на блоке. Указанный параметр в среднем составляет 45 Ом.

    Устройства на стабилитроне

    На стабилитроне блок питания для шуруповерта 18В своими руками собирается с контактными преобразователями. Выпрямители разрешается использовать с электродными переходниками. При этом проводимость у них обязана составлять не более 5,5 мк. Контроллеры часто встречаются на три обкладки.

    Фильтры для них подходят канального типа. Также есть сборки с простым инверторным преобразователем. Они выделяются стабильной частотой, но не могут использоваться в сети переменного тока. На выходе преобразователя устанавливается изолятор. Компаратор для модификации потребуется с дуплексным фильтром.

    Модель с одним фильтром

    Как сделать блок питания на шуруповерт 18В самостоятельно? Собрать модель с одним фильтром довольно просто. Начинать работу стоит с подбора качественного преобразователя. Далее, чтобы сделать блок питания для шуруповерта 18В своими руками, устанавливается триггер на три контакта. При этом фильтр монтируется за преобразователем. Стабилизатор подходит только низкоомного типа, а приводимость у него обязана составлять не более 4,5 мк. После установки фильтра сразу проверяется сопротивление на блоке. Указанный параметр в среднем составляет 55 Ом. Триоды для устройства подходят однонаправленного типа.


    Модификации без стабилизаторов

    Существует множество самодельных устройств без стабилизаторов. Проводимость у блоков данного типа составляет около 4,4 мк. Преобразователи в данном случае подвержены импульсным нагрузкам от сети 220 В. Также надо помнить, что устройства сильно перегружаются от волновых помех. Если рассматривать модификации на дипольных триггерах, то у них имеется только один переходник. Дополнительно стоит отметить, что фильтр устанавливается за преобразователем. Обкладка под него припаивается на выходе. Специалисты говорят о том, что тиристор можно использовать низкой проводимости. Однако сопротивление в цепи не должно опускаться ниже уровня 45 Ом.

    Если рассматривать устройства на проводных конденсаторах, то для моделей подбираются конденсаторы на 3,3 пФ. Устанавливаются они только с канальными фильтрами, а проводимость у блоков данного типа равняется примерно 50 Ом. Для того чтобы самостоятельно собрать устройства, используются контактные выпрямители на диодах. Коэффициент проводимости у них в среднем составляет 5,5 мк.

    Техническая информация : → Из сгоревшей энергосберегающей лампы изготовить блок питания

    В этой публикации размещен материал для ремонта или изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.

    Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить за короткое. На изготовление 100-ваттного блока питания может понадобится до нескольких часов.

    Построить блок питания будет несложно, умеющим паять. И несомненно, это сделать несложно, чем найти низкочастотный подходящий для изготовления трансформатор нужной мощности и перемотать его вторичные обмотки под нужное напряжение.

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

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

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

    В последнее же время, радиолюбители порой испытывают трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самодельных конструкций. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования необходимый по диаметру медные провода, да и массо - габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не особо радует. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит определенную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

    Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

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

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

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

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

    Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

    Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, при его использовании.

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

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

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

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

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

    Импульсный трансформатор для блока питания.

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

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


    Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.
    Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

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

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

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

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

    На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

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


    А это действующий стоваттный импульсный блок питания.
    Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.

    Мощность, выделяемая на нагрузке - 100 Ватт.
    Частота автоколебаний при максимальной нагрузке - 90 кГц.
    Частота автоколебаний без нагрузки - 28,5 кГц.
    Температура транзисторов - 75ºC.
    Площадь радиаторов каждого транзистора - 27см².
    Температура дросселя TV1 - 45ºC.
    TV2 - 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

    Выпрямитель.

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

    Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

    1. Мостовая схема.
    2. Схема с нулевой точкой.

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

    Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.
    Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

    Пример.
    Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.
    100 / 5 * 0,4 = 8 (Ватт)
    Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.
    100 / 5 * 0,8 * 2 = 32 (Ватт).
    Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.


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

    Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

    Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.
    При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

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

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

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

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

    Будьте осторожны, берегитесь ожога!

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

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

    Как наладить импульсный блок питания?

    Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.
    Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.
    Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.
    Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.
    Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.
    Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.

    Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

    R0 - ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.
    VD1… VD4 - мостовой выпрямитель.
    L0, C0 - фильтр питания.
    R1, C1, VD2, VD8 - цепь запуска преобразователя.
    Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.
    R2, C11, C8 - облегчают запуск преобразователя.
    R7, R8 - улучшают запирание транзисторов.
    R5, R6 - ограничивают ток баз транзисторов.
    R3, R4 - предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.
    VD7, VD6 - защищают транзисторы от обратного напряжения.
    TV1 - трансформатор обратной связи.
    L5 - балластный дроссель.
    C4, C6 - разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.
    TV2 - импульсный трансформатор.
    VD14, VD15 - импульсные диоды.
    C9, C10 - конденсаторы фильтра.

    Импульсно-регулируемые источники питания | Конструкция машины


    Наиболее распространенным типом источников питания сегодня является импульсный источник питания. Эти блоки используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулирования выхода. Сегодня в источниках питания используется несколько различных конфигураций схем ШИМ. Во всех случаях логический сигнал ШИМ управляет импульсным силовым транзистором, а силовой транзистор управляет нагрузкой.

    Коммутационный транзистор быстро включается и выключается, создавая прерывистое постоянное напряжение. Прерванное постоянное напряжение подается на трансформатор, который преобразует пульсирующий постоянный ток в высокочастотный переменный ток.Затем этот переменный ток подается на второй мостовой выпрямитель, который производит конечный выходной сигнал постоянного тока. Чувствительная цепь непрерывно контролирует выходное напряжение, регулируя рабочий цикл переключения для поддержания постоянного выходного напряжения.

    Импульсные источники питания более эффективны, чем блоки с последовательным регулированием, поскольку в переключающем транзисторе рассеивается небольшая мощность. Импульсные источники питания физически меньше, чем типы с последовательным регулированием, поскольку компоненты, работающие на частоте переключения (обычно 20 кГц), намного меньше, чем компоненты, используемые в некоммутируемых источниках питания, работающих на частоте от 50 до 60 Гц.Эти блоки питания хорошо подходят там, где требуются компактность, эффективность и умеренно точное регулирование. Но источники питания импульсного типа излучают электрические и иногда слышимые помехи. Таким образом, они не подходят для питания цепей, чувствительных к электрическому шуму, если эти цепи не отфильтрованы и экранированы. Наконец, импульсные источники питания, как правило, дороже других источников питания.

    Частоты коммутации постоянно растут. Преимущества более высоких частот включают уменьшенный размер компонентов, меньшее напряжение пульсаций, более высокую мощность на единицу объема и тихую работу.В то время как 20–30 кГц кажутся сегодня наиболее широко используемой частотой, также используются от 100 до 500 кГц. А некоторые интегральные схемы типа ШИМ способны обрабатывать частоты переключения до 1 МГц и более.

    Схема, которая генерирует управляющий сигнал ШИМ, теперь доступна на многих стандартных ИС. Эти чипы обладают множеством функций. Многие функции защищают микросхему и источник питания от скачков пускового тока, перенапряжения и коротких замыканий. Другие позволяют разработчику источника питания создать большую гибкость, например, в удаленном включении / выключении, удаленном обнаружении ошибок и пропорциональном распределении тока нагрузки.Специализированные ИС и микропроцессоры в настоящее время встраиваются в более сложные источники питания, особенно те, которые взаимодействуют с главными компьютерами через стандартные шины.

    Производители поставок говорят, что опции быстро становятся стандартными функциями, поскольку пользователям требуются более качественные продукты. По мере того, как системы становятся более сложными, стандартные функции становятся предметом первой необходимости. Защита от перенапряжения, регулируемое напряжение и активный плавный пуск - одни из наиболее распространенных возможностей современных источников питания, которые когда-то были опциями.Дополнительные варианты, которые являются кандидатами на стандартизацию, включают специализированные фильтры электромагнитных помех, индикаторы сбоя питания и допустимой мощности, а также схемы баланса тока для пропорционального распределения нагрузки.

    Переключение обычно осуществляется одним из трех способов. Первый - это конфигурация схемы обратного хода. Он подходит для мощности до 100 Вт и является наиболее экономичным из трех типов, поскольку содержит наименьшее количество деталей. Второй называется прямым преобразователем. Наиболее экономичен диапазон от 80 до 200 Вт.Третий - более сложный тип, который может быть двухтактной схемой с центральным отводом или двухтактной полумостовой схемой. Эти два широко используются в диапазоне от 150 до 600 Вт.

    Автономный коммутатор выпрямляет входящее сетевое напряжение переменного тока и считается преобразователем постоянного тока в постоянный. Выпрямленное и отфильтрованное 115 В переменного тока дает около 145 В постоянного тока; поэтому некоторые конструкции преобразователей работают как от входного напряжения 145 В постоянного тока, так и от 115 В переменного тока. Входные выпрямители становятся управляющими диодами, которые позволяют входному проводу быть положительным или отрицательным.А также автономные модели с выбираемым входным напряжением 115/230 В переменного тока до 290 В постоянного тока на входе.

    Коммутаторам, которые работают непосредственно от сети, требуется цепь ограничения входного тока. Поскольку нет импеданса трансформатора, который помог бы ограничить ток, заряжающий конденсаторы фильтра, пиковые токи могут быть достаточно высокими, чтобы разрушить выпрямители.

    В своей базовой конфигурации переключатель обратного хода содержит один трансформатор, одну схему широтно-импульсного модулятора, один силовой транзистор и один выходной диод.Трансформатор понижает напряжение, обеспечивает изоляцию линии и действует как индуктор. Когда силовой транзистор включается, ток в первичной обмотке накапливает энергию в сердечнике трансформатора. Полярность такая, что диоды не проводят. Когда транзистор выключается, полярность напряжения меняется на противоположную, пропуская ток через выходной диод к выходному конденсатору и нагрузке. Количество энергии, хранящейся в сердечнике, зависит от времени включения ШИМ и транзистора.

    По мере увеличения мощности более 100 Вт размер обратноходового трансформатора быстро увеличивается из-за повышенных требований к току.Кроме того, для пилообразного сигнала, создаваемого схемой обратного хода, требуется вдвое больший пиковый ток для данного уровня мощности по сравнению с прямым преобразователем. Более 100 Вт максимально допустимый пиковый ток для обратного транзистора возникает быстро.

    Прямой преобразователь использует на выходе дополнительный диод маховика и дроссель фильтра по сравнению со схемой обратного хода. Кроме того, трансформатор повышает или понижает напряжение и обеспечивает изоляцию линии.

    Во время включения транзистора ток течет через выходную катушку индуктивности к конденсатору фильтра, поэтому в катушке индуктивности накапливается энергия.Когда транзистор выключается, накопленная энергия продолжает течь через диод маховика, вызывая меньшее напряжение пульсаций на выходе, чем конструкция с обратным ходом. Пиковый ток составляет лишь половину от обратного тока, но прямой преобразователь имеет два магнитных компонента, которые увеличивают размер и стоимость.

    По мере дальнейшего увеличения потребности в мощности широко используются двухтактные схемы мощностью до 600 Вт. Доступны две версии. Один представляет собой двухтактную схему с центральным отводом, а другой - полумост. Схема с центральным отводом выглядит как два прямых преобразователя с чередующимися периодами включения.Оба преобразователя используют один выходной дроссель. В зависимости от длительности импульса индуктор подает ток на конденсатор, когда оба переключателя разомкнуты. Обе двухтактные схемы производят самые низкие пульсации напряжения среди всех переключателей.

    Хотя импульсные источники питания имеют много преимуществ по сравнению с линейными типами, они также имеют ряд недостатков. Среди них - шум при переключении, который требует особого внимания при проектировании схем и компоновке печатной платы для фильтрации. Хорошо спроектированный линейный источник питания имеет уровень выходного шума менее 1 мВпик по сравнению с 10 мВпик для того же переключателя мощности.И кондуктивный, и излучаемый шум, а также гармоники частоты коммутации распространяются на радиочастотный спектр. Разработчики должны поддерживать эти уровни шума в пределах спецификаций, которые устанавливаются и контролируются регулирующими органами по всему миру.

    Еще один недостаток - ограниченная реакция на изменение динамической нагрузки. В отличие от линейных источников с очень низким выходным сопротивлением, коррекция напряжения нагрузки в коммутаторе происходит только после полного цикла генератора. Кроме того, постоянная времени контура управления устанавливается для интегрирования изменения выходного напряжения в течение нескольких циклов для предотвращения непрерывного звонка.

    Как правило, линейное регулирование мощности и нагрузки примерно в десять раз лучше, чем переключатели для тех же номиналов напряжения и тока. Но это качество достигается за счет рассеивания мощности. Например, коэффициент полезного действия коммутатора 2: 1 по сравнению с линейным может составлять до 6: 1 преимущество в рассеиваемой мощности на уровне 800 Вт.

    Трансформатор

    - форма волны напряжения полумоста не соответствует ШИМ

    Я делаю зарядное устройство на 12 В, питающееся от 220 В переменного тока.Топология - полумост с конденсаторным делителем напряжения, как показано в таблице данных SG3525.

    Во время первоначального тестирования платы vero напряжение в средней точке полумоста остается высоким после импульса полевого МОП-транзистора высокого уровня и низким после импульса полевого МОП-транзистора низкого уровня. Это делает его прямоугольным на 50% независимо от рабочего цикла SG3525A. Аналогичная прямоугольная волна появляется на вторичных элементах.

    Я хочу контролировать выходное напряжение и ток, поэтому рабочий цикл должен быть у меня в руке (SG3525A).

    Кто-нибудь может понять, в чем проблема?

    Драйвер ворот работал настолько отлично, что я сам был поражен. Только у него было довольно много перерегулирования по краям и много звона. Обе эти проблемы исчезли, когда я подключил резистор 3,3 кОм между затвором и истоком и 33 Ом последовательно с затвором.

    Технические характеристики, с которыми я работаю, следующие.

    • Vin: 220 В переменного тока, 50 Гц
    • Vout: 12-14 В
    • Iout: 0-4 A
    • Топология: полумост с прямым преобразователем
    • ШИМ-контроллер: SG3525A
    • Частота: 55 кГц
    • Переключатели: IRF840
    • Сердечник: # 40 EE Феррит
    • Первичный: 60 витков провода SWG25
    • Вторичный: 10 + 10 витков с отводом по центру из 6 проводов SWG25
    • Aux: 10 витков провода SWG25
    • Конденсаторы делителя напряжения: по 220 мкФ, по 470 кОм параллельно каждому

    При тестировании схемы с резистивной нагрузкой на Aux, 24 В постоянного тока на входе и скважностью около 40% на SG3525A я получил следующие формы сигналов.Aux имеет только двухполупериодный выпрямитель и конденсатор фильтра 100 мкФ.

    Редактировать: Я поместил резистор последовательно с первичной обмоткой T2, так что теперь у меня есть формы волны тока для первичной обмотки. Осциллограммы напряжения и тока для первичной и вторичной обмоток T2, при совместном анализе, могут дать лучшее представление о том, что происходит в трансформаторе.

    Далее желтый цвет - напряжение затвор-исток нижнего полевого МОП-транзистора, синий - напряжение в средней точке полумоста (датчик при 10х).Aux загружен 100 мА.

    Далее желтый цвет - напряжение затвор-исток нижнего полевого МОП-транзистора, синий - напряжение в средней точке конденсатора (датчик при 10х). Aux загружен 100 мА.

    Далее желтый - напряжение затвор-исток нижнего полевого МОП-транзистора, синий - напряжение в средней точке полумоста (датчик при 10x). Никакая нагрузка не подключена.

    На следующей диаграмме показаны первичный ток и напряжение при различных рабочих циклах при умеренной нагрузке.Датчик напряжения настроен на 10x.

    На следующей диаграмме показано первичное и вторичное напряжение в различных рабочих циклах при умеренной нагрузке. К вторичной обмотке подключена резистивная нагрузка, так что сила тока равна напряжению. Датчик вторичного напряжения имеет настройку 10x.

    Что такое импульсный выпрямитель и какие бывают виды?

    Преобразователи частоты состоят из трех основных частей: выпрямителя, преобразующего подаваемое переменное напряжение в постоянное; шина постоянного тока, в которой хранится напряжение постоянного тока; и инвертор, который преобразует мощность постоянного тока обратно в переменный ток с напряжением и частотой, требуемыми двигателем.

    В наиболее распространенных и простейших конструкциях выпрямителей используются диоды, причем для каждой фазы питания требуется два диода, один из которых пропускает ток при отрицательном напряжении, а другой - при положительном. Следовательно, в трехфазной системе для создания выпрямителя требуется шесть диодов. Эту конструкцию обычно называют 6-пульсным выпрямителем, потому что она потребляет ток от источника переменного тока за шесть импульсов. А поскольку ток, потребляемый от источника питания, не имеет гладкой синусоидальной формы, частотно-регулируемый привод считается нелинейной нагрузкой.

    Это нелинейное потребление тока может искажать подаваемую мощность переменного тока, вызывая проблемы для двигателей и другого электронного оборудования. Величина искажения зависит от мощности цепи питания. Если выпрямитель представляет собой большой процент доступной мощности источника питания, то искажения могут быть значительными.

    Искажения можно смоделировать как дополнительные формы волны напряжения, кратные основному напряжению (то есть 60 Гц). Эти дополнительные сигналы начинаются с кратного 5, но (для трехфазных систем) пропускаются все кратные 3.Это известно как гармонические искажения, и для типичных систем с частотой 60 Гц наиболее распространены гармоники 5 , 7 , 11 и 13 .

    Измерение гармонических искажений называется полным гармоническим искажением (THD):

    Где:

    I h = величина гармонической составляющей напряжения или гармонической составляющей тока

    I 1 = величина основного напряжения или основного тока

    Для 6-пульсного выпрямителя, описанного выше, 5 -й и 7 -й гармоники являются значительными, и часто требуется фильтрация.Один из способов уменьшить THD в приводе переменного тока - использовать 12-, 18- или даже 24-импульсный выпрямитель.


    Гармонический ток в двигателе увеличивает гистерезисные потери и потери на вихревые токи. Эти потери повышают рабочую температуру двигателя, что может снизить производительность и сократить срок службы двигателя.


    В 12-пульсном выпрямителе используются два 6-пульсных выпрямителя, включенных параллельно (12 диодов) для питания общей шины постоянного тока. Трансформатор с одной первичной и двумя вторичными обмотками создает сдвиг фазы на 30 градусов между двумя формами волны тока, что устраняет 5 и 7 гармоники и снижает THD тока до 10-15 процентов.Недостатками 12-пульсного выпрямителя являются стоимость (из-за необходимого специального трансформатора) и занимаемая площадь.

    Схема 12-импульсного выпрямителя, который состоит из двух 6-пульсных выпрямителей, а также первичного трансформатора и двух вторичных обмоток.
    Изображение предоставлено: Emerson Industrial Automation

    Точно так же 18-пульсный выпрямитель использует три 6-пульсных выпрямителя (18 диодов) и многофазный трансформатор с одной первичной обмоткой и тремя вторичными обмотками. Несколько обмоток работают для смещения формы волны напряжения на 20 градусов.Это подавляет 5 , 7 , 11 и 13 гармоник и обеспечивает ток THD в диапазоне 5 процентов. Но по мере усложнения трансформатора и добавления дополнительных выпрямителей стоимость и занимаемая площадь увеличиваются.

    Сравнение уровней гармонических искажений с 6-, 12- и 24-импульсными выпрямителями.
    Image credi: ABB

    Для устранения практически всех гармоник требуется 24-импульсный выпрямитель, который состоит из двух 12-импульсных выпрямителей, включенных параллельно, и двух трехобмоточных трансформаторов.Трансформаторы обеспечивают смещение формы волны напряжения на 15 градусов, что подавляет большинство низкочастотных гармоник. Однако высокая стоимость 24-импульсного выпрямителя делает его практичным только для очень мощных приводов или для больших систем с несколькими приводами.

    Сравнение импульсного входа и входа постоянного тока преобразователей постоянного тока в постоянный - FSP GROUP

    Переключение блоки питания персональных компьютеров обычно имеют несколько выходных напряжений конструкция, в которой основной выход имеет максимальный ток 12 В и является акцент в конструкции блока питания.Во-вторых, 3.3В и 5В имеют меньшую мощность токи. Как правило, преобразователи постоянного тока в постоянный используются для повышения стабильности выходное напряжение источника питания, уменьшающееся с 12В до 3,3В и мощность 5В Поставка для использования компьютера. DC в DC обычно делится на два типа в зависимости от к источнику входного сигнала: 1. Импульсный вход постоянного тока в преобразователи постоянного тока, которые могут модулировать постоянный ток. Ширина цикла импульсного входа для достижения цели преобразования постоянного тока. Тем не менее метод управления относительно сложен, и ограничение приложения состоит в том, что он в основном используется в схемах прямой топологии; 2.Вход постоянного тока DC в DC преобразователи, которые могут достичь цели преобразования постоянного тока, регулируя ширина импульса через ШИМ. Этот метод контроля относительно прост и широко используется. применяется в различных схемных конструкциях.

    Переключение блоки питания персональных компьютеров обычно имеют несколько выходных напряжений конструкция, в которой основной выход имеет максимальный ток 12 В и является акцент в конструкции блока питания. Во-вторых, 3.3В и 5В имеют меньшую мощность токи. Как правило, преобразователи постоянного тока в постоянный используются для повышения стабильности выходное напряжение блока питания, уменьшающееся с 12В до 3.Питание 3 В и 5 В Поставка для использования компьютера. DC в DC обычно делится на два типа в зависимости от к источнику входного сигнала: 1. Импульсный вход постоянного тока в преобразователи постоянного тока, которые могут модулировать постоянный ток. Ширина цикла импульсного входа для достижения цели преобразования постоянного тока. Тем не менее метод управления относительно сложен, и ограничение приложения состоит в том, что он в основном используется в схемах прямой топологии; 2. Вход постоянного тока DC в DC преобразователи, которые могут достичь цели преобразования постоянного тока, регулируя ширина импульса через ШИМ.Этот метод контроля относительно прост и широко используется. применяется в различных схемных конструкциях.

    Рисунок 1 и 2 показан метод преобразования постоянного тока в постоянный импульсный вход, используемый в Active-Clamp. Схема на Рисунке 1 часто используется в технических требованиях точность выходного напряжения менее 5%. Связаны обратные связи 12В и 5В вместе и использовать общий индуктор накопления энергии, что позволяет использовать 3,3 В преобразователь постоянного тока в постоянный импульсный вход для достижения высокоточного управления.Один FSP6601 может использоваться ИС управления. Структура схемотехники на рисунке 2 используется в высокопроизводительных продукты с более строгими требованиями к точности контроля выходного напряжения. В источник импульсов вставлен в середину трансформатора 12 В для обеспечения 5 В и Импульсный вход 3,3 В для преобразования постоянного тока в постоянный. Два элемента управления FSP6601 с конструкцией IC имеют независимую обратную связь для достижения высокой точности напряжения требования. Группа FSP занимается исследования и разработки специальной ИС для FSP6601, чтобы соответствовать контролю требования техники, чтобы реализовать свои приложения.Поскольку 5 В и 3,3 В токи не проходят через дроссель и конденсатор 12 В, анализ показывает, что преимущества использования преобразователей постоянного тока в постоянный с импульсным входом обеспечивают высокую эффективность без ущерба для Характеристики пульсации 12 В. Кроме того, техника контроля предполагает необходимость для работы выхода 12 В в режиме постоянного тока, а конструкция должна иметь функция ограничения обратного тока и возможность обеспечить стабильный источник импульсов при 12 В без нагрузки (Vin). Кроме того, 5 В и 3,3 В импульсная модуляция или управление перегрузкой осуществляется с помощью «переднего фронта», потому что метод управления не является функцией обычного преобразования постоянного тока в постоянный контроллер.Вышеупомянутый метод управления доказывает, что использование импульсного ввода Преобразователи постоянного тока в постоянный не вызовут проблем со стабильностью напряжения в случае смещение нагрузки.

    Импульсные блоки питания персональных компьютеров обычно имеют конструкцию с несколькими выходными напряжениями, в которой основной выход имеет максимальный ток 12 В и является основным элементом конструкции блока питания. Во-вторых, 3,3 и 5 В имеют меньшие выходные токи. Как правило, преобразователи постоянного тока в постоянный используются для повышения стабильности выходного напряжения источника питания, снижаясь с 12 В до 3.Блоки питания 3 В и 5 В для использования на компьютере. DC в DC обычно делится на два типа в зависимости от источника входного сигнала: 1. Преобразователи постоянного тока в постоянный импульсный вход, которые могут модулировать длительность цикла входного импульса постоянного тока для достижения цели преобразования постоянного тока. Однако этот метод управления относительно сложен, а ограничение приложения состоит в том, что он в основном используется в схемах прямой топологии; 2. Вход постоянного тока Преобразователи постоянного тока в постоянный, которые могут достигать цели преобразования постоянного тока, регулируя ширину импульса с помощью ШИМ.Этот метод управления относительно прост и широко применяется в различных схемах.

    На рисунках 1 и 2 показан метод преобразования постоянного тока в постоянный импульсный вход, используемый в Active-Clamp. Схема, показанная на рисунке 1, часто используется в технических требованиях к точности выходного напряжения менее 5%. Обратные связи 12 В и 5 В связаны вместе и используют общий индуктор накопления энергии, что позволяет использовать преобразователь постоянного тока в постоянный импульсный вход 3,3 В для достижения высокоточного управления.Можно использовать одну управляющую ИС FSP6601. Схема проектирования схем на рисунке 2 используется в продуктах высокого класса с более строгими требованиями к точности управления выходным напряжением. Источник импульсов вставлен в середину трансформатора 12 В для обеспечения преобразования постоянного тока в постоянный импульс 5 В и 3,3 В. Два контроллера FSP6601 с конструкцией IC имеют независимую обратную связь для достижения требований к высокой точности напряжения. FSP Group участвовала в исследованиях и разработках специальной ИС для FSP6601, чтобы удовлетворить требованиям техники управления и реализовать свои приложения.Поскольку токи 5 В и 3,3 В не проходят через катушку индуктивности и конденсатор 12 В, анализ показывает, что преимущества использования преобразователей постоянного тока в постоянный с импульсным входом заключаются в высокой эффективности, не влияющей на характеристики пульсации 12 В. Кроме того, метод управления включает в себя необходимость работы выхода 12 В в режиме постоянного тока, а конструкция должна иметь функцию ограничения обратного тока и обеспечивать стабильный источник импульсов при 12 В без нагрузки (Vin). Кроме того, импульсная модуляция 5 В и 3,3 В или управление перегрузкой осуществляется с помощью «переднего фронта», потому что метод управления не является функцией обычного контроллера преобразования постоянного тока в постоянный.Вышеупомянутый метод управления доказывает, что использование преобразователей постоянного тока в постоянный с импульсным входом не вызовет проблем со стабильностью напряжения в случае смещения нагрузки.

    Рисунок 1: 12 В и 5 В, 3,3 В постоянного / постоянного тока Рисунок 2: 12 В, 5 В и 3,3 В постоянного / постоянного тока

    Рабочие формы сигналов на рисунках 1 и 2 могут улучшить понимание основного принципа преобразователей постоянного / постоянного тока с импульсным входом.

    Другой Тип известен как преобразователь постоянного тока постоянного тока в постоянный. Может использоваться в ООО схема, преобразование 12В в 5В и 3.Выход 3 В (как показано на рисунке 3). Обычно к выходу 12 В добавляется преобразователь постоянного тока 5 В и 3,3 В, а к выходу 12 В напрямую подает ток на преобразователь постоянного тока в постоянный. Принимая во внимание влияние импульсного тока преобразователя постоянного тока в постоянный на характеристики пульсации 12В, набор фильтра нижних частот, состоящего из катушки индуктивности и твердотельного конденсатора, обычно добавлен для улучшения ударов, вызванных рябью. Однако фильтр нижних частот приведет к дополнительным потерям и повлияет на общую эффективность.

    Таким образом, можно увидеть, что преобразователь постоянного тока в постоянный ток с импульсным входом, используемый активными клещами, вовсе не так прост, как конструкция магнитного усилителя, а также нет явлений частичной или нулевой нагрузки.Его преимущество состоит в том, что он может повысить эффективность без использования сложного входного преобразователя постоянного тока на конце 12 В, что технически делает его более совершенной схемной стратегией.

    FSP Группа имеет полный модельный ряд источников питания, а также Active-Clamp и LLC. схемы широко применяются в пределах нашей продукции. Соображения конструкции выходного конденсатора представлены в объективных комментариях.

    Нравится:

    Нравится Загрузка ...

    Связанные

    Принципиальная схема, преимущества и недостатки

    Инвертор - это силовой электронный преобразователь, который преобразует постоянную мощность в переменную.Используя это инверторное устройство, мы можем преобразовать постоянный постоянный ток в переменную мощность переменного тока, то есть переменную частоту и напряжение. Во-вторых, с помощью этого инвертора мы можем изменять частоту, то есть мы сможем генерировать частоты 40 Гц, 50 Гц, 60 Гц по нашему требованию. Если вход постоянного тока является источником напряжения, то инвертор известен как VSI (инвертор источника напряжения). Для инверторов требуется четыре коммутационных устройства, а для полумостового инвертора - два коммутационных устройства. Мостовые инверторы бывают двух типов: полумостовые инверторы и полумостовые инверторы.В этой статье рассматривается полумостовой инвертор.

    Что такое полумостовой инвертор?

    Инвертор - это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное, и оно состоит из четырех переключателей, тогда как полумостовой инвертор требует двух диодов и двух переключателей, которые соединены встречно параллельно. Два переключателя являются дополнительными переключателями, что означает, что когда первый переключатель включен, второй переключатель будет в положении ВЫКЛ. Аналогично, когда второй переключатель включен, первый переключатель будет в положении ВЫКЛ.


    Однофазный полумостовой инвертор с резистивной нагрузкой

    Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с резистивной нагрузкой показана на рисунке ниже.

    Полумостовой инвертор

    Где RL - резистивная нагрузка, V s /2 - источник напряжения, S 1 и S 2 - два переключателя, i 0 - ток. Где каждый переключатель подключен к диодам D 1 и D 2 параллельно. На приведенном выше рисунке переключатели S 1 и S 2 являются самокоммутирующимися переключателями. Переключатель S 1 будет проводить, когда напряжение положительное, а ток отрицательное, переключатель S 2 будет проводить, когда напряжение отрицательное, а ток отрицательный.Диод D 1 будет проводить, когда напряжение будет положительным, а ток - отрицательным, диод D 2 будет проводить, когда напряжение будет отрицательным, а ток - положительным.

    Случай 1 (когда переключатель S 1 включен, а S 2 выключен): Когда переключатель S 1 включен с периода времени от 0 до T / 2, диод D 1 и D 2 находятся в состоянии обратного смещения, а переключатель S 2 выключен.

    Применение KVL (Закон Кирхгофа)

    В с /2-В 0 = 0

    Где выходное напряжение В 0 = В с /2

    Где выходной ток i 0 = V 0 / R = V s / 2R

    В случае тока питания или тока переключения, ток i S1 = i0 = Vs / 2R, i S2 = 0 и ток диода i D1 = я D2 = 0.

    Случай 2 (когда переключатель S 2 включен, а S 1 выключен) : Когда переключатель S 2 включен с периода времени T / 2 до T, диод D 1 и D 2 находятся в состоянии обратного смещения, а переключатель S 1 выключен.

    Применение KVL (Закон Кирхгофа)

    В с /2 + V 0 = 0

    Где выходное напряжение В 0 = -В с /2

    Где выходной ток i 0 = V 0 / R = -V s / 2R

    В случае тока питания или тока переключения, ток i S1 = 0, i S2 = i 0 = -V s / 2R и ток диода i D1 = i D2 = 0.

    Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора показана на рисунке ниже. Форма волны выходного напряжения полумостового инвертора

    Среднее значение выходного напряжения составляет

    Таким образом, форма волны выходного напряжения от преобразования времени «T» в ось «ωt» показана на рисунке ниже.

    Ось времени преобразования формы кривой выходного напряжения

    Когда умножить на ноль, будет ноль; Если умножить на T / 2, получится T / 2 = π; Если умножить на T, получится T = 2π; Если умножить на 3T / 2, получится T / 2 = 3π и так далее.Таким образом, мы можем преобразовать эту временную ось в ось «ωt».

    Среднее значение выходного напряжения и выходного тока составляет

    В 0 (средн.) = 0

    I 0 (средн.) = 0

    Среднеквадратичное значение выходного напряжения и выходной ток составляет

    В 0 (RMS) = V S /2

    I 0 (RMS) = V 0 (RMS) / R = V S / 2R

    Выходное напряжение, которое мы получаем в инверторе, не является чисто синусоидальным i.е прямоугольная волна. Выходное напряжение с основной составляющей показано на рисунке ниже.

    Форма выходного напряжения с фундаментальной составляющей

    Использование ряда Фурье

    Где C n , a n и b n равны

    b n = V S / nᴨ (1-cosnᴨ)

    b n = 0 при замене четных чисел (n = 2,4,6… ..) и b n = 2Vs / nπ при замене нечетных чисел (n = 1,3,5 ……). Подставляем b n = 2Vs / nπ и a n = 0 в C n получим C n = 2Vs / nπ.

    ϕ n = tan -1 (a n / b n ) = 0

    V 01 ( ωt) = 2 V / ᴨ * (Sin ωt )

    Заменитель V 0 (средн.) = 0 in даст

    Уравнение (1) также можно записать как

    V 0 ( ωt) = 2 V S / ᴨ * (Sin ωt ) + 2 V S / 3ᴨ * (Sin3 ωt ) V S / 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …….. + ∞

    V 0 ( ωt) = V 01 ( ωt) + V 03 ( + V 05 ( ωt)

    Вышеприведенное выражение представляет собой выходное напряжение, которое состоит из основного напряжения и нечетных гармоник. Есть два метода удаления этих гармонических составляющих: использование схемы фильтра и использование метода широтно-импульсной модуляции.

    Напряжение основной гармоники можно записать как

    В 01 ( ωt) = 2 В S / ᴨ * (Sin ωt )

    Максимальное значение напряжения основной гармоники

    В 01 (макс.) = 2 В S / ᴨ

    Среднеквадратичное значение основного напряжения составляет

    В 01 (RMS) = 2 В S / √2ᴨ = √2V S / ᴨ

    Основная составляющая выходного тока RMS составляет

    I 01 (RMS) = V 01 (RMS) / R

    Нам нужно получить коэффициент искажения, коэффициент искажения обозначается g.

    g = В 01 (RMS) / V 0 (RMS) = действующее значение основного напряжения / общее среднеквадратичное значение выходного напряжения

    Путем замены V 01 (RMS) и V 0 (RMS) значения в g получим

    g = 2√2 / ᴨ

    Общее гармоническое искажение выражается как

    В выходном напряжении общее гармоническое искажение THD = 48,43%, но как согласно IEEE, общее гармоническое искажение должно составлять 5%.

    Основная выходная мощность однофазного мостового инвертора составляет

    P 01 = (V 01 (среднеквадратичное) ) 2 / R = I 2 01 (действующее значение) R

    Используя приведенную выше формулу, мы можем рассчитать основную выходную мощность.

    Таким образом, мы можем рассчитать различные параметры однофазного полумостового инвертора.

    Однофазный полумостовой инвертор с нагрузкой R-L

    Принципиальная схема нагрузки R-L показана на рисунке ниже.

    Однофазный полумостовой инвертор с R-L нагрузкой

    Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с R-L нагрузкой состоит из двух переключателей, двух диодов и источника напряжения. Нагрузка R-L подключается между точкой A и точкой O, точка A всегда считается положительной, а точка O - отрицательной. Если ток течет из точки A в O, тогда ток будет считаться положительным, аналогично, если ток течет из точки в A, тогда ток будет считаться отрицательным.

    В случае нагрузки R-L выходной ток будет экспоненциальной функцией времени и отстает от выходного напряжения на угол.

    ϕ = tan -1 ( ω L / R)

    Работа однофазного полумостового инвертора с R-нагрузкой

    Рабочий режим основан на следующих временных интервалах

    (i) Интервал I (0 В этот период оба переключателя выключены, а диод D2 находится в состоянии обратного смещения.В этом интервале индуктор высвобождает свою энергию через диод D1, и выходной ток экспоненциально уменьшается от своего отрицательного максимального значения (-Imax) до нуля.

    Применяя КВЛ к этому временному интервалу получим

    Выходное напряжение V 0 > 0; Выходной ток течет в обратном направлении, поэтому i 0 <0; ток переключения i S1 = 0 и ток диода i D1 = -i0

    (ii) Интервал II (t1 В это время переключатель S 1 и S 2 замкнуты, S2 выключен, и оба диода находятся в состоянии обратного смещения.В этом интервале индуктор начинает накапливать энергию, и выходной ток увеличивается от нуля до своего положительного максимального значения (Imax).

    Применяя КВЛ получим

    Выходное напряжение V 0 > 0; Выходной ток течет в прямом направлении, поэтому i 0 > 0; ток переключения i S1 = i 0 и ток диода i D1 = 0

    (iii) Интервал III (T / 2 В это время оба переключателя S 1 и S 2 выключены, и диод D 1 находится в обратном смещении, а D 2 находится в прямом смещении, находятся в состоянии обратного смещения.В этом интервале индуктор отдает свою энергию через диод D 2 . Выходной ток экспоненциально уменьшается от положительного максимального значения (I max ) до нуля.

    Применяя КВЛ получим

    Выходное напряжение V 0 <0; Выходной ток течет в прямом направлении, поэтому i 0 > 0; ток переключения i S1 = 0 и ток диода i D1 = 0

    (iv) Интервал IV (t2 В это время переключатель S 1 выключен и S 2 замкнуты, а диоды D 1 и D 2 имеют обратное смещение.В этом интервале индуктор заряжен до отрицательного максимального значения (-I max ) до нуля.

    Применяя КВЛ получим

    Выходное напряжение V 0 <0; Выходной ток течет в обратном / обратном направлении, поэтому i 0 <0; коммутируемый ток i S1 = 0 и ток диода i D1 = 0

    Режимы работы полумостового инвертора

    Обобщение временных интервалов показано в таблице ниже

    9077 <0
    S.НЕТ Интервал времени Устройство проводит Выходное напряжение (В 0 ) Выход Переключаемый ток (i S1 ) Переключающий диод (i D1 )
    1 0 1 907 907 907 D 0 > 0 I 0 <0 0 - I 0
    2 t 1 S 1 0 > 0 I 0 > 0 I 0 0
    3 T / 2 2 D 2 0 9077 0777 D 2 I 0 > 0 0 0
    4 t 2 S 2 V 0 <0 I 0 0 0 0

    Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой RL показана на рисунке ниже.

    Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой R-L

    Полумостовой инвертор против полумостового инвертора

    Разница между полумостовым инвертором и полумостовым инвертором показана в таблице ниже.

    907 907 полумостовой инвертор полный 80 -мостовой инвертор также имеет высокую эффективность
    S.NO

    Полумостовой инвертор

    Полномостовой инвертор

    1

    2

    В полумостовом инверторе формы выходного напряжения квадратные, квазиквадратные или ШИМ В полумостовых инверторах формы выходных сигналов квадратные, квазиквадратные или ШИМ

    3

    Пиковое напряжение в полумостовом инверторе составляет половину напряжения питания постоянного тока Пиковое напряжение в полномостовом инверторе такое же, как и напряжение питания постоянного тока

    4

    Полумостовой инвертор содержит два переключателя Полномостовой инвертор содержит четыре переключателя

    5

    Выходное напряжение E0 = EDC / 2 Выходное напряжение E0 = EDC

    6

    Основное выходное напряжение E1 = 0.45 EDC Основное выходное напряжение составляет E1 = 0,9 EDC

    7

    Этот тип инвертора генерирует биполярное напряжение Этот тип инвертора генерирует монополярное напряжение
    Преимущества

    Преимущества однофазный полумостовой инвертор

    • Схема простая
    • Стоимость низкая

    Недостатки

    Недостатки однофазного полумостового инвертора

    • TUF (коэффициент использования трансформатора) низкий
    • КПД низкий

    Таким образом, речь идет об обзоре полумостового инвертора, отличии полумостового инвертора от полумостового инвертора, преимуществах, недостатках, однофазный полумостовой инвертор с резистивной нагрузкой. обсуждали.Вот вам вопрос, каковы области применения полумостового инвертора?

    Справка для полумостового двухтактного преобразователя

    Справка для полумостового двухтактного преобразователя

    Полумостовой двухтактный преобразователь

    Как пользоваться программой

    Артикул: Формы кривых тока и напряжения рассчитываются с использованием закона Фарадея. Они не представляют собой инкрементное моделирование, как это обычно делается в программах, подобных P-Spice.В расчетах учитываются прямые напряжения диодов при В F = 0,7 В, а транзисторы интерпретируются как идеальные переключатели.
    • Значения всех полей ввода можно изменить.
    • Если поле ввода оставлено пустым, выбирается значение по умолчанию. Это значение отображается после выхода из рассматриваемого поля ввода.
    • Импульсный источник питания работает в определенном диапазоне входных сигналов, то есть между В in_min и V in_max .
      Примечание:
      • Для европейской сети 230 В +/- 10% и после выпрямителя и сглаживания (с пульсацией напряжения 10%) диапазон входного напряжения составляет В in_min = 250V и V in_max = 360В.
      • Для широкодиапазонных источников питания с импульсным режимом диапазон входного напряжения сети составляет от 100 В переменного тока -10% (Япония) до 240 В переменного тока + 6% (Великобритания). В этом случае диапазон входного постоянного тока источника питания составляет от В in_min = 110 В до В in_max = 360 В.
      • Для использования предварительного регулятора коэффициента мощности диапазон входного напряжения обычно составляет от В in_min = 360 В до В in_max = 400 В.
    • Программе требуются выходные значения V out и I out .
    • Частота переключения f - рабочая частота транзистора.
    • Если поле «Предложение» активировано для индуктора L , предлагается значение для L и соответствующая пульсация тока Δ I L .Эти значения расположены так, что Δ I L = 0,4 I out с В in_max в качестве входного напряжения.
    • Если активировано поле «Предложение» для поля ввода « N 1 / N 2 », предлагается коэффициент оборотов N 1 / N 2 . Это предложение выбрано таким образом, чтобы необходимое выходное напряжение могло быть достигнуто с использованием В in_min в качестве входного напряжения.
    • Если вы не согласны с нашими предложениями, вы можете поменять N 1 / N 2 или L , а также Δ I L . После этого поле «предложение» автоматически отключается.
    • Значение В в - это значение для расчета диаграмм тока и напряжения в правой части дисплея. В дюйм должен находиться между В дюйм_мин и В дюйм_макс .

    К началу страницы

    Приложение

    Двухтактный полумостовой преобразователь принадлежит к семейству преобразователей с первичной коммутацией, поскольку между входом и выходом имеется изоляция. Подходит для выходной мощности до 1 кВт.

    Начало страницы

    Принципы функций

    Рисунок 1: Полумостовой двухтактный преобразователь

    Для последующего анализа предполагается, что транзистор упрощен до идеального переключателя, а диод не имеет прямого падения напряжения.В самой программе диод учтет прямое падение напряжения В F = 0,7В.

    Двухтактный преобразователь приводит в действие высокочастотный трансформатор переменным напряжением, где отрицательная, а также положительная полувысота передают энергию. Конденсаторный мост генерирует в своей центральной точке напряжение 1/2 В в .
    Напряжение первичного трансформатора В 1 может составлять + ½ В в , -½ В в или ноль в зависимости от того, включен ли верхний транзистор, нижний транзистор или ни один из них.
    На вторичной стороне напряжение переменного тока выпрямляется, так что В 3 является широтно-импульсным напряжением, которое переключается между ½ · В в · ( N 2 / N 1 ) и ноль. За счет выпрямления частота следования импульсов В 3 равна 2 · f .
    Фильтр нижних частот, образованный катушкой L и выходным конденсатором C из , выдает среднее значение В, , , 3, .Для непрерывного режима ( I L никогда не обращается в ноль) это приводит к:

    Продолжительность включения этого преобразователя теоретически может увеличиться до 100%. На практике это невозможно, потому что последовательно соединенные транзисторы T 1 и T 2 должны переключаться с разницей во времени, чтобы избежать короткого замыкания входного источника питания.

    В связи с тем, что рабочий цикл т 1 / Т теоретически может увеличиваться до 100%, для коэффициента трансформации следует:

    В программе это значение умножается на коэффициент 0.95, так что предлагаемое значение для N 1 / N 2 включает небольшой запас, который гарантирует размагничивание сердечника при минимальном входном напряжении (помните: при минимальном входном напряжении рабочий цикл достигает своего максимума).

    Для размещения индуктора L действуют те же правила, что и для Понижающий преобразователь может быть использован. Также различают прерывистый и непрерывный режим , в зависимости от того, падает ли ток катушки индуктивности до нуля во время включения транзистора.

    В непрерывном режиме:

    • В непрерывном режиме выходное напряжение зависит только от рабочего цикла и входного напряжения, оно не зависит от нагрузки.
    Ток индуктора I L имеет треугольную форму и его среднее значение определяется нагрузкой. Изменение тока индуктора Δ I L зависит от L и может быть рассчитано с помощью закона Фарадея.
    В непрерывном режиме при В на выходе = В в · ( N 2 / N 1 ) · t 1 / T и выбранной частоте переключения f можно показать, что:

    • Изменение тока индуктора не зависит от нагрузки. Выходной ток I out принимается за среднее значение тока индуктора I L .
    Для небольшого тока нагрузки, а именно, если I out I L /2, ток будет падать до нуля в течение каждого периода. Это так называемый прерывистый режим . В этом случае указанные выше расчеты больше не действительны.
    В тот момент, когда ток индуктора становится равным нулю, напряжение В 3 перескакивает на значение В из . Емкость диодного перехода вторичного выпрямителя образует резонансный контур с индуктивностью, которая активируется скачком напряжения на выпрямителе.Напряжение В 3 затем колеблется и исчезает.

    Непрерывный режим

    Прерывистый режим

    Рисунок 2: Режимы работы полумостового двухтактного преобразователя

    Начало страницы

    Подсказки

    • Чем больше выбранное значение индуктора L , тем меньше пульсации тока Δ I L .Однако это приводит к физически более крупным и тяжелым индукторам.
    • Чем выше выбранное значение частоты переключения f , тем меньше размер индуктора. Однако коммутационные потери транзистора также становятся больше по мере увеличения f .
    • Наименьший возможный физический размер катушки индуктивности достигается, когда Δ I L = 2 I out при В in_max . Однако коммутационные потери на транзисторах в этом состоянии максимальны.
    • Выберите Δ I L , чтобы оно не было слишком большим. Предлагаемые нами предложения имеют достаточно малую пульсацию тока наряду с физически малым размером индуктора. При большей пульсации тока пульсация выходного напряжения В out становится явно больше, в то время как физический размер катушки индуктивности незначительно уменьшается.
    • Передаточное число витков лучше не изменять. N 1 / N 2 предложенный нами.

    К началу страницы

    Математика, используемая в программе

    В поля ввода необходимо ввести следующие параметры:

    V in_min , V in_max , V out , I out и 9771060 Используя эти параметры, программа создает предложение для N 1 / N 2 и L :

      (коэффициент 0.95 учитывается, чтобы учесть тот факт, что рабочий цикл t 1 / T = 1 не может быть полностью достигнут).

        В F = 0,7 (прямое напряжение диода)

        Δ I L = 0,4 I выход

    Для расчета форм кривых, а также для расчета «Δ I L для V in_max » необходимо различать два случая, т.е.е. непрерывный режим и прерывистый режим :

    Отсюда следует, что:

    1. Для Δ I L I out преобразователь находится в непрерывном режиме, и отсюда следует, что:

    2. Для Δ I L 901 I32 910> 2 910 out преобразователь находится в прерывистом режиме, из чего следует, что:

    Основы усилителей класса D

    Введение
    Большинство инженеров-проектировщиков аудиосистем хорошо осведомлены о преимуществах энергоэффективности усилителей класса D по сравнению с линейными аудиоусилителями классов, таких как классы A, B и AB.В линейных усилителях, таких как класс AB, значительное количество мощности теряется из-за элементов смещения и линейной работы выходных транзисторов. Поскольку транзисторы усилителя класса D используются просто как переключатели для управления током через нагрузку, минимальная мощность теряется из-за выходного каскада. Любые потери мощности, связанные с усилителем класса D, в первую очередь связаны с активным сопротивлением выходного транзистора, коммутационными потерями и накладными расходами по току покоя. Большая часть мощности, теряемой усилителем, рассеивается в виде тепла.Поскольку в усилителях класса D требования к радиатору могут быть значительно уменьшены или полностью устранены, они идеально подходят для компактных мощных приложений.

    В прошлом преимущество классических усилителей класса D на основе ШИМ в энергоэффективности затмевалась стоимостью компонентов внешнего фильтра, совместимостью с электромагнитными помехами / электромагнитной совместимостью и низкими характеристиками THD + N по сравнению с линейными усилителями. Однако в большинстве усилителей класса D нынешнего поколения используются передовые методы модуляции и обратной связи для смягчения этих проблем.

    Основы усилителей класса D
    Несмотря на то, что в современных усилителях класса D используются различные топологии модулятора, в самой базовой топологии используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) с треугольным (или пилообразным) генератором. На рис. 1 показана упрощенная блок-схема полумостового усилителя класса D на основе ШИМ. Он состоит из широтно-импульсного модулятора, двух выходных полевых МОП-транзисторов и внешнего фильтра нижних частот (L F и C F ) для восстановления усиленного аудиосигнала.Как показано на рисунке, полевые МОП-транзисторы с p-каналом и n-каналом работают как переключатели управления током, поочередно подключая выходной узел к V DD и земле. Поскольку выходные транзисторы переключают выход либо на V DD , либо на землю, результирующий выход усилителя класса D представляет собой высокочастотную прямоугольную волну. Частота переключения (f SW ) для большинства усилителей класса D обычно составляет от 250 кГц до 1,5 МГц. Выходной прямоугольный сигнал имеет широтно-импульсную модуляцию входного аудиосигнала.ШИМ достигается путем сравнения входного аудиосигнала с внутренне генерируемым треугольным (или пилообразным) генератором. Этот тип модуляции также часто называют «естественной дискретизацией», когда треугольный генератор действует как тактовая частота дискретизации. Результирующий рабочий цикл прямоугольной волны пропорционален уровню входного сигнала. Когда входной сигнал отсутствует, рабочий цикл выходного сигнала равен 50%. Рисунок 2 иллюстрирует результирующую форму выходного сигнала ШИМ из-за переменного уровня входного сигнала.


    Рис. 1. На этой упрощенной функциональной блок-схеме показан базовый полумостовой усилитель класса D.


    Рис. 2. Ширина импульса выходного сигнала изменяется пропорционально величине входного сигнала.

    Чтобы выделить усиленный аудиосигнал из этой формы волны ШИМ, выходной сигнал усилителя класса D подается на фильтр нижних частот. LC-фильтр нижних частот, показанный на рисунке 1, действует как пассивный интегратор (при условии, что частота среза фильтра по крайней мере на порядок ниже, чем частота переключения выходного каскада), выходной сигнал которого равен среднему значению прямоугольной волны. .Кроме того, фильтр нижних частот предотвращает рассеяние высокочастотной коммутационной энергии в резистивной нагрузке. Предположим, что отфильтрованные выходное напряжение (V O_AVG ) и ток (I AVG ) остаются постоянными в течение одного периода переключения. Это предположение является довольно точным, потому что f SW намного больше, чем самая высокая входная звуковая частота. Следовательно, взаимосвязь между рабочим циклом и результирующим отфильтрованным выходным напряжением может быть получена с помощью простого анализа во временной области напряжения и тока катушки индуктивности.

    Мгновенный ток, протекающий через катушку индуктивности, равен:

    где V L (t) - мгновенное напряжение на катушке индуктивности с использованием знака, показанного на рисунке 1.

    Поскольку средний ток (I AVG ), протекающий в нагрузку, предполагается постоянным в течение одного периода переключения, ток индуктора в начале периода переключения (T SW ) должен быть равен току индуктора в конце периода переключения, как показано в , рис. .

    С математической точки зрения это означает, что:


    Рис. 3. Кривые тока и напряжения фильтра индуктивности показаны для базового полумостового усилителя класса D.

    Уравнение 2 показывает, что интеграл напряжения катушки индуктивности за один период переключения должен быть равен 0. Используя уравнение 2 и исследуя форму сигнала V L (t), показанную на рисунке 3, становится ясно, что абсолютные значения области (A ON и A OFF ) должны быть равны друг другу, чтобы уравнение 2 было истинным.Имея эту информацию, мы можем теперь вывести выражение для отфильтрованного выходного напряжения в терминах продолжительности включения сигнала переключения:

    Подставив уравнения 4 и 5 в уравнение 3, мы получим новое уравнение:

    Наконец, решение для V O дает:

    где D - скважность сигнала переключения выхода.

    Использование обратной связи для повышения производительности
    Многие усилители класса D используют отрицательную обратную связь от выхода ШИМ до входа устройства.Подход с обратной связью не только улучшает линейность устройства, но также позволяет устройству иметь отказ от источника питания. Это контрастирует с усилителем с разомкнутым контуром, который по своей сути имеет минимальное (если есть) подавление подачи питания. Поскольку форма выходного сигнала воспринимается и возвращается на вход усилителя в топологии замкнутого контура, отклонения в шине питания обнаруживаются на выходе и корректируются контуром управления. Преимущества конструкции с обратной связью достигаются ценой возможных проблем со стабильностью, как и в случае со всеми системами, использующими обратную связь.Следовательно, контур управления должен быть тщательно спроектирован и скомпенсирован для обеспечения стабильности во всех рабочих условиях. Типичные усилители

    класса D работают с контуром обратной связи с формированием шума, который значительно снижает внутриполосный шум из-за нелинейностей широтно-импульсного модулятора, выходного каскада и отклонений напряжения питания. Эта топология аналогична формированию шума, используемому в сигма-дельта модуляторах. Чтобы проиллюстрировать эту функцию формирования шума, Рис. 4 показывает упрощенную блок-схему формирователя шума 1-го порядка.Сеть обратной связи обычно состоит из цепи резистивного делителя, но для простоты в примере, показанном на рисунке 4, используется коэффициент обратной связи 1. Кроме того, передаточная функция для интегратора была упрощена до 1 / с, поскольку коэффициент усиления идеальный интегратор обратно пропорционален частоте. Также предполагается, что блок PWM имеет вклад в единичный коэффициент усиления и нулевой фазовый сдвиг в контур управления. Используя базовый анализ блока управления, для выходных данных можно вывести следующее выражение:


    Рисунок 4.Контур управления с формированием шума 1-го порядка для усилителя класса D выталкивает большую часть шума за пределы диапазона.

    Уравнение 8 показывает, что шумовой член E n (s) умножается на функцию фильтра верхних частот (функция передачи шума), а входной член V IN (s) умножается на фильтр нижних частот. функция фильтра (функция передачи сигнала). Отклик фильтра верхних частот функции передачи шума формирует шум усилителя класса D. Если частота среза выходного фильтра выбрана правильно, большая часть шума выталкивается за пределы полосы (рис. 4).В то время как предыдущий пример имел дело с формирователем шума 1-го порядка, многие современные усилители класса D используют топологии формирования шума нескольких порядков для дальнейшей оптимизации линейности и подавления подачи питания.

    Топологии класса D - полумост против полного моста
    Многие усилители класса D также реализованы с использованием полного мостового выходного каскада. Полный мост использует две ступени полумоста для дифференцированного управления нагрузкой. Этот тип подключения нагрузки часто называют мостовой нагрузкой (BTL). Как показано на рис. 5 , полная мостовая конфигурация работает за счет чередования путей проводимости через нагрузку.Это позволяет двунаправленному току проходить через нагрузку без необходимости в отрицательном источнике питания или блокирующем конденсаторе постоянного тока.


    Рис. 5. Традиционный полумостовой выходной каскад класса D использует два полумостовых каскада для дифференцированного управления нагрузкой.

    На рисунке 6 показаны формы выходных сигналов традиционных усилителей класса D на основе BTL и ШИМ. На рисунке 6 формы выходных сигналов дополняют друг друга, что создает дифференциальный сигнал ШИМ через нагрузку.Как и в случае с полумостовой топологией, на выходе необходим внешний LC-фильтр для извлечения низкочастотных звуковых сигналов и предотвращения рассеивания высокочастотной энергии в нагрузке.


    Рис. 6. Формы выходных сигналов традиционного полного моста класса D дополняют друг друга, создавая таким образом дифференциальный сигнал ШИМ на нагрузке.

    Полномостовой усилитель класса D обладает теми же преимуществами, что и BTL-усилитель класса AB, но при этом обладает высокой энергоэффективностью. Первое преимущество усилителей BTL заключается в том, что им не требуются конденсаторы блокировки постоянного тока на выходах при работе от одного источника питания.То же самое не относится к полумостовому усилителю, поскольку его выходной сигнал колеблется между V DD и землей и холостой ход при рабочем цикле 50%. Это означает, что его выход имеет смещение постоянного тока, равное V DD /2. В полномостовом усилителе это смещение появляется с каждой стороны нагрузки, что означает, что на выходе протекает нулевой постоянный ток. Второе преимущество, которое они разделяют, заключается в том, что они могут достигать двукратного увеличения размаха выходного сигнала по сравнению с полумостовым усилителем с тем же напряжением питания, поскольку нагрузка управляется дифференциально.Это приводит к теоретическому 4-кратному увеличению максимальной выходной мощности по сравнению с полумостовым усилителем, работающим от того же источника питания.

    Однако полумостовой усилитель класса D требует вдвое больше переключателей MOSFET, чем полумостовая топология. Некоторые считают это недостатком, поскольку большее количество переключателей обычно означает большие потери проводимости и переключения. Однако, как правило, это справедливо только для усилителей мощности с высокой выходной мощностью (> 10 Вт) из-за более высоких выходных токов и напряжений питания.По этой причине полумостовые усилители обычно используются для приложений большой мощности из-за их небольшого повышения эффективности. Большинство мощных полномостовых усилителей демонстрируют КПД в диапазоне от 80% до 88% при нагрузке 8 Ом. Однако полумостовые усилители, такие как MAX9742, достигают КПД более 90%, обеспечивая при этом более 14 Вт на канал при сопротивлении 8 Ом.

    Устранение выходного фильтра - модуляция без фильтра
    Одним из основных недостатков традиционных усилителей класса D является необходимость внешнего LC-фильтра.Это не только увеличивает стоимость решения и требования к месту на плате, но также вносит возможность дополнительных искажений из-за нелинейностей компонентов фильтра. К счастью, во многих современных усилителях класса D используются усовершенствованные схемы модуляции «без фильтров» для устранения или, по крайней мере, минимизации требований к внешним фильтрам.

    На рис. 7 показана упрощенная функциональная схема топологии безфильтрового модулятора MAX9700. В отличие от традиционного усилителя PWM BTL, каждый полумост имеет собственный выделенный компаратор, который позволяет управлять каждым выходом независимо.Модулятор управляется дифференциальным звуковым сигналом и высокочастотной пилообразной формой волны. Когда оба выхода компаратора имеют низкий уровень, каждый выход усилителя класса D имеет высокий уровень. В то же время выход логического элемента ИЛИ-НЕ становится высоким, но задерживается RC-цепью, образованной R ON и C ON . Как только задержанный выход логического элемента ИЛИ-НЕ превышает заданный порог, переключатели SW1 и SW2 замыкаются. Это приводит к тому, что OUT + и OUT- становятся низкими и остаются такими до начала следующего периода выборки.Эта схема вызывает включение обоих выходов на минимальное время (t ВКЛ (МИН) ), которое устанавливается значениями R ВКЛ и C ВКЛ . Как показано на рис. 8 , при нулевом входе выходы находятся в фазе с шириной импульса, равной t ON (MIN) . По мере увеличения или уменьшения входных аудиосигналов один компаратор срабатывает раньше другого. Такое поведение, наряду с минимальным временем включения схемы, заставляет один выход изменять ширину импульса, в то время как ширина другого выходного импульса остается равной t ВКЛ (МИН) (рисунок 8).Это означает, что среднее значение каждого выхода содержит версию выходного аудиосигнала с полуволновым выпрямлением. Если взять разницу средних значений выходных сигналов, получится полная форма выходного звукового сигнала.


    Рис. 7. На этой упрощенной функциональной диаграмме показана топография безфильтрового модулятора класса D. MAX9700.


    Рис. 8. Формы входных и выходных сигналов показаны для топографии безфильтрового модулятора MAX9700.

    Поскольку выходы MAX9700 находятся в состоянии покоя с синфазными сигналами, на нагрузку не подается дифференциальное напряжение, что сводит к минимуму энергопотребление в состоянии покоя без необходимости во внешнем фильтре.Вместо того чтобы полагаться на внешний LC-фильтр для извлечения аудиосигнала из выхода, усилители Maxim без фильтров класса D полагаются на внутреннюю индуктивность нагрузки динамика и человеческого уха для восстановления аудиосигнала. Сопротивление динамика (R E ) и индуктивность (L E ) образуют фильтр нижних частот 1-го порядка, частота среза которого равна:

    Для большинства динамиков этого спада 1-го порядка достаточно для восстановления звуковой сигнал и предотвращает рассеяние чрезмерного количества высокочастотной энергии переключения в сопротивлении динамика.Даже если остаточная энергия переключения приводит к движению динамика, эти частоты не слышны человеческому уху и не повлияют отрицательно на качество прослушивания. При использовании усилителей класса D без фильтра нагрузка динамика должна оставаться индуктивной на частоте коммутации усилителя для достижения максимальной выходной мощности.

    Минимизация электромагнитных помех с помощью модуляции с расширенным спектром
    Одним из недостатков работы без фильтра является возможность излучения электромагнитных помех от кабелей динамиков.Поскольку выходные сигналы усилителя класса D представляют собой высокочастотные прямоугольные волны с быстро движущимися краями перехода, выходной спектр содержит большое количество спектральной энергии на частоте переключения и целые числа, кратные частоте переключения. Без внешнего выходного фильтра, расположенного в непосредственной близости от устройства, эта высокочастотная энергия может излучаться кабелями динамика. Безфильтровые усилители класса D компании Maxim помогают уменьшить возможные проблемы с электромагнитными помехами за счет схемы модуляции, известной как модуляция с расширенным спектром.

    Модуляция с расширенным спектром достигается путем сглаживания или рандомизации частоты переключения усилителя класса D. Частота коммутации обычно изменяется до ± 10% от номинальной частоты коммутации. Хотя период формы сигнала переключения изменяется случайным образом от цикла к циклу, рабочий цикл не изменяется, тем самым сохраняя аудиосодержание формы сигнала переключения. На рисунках 9a и 9b показан широкополосный выходной спектр MAX9700, чтобы проиллюстрировать эффекты модуляции с расширенным спектром.Вместо того, чтобы концентрировать спектральную энергию на частоте переключения и ее гармониках, модуляция с расширенным спектром эффективно расширяет спектральную энергию выходного сигнала. Другими словами, общее количество энергии, присутствующей в выходном спектре, остается прежним, но общая энергия перераспределяется по более широкой полосе пропускания. Это уменьшает пики высокочастотной энергии на выходах, тем самым сводя к минимуму вероятность излучения электромагнитных помех кабелями динамиков. Хотя возможно, что некоторый спектральный шум может перераспределиться в звуковой диапазон с модуляцией расширенного спектра, этот шум подавляется функцией формирования шума контура обратной связи.


    Рисунок 9а. Для MAX9700 показан широкополосный выходной спектр с фиксированной частотой переключения.


    Рисунок 9б. Модуляция с расширенным спектром перераспределяет спектральную энергию MAX9700 по более широкой полосе пропускания.

    Многие безфильтровые усилители Maxim класса D также позволяют синхронизировать частоту коммутации с внешним тактовым сигналом. Это позволяет пользователю вручную установить частоту переключения усилителя в менее чувствительный частотный диапазон.

    Хотя модуляция с расширенным спектром значительно улучшает характеристики электромагнитных помех безфильтрованных усилителей класса D, обычно существует практическое ограничение на длину кабелей громкоговорителей, которые могут использоваться до того, как устройство перестанет отвечать требованиям FCC или CE по излучению. Если устройство не проходит испытания на излучение из-за длинных кабелей громкоговорителей, может потребоваться внешний выходной фильтр, чтобы обеспечить дополнительное ослабление высокочастотных компонентов выходного сигнала. Во многих приложениях с умеренной длиной кабеля громкоговорителей достаточно использовать фильтры из ферритовых шариков / конденсаторов на выходах.Характеристики электромагнитных помех также очень чувствительны к компоновке, поэтому необходимо строго соблюдать соответствующие инструкции по компоновке печатных плат, чтобы гарантировать соответствие применимым нормам FCC и CE.

    Заключение
    Последние достижения в методах модуляции класса D позволили усилителям класса D процветать в приложениях, где когда-то доминировали линейные усилители. Современные усилители класса D обладают всеми преимуществами усилителей класса AB (т. Е. Хорошей линейностью и минимальными требованиями к пространству на плате) с дополнительным бонусом в виде высокой энергоэффективности.В настоящее время доступно большое количество усилителей класса D, что делает их пригодными для множества приложений. Эти приложения варьируются от портативных приложений с низким энергопотреблением (например, сотовых телефонов, ноутбуков), в которых время автономной работы, требования к пространству на плате и соответствие требованиям EMI имеют первостепенное значение, до приложений с высокой мощностью (например, автомобильных звуковых систем или плоских панелей). дисплеи), где минимизация требований к теплоотводу и тепловыделению жизненно важна. Знание основ усилителей класса D и их последних технологических достижений поможет разработчикам выбрать правильный усилитель для их применения и позволит им успешно взвесить преимущества и недостатки конкретных характеристик.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *