Схема импульсного однотактного блока питания: Схема импульсного блока питания и его сборка своими руками

Содержание

Снова блок питания, на этот раз 24 Вольта, 20 Ампер и 480 Ватт

Не так давно я выкладывал обзор блока питания мощностью 360 Ватт. Тогда я написал, что жду посылку с еще парой БП, но мощнее. Вот посылка пришла и у меня дошли руки до первого из них, мощностью 480 Ватт. Пока это самый мощный БП, который я обозревал (не считая лабораторных), кроме того он имеет заметные отличия от предыдущих.

Впрочем все как всегда, осмотр, разборка, тесты.

По большому счету блоки питания друг от друга особо ничем не отличаются, но в этот раз все пошло по другому, отличалось многое, и об этом я и расскажу, выделяя ключевые моменты, думаю что это будет полезно.

Постараюсь сделать обзор коротким, ну или по крайней мере не очень длинным 🙂

Отличия начались еще с упаковки. Для начала в коробке было специальное 'окошко', через которое видно наклейку с наименованием БП, удобно.

Во вторую очередь оказалось, что БП запаян в пленку, что также раньше мне не встречалось.

Внешне блок питания практически не отличается от предыдущей модели мощностью 360 Ватт, те же размеры, такая же решетка вентилятора.
В своих обзорах я практически всегда показываю фото клеммника. Начал я так делать после комментария, где мне писали что бывают БП, где крышка не открывается полностью, и вот мне тоже попался такой блок. Позже выяснилось, что это можно исправить, но 'из коробки' крышка полностью не открывалась, неудобно. Маркировка клемм не в виде наклейки, а проштампована на крышке. Также сделана предупреждающая надпись около вентилятора.

Крышка довольно тонкая, в одном месте ее даже продавило.

Как водится, есть и резистор для подстройки выходного напряжения, а также светодиод индикации работы.

Блок питания промаркирован как S-480-24. Выходной ток 20 Ампер. Я наверное никогда не пойму, зачем БП маркируют как LED Power supply, при чем здесь светодиоды если Бп универсальный, видимо так они лучше продаются.

Присутствует предупреждающая наклейка, а также переключатель 110/220 Вольт.

Выпущен БП в конце 2016 года, можно сказать что свежий.

Когда я снял крышку, то на некоторое время даже завис 🙂 Ну наконец то что-то отличное от уже набивших оскомину классических БП на базе TL494.
Внутри практически пусто, как говорится -это жжж.. неспроста.

Корпус также немного отличается, обычно крышка крепится на шести винтах, в данном случае два винта и пара выступов вверху.

Чтобы было лучше понятно разницу между 'классическим' БП и этим, я сделал пару фото в сравнении с предыдущим БП 12 Вольт 360 Ватт. Первым делом осмотр крепления силовых элементов. И хотя если транзисторы или диоды стоят парами, то 99% что проблем не будет, я все равно продолжаю осматривать крепеж.

Транзисторы и диоды прижаты планками к алюминиевому корпусу. Но теплораспределительных пластинок нет, т.е. силовые элементы просто прижаты к самому корпусу.

Замечаний нет, все ровно и аккуратно, даже накидали теплопроводящей пасты, сначала может показаться что ее уж слишком много, но на самом деле под элементами остался совсем тонкий слой.

Если внимательно посмотреть на второе фото, то можно заметить маркировку на печатной плате, судя по которой плата проектировалась для БП мощностью 360 Ватт.

Охлаждает начинку вентилятор диаметром 60мм. По ощущениям довольно производительный, впрочем об этом говорит и соотношение мощности к его размеру. Шумит не очень сильно, но заметно. Первым же тестом идет измерение диапазона регулировки выходного напряжения.

1. Исходно БП был настроен на чуть большее чем 24 Вольта напряжение.

2. Минимально можно выставить около 14 Вольт, но работает БП в таком режиме нестабильно, пришлось переключить тестер в режим отображения минимальных и максимальных значений. Судя по всему БП в таком режиме недогружен, ШИМ контроллеру не хватает питания и он делает постоянный рестарт.

3. Стабильно БП начинает работать ближе к напряжению в 20 Вольт.

4. Максимально получилось выставить около 27 Вольт.

5. Выставляем штатные 24 Вольта и замечаем две вещи. Регулировка довольно грубая, непонятно зачем сделали регулировку аж от 14 Вольт, вполне могли урезать диапазон до 20-27, было бы более плавно.

6. Но проблема в другом, по мере прогрева выходное напряжение немного 'плывет' вверх, это можно заметить по параметру МАХ и времени рядом.

Раз уж измерял напряжение, то попутно измерил емкость входных и выходных конденсаторов.

Входные имеют суммарную емкость в 313 мкФ, что маловато для мощности 480 Ватт, с выходными картина не лучше, около 7000мкФ, тоже хотелось бы больше. Но как я неоднократно указывал, у брендовых БП емкость выходных конденсаторов примерно такая же при подобных характеристиках БП.

Вот теперь можно спокойно разобрать и посмотреть, какие отличия нам приготовили китайские инженеры. Первый 'сюрприз' ждал меня практически сразу. Еще при разборке я обратил внимание, что мест для винтов крепления платы пять, а самих винтов всего четыре. Но отсутствовал не средний, как обычно, а угловой.

Забегая немного вперед, скажу, винт нашелся когда я случайно стукнул плату уже ближе к концу осмотра, предположительно он был под трансформатором. Непорядок.

На входе блока питания установлен фильтр от помех, поступающих со стороны блока питания в сеть.
Фильтр набран в типичной для подобных БП конфигурации. 1. Перед фильтром установлен предохранитель и пара термисторов для ограничения пускового тока. Иногда меня спрашивают, а зачем отмечают в таких БП фазу и ноль. Дело в том, что в БП один предохранитель и стоит он обычно по линии фазы, соответственно при выходе БП из строя электроника не только обесточится, а и не будет под потенциалом фазы.

2. Дальше идет помехоподавляющий конденсатор и двухобмоточный дроссель, намотанный довольно толстым проводом.

3. Все помехоподавляющие конденсаторы, которые влияют на безопасность, применены правильного Y2 типа. В фильтре использован только один простой высоковольтный конденсатор, но его применение не снижает уровень безопасности.

4. Диодный мост набран из четырех диодов 1N5408, что на мой взгляд не очень хорошо при таких мощностях, спасает ситуацию только активное охлаждение. Зато рядом видно место под установку конденсатора. На это место можно установить конденсатор на напряжение 400-450 Вольт и он будет 'помогать' уже установленным.

Необычно выглядят четыре фильтрующих конденсатора вместо привычных двух. На корпусе значок известной фирмы, но не обольщайтесь, это не фирменные конденсаторы. Внешне это заметно по кривизне термоусадки вверху корпуса.

Заявленная емкость фильтра 470мкф, включение 2S2P, реальная емкость 313мкФ, я не думаю что реальные фирменные конденсаторы имели бы такой разброс, да и сам габарит говорит за себя.

Что интересно, трансформатор применен примерно того же размера, что и в предыдущем БП 360 Ватт. Но работает обозреваемый БП на частоте в 2 раза больше, чем у предыдущего. 1. В этот раз применены полевые транзисторы, а не привычные по предыдущим обзорам, биполярные. Транзисторы IRFP460, но судя по внешнему виду транзисторы отличаются, что может говорить об их БУшности, потому как на нормальном производстве обычно транзисторы из одной партии, не говоря о внешнем виде.

2. Примерно та же картина и с выходными диодыми сборками. Обе имеют маркировку 43CTQ100, но при этом разные внешне.

3. Выходной дроссель намотан в четыре провода и имеет относительно небольшой размер, особенно в сравнении с предыдущими моделями БП, которые я обозревал.

4. Выходные конденсаторы неизвестного производителя, напряжение 35 Вольт, емкость 2200мкФ.

Выходной помехоподавляющий дроссель привычно отсутствует, да и вообще в мощных БП (по крайней мере китайских) попадается крайне редко.

Рядом с конденсаторами находится мощный резистор, 'благодаря' которому при прогреве 'уползает' выходное напряжение.

Обычно в обзорах я осматриваю печатную плату и чаще всего пишу - плата чистая, пайка аккуратная, но не в этом случае, здесь все наоборот. Но кроме всего прочего меня удивила разводка печатной платы. Чаще всего рекомендуется размещать силовые узлы как можно ближе друг к другу. А если сказать точнее, то - связанные силовые узлы.

В данном случае мы видим кучу длинных дорожек идущих от силовых транзисторов к трансформатору, параллельно им идет дорожка питания, а также общий провод. На мой личный взгляд такое решение не очень правильно и чревато большими помехами в радиоэфире. Ситуацию спасает только полностью металлический корпус блока питания, который рекомендуется заземлить.

Выходная часть большей частью представляется из себя полностью залуженные полигоны, что правильно при таких токах.

Но если посмотреть чуть ниже, то мы увидим жменьку радиодеталей, это элементы цепи обратной связи, с другой стороны платы, сразу над ними, расположен нагрузочный резистор (нарисовал на фото), который ощутимо греется. Нагрев влияет на компоненты и напряжение 'плывет', не помогают даже точные резисторы. В данном случае это не страшно, так как уход небольшой, но он есть. Перфекционисты могут просто поднять резистор над платой и попутно уменьшить нагрев стоящего рядом электролитического конденсатора.

А вот за резисторы под сетевым фильтром спасибо. Мало того что резисторы стоят как минимум парами, а в цепи питания ШИМ контроллера так вообще 4 штуки. Так еще и присутствуют резисторы до диодного моста и после. Первые разряжают входной помехоподавляющий конденсатор, вторые, конденсаторы фильтра питания. БП собран на базе популярного ШИМ контроллера UC2845, потому получается, что БП однотактный. Еще одно важное отличие, так как предыдущие были на базе TL494. По сути оба ШИМ контроллера разработаны примерно в одно время, потому на данный момент являются самыми классическими среди применяемых в БП. Данная особенность является плюсом, так как такие БП проще в ремонте. Не обошлось и без косяков. Вообще китайский БП и косяки, братья навек, меняется только уровень.

В данном случае сразу был обнаружен неприпаянный вывод снаббера одного из выходных диодов, не очень хорошо.

Кроме этого по всей плате видны мелкие шарики припоя, а также следы от пайки в ванне. Данные следы могут либо вообще не повлиять, либо просто выгореть при первом включении и также никак не повлиять, либо вывести БП из строя. Исправляеются недоработки очень просто, но технолог на производстве явно получает свою зарплату зря, если он там вообще есть.

Блок питания с такой схемотехникой я еще не обозревал, потому вдвойне было интересно начертить его схему. Если на фото кажется что деталей в нем совсем мало, то глядя на схему такое ощущение пропадает. Дальше я разбил схему на условные узлы, цвета могут быть малоконтрастны, извините, выбор небольшой.

1. Красный - силовая высоковольтная (горячая) часть

2. Синий - выходная низковольтная (холодная) часть, узел обратной связи и схема питания вентилятора.

3. Зеленый - ШИМ контроллер и его штатная обвязка.

4. Оранжевый - предположительно узел плавного старта и защиты от КЗ на выходе.

5. Неизвестный мне цвет - диод около трансформатора, узел защиты от насыщения трансформатора.

Номиналы и позиционные обозначения в большинстве соответствуют реальности, но номиналы некоторых SMD конденсаторов указаны ориентировочно, так как я не выпаивал их из платы.

Данный БП построен по однотактной прямоходовой (Forward) схемотехнике, тогда как более распространенные маломощные однотактные БП строятся по однотактной обратноходовой (Flyback).

На блок схеме я выделил цветом узлы прямоходового преобразователя (справа), которых нет в схеме обратноходового (слева). В прямоходовом добавлен диодов, дроссель и одна из обмоток трансформатора включена в обратной полярности (это важно).

Кроме того есть еще одно отличие, в случае прямоходовой схемы у сердечника трансформатора не делают зазор, который обязателен в обратноходовой схеме.

Прямоходовая схемотехника (особенно однотактная) очень похожа на классический понижающий (stepdown) преобразователь.

В обоих схемах входной ключ 'накачивает' выходной дроссель, а в паузе через диод отдает энергию в нагрузку. Только в случае прямоходомого БП в роли ключа выступает как сам транзистор, так и трансформатор и один из выходных диодов.

Покажу сходные узлы, они обозначены одним цветом для наглядности. Думаю что теперь понятно, почему выше я писал, что фильтрующего выходного дросселя в этом БП нет, потому как тот что установлен является накопительным. Закорачивать этот дроссель категорически нельзя.

Обычно прямоходовая схема используется при больших мощностях, а обратноходовая при малых. Обусловлено это тем, что у обратноходовой схемы трансформатор имеет зазор и размеры трансформатора начинают становиться существенными, кроме того контролировать выбросы труднее и схема может работать менее стабильно.

Но у прямоходовых мощных схем также хватает сложностей. В данном случае в схему добавлен дополнительный диод и обмотка трансформатора. Эта цепь необходима для защиты трансформатора от насыщения при нештатных ситуациях (например КЗ в нагрузке). В цветном варианте схемы этот узел отмечен 'неизвестным цветом'.

Цитата, описывающая этот узел, взята отсюда (внимание, возможна навязчивая реклама).

Данная схема имеет несколько существенных недостатков. Во-первых, работа с однополярными токами в обмотках трансформатора требует мер по снижению одностороннего намагничения сердечника. Во-вторых, при размыкании ключа энергия, накопленная в индуктивности намагничения трансформатора, не может «разрядиться» самостоятельно, поскольку все выводы трансформатора «повисают в воздухе». В этом случае возникает индуктивный выброс — повышение напряжения на силовых электродах ключевого транзистора, что может привести к его пробою. В-третьих, короткое замыкание выходных клемм преобразователя обязательно выведет силовую часть из строя, следовательно, требуются тщательные меры по защите от КЗ.

Недостаток, связанный с намагничением сердечника однополярными токами, присущ всем однотактным схемам, и с ним успешно бо-рятся введением немагнитного зазора. Для борьбы с перенапряжениями используется дополнительная обмотка, «разряжающая» индуктивный элемент в фазе холостого хода током г3, как показано на рисунке

Дабы не перегружать читателей ненужной информацией, завязываю с теорией и перехожу к практике, а точнее к тестам.

Тестовый стенд стандартен для моих обзоров и состоит из:

1. Электронная нагрузка 2. Мультиметр 3. Осциллограф 4. Тепловизор 5. Термометр 6. Ваттметр, обзора нет.

7. Три резистора 10 Ом 50 Ватт каждый

8. Ручка карандаш и бумажка.

Уже на холостом ходу присутствуют небольшие пульсации, в данном случае некритичные. Для теста использовалась комбинация из резисторов и электронной нагрузки.

1. Сначала было подключено два резистора, которые обеспечивали ток нагрузки около 4.8 Ампера, электронная нагрузка добавляла нагрузку до 5 Ампер.

Пульсации на мой взгляд великоваты для 25% нагрузки.

2. Та же пара резисторов с током 4.8 Ампера + 5.2 на электронной, в сумме 10 Ампер.

Пульсации более 100мВ, выходное напряжение немного поднялось, что хоть и является побочным эффектом, но в данном случае полезным.

1. Два резистора 4.8 Ампера + 10.2 на электронной, в сумме 15 Ампер.

Пульсации выросли, причем довольно существенно. На осциллографе выставлено 50мВ на клетку, щуп в положении 1:1, дальше можете посчитать сами.

Выходное напряжение еще немного поднялось.

2. В дополнение к двум нагрузочным резисторам добавил третий, в сумме получилось 7.2 Ампера + электронная 12. 8, в сумме 20 Ампер ток нагрузки.

Пульсации еще выросли и стали очень ощутимыми, на установленном пределе измерения еле хватает экрана оциллографа.

Выходное напряжение также немного поднялось, но отмечу один момент. Выше я писал, что по мере прогрева напряжение растет, в процессе теста напряжение стояло жестко. Колебания если и были, то в пределах одного последнего знака. Т.е. подняли ток нагрузки, напряжение поднялось и не меняется до следующего шага теста, так что здесь плюс.

Измерение КПД стало уже неотъемлемой частью моих тестов БП, не обошел я вниманием и этот экземпляр, тем более что он имеет другую схемотехнику.

В итоге у меня вышло:

Вход — Выход — КПД.

7.1 — 0 — 0

144 — 120 — 83,3%

277 — 240 — 86,6%

414 — 360 — 86,9%

556 — 480 — 86,3%

На мой взгляд КПД находится на довольно приличном уровне, лучше чем у предыдущих БП, обзоры которых я делал.

Теперь по поводу температуры и ее распределения между элементами.

Больше всего нагревается входной диодный мост и трансформатор, но в обоих случаях температура находится далеко от критичной, потому я вполне могу сказать, что БП мог бы выдать и 550-600 Ватт. Особенно отмечу низкую температуру силовых транзисторов, они не прогревались выше 52 градусов даже при максимальной мощности.

Тест проходил стандартно, 20 минут прогрев на 25% мощности, потом 20 минут на 50% и т.п. Общее время теста составило около полтора часа так как последний тест я решил немного продлить.

По большому счету не имело значения сколько бы я тестировал этот БП, так как термопрогрев у устройств с активным охлаждением наступает очень быстро и что через 20 минут, что через час, температура будет почти неизменной. У БП с пассивным охлаждением это время гораздо больше, потому я стараюсь тестировать их дольше.

Но не обошлось и без одной не очень приятной мелочи, свойственной блокам питания с активным охлаждением. Дело в том, что нормальная температура компонентам сохраняется в основном благодаря постоянному току воздуха внутри корпуса. Когда я снимал крышку для тестов, то отмечал быстрый рост температуры. К сожалению данная особенность свойственна всем БП имеющим активное охлаждение и при нагрузке выше 50% с остановленным вентилятором обычно заканчивается печально.

Чаще всего такое происходит из-за перегрева силового трансформатора. Я частенько отмечаю важность контроля температуры именно трансформатора, так при нагреве выше определенной температуры феррит теряет свои свойства.

Если объяснить 'на пальцах', то происходит следующее:

Представьте себе насос (транзисторы инвертора), схему управления (ШИМ контроллер), баллон (трансформатор) и клапан (выходные диоды).

Насос качает воду (допустим) в баллон, потом пауза, выходной клапан сливает воду, потом цикл повторяется.

Чем больше нужна мощность, тем больше воды мы качаем в баллон. Но тут происходит перегрев, объем нашего баллона уменьшается раз в 5, но схема управления этого не знает и пытается качать как и раньше. Так как баллон стал меньше, то насос начинается работать с большой перегрузкой, а дальше два варианта, либо лопнет баллон, либо сгорит насос. Так как баллон очень крепкий, то выгорает насос, чаще всего унося с собой и схему управления и предохранитель.

Потому важно следить не за транзисторами, температура которых можно достигать и 150 градусов, а за трансформатором, у которого предел 110-120 градусов.

Блок питания не имеет контроля работы вентилятора и термозащиты, потому в случае его остановки (пыль, заклинивание), скорее всего сгорит. Такая ситуация с многими блока питания и потому важно следить за состоянием системы охлаждения.

На фото видно рост температуры трансформатора, где буквально за 20 секунд она поднимается с 92 градусов до 100 при снятой крышке. На самом деле температура изначально была ниже, просто она успела подрасти пока я открыл крышку и делал первое фото.

Зато в процессе теста нагрузочные резисторы грелись от души, температура около 250 градусов даже при обдуве, температура электронной нагрузки была существенно ниже, хотя на ней рассеивалось почти в 2 раза больше. Зато после последних тестов у моей нагрузки в итоге подгорел один из термовыключателей и она норовила выключиться гораздо раньше чем достигала перегрева, никак не займусь новой версией. Выводы.

Не буду расписывать преимущества и недостатки, а постараюсь дать выжимку из того, что я увидел.

Блок питания прошел тест под полной нагрузкой, нагрев был в пределах нормы и даже ниже ее, что дает возможность предположить нормальную работы и при заметно больших мощностях.

Но вот качество изготовления сильно хромает, также расстраивает заниженная емкость входных и низкое качество выходных конденсаторов. Данное устройство больше похоже на конструктор для сборки нормального БП, но укомплектованный абы как.

Получается что с одной стороны ругать не хочется, ведь БП работает, и работает нормально, с другой мелочи в виде капелек припоя, выпадающего винтика и т.п. требуют 'доработки напильником'.

Ссылка на БП, должен действовать купон - S480power, с ним цена выходит $22.99.

На этом все, как обычно жду вопросов, а также комментариев. Ну а меня ждет блок питания мощностью 600 Ватт.

🥇 Трансформаторные и импульсные источники питания.

Достоинства и недостатки — «Ви-Конт»

Трансформаторные и импульсные источники питания.Достоинства и недостатки

17.07.2010


Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока

Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):
( 1 / n ) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. 2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП
Простота конструкции
Надёжность
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП
Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП

  Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:
меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе

Недостатки импульсных БП

Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;

Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.

В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.


Поиск неисправностей в импульсных блоках питания

Поиск неисправностей в импульсных блоках питания

Помните, что при ремонте блока питания следует пользоваться развязывающим трансформатором.
За основу для приведения конкретных примеров, взят наиболее массовый источник питания

Посмотрим на рис.1, на котором представлена типичная схема блока питания современного ТВ. Для простоты блок питания STAND BY не показан.
Все многообразие неисправностей блоков питания сводится чаще всего к следующим дефектам:
1. Блок питания не работает, предохранители остаются целыми.
2. При включении телевизора перегорает либо сетевой предохранитель,либо предохранитель в цепи напряжения +305 V (если он есть),
3. Неисправности, проявляющиеся в занижении или завышении вторичных напряжений, причем, если первая из них связана, как правило, с короткими замыканиями в цепи нагрузки одного или нескольких вторичных напряжений, то вторая является следствием обрыва в цепи обратной связи. Обе эти неисправности в современных блоках питания, как правило, приводят к срабатыванию схем блокировки и отключению аппарата.

Итак, если блок питания не работает, а все предохранители целы, лучше всего начинать поиск неисправностей с проверки напряжения на выходе сетевого выпрямителя. Это напряжение должно составлять около +280 - 305 V, при питающем напряжении сети переменного тока равном 220 В. Кроме того, проверьте с помощью осциллографа амплитуду пульсаций этого напряжения. Если напряжение существенно ниже +305 V или вовсе отсутствует, проверьте выпрямитель сетевого напряжения. Повышенная амплитуда пульсаций указывает на неисправность основного фильтрующего конденсатора С810 (330 mF 400V) либо на обрыв диодного выпрямителя.

Если напряжение +305 V находится в пределах нормы (от 280 до 320 В), то можно приступать к тестированию ИБП. Сначала необходимо выяснить, не происходит ли блокировка блока питания сразу после включения, либо он вовсе не пытается запуститься. Это можно проверить, присоединив вход осциллографа к тому выводу мощного переключающего транзистора, который присоединен к первичной обмотке трансформатора, коллектор транзистора Q802 (2SD 1548). А землю осциллографа присоедините к “горячей земле” блока питания. Теперь включайте главный сетевой выключатель телевизора и смотрите что произойдет. Полученные данные очень помогут в поиске неисправности.

И так, если после включения телевизора здесь появится на короткое время серия импульсов, то это говорит о том, что блок питания пытается запуститься, но сразу после запуска выключается какой-либо схемой блокировки (их может быть несколько). Типичной является ситуация когда, срабатывает защита от превышения предельного значения анодного напряжения на кинескопе. Поскольку эта неисправность непосредственно связана с работой выходного каскада строчной развертки. Однако при ремонте блока питания может возникнуть необходимость убедиться в наличии или в отсутствии срабатывания этой блокировки. Убедиться в этом, а также в том, что является причиной неправильной работы блока питания. Неисправность в основном потребителе энергии, выходном каскаде строчной развертки, можно следующим способом. Необходимо, во-первых, разорвать цепь подачи питания на первичную обмотку строчного трансформатора. В рассматриваемом примере это цепь +B 115 V И, во-вторых, нагрузить источник вторичного напряжения 115V блока питания резистором 500-750 Ом мощностью 50 Вт (или, что еще удобнее, лампой накаливания 200V 100 Вт). Если при этом блок питания заработает нормально, значит, поиск неисправности следует продолжить в выходном каскаде строчной развертки, а также в схемах блокировки и защиты от недопустимых режимов.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда после включения телевизора блок питания не пытается запуститься и вообще не подает признаков жизни.

Сначала следует, обязательно убедившись в том, что блок питания не работает, измерить постоянное напряжение на коллекторе мощного переключающего транзистора (в данной схеме Q802 2SD1548). Если на коллекторе Q802 напряжения 305V нет, а на С810 (конденсаторе фильтра сетевого выпрямителя) есть, то, скорее всего, оборвана первичная обмотка импульсного трансформатора (в данной схеме обмотка 6—3 трансформатора T803). Перед заменой трансформатора необходимо выяснить, не было ли причиной этого обрыва короткое замыкание в цепи первичной обмотки, например, пробой транзистора Q802.

Если трансформатор и мощный переключательный транзистор исправны, и на коллекторе этого транзистора имеется напряжение около +300 V, но блок питания не работает, проверьте, подается ли запускающее напряжение на задающий генератор. Задающий генератор рассматриваемого нами блока питания содержится в микросхеме IC801 (TDA 4601), а элементами цепи запуска являются D805, R818 соответственно (BYD33J) (20K). Блокировка задающего генератора, возникает в некоторых схемах, при отсутствии или чрезмерных пульсациях напряжения питания ждущего режима USTAND BY, вырабатываемого отдельным блоком. В данной схеме такая ситуация возникнуть не может, поскольку основной блок питания блокируется сигналом STAND BY высокого уровня +5V однако возможны такие неисправности цепей ждущего режима, приводящие к выключению блока питания, как обрыв нагрузочного резистора R838 или неисправность ключевого транзистора Q804 (BC 547A). Исправность транзистора Q804 можно проверить путем замыкания его базы на “холодный” общий провод. Если при этом блок питания запустится, значит, неисправность в блоке управления (постоянно держится сигнал STAND BY). Если блок питания таким образом запустить не удается, и напряжение на 9 выводе IC801 всегда остается меньше + 5V, то неисправными могут оказаться либо оптрон ждущего режима DR01 (CNY75C), либо транзистор Q804 (BC 547A). Если эти элементы исправны, но блок питания, тем не менее, не запускается, придется заменить микросхему контроллера ШИМ IC801.

Теперь рассмотрим такую часто встречающуюся неисправность, как перегорание предохранителя в цепи напряжения +305 V R801 (6,2 Om) или сетевого предохранителя при включении телевизора. В этом случае в первую очередь следует проверить исправность мощного переключательного транзистора (в данной схеме Q802). В этом случае с помощью омметра проверяется наличие пробоя переходов база-эмиттер и база-коллектор, а также короткого замыкания между коллектором и эмиттером. В исправном биполярном транзисторе переходы должны вести себя как диоды.

Следует знать, что пробой мощного переключательного транзистора не обязательно бывает самопроизвольным, а часто вызывается неисправностью какого-либо другого элемента. В частности, в рассматриваемой схеме это может быть обрыв одного из элементов демпфирующей цепи C816,C818, R821, D808, L803, короткозамкнутый виток в первичной обмотке трансформатора T803, а также неисправность микросхемы IC801. Поэтому перед установкой исправного транзистора на место желательно проанализировать возможные причины его выхода из строя и провести необходимые проверки, иначе для устранения неисправности придется запастись большим количеством дорогостоящих, мощных транзисторов.

Например, неисправность IC801, приводящую к пробою мощного переключательного транзистора, можно установить, если включить блок питания без Q802. Выходных напряжений при таком включении, конечно, не будет. Но с помощью осциллографа можно проверить наличие импульсов на 8 выводе микросхемы ШИМ IC801, подаваемых на базу Q802 (напоминаем, что “земля” осциллографа должна быть присоединена в этом случае к “горячему” общему проводу блока питания!). И если импульсов нет. А есть постоянное, положительное напряжение, то IC801 придется заменить.

Основные цепи однотактного блока питания

Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что методика поиска неисправностей в импульсных блоках питания имеет одну отличительную особенность. А именно, замена сгоревших резисторов, пробитых диодов и неисправных транзисторов не гарантирует успешного выполнения ремонта, поскольку после включения эти замененные элементы могут отказать вновь.

Пожалуй, наибольшие трудности при ремонте импульсных блоков питания, обусловлены, их способностью предохранять себя от перегрузок по напряжению и току посредством выключения. Большинство отказов элементов или изменений нагрузки приводят к полному отключению блока, давая один и тот же симптом “мертвого шасси”. Казалось бы, в этом случае остается только гадать; вызвана ли блокировка наличием слишком большого напряжения? Или выпрямленное сетевое напряжение слишком мало? Или слишком велик ток нагрузки? Или отказал какой-либо элемент в блоке питания или в предохранительных цепях? При отсутствии последовательной логической процедуры поиск неисправности в импульсном блоке питания может быть безуспешным Тем не менее, есть возможность исключить цепи блокировки и тем самым ограничить область поиска неисправности, выполнив шесть несложных проверок. Вспомним сначала, какие основные цепи присутствуют практически во всех импульсных блоках питания. Для этого обратимся к блок-схеме на рис.2

Цепь 1: Выпрямленное сетевое напряжение (около +305 V). Эта цепь содержит линейный первичный источник питания (обычно диодный мост и фильтрующий конденсатор), блок питания ждущего режима, первичную обмотку импульсного трансформатора и связанные с ней цепи, а также мощный переключательный транзистор.

Цепь 2: Генератор импульсов и цепи запуска. Эта цепь вырабатывает управляющий сигнал для переключательного транзистора. Она может быть выполнена как в виде одного транзисторного каскада, так и специализированной интегральной микросхемы контроллера ШИМ.

Цепь 3: Вторичные цепи. Вторичные цепи содержат вторичные обмотки импульсного трансформатора и компоненты (диоды, конденсаторы и т.д.), которые обеспечивают подачу энергии в нагрузки. Большинство ИБП имеют от двух до пяти нагрузок.

Цепь 4: Обратная связь и управление. Цепи обратной связи выполняют четыре функции: - стабилизацию выходных напряжений,
- контроль над высоким напряжением;
- передачу на ИБП сигналов включено
- выключено от блока управления телевизора,
- гальваническую развязку вторичных цепей от сетевого напряжения.

Далее предлагается процедура, которая после выполнения шести определенных шагов позволяет эффективно локализовать неисправность, возникшую в каждой перечисленных выше основных цепей. При поиске неисправностей в импульсных блоках питания придерживайтесь следующих правил:

— помните, что неправильный выбор общего провода при измерениях не только даст неправильные результаты, но и может привести к выходу из строя некоторых компонентов.
— “горячий” общий провод связан с первичными цепями импульсного трансформатора и используется при измерениях в цепи 1,
— “холодный” общий провод связан с вторичными цепями импульсного трансформатора и используется при измерениях в цепях 2, 3 и 4;
— при измерениях на входе оптопары (от цепей управления) используется “холодный” общий провод,
— при измерениях на выходе оптопары (на цепи задающего генератора или контроллера ШИМ) используется “горячий” общий провод;
— будьте готовы к выполнению всех необходимых измерений.
Эффективный поиск неисправностей зависит от вашей способности быстро выполнить измерения постоянных напряжений от десятых долей до 350V и различных сигналов с размахом от 2 до 800 Вис частотой от 40 до 150 Кгц,

Итак, первым шагом должна быть

Шаг 1. Проверка напряжения питания ждущего режима (STAND ВТ)

Измеряйте это напряжение на шасси, подключенном к сети через изолирующий трансформатор. Напряжение STAND BY должно иметь правильное значение. Независимо от того, работает ли блок питания, или нет (не все импульсные блоки питания снабжены отдельным источником питания STAND BY, некоторые шасси имеют для ждущего режима второй импульсный блок питания меньшего размера, в котором в качестве драйвера используется часто та же самая микросхема, что и в основном блоке питания).

Нормально работающий источник питания STAND BY отводит подозрения от многих компонентов. Например, в этом случае можно с большой вероятностью утверждать, что микросхема драйвера и контроллера ШИМ исправна, а причина, по которой она не выдает открывающие импульсы на выходной транзистор, состоит в том, что она заблокирована каким-либо внешним сигналом.

Итак, если напряжение STAND BY нормальное, а блок питания не подает признаков жизни, переходим к шагу 2.

Шаг 2. Замена основной нагрузки

Важным шагом при ремонте ИБП является отключение выхода блока питания от цепей-потребителей вторичных, напряжений. Это поможет выяснить, выключается ли блок питания из-за внутренней неисправности, или это происходит под влиянием какой-либо внешней причины. Внешние блокирующие сигналы появляются при коротких замыканиях в нагрузках, и при срабатывании цепей защиты от перенапряжения, при неправильной работе выходных каскадов строчной и кадровой разверток, а также при неисправностях самих цепей блокировки.

Большинство ИБП не могут работать без надлежащей нагрузки, поэтому просто отсоединить все потребители энергии нельзя. Вместо отсоединенных нагрузок необходимо подключить резистивный эквивалент (хотя бы один вместо всех), Подходящим эквивалентом нагрузки является лампа накаливания, которая ограничивает до безопасного уровня потребляемый по данной вторичной цепи ток и наглядно демонстрирует наличие в этой цепи напряжения. Мощность и рабочее напряжение лампы нагрузки, соответствует эквиваленту нагрузки. Например, если в цепь питания выходного каскада строчной развертки подается вторичное напряжение +115 V, то в качестве эквивалента подходит стандартная лампа 100 Вт 220 V, а цепь 15 V следует нагружать на 18-вольтовую лампу мощностью 10 Вт.

Вы должны разорвать цепь питания выходного каскада строчной развертки, чтобы удалить нормальную нагрузку. Убедитесь, что разрыв цепи сделан таким образом, чтобы делитель напряжения цепи обратной связи остался присоединенным к шине питания, как это показано на рис. 3

Удаление выходного строчного транзистора разрывает цепь питания, однако не пытайтесь подключить лампу-эквивалент вместо удаленного транзистора! Первичная обмотка строчного трансформатора не рассчитана на пропускание постоянного тока, поэтому присоединяйте лампу так, как это показано на рис.3.

Когда после замены реальной нагрузки эквивалентом вы включите блок питания, возможна одна из четырех перечисленных ниже ситуаций.

-Лампа светится. Это показывает нормальную работу ИБП. Неисправность, по причине которой ИБП блокируется, находится во внешних цепях. Это может быть короткое замыкание, слишком высокое напряжение на кинескопе или неисправность цепей блокировки и защиты.
-Лампа не светится, (блок питания не запускается).
-Лампа вспыхивает, но сразу гаснет, (блок питания запускается, но сразу блокируется),
-Лампа светится слишком ярко (отсутствует стабилизация выходного напряжения).

Последние три ситуации показывают, что неисправность необходимо искать в самом блоке питания, для чего выполняем шаг 3.

Шаг 3. Отключение сигнала управления от мощного транзистора

Разорвите цепь подачи сигнала управления на базу мощного переключательного транзистора. Для этого достаточно отпаять какой-либо элемент, включенный последовательно в эту цепь. Это позволит вам искать неисправность в блоке питания, включенном в сеть, без риска получить какую-либо перегрузку, поскольку никаких выходных напряжений в этом случае производиться не будет. Например, можно будет перейти к шагу 4.

Шаг 4. Проверка цепи 1

Цепь I включает в себя элементы, пропускающие ток от выхода линейного источника питания — шины выпрямленного сетевого напряжения +305 V - эмиттера переключающего транзистора Проверку цепи 1 удобно проводить с использованием регулируемого автотрансформатора и осциллографа, настроенного на измерение постоянного напряжения. Присоедините вход осциллографа к коллектору, переключательного транзистора и постепенно увеличивайте переменное напряжение, подаваемое на вход ИБП, от нуля до номинального значения 220 В. При этом может наблюдаться низкий ток потребления, нормальное напряжение (около +305V при сетевом напряжении 220 В). Это показывает, что источник выпрямленного сетевого напряжения исправен, однако с элементами цепи 1 возможны проблемы. Начинайте с проверки мощного переключающего транзистора. Проверьте также резисторы и если вы полагаете, что резисторы изменили свое сопротивление, замените их заведомо исправными.

Выпрямленное напряжение и ток, потребляемый от сети 220V равны нулю. Такая ситуация возникает при обрыве в цепи +305 V. Проверьте предохранители, защитные резисторы, диоды выпрямительного моста и первичную обмотку импульсного трансформатора. Перед заменой исправных элементов, выясните, не была ли причиной их обрыва токовая перегрузка, например, вследствие пробоя переключательного транзистора или какого-либо другого элемента.

Выпрямленное напряжение равно нулю или мало при повышенном токе потребления от сети 220 В. Такие симптомы возникают при коротком замыкании в цепи 1 либо в самом источнике выпрямленного сетевого напряжения. Проверьте, не пробит ли переключающий транзистор, диоды выпрямителя, конденсатор фильтра. Проверьте также импульсный трансформатор на короткозамкнутые витки и на замыкание между обмотками.

Если короткое замыкание в цепи 1 не обнаружено, переходим к шагу 5.

Шаг 5. Проверка цепей задающего генератора

Во-первых, убедитесь, что на микросхему задающего генератора поступает запускающее напряжение. В большинстве ИБП запускающее напряжение формируется резистивным делителем. Включенным в цепь выпрямленного сетевого напряжения +305 V. Проверка запускающего напряжения, должна быть обязательно проведена до проверки задающего генератора поскольку присоединение пробника осциллографа к контрольной точке выхода задающего генератора может послужить толчком к его запуску. Блок питания в этом случае заработает, а после выключения и последующего включения вновь не запустится, и причина его неисправности останется невыясненной.

Во-вторых, тщательно проверьте с помощью осциллографа все параметры выходного сигнала задающего генератора: размах, частоту, уровень постоянной составляющей. Вход осциллографа должен быть присоединен к специальной контрольной точке выхода задающего генератора, а не к тому выходу, который управляет переключательным транзистором. Управляющий сигнал на переключательный транзистор может не поступать, если микросхема контроллера блокирована каким-либо внешним сигналом. Если частота сигнала более чем на 10% выше номинальной, или если на осциллограмме наблюдаются шумовые всплески и регулярные выбросы, то микросхему задающего генератора придется заменить.

Проверив исправность микросхемы задающего генератора и контроллера ШИМ, переходим к шагу 6.

Шаг 6. Динамический контроль цепи 4

Эта процедура позволяет проверить, правильно ли работают элементы обратной связи и управления, входящие в цепь 4 блок-схемы (рис.2.) Неисправности в этой цепи часто вызываются отказами транзисторов, отключающими всю петлю обратной связи, Динамический контроль цепи 4 способствует эффективному и быстрому выявлению и устранению этих проблем.

Для выполнения этой проверки вам понадобится внешний регулируемый источник питания постоянного тока, способный выдавать напряжение, равное вторичному напряжению, поступающему для питания выходного каскада строчной развертки (в нашем примере +115 В). Выход этого источника подключается к шине вторичного напряжения так, как это показано на рис. 4, а затем с помощью измерительных приборов исследуется реакция элементов цепи 4 на изменения напряжения на шине +115.
1. Отсоедините эквивалент нагрузки (лампу накаливания) от шины +115 V.
2. Присоедините выход внешнего источника питания к тому месту, где был отсоединен эквивалент.
3.Присоедините вход осциллографа или вольтметра постоянного тока к управляющему входу контроллера ШИМ (выходу оптопары).
4. Установите напряжение сети 220V и включите телевизор.
5. Изменяйте напряжение внешнего источника питания от+100V до номинального значения +110V и далее до +115, наблюдая при этом изменение напряжения на выходе оптопары.

Если цепь обратной связи работает нормально, то увеличение напряжения внешнего источника сопровождается увеличением напряжения на выходе оптопары. Типичной является ситуация, когда на 1 вольт изменения напряжения +B приходится 0,1 V изменения напряжения на коллекторе фототранзистора оптопары. Если напряжение остается постоянным, то в первую очередь следует проверить: Исправность оптопары (помните при выполнении измерений о правильном выборе “горячего” и “холодного” общего провода!), В дальнейшем необходимо проверить остальные элементы цепи обратной связи и управления, включая те, которые передают сигналы вкл/выкл от микропроцессора и сигналы блокировки от различных устройств защиты. Часто отказывают электролитические конденсаторы, которые должны быть проверены на обрыв, утечку и потерю емкости.

В заключение следует отметить, что многие элементы в ИБП работают в условиях больших токов и напряжений на сравнительно высоких частотах, и поэтому их надежность имеет значение, для безопасной эксплуатации телеприемника. В связи с этим производите их замену при необходимости только на те элементы, которые

указаных в перечне элементов фирмы-производителя.

В статье нумерация элементов взята из принципиальной схемы телевизоров цветного изображения альбома №5 страница 104-105. А основная схема (рис. 1) взята из пособия по ремонту импульсных источников питания (Автор Ю.И. Фомичев “Источники питания с устройствами управления на ИМС”). Напряжение вторичного источника питания +B по принципиальной схеме равно 147V.

22 сентября 2001 года С.В. Давыдов

Импульсный блок питания - схема, устройство, принцип работы, фото, видео-инструкция как сделать импульсный блок питания своими руками

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 544 Опубликовано

Импульсные блоки питания на 12В сегодня все чаще применяются в быту. С их помощью заряжаются различные виды аккумуляторных батарей, реализуются некоторые виды освещения, даже бесперебойное электрическое питания для компьютерных и других сетей. Конечно, самый простой способ обзавестись необходимым импульсным блоком питания – это купить его в магазине. К примеру, импульсный блок питания на tl494.

Внутреннее устройство импульсного блока питания на 12в

Но нас интересует возможность собрать этот прибор своими руками. Итак, импульсный блок питания – схема, детализация и рекомендации по его сборке.

Если рассматривать структурную схему, то состоит она из четырех элементов:

  • Сетевой выпрямитель.
  • Высокочастотный преобразователь.
  • Выпрямитель напряжения.
  • Система управления.

Структура блока питания показана на нижнем рисунке.

Структура блока питания

Итак, какие функции выполняет каждый из этих элементов. Сетевой выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный. То есть, происходит сглаживание пульсации напряжения. Высокочастотный преобразователь, наоборот, преобразует постоянное напряжение в переменное. При этом форма импульсов становится, во-первых, прямоугольной, во-вторых, с необходимой амплитудой.

Выпрямитель напряжения частично сглаживает напряжение. Кстати, в некоторых блоках питания этот элемент отсутствует, электрический ток поступает сразу на сглаживающий фильтр, который своим выходом соединяется с нагрузкой. На схеме показано, что система управления связана и с высокочастотным преобразователем, и с выпрямителем напряжения. Все дело в том, что управление ВЧП происходит за счет обратной связи с выпрямителем.

Эта структурная схема простого импульсного блока питания на 12В, кстати, имеет большое количество критиков, которые уверяют, что коэффициент полезного ее действия достаточно мал. В принципе, так оно и есть, но если правильно подойти к подбору всех элементов, если правильно провести расчеты, то импульсные блоки питания этого типа будут обладать КПД не ниже 90%. А это уже кое-что, да и значит.

Схема миниатюрный блок питания

Принципиальные схемы

Итак, в основе сборки импульсного блока питания лежит не только принципиальная схема, а точнее, ее обоснованный выбор, но и выбор ее основных элементов. В принципе, в данном случае необходимо точно подобрать два элемента:

  • Высокочастотный преобразователь.
  • Выпрямитель напряжения.

О них и пойдет речь.

Высокочастотный преобразователь

По сути, это длинное название можно заменить коротким – инвертор. Он бывает одно- или двухтактным, в котором используется импульсный трансформатор. Вот несколько схем этого элемента:

Схема высокочастотного преобразователя

Самая простая схема, в которой установлен только трансформатор, однотактная (первая позиция). Именно простота создает некоторые недостатки:

  • Необходима установка трансформатора большого размера, потому что этот прибор действует по частной петле гистерезиса.
  • Чтобы мощность тока на выходе была большой, надо увеличить его импульсную амплитуду.

Поэтому данная схема чаще всего применяется в блоках питания для маломощных приборов, где влияние этих недостатков не будет сказываться на работе самого прибора.

Вторая позиция – это схема двухтактная, которая носит название пушпульная. Здесь нет недостатков однотактной, но и у нее есть свои минусы: повышенные требования к максимальному значению напряжения ключей и более сложная конструкция самого трансформатора.

Схема блока питания компьютера

Третья позиция – двухтактная полумостовая. По сути, это предыдущая модель только с упрощенным трансформатором. Именно этот критерий стал основой импульсных источников питания, которые используются для электрических приборов мощностью не больше 3 кВт.

Четвертая позиция – мостовой импульсный блок питания. В нем увеличено количество силовых ключей в два раза, что дает возможность увеличить мощность. А этой выгодно и с технической точки зрения, и с экономической.

Выбор трансформатора

Импульсный блок питания, а точнее сказать, его мощность, будет зависеть от выбранного вида трансформаторного сердечника. Для источников питания до 1 кВт устанавливается трансформатор с ферритовым сердечником.

Внимание! Необходимо помнить, что в трансформаторах с ферритовым сердечником происходят большие потери напряжения, если его частота будет приближаться к 100 Гц.

Выпрямитель напряжения

Существует три основные схемы выпрямления напряжения номиналом 220 вольт.

  • Однополупериодная.
  • Двухполупериодная.
  • Нулевая или, как и предыдущая, только со средней точкой.

Первая схема самая простая, в которой используется минимальное количество полупроводниковых элементов. Единственный ее минус – это высокая пульсация напряжения на выходе. Хотя можно было бы добавить и небольшой коэффициент выпрямления (0,45), поэтому, используя эту схему, придется устанавливать мощный фильтр.

Нулевая является обладателем высокого коэффициента выпрямления – 0,9. Правда, при этом необходимо увеличить число диодов выпрямления практически в два раза. Недостаток – наличие сетевого трансформатора. То есть, его габаритные размеры мало связаны с понятием малогабаритных приборов, тем более, когда это касается импульсного блока питания.

Третья позиция – это одно и то же, что и вторая, только без трансформатора. Его заменяет емкостной фильтр, который имеет свой недостаток – это высокий импульс выходного тока. Правда, данный недостаток не критичен.

Принцип работы импульсного блока питания

Заключение по теме

Как видите, принципиальная схема для импульсных блоков питания имеет несколько разновидностей. Но чтобы каждая из них работала корректно, необходимо правильно подобрать ее составляющие. Конечно, все это не так просто как может показаться на первый взгляд, но если принять во внимание наши рекомендации, то можно самостоятельно собрать небольшой мощности блок, к примеру, для освещения помещений LED-лампами.

Схема. Импульсный блок питания для УМЗЧ (1)

Быть или не быть импульсным источникам питания (ИИП) в УМЗЧ? Такой сакраментальный вопрос по отношению к данному классу устройств отнюдь не случаен. Об этом же свидетельствует и дискуссия радиолюбителей на форуме сайта журнала, посвященная публикации [1]. Большинство участников дискуссии все же считают оправданным использование ИИП в УМЗЧ. Но в конструкции импульсного трансформатора ИИП [1] есть недостаток, на который участники дискуссии совершенно не обратили внимания. Его первичная обмотка намотана в два провода. Хотя магнитная связь витков в этом случае максимальна, достигнута она рискованным способом. Во всех соседних витках действующая разность потенциалов достигает выпрямленного сетевого напряжения (около 300 В). Лаковая изоляция проводников способна выдерживать такое воздействие, но что может случиться с ней через несколько лет эксплуатации? Даже в отсутствие перехлеста проводников (а это не исключено) их неизбежное механическое смещение при нагревании и остывании после каждого включения может значительно ослабить электрическую прочность изоляции, и тогда… в лучшем случае «сгорит» предохранитель. В этом случае более оправдано применение провода ПЭЛШО взамен рекомендованного автором ПЭВ-2. В целом же предложенный схемотехнический вариант вполне жизнеспособен.

Некоторое преимущество (за исключением предельной мощности преобразования) перед предложенным в [1] импульсным преобразователем имеют обратноходовые ИИП. Всего один коммутирующий транзистор, эффективная стабилизация выходного напряжения при изменениях сетевого напряжения и нагрузки, высокая технологичность исполнения обмоток для Ш-образного магнитопровода по сравнению с кольцевым (тороидальным) — вот далеко не полный ряд достоинств такого преобразователя. Со времени публикации упомянутой статьи прошло около четырех лет, за этот период в журнале предложены и другие схемотехнические варианты ИИП, в частности [2—4]. В этой же статье я предлагаю вариант подобного устройства с многоканальным выходом.

Основные параметры
Интервал входного напряжения, В……………………….125…250
Номинальная частота преобразования, кГц……………. 50
Выходное напряжение, В, (при токе нагрузки, А):
каналы 1—2……………………………………………….±35 (1)
каналы 3—4 ………………………………………………±15 (0,2)
Пульсации выходного напряжения, мВ, не более………5
КПД, %…………………………………………………………87

Среднеквадратическое значение пульсаций выходного напряжения измерено милливольтметром ВЗ-48А.
Рабочий интервал входного напряжения характеризует возможность как длительной работы ИИП в указанном интервале, так и способность нейтрализации кратковременных провалов и выбросов сетевого напряжения без ухудшения приводимых параметров. Тем не менее следует помнить о невозможности включения устройства при сетевом напряжении ниже 170 В. Режим работы обратноходового преобразователя — с прерывистым магнитным потоком в импульсном трансформаторе, максимальное значение коэффициента заполнения коммутирующих импульсов составляет 0,45 (при минимальном напряжении сети).

Более мощные выпрямители выходного напряжения (каналы 1, 2) предназначены для питания выходных каскадов мостового УМЗЧ, а маломощные (каналы 3, 4) — для цепей входного усилителя на ОУ.

Схема импульсного блока питания, показана на рис. 1. Как сама схема, так и использованные элементы с возможной их заменой подробно характеризовались в [2—4], и дополнительных комментариев тут не требуется. Следует, однако, подробнее описать примененный здесь способ включения вторичного контура регулирования, поскольку его особенности важно учитывать при налаживании ИИП. С небольшими упрощениями процесс стабилизации выходного напряжения по вторичному контуру обратной связи можно представить следующим образом.

В качестве следящего элемента в аналогичных устройствах применяют так называемый стабилизатор параллельного типа — микросхему DA2 КР142ЕН19А (импортный аналог — TL431 с любым буквенным индексом). Нагрузкой микросхемы являются параллельно соединенные балластный резистор R17 и излучающий диод (выводы 1, 2 оптрона U1) с токоограничивающим резистором R18. Балластный резистор создает минимальную нагрузку, необходимую для нормального функционирования микросхемы. Выходное напряжение через подстраиваемый резистивный делитель R14—R16 подано на управляющий вход микросхемы (вывод 1). Для обеспечения запаса регулирования делитель рассчитывают так, чтобы на управляющем входе микросхемы при номинальном выходном напряжении ИИП интервал напряжения, устанавливаемого подстроечным резистором   R15,   составлял   около 2,5±0,25 В.

Предположим, на пике громкости фонограммы резко возрастет потребляемый УМЗЧ ток, и за счет увеличившегося падения напряжения на обмотке IVa и выпрямительном диоде VD6 выходное напряжение источника +35 В снизится. Соответственно понизится напряжение на управляющем входе микросхемы DA2 (вывод 1), и резко уменьшится ток через балластный резистор и излучающий диод. Эквивалентное сопротивление участка коллектор—эмиттер фототранзистора, оптически связанного с излучающим диодом, возрастет. Поскольку это сопротивление включено параллельно резистору R3, являющемуся верхним плечом резистивного делителя напряжения, напряжение на входе усилителя сигнала ошибки (+2,5 В на выводе 2 DA1) уменьшится. Усилитель сигнала ошибки немедленно скомпенсирует такое уменьшение входного напряжения увеличением коэффициента заполнения коммутирующих импульсов и тем самым восстановит прежнее значение напряжения на выходе устройства.

К особенностям устройства также следует отнести многоканальность выходных источников напряжения. Контроль и регулирование выходного напряжения осуществляется только в одном канале, но сильная магнитная связь между всеми вторичными обмотками позволяет эффективно стабилизировать напряжение в каждом канале одним ШИМ-контроллером.

Печатная плата устройства представлена на рис. 2.
Среди конструктивных особенностей ИИП нужно отметить следующее.
Узел ШИ-контроллера А1 (чертеж его платы — на рис. 3) соединен с основной платой с помощью четырехконтактного унифицированного разъема Х1, подобного используемым в телевизорах УСЦТ Крепежные винты между основной платой и теплоотводом обеспечивают его электрическое соединение с общим проводом ИИП.
Коммутирующий транзистор VT1 установлен через слюдяную пластину на ребристый радиатор размерами 70x45x24 мм. К этому же теплоотводу двумя винтами на трубчатых стойках высотой 7,5 мм крепят плату контроллера А1. Микросхему DA1, установленную в плату через переходную панель, теплоотводящей поверхностью корпуса плотно прижимают к теплоотводу. Использование теплопроводящей кремнийорганической пасты КПТ8 позволяет контроллеру отслеживать рабочую температуру транзистора и автоматически выключать ИИП в аварийных ситуациях при его перегреве. При монтаже в плату А1 транзистор VT1 запаивают с предварительно отформованными выводами так, чтобы его плоскость была параллельна поверхности платы, а металлический фланец корпуса транзистора был обращен к подсоединяемому прижимной планкой и двумя дополнительными винтами теплоотводу. Сама плата А1 также обращена к теплоотводу стороной расположения элементов. Конденсаторы С9, С10 подпаивают непосредственно к соответствующим контактам панели со стороны печатных проводников.

На основной плате оптрон U1 также установлен через переходную панель. Напряжение +35 В подается во вторичный контур регулирования через электрически соединенный с катодом диода VD6 теплоотвод, что позволило обойтись без дополнительной перемычки на печатной плате. В авторском варианте применен ребристый радиатор размерами 40x20x18 мм, такие раньше изготавливали для транзисторов П213—П217. В качестве теплоотвода можно также использовать П-образный алюминиевый прокат толщиной 1,5…2 мм размерами 100×40 мм. Диод запаивают в плату так, чтобы его металлический фланец, электрически соединенный с катодом, был обращен к теплоотводу, и затем прижимают двумя винтами. Такой же теплоотвод пригоден и для диода VD7. В дополнительном принудительном охлаждении устройство не нуждается.
Подстроечный резистор R15 — типа СПЗ-16В.

При выбранных оксидных конденсаторах фильтра (серии CapXon или аналогичные) требуемый уровень пульсаций выходных напряжений вполне обеспечивают стандартные высокочастотные дроссели, и нет необходимости изготавливать самодельные. В каналах 2×35 В использованы дроссели ДМ-2,4, а в каналах 2×15 В — ДМ-0,6. Все эти дроссели установлены перпендикулярно основной плате. Для дросселя L2 используют 10-миллиметровый отрезок трубчатого феррита, используемого, в частности, в названных дросселях. Через осевое отверстие в трубке продевают провод ПЭВ-2 0,72, а затем отгибают каждый из концов на 180° от первоначального положения , образуя тем самым замкнутый виток. Этот дроссель эффективно подавляет высокочастотные колебания, возникающие в трансформаторе при включении и выключении коммутирующего транзистора, а также устраняет самовозбуждение в контурах регулирования.

Импульсный трансформатор устройства и другие его основные элементы рассчитаны с помощью специализированной программы VIPer Design Software, подробно описанной в [4]. Индуктивность первичной обмотки трансформатора на частоте преобразования 50 кГц должна соответствовать 420…450 мкГн. Печатная плата устройства вначале была спроектирована под трансформатор с магнитопроводом Ш 10×10 из феррита М2500НМС1 со стандартной контактной панелью (номера выводов 1’—6′, 7—12). Но затем плата была дополнена контактными площадками 1—6.

Проблема подбора трансформатора как одного из основных элементов, определяющих надежность всего устройства, возникла у автора из-за того, что в одной из столичных фирм под видом магнитопровода Ш 10×10 из феррита М2500НМС1 ему был продан магнитопровод того же типоразмера без заводской маркировки. В трансформаторе он разогревался настолько, что превышение температуры явно не укладывалось в расчетный допуск. Варьировались рабочая частота преобразования и соответственно ей число витков, порядок расположения обмоток, диаметр проводников, и все безрезультатно. По мере накопления объема отрицательных результатов созрела мысль сравнить электрическое сопротивление имеющегося магнитопровода с ферритом М3000НМС2 (Ш 12×20). Результаты измерения догадку подтвердили: электрическое сопротивление, измеренное прибором Ц4341, слабо зависело от взаимного расположения прикладываемых измерительных электродов, и для материала «поддельного» магнитопровода оно составило 0,9… 1,2 кОм, а для феррита М3000НМС2 — 2…3 кОм. В справочной литературе указано, что удельное электрическое сопротивление М2000НМ1 составляет 0,5 Ом·м, а М2500НМС1 (М3000НМС2) — 1 Ом·м.

В результате в одной из фирм, реализующих импортные компоненты, среди множества компонентов был выбран самый дешевый импульсный трансформатор для телевизоров SAMSUNG (децимальный номер P/N 5106-061101-00) с типоразмером магнитопровода ER42/22/15 и немагнитным зазором 1,3 мм (измеренный коэффициент индуктивности около 180 нГн на виток). Удельное электрическое сопротивление материала оказалось почти таким же, как у феррита М3000НМС2 (Ш 12×20). Для использования в ИИП такого и других готовых трансформаторов выполняют следующие технологические операции.

Перед разборкой с трансформатора снимают электростатический экран, а затем полностью погружают в ацетон или другой растворитель и выдерживают в нем трое суток. После такой операции каркас с обмотками должен без прикладывания значительных усилий перемещаться вдоль центрального стержня магнитопровода. Этот магнитопровод зажимают в тиски через картонные прокладки со стороны, противоположной выводам. Двумя мощными паяльниками разогревают до 100…120°С места склейки стыков двух половинок магнитопровода, и через П-образную оправку наносят несильный удар молотком по каркасу с обмотками в сторону выводов трансформатора. В результате удара половинки магнитопровода должны разъединиться. Остается перемотать обмотки в соответствии с приведенными в статье данными. Значительный запас в сечении окна магнитопровода позволяет применить обмоточные провода большего диаметра и при необходимости увеличить выходную мощность ИИП.

Не исключено также применение трансформатора с магнитопроводом Ш12x20x21 из феррита М3000НМС2, используемого в импульсных блоках питания телевизоров УСЦТ. Причем выходную мощность ИИП в этом случае можно значительно повысить без переделки электрической части устройства. Но трансформатор на номинальную мощность 120 Вт (максимальную 180…200 Вт) придется рассчитывать по рекомендациям Ю. Семенова [2]. В такой модификации некоторые элементы на плате придется немного сместить.

На магнитопровод от импульсного трансформатора БП телевизора SAMSUNG, использованный автором, сначала укладывают 17 витков в два провода ПЭВ-2 0,57 (обмотка la), затем после межобмоточной изоляции наматывают обмотки IVб и IVа (второй и третий слои — по 21 витку каждый) проводом ПЭВ-2 1,0, и опять межобмоточную изоляцию. В четвертом слое в два провода ПЭВ-2 0,41 «вразрядку» — 9 витков обмоток III6 и IIIа. После межобмоточной изоляции 5-й слой — 8 витков проводом ПЭВ-2 0,12 (опять «вразрядку») обмотки II. 6-й и 7-й слои — это обмотка I6, состоящая из 17 и 16 витков соответственно в два провода ПЭВ-2 0,57. Секции Ia и I6 первичной обмотки соединяют пайкой соответствующих выводов на контакте 2 (2′), который укорачивают на несколько миллиметров, чтобы он не мешал установке трансформатора на плату. Вывод 2 в плату не запаивают. После склеивания магнитопровода на готовом трансформаторе устанавливают экран — виток медной фольги шириной 15 мм, закрывающий среднюю часть катушки.

Как показали эксперименты с другими магнитопроводами, при использовании магнитопровода Ш10×10 (М2500НМС1) с немагнитным зазором около 1 мм число витков в обмотках будет таким же, как и для «корейского» магнитопровода. Более того, конструктивный немагнитный зазор 1 мм на центральном керне вполне допустимо заменить прокладками из гетинакса толщиной 0,5 мм между боковыми стержнями обычного магнитопровода. При этом индуктивность рассеяния трансформатора увеличивается от 4 до 6 мкГн, но обусловленный ею выброс напряжения на стоке в момент выключения коммутирующего транзистора IRFBC40 еще далек от предельного для него значения 600 В.

Продолжение —    www.radioelectronika.ru/?mod=cxemi&sub_mod=full_cxema&id=696

ЛИТЕРАТУРА
1. Колганоа А. Импульсный блок питания мощного УМЗЧ. — Радио, 2000,   № 2, с. 36—38.
2. Семенов Ю. Разработка однотактных обратноходовых преобразователей напряжения.   —   Радио, 2001. № 10,    с. 34-36; №11,с.43—45.
3. Сазоник В., Ермашкевич В. , Козлов К. Универсальный УКВ-ДМВ приемник «SEC-850M». Модуль питания (А4). — Радио, 2002, № 7, с. 15, 16.
4. Косенко С. Эволюция обратноходовых импульсных ИП. — Радио, 2002, № 6, с. 43, 44; № 7, с. 47, 48; № 8, с. 32—35; № 9, с. 24—26.

С. КОСЕНКО, г. Воронеж
«Радио» №3,5 2004г.

Post Views: 875

Очень дешевый импульсный блок питания - ЭЛЕКТРОНИКА - Обзоры

Товар  можно купить тут

Другие блоки питания тут
 

Всем привет. Относительно недавно мне понадобились малогабаритные импульсные блоки питания на 12 Вольт с током 0,5-1А, сделал пару образцов, но одновременно решил найти ИБП схожего типа на алиэкспресс. Цена около 1,5$ это раза в два меньше, чем я потратил на сборку.

 


Платки пришли и захотелось о них написать. К стати! пришли они в довольно аккуратных коробочках, мелочь, но приятно

 

 

 

Габаритные размеры сейчас перед вами.

Плата выдает 3 напряжения - 5, 12 и 18 Вольт. Предназначены такие платы скорее всего для работы в качестве дежурки в индукционных плитах.
Выходные напряжения стабилизированы, а если быть точнее , стабилизация организована только по 18-и Вольтовой линии.

 

 

5Вольт формируется с помощью линейного стабилизатора 78L05, для этой шины на трансформаторе не предусмотрена отдельная обмотка, поэтому берется питание с 12-и Вольтовой шины и подается на стабилизатор 5В.

 

 

По входу. Сетевой предохранитель, однополупериодный выпрямитель, сглаживающий электролит, далее питание поступает на микросхему ШИМ.
Микросхема тут не совсем обычная, VIPER12A - это все в одном. В своем составе она содержит шим контроллер, силовой полевик, времязадающую RC цепь (фиксированная частота 60кГц), защиту от перегрева, защиту от КЗ, защиту от пониженного питания с гистерезисом.

Схема однотактная, обратноход. На первичной обмотке импульсного трансформатора имеем снабберную цепь.

 

 

На выходе стоят однополупериодные выпрямители для линий 12 и 18 Вольт, далее сглаживающие электролиты и керамические капы 0,1мкФ 100В, тоже самое имеем после стабилизатора по на линии 5 Вольт.

 

 

 

Обратная связь по напряжению как уже сказал организована простеньким образом - один 18-и вольтовый стабилитрон и все.

 

 


Микросхема в корпусе DIP 8 из которых с 5-го по 8-ые выводы - сток встроенного полевика (силовой вывод), 1 и 2 - масса, 3-ОС, 4- плюс питания

Микросхема питается от 18-и Вольтовой обмотки, питание для нее выпрямляется маломощным диодом 1N4148, затем сглаживается небольшим электролитом
 

 

 

 

Пинципиальная схема (на схеме не нарисована 12-и вольтовая обмотка и линия 5 вольт с обвякой)

 

 


Печатная плата неплохая , с учетом стоимости блока питания.
 

 

 


Теперь приступим к тестам.

Потребление от сети на холостом ходу.

Напряжение на входном электролите.

 


Напряжение на шине 18 Вольт

 

 

Шина 12 Вольт

 

 

Шина 5 Вольт

 

 

Защита срабатывает очень даже корректно (показано в видео)

Продавец молчит о мощности БП, мы же попробуем сделать небольшой замер, нагржать будем 18-и Вольтовую шину.
 


5-6 ватт блок отдает без проблем, больше от него и не требуется (ограничено габаритной мощностью сердечника)
 


Пульсации напряжения проверять не буду, такие блоки предназначены для питания маломощных цепей управления, где н нужен сверхмалошумящий источник питания , но пульсации тут поверьте небольшие.

ИТОГ.
С учетом цены - просто находка! компактные размеры, неплохое качество и 3 напряжения на выходе, безо всяких проблем блок можно переделать под иные напряжения заменой одного лишь стабилитрона в цепи обратной связи. Хорошая токовая защита.

Товар  можно купить тут

Другие блоки питания тут

 

Импульсный блок питания 5Вх1,2А на микросхеме TNY265 — radiohlam.ru

Что является обязательной частью любого электронного устройства? Правильно! Это блок питания. Любое устройство надо как-то питать, иначе оно просто не будет работать. А что является главным для блока питания? Экономичность, небольшие размеры, ну и желательно стабильность. Всеми этими качествами обладают импульсные блоки питания.

Схему одного такого малогабаритного, импульсного, стабилизированного блока питания для домашней лаборатории я и хочу вам представить. Блок питания однотактный, обратноходовый, имеет оптронную обратную связь. В качестве элемента управления используется микросхема TNY265.

Параметры: вход 85..265V 50Hz , выход 5V 1,2A , КПД 68%, частота 120kHz.

Схема:

Вместо предложенных можно использовать другие оптотранзисторы (CNY17-2, PC816, TLP181 и другие), но тогда надо заново подбирать сопротивление резисторов R3*, R4*, которыми задается ток через светодиод оптронов, т.к. разные оптотранзисторы могут быть рассчитаны на разные токи светодиодов. Кроме того, коэффициенты передачи по току у разных оптотранзисторов также могут быть разными.

Стабилитрон можно также взять отечественный: КС139, а вместо диода 1N5822 можно использовать, например, SB530, MBR340 или другие аналогичные.

Цепочка R2C2D1 необходима для защиты силового транзистора микросхемы от чрезмерного напряжения сток-исток в моменты, когда силовой транзистор закрыт.

После предохранительного резистора RF1, но перед мостом, можно повесить на питание специальный высоковольтный керамический кондер в пару нанофарад, для предотвращения проникновения в сеть высокочастотных пульсаций с блока питания (показан пунктиром).

Трансформатор намотан на сердечнике EE16. Первичная обмотка содержит 126 витков одинарным проводом 35AWG (0,15 мм), вторичная — 6 витков двойным проводом 26AWG (0,4 мм). Сами понимаете, что нужно использовать провода в двойной изоляции, например ПЭВ-2. Такие провода можно найти, разобрав старые силовые трансформаторы или релюхи. Сердечник можно взять, например, в сломанном компьютерном блоке питания.

Руководство по самостоятельному изготовлению импульсного трансформатора

Таблица соответствия стандарта AWG системе СИ

В итоге получается вот такой блок питания:

Скачать печатную плату (AutoCAD2000i+DipTrace2.0)

Предупреждение!!!

1) Крайне не рекомендую при испытаниях в упор разглядывать плату, т.к. если вы чего-то не так собрали — может некисло рвануть, с огнем и дымом.

2) Также очень не советую совать руки в высоковольтную часть — долбанёт так, что мало не покажется.

3) Защиты от короткого замыкания и от перегрузки по току у этого блока питания нет, так что пользоваться им советую только в корпусе, — от греха подальше (коротнете случайно в процессе эксплуатации — результат смотри в пункте 1).

Односторонний импульсный источник питания

на базе ШИМ-контроллера UCC2800

[1] Tianwen Lv. Анализ ситуации и тенденций развития линейных и импульсных источников питания в Китае [J]. Поставки мира. 2011, 12.

[2] Чжансун Чжан, СюаньСань Цай.Теория и конструкция импульсных источников питания [M]. Электронная промышленность Press. (2004).

[3] СПЕЦИФИКАЦИЯ UCC2800. Texas Instruments Incorporated.(2007).

[4] Тянь Гао, Чжанжун Цзин, Ян Ян и др. Исследование компенсации наклона в режиме управления пиковым током [J]. Силовая электроника, 2007, 41 (3), 92-93.

[5] Авраам И. Прессман , Кейт Биллингс. Импульсный источник питания (третье издание) [M]. Электронная промышленность Press. (2010).

(PDF) Конструкция регулируемого импульсного источника питания с односторонним обратным ходом тока текущего типа

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3. 0. Любое дальнейшее распространение

этой работы должно содержать указание на автора (авторов) и название работы, цитирование журнала и DOI.

Опубликовано по лицензии IOP Publishing Ltd

ICPMMT 2019

IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия 644 (2019) 012012

IOP Publishing

doi: 10.1088 / 1757-899X / 644/1/012012

1

Конструкция регулируемого импульсного источника питания с током

Тип одностороннего обратного хода Выход

Цзя-Вэй Хуанг, Цзюнь-Ю Ду и Вэй-Тай Сюй

Кафедра электротехники, Университет Чжаоцин, 526061, Китай

Электронная почта: wthsu1 @ gmail.com

Аннотация. Это исследование основано на контроллере UC3845, разработанном для импульсного источника питания

с обратным ходом, который имеет широкий диапазон входного напряжения, высокую точность выходного напряжения и регулировку

с высокой нагрузкой. В соответствии с характеристиками импульсного источника питания обратного хода и UC3845, схемы добавления

фильтра, схемы обратной связи, схемы защиты и т. Д. Разработайте односторонний импульсный источник питания обратного хода

с регулируемым выходом, стабильный, надежный и высокий КПД. .

По результатам моделирования видно, что разработанный импульсный источник питания

имеет высокую точность выходного напряжения, а входное напряжение в диапазоне 200 В ~ 240 В, точность выходного напряжения

находится в пределах 1,3. %; регулировка напряжения составляет менее 1%, коэффициент пульсаций на выходе

поддерживается ниже 0,09%, а выходное напряжение регулируется.

1. Введение

Несимметричный импульсный импульсный источник питания с обратным ходом широко используется в источниках питания автоматического управления и интеллектуальных приборов

из-за его преимуществ простой конструкции и небольшого количества компонентов

[1].Рабочий цикл силового MOSFET регулируется с помощью технологии широтно-импульсной модуляции (PWM)

для стабилизации выходного напряжения. В этой статье в качестве устройства широтно-импульсной модуляции использовалась высокопроизводительная интегрированная микросхема управления

UC3845. Его основными характеристиками являются внутренний генератор, высокоточный компаратор ошибок

, покцикловое сравнение токов, низкий пусковой ток, сильноточный выход на общий полюс

и т. Д., Которые являются идеальными устройствами для вождения. МОП-транзисторы [2].

2. Схема импульсного источника питания

Вся схема в основном включает в себя схему выпрямителя и фильтра, преобразователь (включая лампу переключателя питания

, высокочастотный трансформатор и т. Д.), Схему управления и цепь обратной связи. Принципиальная схема

показана на Рисунке 1.

В качестве примера для схемы используется вход 220 В переменного тока. После прохождения через схему мостового выпрямителя

и схему фильтра выход переключается на постоянный ток, близкий к 311В.Путем пускового резистора R2 и конденсатора

C14 UC3845 переводится в начальное состояние и может поддерживать стабильные рабочие условия

[3]. Когда UC3845 работает нормально, может быть подан управляющий импульс для управления полевым МОП-транзистором

. Напряжение постоянного тока может выводиться через трансформатор обратного хода и выпрямительную фильтрацию [4].

Когда помехи влияют на выходную цепь, требуется регулировка обратной связи для обеспечения стабильности напряжения.

В этой статье усилитель внутренней ошибки вынужден выдавать высокий уровень, напрямую понижая напряжение

на контакте 2.Напряжение на выходе усилителя ошибки регулируется оптопарой

для регулировки рабочего цикла [5]. То есть выходной сигнал используется как сигнал обратной связи. Схема обратной связи

, образованная TL431 и оптопарой, используется для регулирования рабочего цикла выходного импульса.

может также защитить микросхему управления UC3845 от достижения цели стабилизации выходного напряжения.

PassDiy

Источники питания

Перевал Нельсона

Введение

Многие люди не разбираются в электричестве, но они понимают водопровод. Гидравлика представляет собой хорошую аналогию для понимания основных электрических потоков. Проволока - это труба. Давление воды - это напряжение. Водяной поток - это электрический ток. Озера и водохранилища - это конденсаторы. Диоды - это односторонние клапаны. Лампы и транзисторы - это краны.

Всю силовую схему усилителя можно рассматривать как коммунальную систему водоснабжения. Солнце, управляя погодным циклом, осаждает воду на ландшафте, и она собирается в озере за плотиной. Сообщество черпает воду по трубам по мере необходимости.Зимой в озере собирается дождь, и напор воды увеличивается по мере того, как оно наполняется. Летом уровень воды падает, как и давление. Когда сообщество набирает больше воды, чем обычно, уровень воды падает еще больше, и часто требуется больше одного сезона, чтобы восстановить его.

Дождь в усилителе обеспечивает ваша электросеть, домашняя проводка, шнур питания и трансформатор. Конденсаторная батарея - это резервуар. Конденсаторы получают электрический заряд каждые 1/120 секунды, отражая два импульса тока от трансформатора для каждого цикла синусоидальной волны 60 Гц, предоставленной энергетической компанией.

Эти импульсы имеют относительно короткую длительность, и конденсаторы источника питания должны сохранять энергию в течение 6 миллисекунд или около того электрической засухи, которая возникает между импульсами заряда. Нам нужно постоянное напряжение (уровень воды) от нашего источника питания, и это обычно достигается за счет использования больших конденсаторов, которые хранят больше заряда, и больших трансформаторов, которые обеспечивают столько заряда, сколько необходимо. Вы уловили идею.

Поскольку мы здесь не разрабатываем усилители, а, скорее, пытаемся разобраться в том, что представляет собой качество на рынке, полном ажиотажа, я хочу поговорить о некоторых общих идеях и прокомментировать некоторые общие подходы, используемые производителями.Поймите, что мы просто хотим, чтобы от источника питания было постоянное, бесшумное напряжение, независимо от того, какую нагрузку мы на него предъявляем.

Больше и тяжелее - лучше. Более крупные трансформаторы и провода меньше нагружают. Большие конденсаторы держат больше заряда.

Есть такое понятие, как слишком большое? Конечно, по мере того, как мы становимся больше, доходность уменьшается. Когда трансформатор выдает 1 ватт на схему предусилителя, переход от тысячи ватт к двум киловаттам не принесет вам больших улучшений.Однако это соображение не сильно отпугивает среднего аудиофила.

Трансформаторы силовые.

Лучшие силовые трансформаторы - это тороиды с магнитными сердечниками в форме пончика. Они обладают наибольшей мощностью по весу и размеру и производят меньше шума. Тороидальные трансформаторы должны иметь номинал не менее

Некоторое понимание здесь даст анализ чисел. Обычно индуктивность большого электролитического конденсатора приводит к тому, что его импеданс начинает увеличиваться примерно на 10 кГц, так что его импеданс составляет большую долю ома на частоте 100 кГц.При параллельном размещении пленочного колпачка импеданс будет на 0,1 Ом выше этой частоты.

Это важно, потому что на этих частотах звук имеет реальную мощность? Нет. Аудио имеет мощность, которая снижается примерно на 12 дБ / октаву выше 5 кГц, а реальные значения скорости нарастания музыкального сигнала составляют доли вольта за микросекунду, что означает, что на частоте 100 кГц мощность практически не требуется.

Однако высокочастотный импеданс может быть важен для стабильности усилителя, особенно в более сложных схемах, поскольку полное сопротивление источника источника питания начинает влиять на обратную связь на частотах в мегагерц или около того.Интересно, что некоторые разработчики полагались на конкретный импеданс источника питания на этих частотах для обеспечения стабильности, таким образом, можно дестабилизировать схему усилителя, подключив пленочные конденсаторы параллельно электролитическим элементам. Однако в целом пленочные заглушки в блоках питания - это хороший знак с точки зрения потребителя.

Индукторы.

Как бы мы ни старались устранить индуктивность в конденсаторах и проводке, катушки индуктивности могут использоваться для улучшения характеристик источников питания. Размещение индуктивности и конденсаторов в линии переменного тока для формирования фильтров уменьшит как входящие, так и исходящие высокочастотные шумы. Большие катушки индуктивности, включенные последовательно с первичными и вторичными обмотками трансформатора, могут использоваться для увеличения длительности импульса заряда конденсаторов источника питания, улучшая регулирование и уменьшая шум. Большие катушки индуктивности в сочетании с несколькими конденсаторами источника питания могут образовывать «пи-фильтры» для уменьшения шума в линиях питания.

Катушки индуктивности очень полезны, но стоят денег.Их использование в источниках питания для усилителей мощности указывает на то, что производитель необычайно привержен качеству.

Проволока.

Аудиофилы любят провод. Возможно, привлекательность заключается в доступности понимания. Возможно нет. В любом случае мне нравится толстая и короткая проволока, сделанная из чистых мягких металлов, таких как медь или серебро. Мне нравится, что он плотно заделан и по возможности припаян.

Выпрямители.

Да, конечно, выпрямители важны, в конце концов, переменный ток должен быть преобразован в постоянный, но мне не нравятся типы быстрого восстановления, которыми бредят некоторые аудиофилы.Быстрое восстановление означает, что они выдерживают множество ампер и вольт за десятые доли нескольких наносекунд, что мы не очень часто видим в старой линии переменного тока 60 Гц. Они являются важным элементом в импульсных источниках питания, но для обычных «линейных» источников питания я предпочитаю МЕДЛЕННЫЕ диоды, и мы создаем их, размещая небольшие конденсаторные цепи поперек диодов, что значительно снижает излучаемый шум.

Положение

много трансформатора и конденсаторной батареи. Другая цель - физически и электрически изолировать каждый канал усилителя мощности друг от друга, встречаясь только на линии переменного тока, а иногда даже не там.Таким образом, все, что происходит на одном канале, оказывает минимальное влияние на другие.

Работа в моно очень желательна в системах высокого класса, но, конечно, это дорого. Скромный компромисс предлагает режим «двойного моно», при котором два канала используют одно шасси и шнур питания, но имеют отдельные трансформаторы и конденсаторы питания. Таким образом достигается большая часть желаемой изоляции при меньших затратах.

Работа от аккумулятора

Примерно полная изоляция. Почти нулевой шум.Стоит монетный двор.

Вывод

Итак, что мы узнали здесь? В общем, для того, чтобы купить большое оборудование и сделать действительно хорошие источники питания, нужны большие деньги.

Некоторые из комментируемых здесь подходов приводят лишь к незначительным улучшениям, но их можно измерить. При рассмотрении этих аспектов конструкции источника питания нет необходимости вступать в дискуссию об объективной и субъективной производительности. Вопрос только в том, сколько вы готовы вложить в убывающую прибыль.

Инженерия - это наука компромисса, каждый производитель проводит свою собственную границу затрат и выгод, и, по моему опыту, большинство производителей очень добросовестно относятся к этому. Степень сложности и массивности предложения зависит от цены продукта, и ваши ожидания должны быть соответственно масштабированы.

Как потребитель, вы хотите получить наилучший звук. Вы можете добиться этого посредством критического слушания. В качестве второстепенной цели нам всем нравится получать то, что кажется хорошей аппаратной ценностью, и мы хотим знать, что производитель действительно вложил реальные деньги в продукт, который стоит небольшое состояние.Если вы можете прочитать спецификации или заглянуть под капот, то блок питания, являющийся одной из самых дорогих частей усилителя, обычно является хорошим индикатором. Это должна быть самая большая и тяжелая часть усилителя.

Что делать, если вы не хотите испытывать трудности, но все же хотите, чтобы ваши деньги окупались? Получите не менее 15 фунтов усилителя за каждую потраченную тысячу долларов.

мощность в несколько раз больше запланированной, поскольку мощность подается на конденсаторы короткими импульсами.

Как правило, стереоусилитель класса AB, рассчитанный на постоянную мощность 200 Вт на канал, должен обеспечивать мощность 700 Вт или около того, а это означает, что номинальная мощность трансформатора составляет около 2000 Вт.Меньшее означает прерывистую работу. Это может быть хорошо для усилителя класса AB, где не требуется максимальная непрерывная работа.

Если стереоусилитель рассчитан на 200 Вт на канал чистого класса A, он будет постоянно потреблять около 1000 Вт, а это означает, что требуется не меньше 3000 Вт силового трансформатора.

Теперь тороидальный трансформатор обеспечивает около 30 Вт на фунт, поэтому тороид мощностью 3000 Вт будет весить около 100 фунтов, а может и больше. Остальная часть такого усилителя, вероятно, будет весить примерно столько же, поэтому, если вы смотрите на стереоусилитель класса А мощностью 200 Вт на канал, вы захотите узнать, весит ли он не менее 200 фунтов.

Один фунт веса на каждые 2 Вт - хорошая лакмусовая бумажка для оценки усилителей класса А. Усилитель с меньшим весом может не относиться к чистому классу A. Он может быть почти к классу A или может быть одним из многих продуктов, получивших обозначение класса A с помощью хитрых схем.

Чтобы еще больше снизить уровень шума, тороиды иногда помещают в металлические банки. Чтобы уменьшить магнитное излучение, эти банки обычно, но не всегда, изготавливаются из стали. Это хорошо, но имейте в виду, что в прошлом, по крайней мере, одна компания использовала небольшой трансформатор в большой банке, а компенсировала разницу песком.

Конденсаторы.

Из-за требуемых высоких значений емкости конденсаторы источника питания почти всегда имеют электролитическую конструкцию. Конденсаторы, которые вы видите в усилителях мощности, имеют номинальную емкость в микрофарадах, напряжение и ток. Типичное значение емкости одной из больших банок составляет 25 000 микрофарад или 0,025 фарада. Фарад - это большая вещь; та емкость, которая потеряет 1 вольт после подачи 1 ампер в течение 1 секунды. В усилителе мощности, потребляющем напряжение смещения 8 ампер, как в нашем примере стерео 200 Вт класса A, это означает, что пульсации источника питания составляют около.06 вольт, действ.

В большинстве случаев вы хотите видеть в сумме не менее 100 000 микрофарад, что для нашего примера дает пульсацию около 0,6 вольт. Это довольно хорошо, составляет около 1% от общего напряжения питания. Меньшие усилители могут обойтись меньшими затратами, большие усилители требуют большего.

Большие электролитические конденсаторы имеют небольшую индуктивность или «спиральность» в своем составе, что является результатом спиральной намотки емкостной пленки. Чтобы уменьшить влияние этой индуктивности, пленочные конденсаторы с низкой индуктивностью часто размещаются параллельно, так что на высоких частотах ток течет немного легче.

Активное линейное регулирование - отличный способ сделать напряжение питания постоянным. К сожалению, обычно это не делается должным образом. В прошлом некоторые усилители, использующие активное регулирование, подвергались критике за отсутствие видимой динамики, и это дало этой технике меньшую репутацию, чем она заслуживает.

При правильном выполнении линейное регулирование должно выходить за рамки поверхностных требований номинальных характеристик усилителя. Регулятор должен быть в десять раз больше постоянного тока на выходе канала усилителя.Перед регулятором должны быть установлены большие емкости со значениями, сопоставимыми со значениями, необходимыми для нерегулируемых цепей. Размер трансформатора по-прежнему должен быть таким же большим, как и в нерегулируемой цепи.

При таком подходе линейное активное регулирование доставляет товары.

Гораздо менее затратный подход позволяет достичь некоторых целей регулирования, а именно регулировать или иным образом изолировать маломощный входной каскад усилителя, оставляя выходной каскад на нерегулируемый источник питания.Это может быть достигнуто с помощью полностью отдельных источников питания, активного регулирования или всего лишь с двумя резисторами и двумя конденсаторами.

Другой способ регулирования - использование источников постоянного тока, которые питают цепь постоянным током, который не колеблется с напряжением питания. Хороший источник постоянного тока может улучшить регулирование входных схем малой мощности в 100 раз, а в сочетании с регулированием напряжения питания дает действительно отличные характеристики при небольших затратах.

Вы также можете смещать выходной каскад с помощью источника постоянного сильного тока для создания несимметричного усилителя класса A.Я не шучу.

Коммутационные принадлежности

Преимущества импульсных источников питания заключаются в небольшом весе, низкой стоимости материалов и их способности активно регулировать без дополнительных затрат. Шум - потенциальная проблема при переключении источников питания, но ее можно решить, физически изолировав и отфильтровав источник питания, другими словами, потратив деньги.

Это может быть серьезная тема, но достаточно сказать, что я считаю, что некоторые из тех же предостережений применимы к импульсным источникам питания в качестве линейных регуляторов.Опять же, они должны быть рассчитаны далеко за пределы требований к номинальному току схемы усилителя, особенно потому, что переключатели, которые я видел, обычно сильно ухудшаются за пределы своих номиналов. Также полезно, если конденсаторы источника питания до и после переключателя очень большие. Обычно это не так, поскольку одна из основных причин использования коммутаторов - экономия денег.

Более изощренное использование коммутационных схем, таких как схема Боба Карвера, - это нечто большее, чем я хотел бы здесь затронуть, но вы, безусловно, можете получить от него ясное объяснение.

Моно Операция

Все мы знаем, что означает «моно» - одноканальный усилитель. Конечно, для канала, который не должен совместно использовать ресурсы питания, это означает улучшение, поскольку в блоке данного размера он может иметь вдвое больше

Аспектов управления источниками питания AESA

При разработке концептуального проекта блока питания для различных импульсных нагрузок разработчики могут использовать два разных подхода - либо использовать блок питания высокой мощности, который обеспечивает полную импульсную мощность, либо усреднить импульсную мощность с помощью большой конденсаторной батареи и использовать БП меньшей мощности.

Часть 2: Необходимо ли усреднять импульсную нагрузку блока питания?

Здесь мы рассмотрим примеры проектирования систем питания для любых импульсных нагрузок с усреднением импульсной мощности и без него; Мы также проанализируем подходы к выбору блоков питания, покажем особенности, преимущества и недостатки обеих конфигураций.

На рисунке 1 показана структура этих систем, а на рисунке 2 показаны формы тока, подаваемого блоком питания и потребляемой нагрузки, а также показано его напряжение.

(а)
б)
Рисунок 1: Конфигурация блока питания с усреднением (а) и без усреднения (б) импульсной мощности.
(а)
б)
Рисунок 2: Текущая форма БП и нагрузки, а также напряжение нагрузки с усреднением (а) и без усреднения (б) импульсной мощности.

Vicor Corporation, производитель модульных блоков питания, показала [2], что во многих случаях система питания более компактна, дешевле и надежнее с усреднением мощности, потребляемой импульсной нагрузкой. Такой подход является наиболее эффективным для приложений, где нагрузка допускает существенную нестабильность напряжения, вызванную разрядом и зарядом конденсатора большой емкости, подключенного к ней параллельно. Несмотря на это, несколько источников [3, 4] показывают необходимость использования емкостного или индуктивно-емкостного накопителя энергии на каждом приемопередающем модуле (TRM) при построении любой системы электропитания, в некоторых случаях возможно снижение их номиналов и иногда такие конденсаторы полностью исключают из конструкции, тем самым улучшая массогабаритные и надежные параметры системы питания [5].

Рассмотрим один типичный пример системы питания AESA TRM. Напряжение источника питания TRM - 28VDC, потребляемая импульсная мощность - 450W, максимальная длительность импульса - 5ms, скважность - 5 (что соответствует коэффициенту нагрузки 20%). В следующей таблице собраны исходные данные для определения такого требования.

В первом случае для питания AESA TRM мы будем использовать БП мощностью 500 Вт, который обеспечит полную мощность 450 Вт, потребляемую периодической импульсной нагрузкой.Во втором случае из-за того, что средняя мощность нагрузки составляет всего 90 Вт, мы будем использовать блок питания мощностью 150 Вт вместе с большой батареей конденсаторов для усреднения тока, потребляемого нагрузкой. Поскольку показатели микроволнового излучения мощности приемопередатчика TRM строго зависят от стабильности напряжения, типичная потребность в этой нестабильности напряжения составляет ± 1 ... 4%.

Для обеспечения заданного качества напряжения нагрузки источника питания в конфигурации без усреднения импульсной мощности достаточно иметь один малый конденсатор емкостью около 220 мкФ, работающий только во время переходных процессов, а для системы с усреднением мощности необходимо наличие вся батарея конденсаторов с общей емкостью около 70000 мкФ, обеспечивающая питание нагрузки в течение ее полного рабочего импульса.Существует несколько проблем, с которыми могут столкнуться разработчики систем электроснабжения при использовании конденсаторной батареи такого размера [2]. В частности, многие последовательные модульные блоки питания при включении с такой высокой емкостью вызывают отключение преобразователем максимальной токовой защиты на выходе, кроме того, конденсаторная батарея большой мощности может дестабилизировать цепь обратной связи по напряжению в блоке питания.

Для схемы без усреднения импульсной мощности величина требуемой мощности конденсатора на выходе БП напрямую зависит от его работы цепи обратной связи по напряжению, которая в основном ограничивается частотой переключения БП - высокая частота переключения позволяет получить быструю реакцию на скачкообразное изменение нагрузки.

Документация унифицированных модульных преобразователей напряжения часто содержит формы переходных сигналов, чтобы проиллюстрировать реакцию выходного напряжения на импульсную нагрузку; Эти формы сигналов помогают сравнить время отклика их обратной связи на динамическую нагрузку. При анализе величины переходного отклонения выходного напряжения на ступенях тока таких осциллограмм необходимо обращать внимание на диапазон изменения тока нагрузки в процентах от максимальной мощности БП до минимального значения динамической нагрузки во время испытаний, а также на величину импульсного тока. изменения.

Большинство производителей БП проводят испытания своей продукции под динамической нагрузкой в ​​довольно щадящих условиях, чтобы продемонстрировать приемлемую стабильность выходного напряжения, например, они устанавливают диапазон изменения нагрузки БП только 25% или 50%, проводят падение нагрузки не до холостого хода. , но задают достаточно медленные фронты изменения тока длительностью в десятки и тысячи микросекунд. Ни один из перечисленных подходов к тестированию неприемлем в приложениях с блоком питания TRM без импульсного усреднения мощности, т. Е. Выходной ток БП изменяется в микро и даже наносекундах, мощность, подаваемая нагрузкой во время пауз, близка к нулю, но составляет 70%. до 100% максимальной мощности БП в рабочем импульсе.Для объективной оценки качества обработки преобразователем импульсной нагрузки вы должны либо запросить у производителя прислать вам переходные формы выходного напряжения преобразователя, полученного в требуемом режиме работы, либо выполнить такие меры собственными силами.


а)
б)
Рисунок 3: Переходное отклонение выходного напряжения неспециализированного преобразователя (a) и преобразователя с высокоскоростной обратной связью по напряжению (b) мощностью 500 Вт с выходным напряжением 28 В постоянного тока при одинаковых условиях, на которые влияют ступенчатые изменения мощности нагрузки в диапазоне от нуля до 100%.Верхняя линия - напряжение на нагрузке, 5 В постоянного тока / дел; нижняя строка - ток нагрузки, 10 А / дел; шкала времени - 5 мс / дел.

На рисунке 3 показано сравнение двух различных серийно выпускаемых изолированных преобразователей напряжения мощностью 500 Вт и выходным напряжением 28 В постоянного тока с конденсатором 220 мкФ, подключенным к их выходу, и шагом нагрузки от нуля до 100% и обратно с фронтом изменения тока 200 нс. При одинаковых условиях величина переходного отклонения выходного напряжения при скачке мощности нагрузки у преобразователя с быстрой обратной связью примерно в пятнадцать раз меньше, чем у аналогичного не специализированного преобразователя.Быстродействие цепи обратной связи по напряжению и величина емкости собственных выходных конденсаторов второго преобразователя были достаточны для обеспечения 3% стабильности выходного напряжения без каких-либо серьезных внешних фильтров в данных условиях.

Сравним настройки БП для конфигурации с усреднением и без усреднения импульсной мощности. Поскольку более мощные преобразователи обычно имеют более высокий КПД, рассмотренный пример показывает, что КПД преобразователя 500 Вт при выходной мощности 450 Вт составляет 92% и вызывает тепловыделение 7.8 Вт, а КПД преобразователя мощностью 150 Вт, выбранного для системы со средней импульсной мощностью при средней мощности нагрузки 90 Вт, равен 87,5%, что вызывает тепловыделение 12,5 Вт. В результате поверхности преобразователя достаточно, чтобы преобразователь большей мощности мог работать без перегрева, а преобразователю мощностью 150 Вт требуется дополнительный теплоотвод и принудительное воздушное охлаждение. Даже когда установлен блок питания с системой жидкостного охлаждения вместе с TRM, чрезмерное тепловыделение вызывает нежелательное снижение производительности.

Таким образом, мы видим, что попытка сэкономить на мощности БП вызывает существенные затруднения для системы питания и существенно усложняет использование такой конфигурации (рисунок 4).

Рисунок 4: Различия в настройке БП в конфигурациях без усреднения (а) и с усреднением (б) импульсной мощности.


На рис. 5 показаны экспериментально зарегистрированные формы сигналов, которые иллюстрируют форму напряжения под нагрузкой и форму потребляемого тока для первого и второго вариантов.В обоих примерах форма тока, подаваемого нагрузкой, одинаково импульсная и прямоугольная, что видно по сигналам более низкого уровня, но в конфигурации с усредненной мощностью нагрузки есть яркая пилообразная составляющая, вызванная разрядом и зарядом аккумуляторной батареи конденсатора, но во второй структуре без усреднения выходного напряжения форма напряжения является почти прямой с короткими переходными процессами в точках включения и выключения нагрузки.

(а)
б)
Рисунок 5: Форма напряжения питания нагрузки (верхняя строка, 5 В / дел) и форма потребляемого тока (нижняя строка, 10 А / дел) в конфигурации с усреднением (а) и без усреднения (б) импульсной мощности Шкала времени - 5 мс / дел.
(а)
б)
Рисунок 6: Форма тока, задаваемая преобразователями (10А / дел) в конфигурациях с усреднением (а) и без усреднения (б) импульсной мощности.


На следующих осциллограммах показаны формы тока, подаваемого преобразователями (Рисунок 6). Видно, что первый преобразователь действительно работает со средней мощностью около 90 Вт, а второй преобразователь выдает импульсы мощности на нагрузку с амплитудой 450 Вт.

Важно отметить, что форма выходного тока преобразователя, показанная на осциллограмме (рисунок 6b), указывает на один из недостатков системы питания для импульсной нагрузки без усреднения. Блок питания данной конфигурации обеспечивает надлежащее питание нагрузки в течение всего рабочего импульса, ток, потребляемый от входной сети, также имеет выраженный импульсный характер, что не приемлемо для всех приложений. Входная нагрузка в примере с усреднением импульсного тока в несколько раз меньше.

Если входная сеть способна обеспечить полную импульсную мощность нагрузки с учетом КПД блока питания, то обычно нет проблем с использованием конфигурации без усреднения импульсной мощности, но в том случае, когда ее мощность ограничена и не позволяет Для подачи на нагрузку надлежащей импульсной мощности необходимо принять специальные меры для преобразования типа потребляемого тока с импульсного на усредненный с некоторой допустимой пульсацией с помощью входных активных или пассивных фильтров тока.

Во время импульса нагрузки такой фильтр должен ограничивать ток, потребляемый от входной сети, но в то же время он должен подавать требуемую импульсную мощность на блок питания, а в паузах должен использовать сеть для восполнения разницы между выдаваемой и потребляемой мощностью.Очевидно, что такие устройства, являясь фильтром тока, должны выполнять функцию накопления энергии.

Применение пассивного индуктивного или емкостного накопителя энергии практически всегда приводит к неприемлемым габаритным и стоимостным параметрам, поэтому лучшим решением будет использование высокочастотных преобразователей напряжения без гальванической развязки с фильтрующим выходным конденсатором в качестве фильтра тока. Более того, желательно использовать повышающие преобразователи вместо понижающих, потому что обычно энергетически выгодно накапливать энергию с более высоким напряжением, поскольку накопленная энергия в конденсаторе пропорциональна квадрату напряжения (E = CU2 / 2).Во многих случаях, если исходная система питается от сети переменного тока, такую ​​функцию фильтра выполняет корректор коэффициента мощности.

Итак, что у нас в итоге? Для построения системы питания с импульсной нагрузкой без усредненной импульсной мощности необходим один преобразователь мощностью 500 Вт с малым выходным конденсатором. Тем не менее, мы должны быть уверены, что входная сеть может выдерживать импульсное потребление с амплитудой около 500 Вт. Для построения системы с усредненной импульсной мощностью помимо преобразователя необходимы дополнительные аксессуары для сглаживания выходного импульсного тока, а также эффективная система отвода тепла, снижающая надежность такой конфигурации, т.е.е., электролитические конденсаторы со временем высыхают, а электромеханический компонент - охлаждающий вентилятор, имеющий ограниченный срок службы, подвергается воздействию пыли и песка и генерирует шум и вибрацию.

При использовании системы жидкостного охлаждения чрезмерные тепловые потери снижают ее производительность. Кроме того, если во время работы системы или модернизации коэффициент заполнения импульса тока нагрузки будет увеличен с 20%, например, до 40%, это не отразится на работе преобразователя мощностью 500 Вт, в то время как преобразователь мощностью 150 Вт будет работать. в аварийный режим перегрузки и может выйти из строя.

Если сравнить цену двух рассмотренных конфигураций систем питания, то для варианта с усреднением мощности шансов практически не останется. В качестве примера преимуществ подхода к импульсному источнику питания нагрузки без импульсного усреднения мощности на рисунке 7 показана визуальная конфигурация 12-канальной системы электроснабжения [6], снабжающей энергией восемь TRM с напряжением +28 В постоянного тока и сервисные блоки. с напряжением +5 В постоянного тока, +12 В постоянного тока, -6 В постоянного тока и -50 В постоянного тока.

Конденсаторы, установленные на выходах +28 В постоянного тока, поддерживают необходимое напряжение только во время переходных скачков нагрузки и не влияют на диапазон импульсного тока.Кроме того, в этом устройстве реализована концепция децентрализации электроснабжения TRM, что позволило получить высокую надежность, небольшую высоту (11 мм) системы, а также другие преимущества, характерные для децентрализованных систем электроснабжения. Импульсное воздействие нагрузки на первичную сеть переменного тока блокируется в наиболее полезном месте, то есть со стороны высокого напряжения конденсаторной батареи, подключенной к выходу первичного преобразователя, образующего шину + 300В от входного переменного напряжения.

Рисунок 7: 12-канальная система питания, обеспечивающая питание восьми модулей AESA TRM с напряжением +28 В без усреднения импульсной мощности


Таким образом, представленный анализ показывает, что существуют определенные требования к управлению источниками питания AESA, выполнение которых системы без импульсного усреднения мощности будет существенно более выгодным. Однако существует ряд приложений, в которых среднее значение мощности было бы более благоприятным.Во-первых, в структурах со значительным коэффициентом заполнения, т. Е. С коэффициентом заполнения импульса менее 10%, или с длительностью импульса, составляющей микросекунды или доли микросекунд, а не миллисекунды, как в рассматриваемом примере, т. Е. Время сравнения время отклика обратной связи по напряжению. Еще одно возможное применение систем с усредненной мощностью - системы, в которых нагрузка преобразователя выдерживает широкий диапазон входного напряжения, например, POL-преобразователи.

В каждом конкретном случае проектировщику системы электропитания AESA следует обратить внимание на все доступные факторы, учесть все требования технического задания на проектирование системы и принять решение о ее конфигурации после изучения всего спектра преимуществ и недостатков всех возможных вариантов реализации. варианты.

Об авторе

Олег Негреба - руководитель отдела исследований и разработок в компании AEDON, специализирующейся на проектировании и разработке компактных преобразователей постоянного тока в постоянный ток Hi-rel для ответственных приложений, которые могут работать в суровых условиях и удовлетворять потребности самых требовательных клиентов.

Номер ссылки

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке материала к статье Главному конструктору ООО «ЭЛЛИАРС» М.Заместитель генерального директора АО «НПП« Радий »по научной работе В. Сы-дин - Главному конструктору М.Г. Витков, инженер проекта, начальник отдела АО «СВЧ системы» А.Д. Матвеев, ведущий инженер ООО «Алмаз-Антей Телекоммуникации» А.В. Гурин, начальник отдела АО «ВНИИРТ» Володин И.Н. а также сотрудникам ООО «АЕДОН» Четвериков Н.В., А.Н. Проценко, Д.С.Ермаков

Эта статья изначально была опубликована в журнале Bodo’s Power Systems.

2 кан.Переводчик LVPECL в LVDS - Pulse Research Lab

Описание

PRL-426 представляет собой серию преобразователей логического уровня NECL, PECL или TTL в LVDS:

  • PRL-426N преобразует NECL в LVDS
  • PRL-426P преобразует PECL в LVDS
  • PRL-426T преобразует TTL в LVDS.

PRL-426N / 426P может принимать как несимметричные, так и дифференциальные входные сигналы, выбираемые переключателем. Входные разъемы на PRL-426N / 426P - SMA.

На PRL-426T вход только несимметричный, а переключатель управляет входным порогом (1.5 В или 1,0 В на нагрузке 50 Ом). Входные разъемы на PRL-426T - BNC.

Дифференциальные выходы имеют обратную оконечность 50 Ом и предназначены для управления плавающими нагрузками 100 Ом, обычно конфигурация, используемая во входных цепях LVDS. Размах выходного сигнала обычно составляет 600 мВ при синфазном напряжении 1,2 В. PRL-426NTR, PRL-426PTR и PRL-426TTR имеют выходные разъемы Triax вместо разъемов SMA. Эти высокоскоростные преобразователи облегчают тестирование схем высокоскоростной цифровой связи, где часто требуется преобразование тактовых сигналов NECL / PECL и сигналов данных в сигналы уровня LVDS.

PRL-426N предназначен для взаимодействия с цепями NECL -5,2 В или -3,3 В, а PRL-426P - с цепями PECL +5 В. В режиме дифференциального входа оба входа D и D PRL-426N имеют оконечные нагрузки 50 Ом / -2 В, а входы PRL-426P - 50 Ом / 3 В. В этом режиме один или оба входа могут принимать также сигналы, связанные по переменному току. В режиме с одним входом сигналы должны подаваться только на входы D. Входы D внутренне переключаются на V BB , номинально -1,3 В для PRL-426N и 3.7 В для PRL-426P, а согласующие резисторы R T для входных каналов D изменены на 62 Ом.

PRL-426T предназначен для взаимодействия с цепями TTL. В случаях, когда источник сигнала не может управлять напряжением TTL до 50 Ом, можно использовать переключатель входного порога для изменения напряжения запуска на 1,0 В.

Каждый блок снабжен адаптером переменного / постоянного тока ± 8,5 В / 1,4 A и размещен в корпусе 1,3 x 2,9 x 3,9 дюйма. корпус из экструдированного алюминия. Доступные аксессуары включают модули распределения напряжения для монтажа нескольких устройств.

Часто задаваемые вопросы о NECL / PECL - Pulse Research Lab


Q0: Как мне распространять и транслировать сигналы NECL / PECL / LVPECL?

A0 : Pulse Research Lab предлагает широкий выбор продуктов для обработки сигналов ECL:

  • Разветвленные буферы для сигналов NECL или LVPECL.
  • Преобразование сигналов NECL, сигналов PECL или сигналов LVPECL
  • Преобразование в сигналы NECL, сигналы PECL или сигналы LVPECL
  • Повторная буферизация сигналов NECL и LVPECL для управления длинными линиями
  • Наши самые популярные продукты ECL:
    • PRL-420ND, 2-канальный преобразователь TTL в дифференциальный преобразователь NECL
    • PRL-450ND, 2-канальный преобразователь дифференциального сигнала NECL в TTL
    • PRL-434A, дифференциальный буфер разветвления NECL 1: 4,
    • PRL-431AN-SMA, буфер разветвления NECL, 1: 2,
    • PRL-434LP, дифференциальный буфер разветвления NECL 1: 4,
    • PRL-430AN-SMA, 2-канальный драйвер дифференциальной линии NECL

К началу


Q1: Что такое схемы ECL?

A1 : ECL расшифровывается как Emitter Coupled Logic.Базовая конфигурация схемы состоит из пары NPN-транзисторов, эмиттеры которых соединены вместе и питаются от источника тока, как показано на рис. 1.

Q 1 и Q 2 обычно называют дифференциальным переключателем. В установившемся состоянии либо Q 1 , либо Q 2 включены, но не оба, а логическое состояние выхода определяется разностью напряжений между базами Q 1 и Q 2 . Если V b1 - V b2 > 200 мВ, Q 1 будет включен, а Q 2 выключен, и наоборот.

Входы могут иметь дифференциальное или несимметричное управление. В несимметричном режиме неприводная база должна быть подключена к подходящему напряжению смещения V BB , которое подается либо внутри устройства, либо извне. Напряжения, возникающие на коллекторах Q 1 и Q 2 , подключены к паре эмиттерных повторителей Q 3 и Q 4 . Выходы принимаются на эмиттерах Q 3 и Q 4 .Обратите внимание, что выходные эмиттеры разомкнуты, и, в отличие от схем TTL / CMOS, выход не будет, пока к открытому эмиттеру не будет подключен понижающий резистор. Этот понижающий резистор играет очень важную роль в определении производительности цепи ECL (см. Другие часто задаваемые вопросы). Более подробное описание основных схем ECL и различных конфигураций схем можно найти в Справочнике Motorola MECL Data и в новом справочнике High Performance ECL Data.

В начало


Q2: Каковы напряжения питания ECL?

A2 : Обычно указывается два напряжения питания.Более положительное напряжение питания обозначено как V CC , а более отрицательное напряжение питания - V EE . Обычно используется только одно напряжение питания, а другое - заземление. Можно также увидеть оценочные платы ECL с положительным и отрицательным напряжением, используемые для упрощения взаимодействия с приборами, привязанными к земле.

В новых семействах ECL-устройств ECLinPS и ECLinPS Lite, работающих на частоте 10 К и 100 К, могут использоваться одни и те же напряжения питания V CC -V EE = -5.2 В. Промышленный стандарт для напряжений питания ECL: V CC = 0 В и V EE = -5,2 В.

В начало


Q3: Что такое схемы LVECL, PECL и LVPECL?

A3: Устройства LVECL - это устройства ECL, разработанные для использования с V EE = -3,3 В. Они совместимы с вводом / выводом со стандартными устройствами ECL.

"P" в PECL означает "плюс". Цепи PECL в целом идентичны цепям ECL, за исключением того, что напряжение питания V CC составляет 5 В, а питание V EE заземлено.Существуют специальные устройства PECL, которые рассчитаны только на питание +5 В.

Цепи

LVPECL - это схемы PECL, предназначенные для использования с V CC = 3 В или 3,3 В, то же самое напряжение питания, что и для низковольтных устройств CMOS. Как видно, устройства PECL и LVPECL рассчитаны на совместимость по напряжению питания со схемами TTL / CMOS и LVCMOS соответственно.

В начало


Q4: Каковы логические уровни для схем ECL, LVECL, PECL и LVPECL?

A4: Для простоты здесь будут использоваться только номинальные значения.Значения наихудшего случая в зависимости от колебаний нагрузки, температуры и напряжения питания можно найти в Справочнике Motorola.

Для стандартных схем ECL уровни логики Hi и Lo определены как V CC –0,8 В и V CC –1,6 В, соответственно. Поскольку эти уровни относятся только к источнику питания V CC , они применимы к ECL, LVECL, PECL и LVPECL. В следующей таблице перечислены номинальные числовые значения логических уровней для этих схем, включая внутреннее напряжение смещения V BB и внешнее оконечное напряжение V TT , которые должны предоставляться пользователем.

При управлении этими устройствами с использованием генератора с выходным сопротивлением 50 Ом, выходные уровни Hi и Lo генератора должны быть установлены таким образом, чтобы на входе этих устройств создавались правильные уровни. Для устройства с входным сопротивлением 50 Ом / В TT необходимо учитывать влияние резистивного делителя между сопротивлением источника генератора и нагрузкой, и эквивалентная схема показана на рис. 5.

Из рис. 5 легко вычислить требуемые уровни Hi и Lo разомкнутой цепи от генератора с выходным сопротивлением 50 Ом и они перечислены ниже как V OHPG и V OLPG .

ECL LVECL PECL LVPECL
В CC 0 В 0 В +5,0 В +3,3 В
В EE -5,2 В -3.3 В 0 В 0 В
В ОН -0,8 В -0,8 В +4,2 В +2,5 В
В ПР -1,6 В -1,6 В +3,4 В +1,7 В
V BB -1,3 В -1,3 В +3,7 В +2.0 В
В TT -2 В -2 В +3 В +1,3 В
В OHPG +0,4 В +0,4 В +5,4 В +3,7 В
В OLPG -1,2 В -1,2 В +3,8 В +2,1 В

Таблица I: Уровни напряжения ввода-вывода и смещения для устройств ECL, LVECL, PECL и LVPECL

Важно отметить, что уровни ввода / вывода V BB и V TT для ECL и LVECL одинаковы, но не для устройств PECL и LVPECL.Следует отметить, что на эти логические уровни в некоторой степени влияют условия нагрузки. Для ECL, например, в условиях большой нагрузки, V OH может быть –0,95 В вместо –0,8 В. Точно так же V OL может быть –1,75 В вместо –1,6 В. Для удобства V Значения OLPG могут быть выбраны такими же, как значения V TT , что приведет к немного разным задержкам распространения между передним и задним фронтами выходного сигнала, поскольку форма входного сигнала больше не является симметричной относительно V BB .

Q5: Как выглядит типичная входная цепь ECL?

A5: Вместо того, чтобы описывать каждую входную цепь ECL, LVECL, PECL или LVPECL отдельно, мы сосредоточимся на обобщенной схеме «ECL» с питанием V CC и V EE .

Базовая входная цепь устройства ECL - это просто база NPN-транзистора. Однако для устройства, установленного внутри части оборудования, всегда используется какая-либо форма входной нагрузки.Наиболее распространенная конфигурация входа - это та, которая имеет нагрузку 50 Ом на V TT , где V TT определяется как V CC - 2 В. Эта конфигурация используется либо для несимметричных, либо для дифференциальных входов, как показано на рис. 2А.

Вторая конфигурация состоит из одного плавающего резистора, подключенного между дифференциальными входами устройства ECL, как показано на рис. 2B.

Чаще всего сопротивление этого резистора составляет 124 Ом.Также используются другие значения, такие как 75 Ом, 78 Ом и 100 Ом. Третий состоит из двух последовательно соединенных резисторов, и последовательная комбинация подключается к дифференциальным входам устройства ECL, а соединение резисторов шунтируется конденсатором на землю, как показано на рис. 2C. Также используются другие конфигурации.

Причина, по которой входные цепи ECL внутри единицы оборудования всегда должны быть завершены, как описано выше, связана с согласованием импеданса. Без надлежащих входных клемм невозможно соединить между собой различное оборудование.

В начало


Q6: Как выглядит типичная выходная цепь ECL?

A6: Как показано на рис. 1 ранее, выходная цепь ECL состоит из открытого эмиттера NPN, и также было указано, что для включения эмиттерного повторителя необходим понижающий резистор. Однако в части оборудования, снабженной выходами ECL, внутренние понижающие резисторы могут быть включены или не включены. Поскольку понижающие резисторы потребляют мощность, производители оборудования не вставляют их без необходимости.Если это не обозначено, можно предположить, что они не включены. Как мы увидим в следующем обсуждении (вопрос 7), выходы ECL без соответствующих внутренних понижающих резисторов не могут управлять нагрузками, связанными по переменному току, или плавающими нагрузками.

В начало


Q7: Как управлять входами ECL, подключенными к клеммам 50 Ом / В TT ?

A7: Следует рассмотреть два случая. Первый предполагает использование устройства вывода ECL в качестве драйвера, а второй использует выходной генератор 50 Ом.В первом случае настраивать нечего, и вопрос в том, совместим ли ввод / вывод. Во втором случае уровни Hi и Lo на выходе генератора должны быть настроены так, чтобы они давали правильные уровни на входе приемного устройства. В следующем обсуждении будут использоваться стандартные уровни ECL. Основной принцип применим также к LVECL, PECL и LVPECL.

Случай I. Драйвер - устройство ECL.

Для конфигурации с одним входом его можно подключить напрямую к открытому эмиттеру выходного разъема ECL через кабель 50 Ом, как показано на рис.3.

Видно, что резистор 50 Ом, подключенный к –2 В, подает ток на открытый эмиттер, и, следовательно, понижающий резистор от эмиттерного повторителя драйвера не требуется. Обратите внимание, что предполагается, что неиспользуемый вход подключен к напряжению смещения V BB внутри, как показано. Если присутствует пара дифференциальных входных разъемов, либо неиспользуемый вход должен быть подключен к V BB извне, либо оба входа должны управляться с использованием пары дополнительных сигналов.

Хотя в этом случае для соединения входов / выходов не требуется никаких расчетов, приведенный ниже простой расчет помогает понять, почему понижающий резистор играет важную роль. Если предположить, что логические уровни «hi» и «lo», возникающие в условиях «тяжелой нагрузки», равны –0,95 В и –1,75 В, соответственно, выходные токи схемы драйвера могут быть легко вычислены и равны:

I OH = (2-0,95) В / 50 Ом = 21 мА и

I OL = (2-1.75) В / 50 Ом = 5 мА

Точные значения токов не важны, пока они являются положительными числами, потому что эмиттер NPN может только подавать ток, но не потреблять ток. Выход ECL с внутренним понижающим резистором также может управлять входной цепью этого типа. Следует отметить, что для этой конфигурации необходимо использовать кабель с сопротивлением 50 Ом, поскольку нагрузка на конце кабеля составляет 50 Ом. Для получения дополнительной информации см. Часто задаваемые вопросы о линии передачи.

Случай II: драйвер представляет собой генератор с выходным сопротивлением 50 Ом

Рис.5 показана эквивалентная схема генератора импульсов с выходным сопротивлением 50 Ом, подключенного к цепи ECL с ограничением по входу 50 Ом / -2 В.

Для создания набора уровней Hi и Lo, равных -0,8 В и -1,6 В, соответственно, на входе устройства ECL, уровни Hi и Lo разомкнутой цепи генератора импульсов должны быть установлены на +0,4 В и - 1,2 В соответственно. Это легко проверить, вычислив ток в каждом логическом состоянии с помощью рис. 5. Часто для удобства используется уровень Lo, равный –2 В.Однако уровни –0,8 В / -2 В не являются симметричными относительно порогового напряжения ECL V BB , которое имеет типичное значение –1,3 В. Конечный результат использования этого набора входных напряжений состоит в том, что распространение задержки нарастания и спада выходного сигнала не будут точно такими же.

Уровни выходных сигналов генератора с выходным сопротивлением 50 Ом, необходимые для LVECL, PECL и LVPECL, приведены в A4, Таблица I. Важно отметить, что ECL и LVECL совместимы, а PECL и LVPECL - нет.

В начало


Q8: Как управлять входом ECL с плавающим дифференциалом?

A8:

Случай I. Драйверы представляют собой пару дифференциальных устройств ECL.

Этот тип входной цепи может быть представлен конфигурацией, показанной на рис. 2B или 2C. Поскольку он имеет эквивалентный плавающий резистор, для открытых NPN-эмиттеров драйвера не существует пути тока. Следовательно, только схемы дифференциального вывода с «соответствующими» понижающими резисторами могут управлять нагрузкой этого типа.Пара понижающих резисторов 300 Ом может работать с плавающим входом 124 Ом или 75 Ом.

Теперь давайте посмотрим, что мы подразумеваем под «подходящим». Давайте возьмем конфигурацию входа, показанную на рис. 2B, и подключим ее к паре эмиттерных повторителей на дифференциальном выходе, включая понижающие резисторы, R 5 и R 6 , как показано на рис. 4. Предположим, что «привет» а логические уровни «lo» равны –0.8 В и –1,6 В соответственно, слабонагруженное состояние. Разность этих напряжений, которая составляет 0,8 В, появляется на резисторе 124 Ом, в результате чего ток составляет 6,45 мА. Этот ток должен поступать от эмиттерного повторителя в состоянии «hi» и подаваться эмиттерным повторителем в состоянии «lo».

Зная это, мы можем легко вычислить соответствующее значение для R 5 и R 6 . Как мы упоминали выше, эмиттер NPN не может потреблять ток.Следовательно, ток в понижающем резисторе, например, R 6 , в состоянии «lo» должен быть больше 6,45 мА; в противном случае эмиттерный повторитель будет отключен до того, как достигнет намеченного состояния «lo». Это требование устанавливает условие, что

(5,2–1,6 В) / R 6 = 6,45 мА.

Решая для R 6 , видно, что оно должно быть меньше 558 Ом. Другими словами, если выходные эмиттерные повторители не имеют внутренних понижающих резисторов со значениями менее 558 Ом, драйверы не могут правильно управлять этой дифференциальной нагрузкой.Скорее всего, схема все еще будет работать, если сопротивление резистора выше 558 Ом, но пострадают частотная характеристика и запас по шуму, поскольку уровень «lo» не достигнет своего полного значения –1,6 В.

Теперь давайте посмотрим на конфигурацию на рис. 2C; предполагается, что сопротивление каждого резистора составляет 50 Ом. Легко видеть, что это практически идентично только что описанному случаю. Вместо этого понижающие резисторы должны быть менее 450 Ом.

Следующий логический вопрос, который необходимо задать: «Что делать, если выходы ECL не оснащены понижающими резисторами, а нагрузка представляет собой дифференциальный плавающий резистор?» Один из вариантов - добавить понижающие резисторы на выходных эмиттерных повторителях, если есть доступ к схеме.Если нет, то потребуется буферная схема ECL с входными нагрузками 50 Ом / -2 В и дифференциальными выходами с понижающими резисторами 200 Ом (см. Техническое описание PRL-430A). Следует избегать добавления подтягивающих резисторов где-нибудь между выходами открытого эмиттера и входом плавающего резистора, поскольку это может вызвать несоответствие импеданса.

Как обсуждалось в первом примере, необходимо также использовать кабель с характеристическим импедансом, соответствующим оконечной нагрузке. Для этого примера потребуется экранированная витая пара на 124 Ом с соответствующими разъемами.

Случай II: Драйверы являются дополнительными выходами генератора с выходным сопротивлением 50 Ом.

Поскольку плавающий резистор в конфигурации дифференциального входа не обязательно равен 50 Ом, необходимо использовать эквивалентную схему, показанную на рисунке 6, для определения правильной настройки уровня выходного сигнала генератора импульсов.

Например, предположим, что резистор плавающей нагрузки R L составляет 124 Ом. Если предполагается, что уровни Hi и Lo на выходе генератора импульсов разомкнутой цепи равны E 1 и E 2 , соответственно, то требуемое напряжение на V 1 и V 2 будет соответственно равно –0.8 В и –1,6 В. Это соответствует току, протекающему через все три резистора 6,45 мА. При работе в обратном направлении E 1 должен быть установлен на –0,8 В + 6,45 мА x 0,05 кОм = -0,478 В, а E 2 должен быть установлен на –1,6 В- 6,45 мА x 0,05 кОм = -1,92 В.

В этой конфигурации дифференциального входа соединительный кабель может иметь сопротивление 50 или 124 Ом, в зависимости от выбора компоновки соединительного разъема. Если на стороне дифференциального входа используется твинаксиальный или триаксиальный соединитель, то преобразователь дифференциального выхода с 50 Ом на входе в 124 Ом, такой как PRL-433, вместе с кабелем на 124 Ом может значительно упростить интерфейс.Если на дифференциальном входе используются два разъема SMA или BNC, следует использовать кабели с сопротивлением 50 Ом. В любом случае есть согласование импеданса только в одном направлении, и эта тема будет позже опубликована в Интернете.

В начало


Q9: Зачем нужно отключать сигналы ECL и где я могу получить это согласование 50 Ом / -2 В?

A9: Сигналы ECL имеют очень быстрое время перехода. Для устройств серий 10KH и 100KH время перехода на выходе составляет 1.Диапазон от 5 до 2 нс. Однако для устройств серии 10EP / 100EP время перехода может находиться в диапазоне 150–250 пс. При передаче сигналов с такими короткими временами перехода преобразование сигнала в характеристический импеданс Z - соединительного устройства является обязательным, а не вариантом. Для коаксиальных кабелей общие значения Z или составляют 50 Ом, 75 Ом и 93 Ом. Другие значения Z или , такие как 78 Ом и 124 Ом, доступны для экранированных витых кабелей.

Общая теория состоит в том, что, когда время перехода сигнала "короткое" по сравнению с задержкой распространения межсоединения, тогда существует "длинная линия" или линия передачи, среда, и необходимо использовать обработку цепи линии передачи. Типичная задержка распространения для кабеля 50 Ом, такого как RG178, составляет 1,65 нс / фут. Краткое обсуждение, дающее интуитивное представление о том, что такое эффект линии передачи, скоро будет доступно в нашем разделе часто задаваемых вопросов в категории «Линия передачи».

Не существует жесткого правила, которое отделяет «короткую линию» от «длинной линии», хотя для определения «длинной линии» были предложены числа от 2 до 5 для отношения задержки межсоединения к времени перехода сигнала. линия". Более подробное обсуждение этого вопроса можно найти в Руководстве по проектированию систем MECL Motorola и в ряде справочников по устройствам на основе GaAs. Строгую трактовку теории передачи можно найти в классическом учебнике Уолтера К. Джонсона « Линии передачи и сети », McGraw-Hill, 1950, часть I, главы 1–9.

В начало


Q10: Что такое отражения и как от них избавиться?

A10: Отражения - это энергии, не поглощаемые нагрузкой, которые должны быть возвращены или отражены обратно к источнику. Отражения не будет, если полное сопротивление нагрузки равно характеристическому сопротивлению Z - среды передачи.

В начало


Q11: Можно ли использовать устройство ECL с дифференциальным входом в качестве компаратора напряжения?

A11: Да.Многие устройства новых семейств ECLinPS и ECLinPS Lite имеют типичный диапазон синфазных помех от V CC –0,4 В максимум до V EE +2,5 В минимум. Этот относительно широкий диапазон синфазных сигналов позволяет использовать приемное устройство ECL с дифференциальным входом, показанное на рис. 2A, 2B или 2C, в качестве компаратора.

Любой вход на рис. 2A также может управляться несимметричным синусоидальным или прямоугольным сигналом, связанным по переменному току, потому что такой сигнал будет качаться симметрично относительно неуправляемого входа, который теперь смещен на V TT .

Фактически, дифференциальный приемник ECL PRL-430A используется в качестве приемника / компаратора для обнаружения слабых сигналов в ряде спутниковых систем связи. Дополнительные выходы PRL-430 подходят для прокладки кабелей с сопротивлением 50 Ом длиной до 200 футов.

В начало


Q12: Может ли выход ECL управлять нагрузкой 50 Ом, связанной по переменному току?

A12: При управлении нагрузкой 50 Ом, связанной по переменному току, выходной эмиттерный повторитель ECL должен получать свой постоянный ток питания от понижающего резистора.Если логический размах должен поддерживаться на уровне 800 мВ, ток разряда, вытекающий из нагрузочного резистора 50 Ом во время нисходящего размаха сигнала, должен быть равен (0,8 В / 50 Ом) = 16 мА, и этот ток течет в выходной NPN-эмиттер, как показано на рис. 7.

Поскольку эмиттер NPN может только подавать ток, ток в понижающем резисторе должен быть больше 16 мА, чтобы ток эмиттера I E всегда был положительным. Предполагая, что выходное напряжение эмиттера в состоянии «lo» равно –1.6 В, максимальное значение понижающего резистора рассчитано равным (5,2–1,6 В) / 16 мА = 225 Ом. Обычно понижающий резистор 200 Ом используется, когда требуется связь по переменному току с нагрузкой 50 Ом.

По причинам, связанным с потреблением энергии, большая часть оборудования с выходами ECL не имеет внутренних понижающих резисторов. Понижающий резистор 200 Ом потребляет в среднем ток 20 мА. Например, в системе, где требуется 64 выходных драйвера, это приводит к дополнительному потреблению тока 1,28 А, если на каждом выходе есть понижающий резистор на 200 Ом.

В начало


Q13: Что произойдет, если я перейду на вход ECL?

A13: Если вернуться к рис. 1, напряжение на коллекторе «открытого» транзистора Q 1 составляет В CC -0,8 В.

Если база Q 1 поднять выше V CC - 0,2 В, диод база-коллектор Q 1 будет смещен в прямом направлении, что приведет к увеличению задержки выключения Q 1 . Чрезмерная повышающая передача, применяемая к любому входу ECL выше V CC или ниже V EE , может повредить устройство.

В начало


Q14: Почему я не могу получить выходной сигнал от выходного разъема ECL и как мне его измерить?

A14: На рис. 1 выше было показано, что выходы ECL являются открытыми эмиттерами. Без подтягивающих резисторов выходы отключены и, следовательно, выходное напряжение отсутствует. Даже если на выходе есть внутренний понижающий резистор, все равно может быть невозможно измерить истинный выходной сигнал, если только измерительное устройство не согласовано по импедансу со структурой выхода ECL.Причина этой проблемы заключается в том, что внутреннее соединение между выходным контактом устройства ECL и выходным разъемом, скорее всего, представляет собой «длинную линию», и ни пробник осциллографа, ни вход осциллографа с высоким импедансом не представляют импеданса, совпадающего с выходной структурой ECL.

Если бы выход ECL был подключен непосредственно к входу осциллографа 50 Ом, выхода также не было бы, потому что выходной эмиттер будет отключен входом 50 Ом, привязанным к земле, даже если выход имеет усилие 200 Ом. понижающий резистор.Тем не менее, подключение по переменному току выхода ECL с внутренним понижающим резистором 200 Ом к входному прибору 50 Ом - это нормально (см. Вопрос 12).

Итак, мы не можем измерить сигнал ECL, теперь мы покажем, как его можно измерить с помощью терминатора ECL.

Выходные цепи

ECL / PECL предназначены для управления нагрузками 50 Ом, подключенными к оконечному напряжению V TT = V CC -2 В. Для ECL V CC = 0 В и V TT = -2 В. Для PECL V TT = +3 В.Если вход измерительного прибора выглядит так же, как оконечная нагрузка 50 Ом / В TT , то все должно быть в порядке. Фактически, это именно то, что означает терминатор ECL или PECL.

Терминатор ECL - это в основном смещенный СВЧ-аттенюатор на 50 Ом. Вход имеет эквивалентную оконечную нагрузку 50 Ом / -2 В, а выход подходит для подключения входного прибора 50 Ом с заземлением. Точно так же вход терминатора PECL имеет эквивалентную нагрузку 50 Ом / 3 В. Однако для защиты чувствительных инструментов правильно спроектированный терминатор ECL / PECL должен иметь выход, близкий к уровню земли (см. Техническое описание PRL-550NQ4X).

Для измерения дифференциального выхода ECL с использованием твинаксиального или триаксиального разъема требуется либо прибор с дифференциальным входом и соответствующей нагрузкой, либо преобразователь дифференциала в несимметричный.

Внимание! Не подключайте выход устройства PECL к терминатору ECL или к заземленному входному прибору с сопротивлением 50 Ом. Это может означать мгновенную катастрофу для устройства PECL или прибора (см. Вопрос 15). Хотя подключение выхода ECL к оконечному устройству PECL может не разрушить устройство ECL, это может вызвать постепенное ухудшение работы выходного эмиттерного повторителя из-за возможного чрезмерного напряжения обратного смещения, возникающего на переходе база-эмиттер.

В начало


Q15: Что произойдет, если замкнуть выход ECL или PECL на массу?

A15: На рис. 1 выше показано, что коллекторы выходных эмиттерных повторителей ECL подключены к V CC . Когда V CC заземлен, замыкание эмиттера на землю просто выключает эмиттерный повторитель, и никаких повреждений не произойдет.

Это не тот случай, когда V CC = +5 В. Выходной ток транзистора ограничен только в b раз больше его базового тока, который обеспечивается R 1 или R 2 , подключенным к V CC .В большинстве случаев устройство разрушается мгновенно. Фактически, подключение выходного устройства PECL к заземленной нагрузке 50 Ом часто также немедленно приводит к выходу из строя устройства.

В начало


Q16: Как подключиться к линии ввода-вывода ECL, чтобы посмотреть на сигнал?

A16: Как обсуждалось в вопросе 9, у быстрых сигналов ECL должны быть завершены линии ввода-вывода. Коаксиальный пробник 10X, как показано на рис. 8, позволяет извлекать часть сигнала для измерения и при этом поддерживать согласование импеданса на портах ввода / вывода.

Коаксиальный пробник 10X разделяет сигнал на выход с амплитудой 90% и выход с амплитудой 10%, или 10X, которые можно подключить к входу 50 Ом осциллографа. Этот коаксиальный пробник 10X разработан для использования в среде с сопротивлением 50 Ом, где каждый порт должен быть подключен к 50 Ом. При правильном согласовании он обладает тем свойством, что входное сопротивление порта ввода сигнала и выходное сопротивление порта вывода сигнала 90% составляют 50 Ом.

Хотя выходное сопротивление устройства ECL не составляет 50 Ом, входной порт датчика 10X действительно имеет импеданс 50 Ом, когда два других порта подключены к 50 Ом.Следовательно, когда выходная цепь ECL подключена к входному порту этого пробника, он видит импеданс 50 Ом, когда два других порта подключены к 50 Ом / -2 В и 50 Ом соответственно. Это удовлетворяет условию, что выход ECL правильно отключен.

Такое расположение пробников достаточно хорошо работает как с несимметричным сигналом ECL, так и с сигналом PECL, хотя 10% -ные потери сигнала в сквозном тракте могут вызывать беспокойство, так как это также снижает запас помехоустойчивости сигнала. Однако при использовании двухканального пробника, такого как PRL-860D, для передачи как истинного, так и дополнительного выходных сигналов, запас по шуму будет улучшен.

В начало


MB3759 datasheet - Цепь управления с широтно-импульсной модуляцией Двухтактный / несимметричный

AP1201 : Usb активный переключатель питания высокого напряжения.

KA78R33C : Фиксированный стабилизатор напряжения 3,3 В с малым падением напряжения (LDO), 1 А. Регулятор напряжения с малым падением напряжения на выходе 12 В, 15 В TO-220, полная форма (4 контакта) Защита от перегрузки по току, тепловое отключение Защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания С функцией отключения выхода Это регулятор напряжения с низким падением напряжения, подходящий для различного электронного оборудования.Обеспечивает источник питания постоянного напряжения с полной формой вывода ТО-220-4.

LT1240-7Z : Преобразователи переменного тока в постоянный на 500 Вт. Универсальный входной диапазон 70255 В переменного тока с PFC Отдельные выходы кВ переменного тока I / O испытательное напряжение на электрическую прочность Прочная электрическая и механическая конструкция, возможность горячей замены Зарядные устройства для свинцово-кислотных аккумуляторов 24 и 48 В с дистанционным контролем температуры Диапазон рабочих температур окружающей среды 2571 C с конвекционным охлаждением Вход напряжение переменного тока Входная частота Коэффициент мощности.

MAX1822 : Источник питания высокого напряжения.Источник высокого напряжения MAX1822, использующий регулируемый нагнетатель заряда, генерирует регулируемое выходное напряжение на 11 В, превышающее входное напряжение питания, для питания схем переключения и управления на стороне высокого напряжения. MAX1822 позволяет использовать N-канальные полевые МОП-транзисторы (FET) с низким сопротивлением в схемах, которые обычно требуют дорогостоящих, менее эффективных полевых транзисторов с P-каналом и PNP-транзисторов.

MAX1898EVKIT : Оценочный комплект MAX1898EVKIT для MAX1898. Оценочный комплект MAX1898 (комплект электромобилей) представляет собой законченное, полностью собранное и испытанное одноэлементное зарядное устройство для литий-ионных (Li +) аккумуляторов.Комплект EV заряжает одну батарею Li + до 4,2 В с помощью блока питания с выходным напряжением 12 В. При входном напряжении более 6 В допустимый зарядный ток может быть ограничен показателем рассеиваемой мощности внешнего полевого МОП-транзистора.

MC78M05 : Трехконтактный стабилизатор среднего тока положительного напряжения. Стабилизаторы положительного напряжения серии MC78M00 / MC78M00A идентичны популярным устройствам серии MC7800, за исключением того, что они рассчитаны только на половину выходного тока. Как и устройства MC7800, трехконтактные стабилизаторы MC78M00 предназначены для местного регулирования напряжения на плате.Внутреннее ограничение тока, схема теплового отключения и безопасная зона.

NTE1968 : Положительный трехконтактный стабилизатор напряжения интегральной схемы. : Серия монолитных 3-контактных регуляторов положительного напряжения от NTE1960 до NTE1976 использует внутреннее ограничение тока, тепловое отключение и компенсацию безопасной зоны в изолированном корпусе типа TO220, что делает их практически неразрушаемыми. Если предусмотрен соответствующий теплоотвод, они могут обеспечивать выходной ток более 1 А. Эти устройства предназначены для использования в качестве фиксированных.

PT6101A : Plug-in Power Solutions-> Неизолированный-> Single Posi. ti PT6101, 5Vout 1A Широкий вход Регулируемый понижающий Isr.

PT6947A : Plug-in Power Solutions-> Non-Isolated-> Multiple Ou. ti PT6947, 2,5 В / 1,5 В, 6 А + 6 А Вход 5 В / 3,3 В с двумя выходами Isr.

PZ5CU-0505Z : Мощность / Вт = 0,75 ;; Input / vdc = 5/12/15 ;; Выход / vdc = +/- 5/12/15 ;; ISOlation = 1000V ;; Пакет = SIP7.

RE5RExxxx : Тип с большим выходом.

TL7715ACD : ti TL7715A, одиночный SVS для систем 15 В с регулируемой временной задержкой. Power-On Reset генератор Автоматического Reset Generation После Падения напряжения Широкого напряжение питание Диапазон Точность Напряжение датчик температура-компенсированное опорное напряжение правдивого и комплемента Сброс Выходов Наружно Регулируемая длительность импульса TA ПКР (P) SOIC (D) ПКР (P) SOIC (D) SOP (PS) до 70C PDIP (P) SOIC (D) PDIP (P) SOIC (D) PDIP (P) SOIC (D) PDIP (P) SOIC.

TPS75233 :.TPS75225Q, TPS75233Q СО СБРОСОМ TPS75425Q, TPS75433Q С ПИТАНИЕМ ХОРОШЕЕ БЫСТРО-ПЕРЕХОДНЫЙ РЕГУЛЯТОР 2-А РЕГУЛЯТОРЫ НИЗКОГО ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ 2-А Стабилизатор напряжения с низким падением напряжения 2,5 В, 3,3 В с фиксированным выходом и регулируемые версии с открытым стоком. Сброс с задержкой 100 мс (TPS752xxQ) Выход состояния «Хорошее питание» (PG) с открытым стоком (TPS754xxQ) Обычно выпадающее напряжение.

UC2844A : ШИМ-контроллеры текущего режима. ШИМ-контроллер текущего режима. Оптимизирован для работы в автономном режиме и для преобразователей постоянного тока с низким пусковым током (<0.5 мА) Регулируемый ток разряда генератора Автоматическая компенсация прямой связи Ограничение тока между импульсами Расширенные характеристики отклика на нагрузку Блокировка при пониженном напряжении с гистерезисом Двойное подавление импульсов Деталь # UVLO 16.0V 8.5V UVLO Off 10.0V 7.9V Максимальный рабочий цикл UC1842A / 3A / 4А / 5А.

IR3637ASPBF : ИС контроллера, предназначенная для обеспечения простого синхронного понижающего регулятора для встроенных приложений постоянного тока в небольшой 8-контактный корпус SOIC 8-контактный контроллер SOIC (NB) с синхронизацией цепи ШИМ с точностью 1% Vcc (мин.) 4.0 Vcc (макс.) 25 Vout (мин.) 0,8 Vout (макс.) Vcc * 0,85 Iout (A) 15 Частота переключения Внутренняя память DDR приложений 400 кГц, графические карты, набор микросхем.

MAX1772 : Недорогой, мультихимический строительный блок зарядного устройства MAX1772 - это высокоинтегрированная, мультихимическая ИС управления зарядным устройством, которая упрощает создание точных и эффективных зарядных устройств. MAX1772 использует аналоговые входы для управления током и напряжением заряда и может быть запрограммирован хостом или проводным способом.Высокая эффективность достигается за счет доллара.

MAX5965A : четырехмощные монолитные контроллеры PSE для питания через Ethernet MAX5965A / MAX5965B - это четырехъядерные монолитные контроллеры питания -48 В, предназначенные для использования в системах питания, совместимых с IEEE 802.3af / pre-IEEE 802.3at. -сорсинговое оборудование (PSE). Эти устройства обеспечивают обнаружение устройств с питанием (PD), классификацию, ограничение тока, отключение нагрузки постоянного и переменного тока.

LM34919B : Ультракомпактный понижающий импульсный стабилизатор постоянного времени на 40 В, 600 мА из семейства PowerWise Понижающий импульсный регулятор LM34919B обладает всеми функциями, необходимыми для реализации недорогого, эффективного понижающего регулятора смещения, способного подавать 0.6А к нагрузке. Этот понижающий стабилизатор содержит понижающий переключатель с N-каналом и доступен в корпусе micro SMD.

PT7M7345ZTA : P Контурные схемы Контрольные схемы микропроцессоров (P) семейства PT7M7xxx предназначены для повышения надежности и точности цепей питания в P-системах. Эти устройства уменьшают сложность и уменьшают количество компонентов, необходимых для контроля работы источника питания и батарей.

AS1328 : Понижающий преобразователь постоянного тока 3 А в корпусе 3x3 TDFN AS1328 - это высокоэффективный синхронный понижающий преобразователь, который может выдавать ток до 3 А.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *