Схема импульсный блок питания: Страница не найдена — Электрознаток

Содержание

Схема импульсного блока питания — четыре версии на чипе IR2153

Схема импульсного блока питания — 4 рабочие схемы

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

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

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

Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v.

Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.

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

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

Теперь рассмотрим следующий блок питания:

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

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

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

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

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

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

Четвертая схема импульсника:

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

Скачать: Дополнительные файлы

Импульсный блок питания: схемы, сборка, принцип действия

Современные электронные устройства рассчитаны на работу от слабых токов от 1-2 до 6-12 вольт. Ранее такое напряжение достигалось путем использования аналоговых или трансформаторных блоков питания, которые сегодня почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную работу электронных приборов.

Работа аналоговых блоков питания

Предшественниками импульсных устройств долгое время были аналоговые блоки питания, оборудованные понижающим трансформатором. На рисунке упрощенной структурной схемы хорошо видно, что этот прибор установлен на самом входе. С помощью понижающего трансформатора амплитуда питающего напряжения преобразуется из сетевых 220 В до нужного значения.

После этого синусоидальный ток попадает в выпрямитель, где преобразуется в импульсный. Данная процедура осуществляется с помощью полупроводниковых выпрямительных элементов – диодов, подключенных по схеме диодного моста.

Следующим элементом является блок, состоящий из сглаживающего фильтра и стабилизатора. Сглаживание напряжения осуществляется конденсатором, имеющим соответствующую расчетную емкость. После выполняется стабилизация, чтобы избежать провалов напряжения в случае увеличения нагрузки. Данная схема приведена в очень упрощенном виде, поскольку в блоках питания 12В этого типа существуют дополнительные элементы в виде входного фильтра и защитных цепей, не оказывающих существенного влияния на общую функциональность устройства.

Основным ограничением использования трансформаторных блоков является их чрезмерная масса и габаритные размеры. Например, понижающий трансформатор 220/12 с номинальной мощностью 250 Вт весит примерно 4 кг, а его длина, ширина и высота составляют 125х124х89 мм. Данный фактор делает невозможным использование таких приборов в современных миниатюрных устройствах.

Принцип действия импульсных устройств

Импульсные устройства – ИИП работают совершенно по другому принципу, существенно отличающемуся от аналоговых блоков питания. Это подтверждают и структурные схемы, в которой отсутствует входной понижающий трансформатор.

Принцип работы такого источника питания осуществляется на практике в следующей последовательности:

  • Изначально питание попадает в сетевой фильтр, сводящий до минимума входящие и исходящие сетевые помехи, образующиеся в результате рабочих процессов.
  • Далее начинает действовать блок, в котором синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. Вместе с ним начинается работа сглаживающего фильтра.
  • После этого в рабочий процесс включается инвертор, формирующий высокочастотные прямоугольные сигналы. Для обратной связи с инвертором используется блок управления.
  • Импульсный трансформатор – ИТ обеспечивает автоматический генераторный режим, подачу напряжения на отдельные участки цепей, защиту, управление контроллером и нагрузку. Кроме того, ИТ обеспечивает гальваническую развязку между цепями с высоким и низким напряжением. Для его сердечника использованы ферримагнитные материалы, обеспечивающие надежную передачу высокочастотных сигналов в диапазоне от 20 до 100 кГц.
  • На следующем этапе начинается работа выходного выпрямителя, работающего с напряжением высокой частоты. Его конструкция выполнена на основе быстродействующих полупроводниковых элементов – диодов Шотке.
  • По завершении процесса напряжение сглаживается на выходном фильтре, после чего оно уже поступает на нагрузку.

Работа инвертора в блоке питания

Инвертор является основным элементом импульсного блока. Его основная функция заключается в высокочастотной модуляции, которая может быть выполнена частотно-импульсным, фазоимпульсным и широтно-импульсным (ШИМ) способами.

В практической работе схема импульсного блока питания чаще всего использует последний вариант, отличающийся простым исполнением и постоянной коммуникационной частотой.

Работа этого контроллера выполняется по следующей схеме, приведенной на рисунке выше:

  • С помощью генератора, задающего частоты, происходит формирование прямоугольных сигналов с частотой, соответствующей опорному значению. Эти сигналы служат базой для формирования Uп, имеющего пилообразную форму и поступающего на Кшим, то есть, на вход компаратора.
  • Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала Uус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (Uп) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (Uрс).
  • С помощью этого способа образуется замкнутая цепь, обеспечивающая управление напряжением на выходе, образуя тем самым своеобразный линейно-дискретный функциональный узел. На выходе происходит формирование импульсов, продолжительность которых зависит от разницы между опорным и управляющим сигналами. На основе данного узла возникает напряжение, позволяющее управлять ключевым транзистором инвертора.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем контроля над его уровнем. Если оно изменяется, то соответственно происходит и пропорциональное изменение напряжения Uрс – регулирующего сигнала. За счет этого уменьшается или увеличивается продолжительность временного промежутка между импульсами. В результате мощность вторичной цепи изменяется и выходное напряжение стабилизируется. Гальваническая развязка, которой оборудуются все импульсные блоки питания, обеспечивает безопасность между питающей сетью и обратной связью и выполняется с помощью оптронов.

Плюсы и минусы импульсных блоков

По сравнению с аналоговыми преобразователями такой же мощности, импульсные блоки обладают несомненными преимуществами:

  • Незначительная масса и габариты, поскольку в конструкции отсутствует понижающий трансформатор низкой частоты и управляющие элементы, требующие больших радиаторов для отвода тепла. Преобразование высокочастотных сигналов привело к снижению емкости конденсаторов, установленных в фильтрах и их габаритных размеров.
  • У них значительно выше коэффициент полезного действия, так как большинство потерь связано лишь с переходными процессами. В аналоговых же системах большое количество энергии постоянно теряется из-за электромагнитных преобразований.
  • Благодаря полупроводниковым элементам, значительно снижается стоимость изделия.
  • Входное напряжение обладает более широким диапазоном. Импульсные блоки можно подключать к любым сетям, поскольку для них не имеет значения частота и амплитуда.
  • Все устройства надежно защищены от коротких замыканий, перегрузок и прочих нестандартных ситуаций.

Однако, даже такие совершенные устройства имеют определенные недостатки. В первую очередь, это помехи, вызванные высокочастотным преобразователем. Из-за этого требуется установка фильтра для подавления этих помех. Он не всегда достаточно эффективен, поэтому применение импульсных блоков ограничено для совместной эксплуатации с высокоточной аппаратурой.

Использование этих устройств предъявляет особые требования к подключаемой нагрузке, которая не должна быть слишком высокой или слишком низкой. В случае превышения током уровня нижнего или верхнего порога, выходное напряжение по своим характеристикам будет значительно отличаться от номинального.

Самостоятельная сборка импульсного блока питания

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется собрать импульсный блок питания своими руками для конкретного электронного оборудования. За основу можно взять импульсный трансформатор, имеющийся в компьютерном блоке и сделать достаточно мощный ИБП. Схема довольно простая, не требующая отдельных настроек.

Основой полумостового драйвера служит микросхема IR2151. Усиление сигнала генератора осуществляется с помощью мощного полевого транзистора, закрепляемого на теплоотводе.

Самый простой импульсный блок питания будет состоять из следующих деталей: термистора, резистора на 47 кОм, диода FR107, электролитических конденсаторов и других деталей, обозначенных на схеме. Подобные самодельные блоки питания могут использоваться для достаточно мощных электронных устройств. При желании их можно всегда подогнать по параметрам под конкретный прибор.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

   Решил собрать себе в гараж усилитель звуковой частоты, ватт на 60, чтоб читал музыку с флешки. Для этого приобрел китайский ФМ модулятор, а корпус у меня для данного девайса лежал уже давно. Когда собрал усилитель, возникла проблема — обычный сетевой трансформатор на такую мощность в корпус просто не влез. Было решено сделать импульсный блок питания. Пересмотрел кучу схем из интернета. Автогенераторные не подходили, так как дают сильные помехи. Переделка блоков питания от компьютера тоже не понравилась, очень не люблю когда на плате все паяно перепаяно. Тут проще сделать новое. И вот нашел эту интересную схемку импульсного блока питания. 

   Схема проще некуда — работает на частоте 100кгц и содержит минимум недорогих, распространённых деталей. Частота задается резистором, который висит на второй ноге микросхемы (в данном случае 10кОм). Микросхема IR2151-2153 — это драйвер управления затворами полевых транзисторов. Практика показала, что снабберы для подавления ВЧ грязи в данном блоке не обязательны. Даная схема ИБП может вытянуть до 500 ватт мощности. Здесь по описанию автора работают и самодельные трансформаторы. Эта простая проверенная схема прекрасно подойдет для питания усилителей, зарядки аккумуляторов, галогенных ламп на 12 вольт в точечных светильниках и многого другого. 

   Схема не требует никакого налаживания и начинает работать сразу. В своём варианте использовал трансформатор из неисправного блока питания копьютера и все детали кроме микросхемы, транзисторов и мощного резистора на 47 кОм взял оттуда же. На схеме на выпрямлении сетевого напряжения стоит диодный мост — тоже использовал диоды из блока АТХ (плата рассчитана под мост). Входные высоковольтные конденсаторы рассчитывают из соображения 1Мкф ёмкости на 1 Ватт мощности. В данном случае конденсаторы рассчитаны на мощность 220 Ватт. Можно для регулирования частоты последовательно с резистором на 10 кОм поставить переменный на 5кОм. Ведь при изменении частоты изменяется выходное напряжение. Еще хочу добавить, что диоды типа КД213 тут не работают — очень сильно греются, надо ставить что-то по быстрее. Вот фото моего варианта. Диодный мостик на выходе не ставил, так как он стоит отдельно вместе с конденсаторами фильтра в самом усилителе. Транзисторы применил IRF840, так как они больше всего подходят для этого блока питания.

   На фото он тянет 50-ти ваттную нагрузку, диод включил для снижения напряжения, так как на выходе 22 вольта. Печатную плату делал маркером, ушло на минут 10. Транзисторы крепятся на общем радиаторе через слюдяные прокладки. 

   В архиве дана печатная плата на схему. Еще добавлю, что по стоимости радиокомпонентов обошлось всё в три доллара. Автор статьи: Ксюня.

Originally posted 2019-01-27 07:25:54. Republished by Blog Post Promoter

Регулируемый мощный импульсный БП на 60 В 40 А

Проект этого очень мощного импульсного источника питания давно ждал своего времени и наконец был воплощен в железе, потому что потребовался регулируемый лабораторный ИП повышенной мощности. Схема на базе линейного регулятора при мощности более 2 кВт была бы невозможна в использовании. По этой причине была выбрана топология прямого преобразователя с двумя ключами, то есть полумостовая схема. Используются IGBT-транзисторы, а роль контроллера возложена на микросхему UC3845.

Схема принципиальная ИБП на 2 кВт

Сетевое напряжение сначала проходит через фильтр помех, а затем выпрямляется и фильтруется с помощью конденсаторов C4. Для уменьшения пускового тока был последовательно подключен переключатель с Re1 и R2. Катушка реле и вентилятора (обычный, от блока питания компьютера) питаются от 12 В, получаемых путем понижения напряжения 17 В от вспомогательного источника. Резистор R1 должен быть выбран как так что напряжение на упомянутой катушке и вентиляторе составляет 12 В. Вспомогательный источник питания был построен на основе м/с TNY267. Резистор R27 реализует защиту от пониженного напряжения этого источника питания – он не запустится при напряжении ниже пика 220 В.

Контроллер UC3845 имеет сигнал 50 кГц на выходе и максимальную скважность 47%. Он питается от стабилитрона, который снижает напряжение питания на 5,6 В (с выходом 11,4 В), а также сдвигает пороги UVLO с 7,9 В (ниже) и 8,5 В (вверху) до соответственно 13,5 и 14,1 В. Следовательно, источник питания начнет работать при напряжении 14,1 В, и не будет ниже 13,5 В, благодаря чему защита IGBT была получена от работы без насыщения. Первоначально это было невозможно, потому что пороги UC3845 были слишком низкими.

Эта схема управляет MOSFET T2, который, в свою очередь, питает управляющий трансформатор Tr2. В результате были получены гальваническая развязка и плавающий контроль. Этот трансформатор, через системы формирования с T3 и T4, управляет IGBT T5 и T6 затворами. Эти транзисторы переключают выпрямленное сетевое напряжение (325 В), питая силовой трансформатор Tr1.

Напряжение от вторичной обмотки этого трансформатора затем выпрямляется с использованием выпрямителя, подключенного в транзитной системе, и сглаживается дросселем L1 и конденсаторами C17. Обратная связь по напряжению подается с выхода на вывод 2 UC3845. Напряжение можно выставить с помощью потенциометра P1. Гальваническая развязка обратной связи не требуется, поскольку контроллер был подключен к вторичной стороне напряжения и изолирован от сети. Обратная связь по току была реализована с использованием трансформатора тока Tr3 и выведена на выход 3 UC3845. Порог ограничения тока можно установить с помощью P2.

Транзисторы T5, T6, диоды D5, D5′, D6, D6′, D7, D7′ и диодный мост обязательно должны быть размещены на радиаторе. Диоды D7, конденсаторы C15 и защитные цепи R22 + D8 + C14 должны быть как можно ближе к IGBT. Светодиод 1 указывает, что устройство включено, светодиод 2 – режим ограничения тока или ошибка. Он будет светиться, когда схема не находится в режиме стабилизации напряжения. В состоянии стабилизации на выходе 1 UC3845 составляет 2,5 В, в остальных случаях около 6 В. LED сигнализация может быть убрана.

Катушки импульсного БП

Выходной трансформатор Tr1 использован от старого источника питания. Коэффициент трансформации находится в диапазоне от 3:2 до 4:3, а его сердечник – ферритовый, без зазора. Если кто-то хочет сам его намотать, используйте сердечник, похожий на сварочный аппарат инвертора или около 6,4 см2 (допустимый диапазон 6-8 см2). Первичная обмотка должна состоять из 20 витков, намотанных 20 проводами диаметром 0,5 мм, а на вторичную обмотку – 14 витков 28 проводами одинакового диаметра. Медные полоски также могут быть использованы. К сожалению, использование одного толстого провода невозможно из-за скин-эффекта.

Управляющий трансформатор Tr2 имеет три обмотки по 16 витков. Они намотаны одновременно (в трех направлениях) тремя скрученными изолированными проводами. Сердечником является EI (может быть EE) без зазора, взятый из блока питания ATX. Этот сердечник имеет поперечное сечение центральной части примерно 80..120 мм2.

Трансформатор тока Tr3 состоит из 1 катушки и 68 витков на тороидальном сердечнике. Вообще размер и количество оборотов не являются критическими. Но для другого коэффициента значение R15 должно быть скорректировано.

Трансформатор вспомогательного источника питания Tr4 был намотан на ферритовый сердечник EE с зазором и диаметром поперечного сечения основы около 16-25 мм2. Он взят от вспомогательного трансформатора инвертора вышеупомянутого источника питания ATX. Направление включения обмоток всех трансформаторов (отмечены точками) должно быть правильным.

Индуктор извлеченный из микроволновой печи можно использовать в качестве дросселя сетевого фильтра. Выходной дроссель L1, как и трансформатор, также от готового ИБП. Он состоит из двух параллельных дросселей 54 мкГн на порошковых сердечниках, и результирующая индуктивность составляет 27 мкГн. Каждый дроссель намотан двумя проводами 1,7 мм.

L1 находится на минусовой стороне, так что катоды диодов могут быть прикреплены к радиатору без изоляции. Максимальный ток источника питания составляет около 2500 Вт, а КПД при полной нагрузке превышает 90%.

Замена деталей ИБП

Здесь использовались транзисторы IGBT типа STGW30NC60W. Они могут быть заменены на IRG4PC40W, IRG4PC50W, IRG4PC50U, STGW30NC60WD или аналогичные с соответствующей мощностью и скоростью работы. Выходные диоды могут быть любого быстрого типа с достаточным рабочим током. Для верхних диодов (D5) средний ток не превышает 20 А, для нижних диодов (D6) – 40 А. Таким образом, верхние диоды могут быть выбраны на половину тока нижних. Верхними могут быть два HFA25PB60 / DSEI30-06A или один DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C. Нижние – два DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C или четыре HFA25PB60 / DSEI30-06A.

Диодный радиатор должен быть рассчитан на мощность рассеивания 60 Вт. Общая мощность тепловыделения на IGBT может достигать 50 Вт. Максимальные потери тепла в мостике составляют около 25 Вт.

Схема подачи электропитания напоминает ту, которая часто используется в сварочных аппаратах. Переключатель S1 обеспечивает аварийное отключение источника питания, поскольку не рекомендуется часто отключать источник питания с помощью переключателя питания (особенно при работе в качестве лабораторного).

Резистивная искусственная нагрузка была применена для тестирования блока питания. Этот обогреватель 220 В 2000 Вт от котла был переделан на мощность 60 В 2000 Вт.

Потребляемая мощность в выключенном состоянии составляет всего около 1 Вт. Выключатель S1 можно не ставить. Источник питания также может быть построен как источник постоянного напряжения. В этом случае было бы хорошо оптимизировать параметры трансформатора Tr1 для максимальной эффективности.

Внимание: конструкция подобного импульсного источника питания не предназначена для начинающих, поскольку большая часть его схемы подключена к сети 220 В. При небрежной конструкции на выходе может появиться сетевое напряжение! Также необходимо использовать подходящий шнур питания. Конденсаторы внутри устройства могут оставаться заряженными даже после выключения его от розетки!

Импульсный блок питания переменного тока

Современные электронные устройства рассчитаны на работу от слабых токов от 1-2 до 6-12 вольт. Ранее такое напряжение достигалось путем использования аналоговых или трансформаторных блоков питания, которые в настоящее время почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритными размерами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную и надежную работу электронных приборов. Для того чтобы сделать правильный выбор, необходимо хорошо представлять себе конструктивные особенности и принцип действия этих устройств.

Работа аналоговых блоков питания

Предшественниками импульсных устройств долгое время были аналоговые блоки питания, оборудованные понижающим трансформатором. На рисунке упрощенной структурной схемы хорошо видно, что этот прибор установлен на самом входе. С помощью понижающего трансформатора амплитуда питающего напряжения преобразуется из сетевых 220 В до нужного значения.

После этого синусоидальный ток попадает в выпрямитель, где преобразуется в импульсный. Данная процедура осуществляется с помощью полупроводниковых выпрямительных элементов – диодов, подключенных по схеме диодного моста.

Следующим элементом является блок, состоящий из сглаживающего фильтра и стабилизатора. Сглаживание напряжения осуществляется конденсатором, имеющим соответствующую расчетную емкость. После выполняется стабилизация, чтобы избежать провалов напряжения в случае увеличения нагрузки. Данная схема приведена в очень упрощенном виде, поскольку в блоках питания 12В этого типа существуют дополнительные элементы в виде входного фильтра и защитных цепей, не оказывающих существенного влияния на общую функциональность устройства.

Основным ограничением использования трансформаторных блоков является их чрезмерная масса и габаритные размеры. Например, понижающий трансформатор 220/12 с номинальной мощностью 250 Вт весит примерно 4 кг, а его длина, ширина и высота составляют 125х124х89 мм. Данный фактор делает невозможным использование таких приборов в современных миниатюрных устройствах.

Принцип действия импульсных устройств

Импульсные устройства – ИИП работают совершенно по другому принципу, существенно отличающемуся от аналоговых блоков питания. Это подтверждают и структурные схемы, в которой отсутствует входной понижающий трансформатор.

Принцип работы такого источника питания осуществляется на практике в следующей последовательности:

  • Изначально питание попадает в сетевой фильтр, сводящий до минимума входящие и исходящие сетевые помехи, образующиеся в результате рабочих процессов.
  • Далее начинает действовать блок, в котором синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. Вместе с ним начинается работа сглаживающего фильтра.
  • После этого в рабочий процесс включается инвертор, формирующий высокочастотные прямоугольные сигналы. Для обратной связи с инвертором используется блок управления.
  • Импульсный трансформатор – ИТ обеспечивает автоматический генераторный режим, подачу напряжения на отдельные участки цепей, защиту, управление контроллером и нагрузку. Кроме того, ИТ обеспечивает гальваническую развязку между цепями с высоким и низким напряжением. Для его сердечника использованы ферримагнитные материалы, обеспечивающие надежную передачу высокочастотных сигналов в диапазоне от 20 до 100 кГц.
  • На следующем этапе начинается работа выходного выпрямителя, работающего с напряжением высокой частоты. Его конструкция выполнена на основе быстродействующих полупроводниковых элементов – диодов Шотке.
  • По завершении процесса напряжение сглаживается на выходном фильтре, после чего оно уже поступает на нагрузку.

Работа инвертора в блоке питания

Инвертор является основным элементом импульсного блока. Его основная функция заключается в высокочастотной модуляции, которая может быть выполнена частотно-импульсным, фазоимпульсным и широтно-импульсным (ШИМ) способами.

В практической работе схема импульсного блока питания чаще всего использует последний вариант, отличающийся простым исполнением и постоянной коммуникационной частотой.

Работа этого контроллера выполняется по следующей схеме, приведенной на рисунке выше:

  • С помощью генератора, задающего частоты, происходит формирование прямоугольных сигналов с частотой, соответствующей опорному значению. Эти сигналы служат базой для формирования Uп, имеющего пилообразную форму и поступающего на Кшим, то есть, на вход компаратора.
  • Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала Uус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (Uп) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (Uрс).
  • С помощью этого способа образуется замкнутая цепь, обеспечивающая управление напряжением на выходе, образуя тем самым своеобразный линейно-дискретный функциональный узел. На выходе происходит формирование импульсов, продолжительность которых зависит от разницы между опорным и управляющим сигналами. На основе данного узла возникает напряжение, позволяющее управлять ключевым транзистором инвертора.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем контроля над его уровнем. Если оно изменяется, то соответственно происходит и пропорциональное изменение напряжения Uрс – регулирующего сигнала. За счет этого уменьшается или увеличивается продолжительность временного промежутка между импульсами. В результате мощность вторичной цепи изменяется и выходное напряжение стабилизируется. Гальваническая развязка, которой оборудуются все импульсные блоки питания, обеспечивает безопасность между питающей сетью и обратной связью и выполняется с помощью оптронов.

Плюсы и минусы импульсных блоков

По сравнению с аналоговыми преобразователями такой же мощности, импульсные блоки обладают несомненными преимуществами:

  • Незначительная масса и габариты, поскольку в конструкции отсутствует понижающий трансформатор низкой частоты и управляющие элементы, требующие больших радиаторов для отвода тепла. Преобразование высокочастотных сигналов привело к снижению емкости конденсаторов, установленных в фильтрах и их габаритных размеров.
  • У них значительно выше коэффициент полезного действия, так как большинство потерь связано лишь с переходными процессами. В аналоговых же системах большое количество энергии постоянно теряется из-за электромагнитных преобразований.
  • Благодаря полупроводниковым элементам, значительно снижается стоимость изделия.
  • Входное напряжение обладает более широким диапазоном. Импульсные блоки можно подключать к любым сетям, поскольку для них не имеет значения частота и амплитуда.
  • Все устройства надежно защищены от коротких замыканий, перегрузок и прочих нестандартных ситуаций.

Однако, даже такие совершенные устройства имеют определенные недостатки. В первую очередь, это помехи, вызванные высокочастотным преобразователем. Из-за этого требуется установка фильтра для подавления этих помех. Он не всегда достаточно эффективен, поэтому применение импульсных блоков ограничено для совместной эксплуатации с высокоточной аппаратурой.

Использование этих устройств предъявляет особые требования к подключаемой нагрузке, которая не должна быть слишком высокой или слишком низкой. В случае превышения током уровня нижнего или верхнего порога, выходное напряжение по своим характеристикам будет значительно отличаться от номинального.

Самостоятельная сборка импульсного блока питания

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется собрать импульсный блок питания своими руками для конкретного электронного оборудования. За основу можно взять импульсный трансформатор, имеющийся в компьютерном блоке и сделать достаточно мощный ИБП. Схема довольно простая, не требующая отдельных настроек.

Основой полумостового драйвера служит микросхема IR2151. Усиление сигнала генератора осуществляется с помощью мощного полевого транзистора, закрепляемого на теплоотводе.

Самый простой импульсный блок питания будет состоять из следующих деталей: термистора, резистора на 47 кОм, диода FR107, электролитических конденсаторов и других деталей, обозначенных на схеме.

Подобные самодельные блоки питания могут использоваться для достаточно мощных электронных устройств. При желании их можно всегда подогнать по параметрам под конкретный прибор.

Эффективный импульсный стабилизатор низкого уровня сложности

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

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

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

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

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

Устройство бесперебойного питания на основе импульсного стабилизатора

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

Стабилизатор имеет следующие параметры:

Входное напряжение, Uвx – 20-30 В:

Выходное стабилизированное напряжение, Uвыx-12B:

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

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

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

Уровень пульсации. Uпульс – 100 мВ,

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

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

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

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

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

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

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

Источники питания на основе высокочастотного импульсного преобразователя

Достаточно часто при конструировании устройств возникают жесткие требования к размерам источника питания. В этом случае единственным выходом является применение ИП на основе высоковольтных высокочастотных импульсных преобразователей. которые подключаются к сети

220 В без применения габаритного низкочастотного понижающего трансформатора и могут обеспечить большую мощность при малых размерах и теплоотдаче.

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

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

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

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

тивности). И. в-третьих, частота насыщения высокочастотного трансформатора, определяемая типом применяемого магнитопро вода (как правило, используются тороидальные сердечники) должна быть значительно выше рабочей частоты преобразователя.2. Данные дросселей и трансформаторов:L1-1. L2 наматывают на кольцах из феррита 2000НМ К12х8х3 в два провода проводом ПЭЛШО 0,25: 20 витков. ТР1 – на двух кольцах, сложенных вместе, феррит 2000НН КЗ 1х18.5х7;

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

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

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

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

Импульсным стабилизатор с ключевым МДП-транзистором со считыванием тока.

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

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

Входное напряжение:-110 В 60Гц:

Выходное напряжение: 48 В постоянное:

Ток нагрузки: 4.8 А:

Частота переключения: 110 кГц:

КПДпри полной нагрузке: 78%;

КПД при нагрузке 1/3: 83%.

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

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

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

Многие начинающие знакомство с импульсниками, начинают собирать то, что по проще.
В том числе и с этой схемы:

Я также начинал с нее.

Вполне рабочая схема, но если ее немного доукомплектовать, то получится достойный импульсный БП для начинающих и не только.
Вот как то так:

Большинство деталей выпаивал из старых компьютерных БП и старых мониторов. В общем собирал из того что нормальные люди выбрасывают на свалку.
Вот так выглядит ИИП в сборе:

А вот уже БП с нагрузкой. 4 лампы по 24 вольта. По две штуки в каждое плечо.

Замерял общее напряжение и ток в одном плече. За пол часа работы с нагрузкой, радиатор нагрелся около 50*.
В общем получился блок потания на 400Ватт. Вполне можно запитать 2 канала усилителя по 200Ватт.

Основную проблему для начинающих создает намотка трансформатора.
Трансформатор можно намотать на кольцах, или выдернуть транс из компового БП.
Я взял транс из старого монитора, а так как в мониторах транс с зазором, я взял сразу два.

Эти трансы кидаю в банку, заливаю ацетоном, закрываю крышкой и курю.

На следующий день открыл банку, один транс сам развалился, второй немного пришлось расшевелить руками.

Так как с двух трансов получится один, я размотал одну катушку. Ничего не выбрасываю, все пригодится для намотки нового транса.
Можно конечно спилить феррит, чтобы убрать зазор. Но у меня старых мониторов как грязи и с стачиванием зазора не заморачиваюсь.
Сразу же переставил ноги, распиновка как и в комповом трансе, а лишние выбросил.

Потом в программе Старичка рассчитываю под нужное мне напряжение и ток.
Подгоняю расчеты под провод который есть в наличии.
Длинна катушки 26,5мм. У меня есть провод 0,69. Считаю 0,69х2(двойным проводом)х38 витков / делю на 2 (слоя) =26,22мм.
Получается 2 провода 0,69 лягут ровно в два слоя.

Теперь готовлю медную ленту для намотки вторички. Лентой легко мотать, провода не путаются, не распадаются и ложатся виток к витку.
Мотаю сразу четырьмя проводами 0,8мм, 4 полу обмотки.
В рейку забил 2 гвоздя, натянул 4 провода, промазал клеем.

Пока лента сохнет мотаю первичку. Пробовал мотать два одинаковых транса, в одном первичку мотал целиком, в другом мотал половину первочки, потом вторичку и в конце вторую половину первички(так как намотаны комповские трансы). Так вот разницы в работе обеих трансов не заметил никакой. Больше не заморачиваюсь и мотаю первичку целой.
В общем мотаю: намотал один слой первички, так как нету третьей руки чтобы поддерживать, обматываю узким скотчем в один слой. При нагреве транса скотч расплавится, и если где-то был послаблен виток, скотч склеит как клеем. Теперь наматываю пленочную ленту, ту что с разобранного транса. и доматываю первичку.

За изолировал первичку, положил экран(медная фольга) только чтобы небыло полного витка, не должна сходится на 3-5мм.
Экран забыл сфоткать.
Лента высохла, и таким макаром мотаю вторичку.

Намотал слой вторички, выровнял ряд узкими полосками с разобранного транса, за изолировал, домотал вторичку, за изолировал

Воткнул ферриты, стянул их узким скотчем(около 10 слоев), с баллончика залил лаком сверху и снизу, чтобы транс не цикал и под тепло вентилятор. Пусть сохнет.
В итоге готовый трансформатор:

На намотку транса потратил минут 30. И около часа на подготовку и зачистку с залуживанием проводов.

В радиолюбительской практике многие самодельные конструкции остаются на полках без внимания по той причине, что не имеют блока питания. Одна из самых повторяемых конструкций – усилитель мощности низкой частоты, которому тоже нужен источник питания. Сетевые трансформаторы для запитки мощных усилителей стоят немало денег, да и размеры и вес иногда некстати. По этому в последнее время широкое применение нашли импульсные блоки питания. Эти блоки имеют полностью электронную начинку и работают в импульсном режиме. За счет повышенной рабочей частоте удается резким образом уменьшить размеры и вес источника питания. Схема такого блока питания была найдена в одном из зарубежных сайтов, недолго думая, решил повторить конструкцию.

Конструкция отличается особой простотой и дешевизной, в моем случае было потрачено всего 5$ на транзисторы и микросхему, все остальное можно найти в нерабочем компьютерном блоке питания.
Мощность такого блока может доходить до 400 ватт, для этого нужно только поменять диодный выпрямитель и электролиты, вместо 220 мкФ, поставить на 470.

Выпрямитель можно взять готовый, от компьютерного БП или собрать мост из диодов с током 3 А и более, обратное напряжение диодов не менее 400Вольт.

Собранная схема заработает сразу, если с монтажом ничего не перепутали.
Ограничительный резистор 47 к для питания микросхемы нужен с мощностью 1-2 ватт, в моем случае нужного резистора не нашлось, поэтому использовал два резистора, суммарное сопротивление которых 47к. Этот резистор в ходе работы может чуть перегреться, но это не страшно и вполне нормально.

Объем прошлогоднего долга ростов.

Структура импульсных блоков питания.

Упрощённая структурная схема импульсного блока питания выглядит следующим образом:

  • Переменное напряжение сети 220 В преобразуется в постоянное выпрямителем.
  • Преобразователь включает в себя ШИМ-контроллер и силовой ключ. Контроллер – является схемой управления силовым ключём, который с частотой в десятки кГц подключает первичную обмотку трансформатора к выпрямленному напряжению сети.
  • Импульсный трансформатор
  • Выпрямитель вторичного напряжения преобразует импульсы напряжения со вторичной обмотки трансформатора в постоянное напряжение.
  • Схема стабилизации контролирует выходное напряжение блока питания и формирует сигнал обратной связи для ШИМ-контроллера.

Выпрямитель сетевого напряжения.

Выпрямитель сетевого напряжения выполняется по стандартной схеме:

Сетевое напряжение переменные 220 В выпрямляется диодным мостом и фильтруется конденсатором. В результате ИБП питается постоянным напряжением около 310 В.

Схема управления силовым ключом.

Упрощенно схему управления с силовым ключом и трансформатором можно отобразить так:

Схема управления (ШИМ контроллер) формирует управляющие импульсы для кратковременного открывания силового транзистора. В зависимости от режима схема увеличивает продолжительность управляющих импульсов при увеличении нагрузки (снижении выходного напряжения ниже нормы) и уменьшает продолжительность управляющих импульсов при уменьшении нагрузки (увеличении выходного напряжения выше нормы)

Работа импульсного трансформатора.

Трансформатор выполняет две функции:
– передача энергии из первичной цепи во вторичную с понижением напряжения;
– обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей блока питания от первичных цепей (напряжения сети).

Работу трансформатора в импульсном режиме поясняет следующая иллюстрация:

Работу ИБП условно разделим на два такта:

  • 1 такт – транзистор открыт, ток протекает через первичную обмотку трансфотматора, происходит намагничивание сердечника;
  • 2 такт – транзистор закрыт, происходит размагничиваие сердечника, ток протекает через вторичную обмотку трансформатора, подзаряжая конденсатор.

Частота работы блоков питания разных устройств может быть в диапазоне 1 – 100 кГц.

Выпрямитель вторичного напряжения.

Простейший выпрямитель вторичного напряжения импульсного блока питания состоит из диода и конденсатора.

Стабилизация вторичных напряжений.

Оптопара выполняет две функции:
– передаёт сигнал обратной связи по напряжению от схемы сравнения напряжения вторичной цепи к схеме управления ШИМ в первичной цепи блока питания;
– обеспечивает гальваническую развязку (как и трансформатор) вторичных цепей блока питания от первичных цепей (напряжения сети).

Схема стабилизации вторичного напряжения импульсного блока питания работает следующим образом:

Выпрямленное вторичное напряжение подаётся на делитель, средняя точка которого подключена к схеме сравнения.

  • Схема увеличивает ток светодиода оптопары при напряжении на входе более 2,5 В, приоткрывается транзистор оптопары и таким образом уменьшается продолжительность управляющих импульсов от схемы управления к силовому транзистору. Цепь этих событий приводит к снижению вторичного напряжения.
  • Соответственно схема сравнения уменьшает ток светодиода оптопары при снижении напряжения на входе ниже 2,5 В, что приводит к запиранию транзистора оптопары и увеличению длительности управляющих импульсов от схемы управления к силовому транзистору. Что в итоге приводит к увеличению вторичного напряжения.

В схемах с несколькими вторичными напряжениями схема стабилизации контролирует одно (реже два) вторичное напряжение и по нему (им) регулирует всю группу выходных напряжений. Высыхание ёмкости в той цепи, по которой производится стабилизация всей группы выходных напряжений приводит к увеличению напряжения во всех вторичных цепях. Высыхание ёмкости в любой другой вторичной цепи приводит к снижению напряжения только в этой цепи.

Схемы ИБП с описанием назначения элементов здесь .
Схема и принцип действия зарядного устройства HUAWEI здесь

Принцип действия импульсных блоков питания

Ремонт блоков питания спутниковых тюнеров

Зарядное устройство из блока питания ноутбука.
  • Заряд аккумулятора постоянным током, напряжение на батарее растёт, до величины 14,4 В (2,4 В на банку)
  • Заряд аккумулятора постоянным напряжением 14,4 В (при этом ток заряда постепенно снижается и при 100% заряде близок к 0)

Зарядное устройство из блока питания и ARDUINO.

Устройство заряжает АКБ до 100%, а если был выбран режим тест – разряжает АКБ до уровня 0% и высчитывает величину ёмкости, которую батарея смогла отдать в нагрузку. После окончания теста АКБ опять заряжается до уровня 100%.

Ремонт компьтерного блока питания Q-DION

Huawei 050055E1W

Зарядное устройство для сотового телефона НUAWEI. Схема и описание принципа действия.

Стилус графического планшета TRUST TB-6300

YKF25225-2 представляет из себя генератор, собранный по схеме емкостной трёхточки. Активным элементом генератора является транзистор Q1.

2m 5mm digital USB цифровой эндоскоп с Aliexpress.com

USB 500 X 2 Мп цифровой микроскоп на Aliexpress.com

Установил с диска, который шёл с микроскопом программу. Она мне не понравилась.

Запустил программу видеопроигрывателя, выбрал источник видеосигнала ВЕБ-камера. Микроскоп соединился без проблем.

Главная >> Электроника >> Принцип действия импульсных блоков питания

Импульсный блок питания для усилителя

материалы в категории

Импульсный блок питания для усилителя

В последнее время вместо традиционных выпрямителей с сетевыми трансформаторами для питания бытовой радиоаппаратуры все чаще используют так называемые импульсные источники питания. Достоинства таких устройств очевидны — это экономичность (высокий КПД), компактность, малая масса. 
о сравнению с традиционными импульсные источники питания мощных усилителей ЗЧ имеют в три-четыре раза меньшие габариты и массу и более высокий КПД. Отметим, что повышенный КПД источника питания выгоден не только из-за экономии электроэнергии, но и с точки зрения облегчения теплового режима усилителя ЗЧ и связанного с ним улучшения его параметров и увеличения срока службы транзисторов. 
У радиолюбителей давно уже выработался некий стереотип подхода к проектированию блоков питания бытовой радиоаппаратуры. В большинстве случаев их строят по традиционной структурной схеме: трансформатор питания — выпрямитель — сглаживающий фильтр и (довольно часто) — стабилизатор напряжения. Однако такая структура блока питания целесообразна только в усилителях ЗЧ с выходной мощностью, не превышающей 30…50 Вт. При большей выходной мощности традиционные блоки питания оказываются слишком громоздкими и тяжелыми.

Возможный выход из положения в подобных случаях — примененить блок питания с преобразователем напряжения. По сравнению с традиционным он имеет значительно меньшие габариты и массу и более высокий КПД, что позволяет не только сэкономить электроэнергию, но и облегчить тепловой режим усилителя. 
Структурная схема такого блока питания показана на рис.1. Через включенный на входе фильтр Z1 сетевое напряжение поступает на выпрямители UZ1 и UZ2. Фильтр Z1 исключает попадание высокочастотных помех в сеть переменного тока. Выпрямитель UZ1 преобразует сетевое напряжение в сравнительно высокое (около 310 В) постоянное напряжение, которое поступает далее на транзисторный фильтр Z2, уменьшающий пульсации выпрямленного напряжения. К выходу этого фильтра подключен высокочастотный преобразователь напряжения U1. Частоту преобразования и форму колебаний задает генератор прямоугольных импульсов G1, питающийся от выпрямителя UZ2 через сглаживающий фильтр Z3 и стабилизатор напряжения U2. С целью уменьшения габаритов и массы устройства частота преобразования выбрана довольно высокой (100 кГц). С выхода преобразователя через понижающий трансформатор прямоугольное напряжение поступает ив выходные выпрямители UZ3, сглаживающие фильтры Z4 и далее на нагрузку. 


Основные технические характеристики блока питания следующие: напряжение питания — 200…240 В, выходные напряжения — ±25, 20 и 10 В при токах нагрузки соответственно 3, 1 и 3 А; КПД — 0,75.

 

Функции сетевого фильтра выполняют элементы С2, Т1, С3. Выпрямитель преобразователя напряжения — двухполупериодный мостовой на диодах VD1-VD4, транзисторный фильтр образован элементами R3, С5, R4, VT1, С7. Он уменьшает пульсации выпрямленного напряжения частотой 100 Гц в 125 раз, что необходимо для предотвращения модуляции ими прямоугольного напряжения высокочастотного преобразователя. Последний выполнен на транзисторах VT5, VT6. Через понижающий трансформатор Т3 его выходное напряжение поступает на двухполупериодные выпрямители VD13-VD16; VD17, VD18 и VD19, VD20. Пульсации выпрямленных напряжений сглаживают конденсаторы С11-С18. 
Задающий генератор собран на элементах микросхемы DD1. Подстроечным резистором R1 частоту следования его импульсов можно изменять в пределах от 100 до 200 кГц. Триггер DD2.1 формирует из них импульсы с более крутыми фронтами и вдвое меньшей частотой следования. С преобразователем напряжения генератор связан через комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT3, VT4 и трансформатор Т2. Питание на задающий генератор поступает через выпрямитель (VD5-VD8) и стабилизатор напряжения (VT2, R5, VD9, VD10). Избыток сетевого напряжения гасит конденсатор С4. 
Конструкция и детали. В блоке питания могут быть использованы любые подходящие по габаритам и параметрам резисторы и конденсаторы. Вместо транзисторов КТ812А можно применить КТ809А или КТ704Б. Статические коэффициенты передачи тока h31э транзисторов VT5, VT6 должны быть примерно одинаковыми. Заменять микросхемы серии К511 какими-либо другими не рекомендуется, поскольку они менее всего подвержены действию высокочастотных помех и позволяют получить довольно большой (около 13 В) размах импульсов на выходе триггера. В крайнем случае можно воспользоваться микросхемами серии К155, однако это потребует дополнительного усиления импульсов, подаваемых на базы транзисторов VT3, VT4. Не следует заменять и диоды КД213Г и КД212А, так как они имеют довольно высокую граничную частоту (около 100 кГц), позволяющую выбрать такую же частоту преобразования и, как следствие этого, уменьшить габариты выходного трансформатора Т3 и поднять КПД блока питания.

 Трансформатор сетевого фильтра Т1 выполнен на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х10х5 из феррита М2000НМ-3, обе его обмотки содержат по 17 витков провода МГТФ 0,5. Магнитопровод трансформатора преобразователя Т2 — К16х8х6 из феррита М2000НН-1, все его обмотки намотаны в три провода (ПЭЛШО 0,12) и содержат по 90 витков. В выходном трансформаторе Т3 использован магнитопровод К38х24х7 из такого же материала. Его обмотки 1-2, 3-4-5 и 9-10 содержат соответственно 30+5+5; 5+5 и 2 витка провода ПЭВ-2 1,0, обмотка 6-7-8 — 4+4 витка провода ПЭВ-1 0,6. Все обмотки равномерно распределяют по кольцу и тщательно закрепляют, а для исключения межобмоточных замыканий отделяют одну от другой фторолластовой пленкой. Мощные транзисторы VT2, VT5, VT6 размещены на трех теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности 65 см2 каждый.

При сборке нужно стремиться к тому, чтобы все соединения были возможно короче. Сам блок питания необходимо поместить в экран из пермаллоя. 
Налаживание устройства начинают с генератора прямоугольных импульсов. Вынув предохранитель FU1 и включив питание, с помощью осциллографа проверяют наличие противофазных прямоугольных импульсов на обмотках 3-4 и 5-6 трансформатора Т2. Затем подстроенным резистором R1 устанавливают частоту импульсов 100 кГц. 
После этого вставляют предохранитель на место, проверяют наличие и амплитуду импульсов на вторичных обмотках трансформатора Т3 и измеряют выходные напряжения блока питания. При необходимости их можно понизить подключением дополнительных секций обмотки 1-2. Следует, однако, иметь в виду, что в этом случае снизится и КПД блока питания. 
Габариты описанного устройства — 220х100х37 мм (объем 0,8 дм3), масса — 1 кг. Блок питания такой мощности, построенный по традиционной схеме, имеет в три раза больший объем и в четыре раза большую массу.

Обсудить на форуме

В. ЖУЧКОВ, О. ЗУБОВ, И. РАДУТНЫЙ, г. Москва, Радио №1, 1987 г., стр.35

Простой импульсный БП для УМЗЧ » Журнал практической электроники Датагор

Приветик всем!!!
Представляю вашему вниманию испытанную мной схему достаточно простого импульсного сетевого блока питания УМЗЧ. Мощность блока составляет около 180 Вт.

Содержание / Contents

Входное напряжение — 220В;
Выходное напряжение — ±25В;
Частота преобразования — 27кГц;
Максимальный ток нагрузки — 3,5А.Схема достаточно проста:

Она представляет из себя полумостовой инвертор с переключающим насыщаюшимся трансформатором. Конденсаторы С1 и С2 образуют делитель напряжения для одной половины полумоста, а так же сглаживают пульсации сетевого напряжения. Второй половиной полумоста являются транзисторы VT1 и VT2, управляемые переключающим трансформатором Т2. В диагональ моста включена первичная обмотка силового трансформатора Т1, который рассчитан так что он не насыщается во время работы.

Для надёжного запуска преобразователя, применён релаксационный генератор на транзисторе VT3, работающем в лавинном режиме.
Кратко принцип его работы. Конденсатор С7 заряжается через резистор R3, при этом напряжение на коллекторе транзистора VT3 пилообразно растёт. При достижении этого напряжения примерно 50 – 70В, транзистор лавинообразно открывается, и конденсатор разряжается через транзистор VT3 на базу транзистора VT2 и обмотку III трансформатора Т2, тем самым запуская преобразователь.

Блок питания собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита.
Чертёж платы не привожу, так как у каждого в заначке свои детали. Ограничусь лишь фото своей платы:

По моему, утюжить такую плату не имеет смысла, она слишком простая.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применить отечественные КТ812, КТ704, КТ838, КТ839, КТ840, то есть с граничным напряжением коллектор-эмиттер не менее 300В, из импортных знаю только J13007 и J13009, они применяются в компьютерных БП. Диоды можно заменить любыми другими мощными импульсными или с барьером шоттки, я, например, использовал импортные FR302.

Трансформатор Т1 намотан на двух сложенных кольцах К32×19Х7 из феррита марки М2000НМ, первичная обмотка намотана равномерно по всему кольцу и составляет 82 витка провода ПЭВ-1 0,56. Перед намоткой необходимо скруглить острые кромки колец алмазным надфилем или мелкой наждачной бумагой и обмотать слоем фторопластовой ленты, толщиной 0,2 мм, так же нужно обмотать и первичную обмотку. Обмотка III намотана сложенным вдвое проводом ПЭВ-1 0,56 и составляет 16+16 витков с отводом от середины. Обмотка II намотана двумя витками провода МГТФ 0,05, и расположена на свободном от обмотки III месте.

Трансформатор Т2 намотан на кольце К10×6Х5 из феррита той же марки. Все обмотки намотаны проводом МГТФ 0,05. Обмотка I состоит из десяти витков, а обмотки II и III намотаны одновременно в два провода и составляют шесть витков.


ВНИМАНИЕ!!! ПЕРВИЧНЫЕ ЦЕПИ БП НАХОДЯТСЯ ПОД СЕТЕВЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, ПОЭТОМУ НУЖНО СОБЛЮДАТЬ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ.

Первый запуск блока желательно производить подключив его через токоограничивающий резистор, представляющий из себя лампу накаливания мощностью 200 Вт и напряжением 220 В. Как правило, правильно собранный БП в наладке не нуждается, исключение составляет лишь транзистор VT3. Проверить релаксатор можно подключив эмиттер транзистора к минусовому полюсу. После включения блока, на коллекторе транзистора должны наблюдаться пилообразные импульсы частотой около 5 Гц.

Тема по этой статье на датагорском форуме. 1. Журнал «Радио», 1981, №10, с.56, «Экономичный блок питания», В. Цибульский, г. Тернополь
2. Журнал «Радио», 1985, №6, с.51, «Усовершенствованный экономичный блок питания», Д. Барабошкин, г. Свердловск
3. «Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры», М: Радио и связь, 1981
4. Журнал «Радио», 1981, №12, с.54, «Блок питания цифрового частотомера», С. Бирюков

Спасибо Федору ([email protected]) за предоставленные ссылки на связанные материалы!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

Добро пожаловать в ITECH

Аннотация: В статье в основном анализируются проблемы обычного стабилизированного источника питания с увеличением дефектов в различных тестах. Такие проблемы могут быть уменьшены и даже решены с помощью программируемого источника питания постоянного тока ITECH IT6722 (A) с новой схемотехникой.

I. Стабилизированный источник питания постоянного тока

Стабилизированный источник питания постоянного тока представляет собой электронное устройство для подачи стабильного питания постоянного тока на нагрузку. Различные стабилизированные источники питания необходимы при исследованиях в автомобилестроении, промышленности, медицине, военном деле и других областях.С увеличением количества типов тестов обычный стабилизированный источник питания не может удовлетворить потребности тестеров.

II. Дефекты обычного стабилизированного источника питания постоянного тока

Схема обычного стабилизированного источника питания общего назначения проста для снижения затрат, а выходная мощность нестабильна в результате ряда проблем.

Первая проблема — это загрязнение электросетей. Импульсный источник питания поддерживает стабильное выходное напряжение, контролируя соотношение времени включения / выключения переключающей трубки.Он работает в зоне проводимости и отсечки силовой трубки, где высокочастотное переключение вызовет гармонический ток высокого порядка, а помехи проводимости и радиационные помехи будут генерироваться вдоль линии электропередачи энергосистемы, тем самым вызывая загрязнение источника питания. системы и влияющие на нормальную работу других устройств.

Вторая проблема — это ограничивающий эффект вспомогательного источника питания. Импульсный источник питания обычно состоит из основной цепи питания, вспомогательного источника питания и цепи управления.Ненависимая конструкция, использующая независимую обмотку, отделенную от трансформатора силовой цепи в качестве вспомогательного источника питания для питания микросхемы схемы управления, применяется в большинстве обычных импульсных источников питания для экономии затрат. Однако рабочие состояния вспомогательного источника питания и главного трансформатора ограничиваются друг другом. Если вспомогательный источник питания не может подавать питание на цепь управления, главный трансформатор перестанет работать, а вспомогательная цепь отключится.Таким образом, выходное напряжение вспомогательного источника питания будет уменьшаться или увеличиваться, когда выходное напряжение источника питания слишком низкое или высокое. Нестабильное напряжение питания приведет к нестабильной работе оборудования.

Третья проблема — большая пульсация. Выход импульсного источника питания не является чисто постоянным напряжением, но содержит компоненты переменного тока, вызванные пульсациями и шумом, которые связаны с частыми включениями / выключениями импульсного источника питания. Следовательно, пиковое значение пульсации обычно измеряется в пределах 20 МГц, а эффективное значение — в пределах 1 МГц.Для обычного импульсного источника питания пиковое значение пульсаций 400 Вт составляет до 200 мВ между пиками. Чрезмерная рябь приведет к помехам для внешнего оборудования; поэтому обычный импульсный источник питания не применяется в таких высокотехнологичных областях, как связь.

Четвертая проблема — дизайн широкого диапазона. Импульсный источник питания с широтно-импульсной модуляцией PWM обычно не используется в конструкции с широким диапазоном. Если таковые имеются, то цена относительно высока, а производительность и бюджет невозможно сбалансировать.

III. Программируемый источник питания постоянного тока ITECH IT6722 (A)

Компания ITECH Electronics представила программируемый источник питания постоянного тока IT6722 (A) на 80 В / 20 А / 400 Вт. В дополнение к предыдущим функциям, таким как небольшой размер, встроенные интерфейсы RS232, USB и GPIB (IT6722) и функция программирования, используется более широкая новая схема, которая уменьшает и даже решает некоторые проблемы обычных стабилизированных источников питания.

Для решения проблемы загрязнения электросети, вызванной обычным стабилизированным источником питания, входной конец 220 В переменного тока программируемого источника постоянного тока IT6722 (A) снабжен дополнительной схемой APFC, так что форма входного тока может полностью соответствовать форме волны напряжения, чтобы уменьшить гармонические искажения входного тока и уменьшить загрязнение электросети.Более того, корректирующая часть дополнительного коэффициента активной мощности может помочь в достижении более высокого КПД в последующей цепи. Общий КПД до 85%.

Между тем, в IT6722 (A) используется конструкция независимого вспомогательного источника питания, так что стабильное напряжение может подаваться на микросхему схемы управления, пока главный трансформатор не работает, тем самым обеспечивая стабильный выход источника питания. . Благодаря тонкой конструкции схемы, размер IT6722A не увеличивается, несмотря на использование вспомогательного источника питания, что является идеальным решением технической проблемы несовместимости между размером и производительностью.

Пульсации тока программируемого источника постоянного тока IT6722 (A) составляют всего 50 мВп из-за разумной компоновки, проводки и заземления и в основном близки к показателю линейного источника питания. Таким образом решается проблема большой пульсации обычного стабилизированного источника питания. Благодаря широкодиапазонной конструкции цепи максимальное напряжение программируемого источника постоянного тока IT6722 (A) составляет 80 В, а максимальный ток — 20 А при мощности 400 Вт. Один программируемый источник питания постоянного тока IT6722 (A) эквивалентен комбинации нескольких одномодовых источников питания, таких как 20 В / 20 А, 40 В / 10 А и 50 В / 8 А, поэтому затраты значительно снижаются.Цена на программируемый источник питания постоянного тока IT6722 (A) также является широкодиапазонным импульсным источником питания с сбалансированными характеристиками и ценой.

Заключение:

Таким образом, программируемый источник питания постоянного тока IT6722 (A) с новой схемотехникой идеально интегрирует ряд преимуществ, таких как небольшая пульсация, хорошая изоляция и широкий диапазон выходного сигнала. Помимо небольших размеров и высокого КПД. Таким образом, пользователям средней и высокой мощности с небольшой мощностью может быть предоставлен идеальный и новый опыт.

Включение и выключение ИС

Сброс при включении

Введение

Схема сброса при включении питания (POR), включенная во многие ИС, гарантирует, что аналоговые и цифровые блоки инициализируются в известном состоянии после подачи питания. Базовая функция POR генерирует внутренний импульс сброса, чтобы избежать состояний гонки и поддерживать устройство в статическом состоянии до тех пор, пока напряжение питания не достигнет порогового значения, гарантирующего правильную работу. Обратите внимание, что это пороговое напряжение не совпадает с минимальным напряжением источника питания, указанным в таблице данных.Когда напряжение питания достигает порогового значения, схема POR выдает внутренний сигнал сброса, и конечный автомат инициализирует устройство. До завершения инициализации устройство должно игнорировать внешние сигналы, в том числе передаваемые данные. Единственное исключение — это вывод сброса, который, если он есть, будет внутренне стробирован сигналом POR. Схема POR может быть представлена ​​как оконный компаратор, как показано на рисунке 1. Уровень компаратора, V T2 , определяется во время проектирования схемы в зависимости от рабочего напряжения устройства и геометрии процесса.

Рисунок 1. Упрощенная схема POR.
Стратегия POR

Окно компаратора обычно определяется уровнем цифрового питания. Цифровой блок управляет аналоговым блоком, и напряжение, необходимое для полноценного функционирования цифрового блока, аналогично минимальному напряжению, необходимому для функционирования аналогового блока, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2. Пороговые напряжения POR.

Более высокий порог для VT2 лучше для аналогового блока, но слишком близкое к минимальному рекомендованному напряжению питания может непреднамеренно вызвать сброс, если напряжение немного упадет.Если устройство включает в себя отдельные аналоговые и цифровые источники питания, стратегия предотвращения сбоев заключается в добавлении второй цепи POR, которая удерживает оба блока в сбросе до тех пор, пока напряжение питания не станет достаточно высоким для обеспечения функциональности. Например, в процессе 3-вольтовой ИС V T1 ≈ 0,8 В и V T2 ≈ 1,6 В.

Эти напряжения могут изменяться в зависимости от процесса и других конструктивных изменений, но это разумные приближения. Допуск порогового значения может составлять 20% или более; некоторые старые конструкции имели допуск до 40%.Высокая толерантность связана с потребляемой мощностью. POR должен быть включен постоянно, поэтому важен постоянный компромисс между точностью и потребляемой мощностью, поскольку более высокая точность приведет к тому, что схема будет рассеивать больше энергии в режиме ожидания без реального изменения функциональности.

Детектор пониженного напряжения

В схему POR иногда встроен детектор пониженного напряжения (BOD), который предотвращает неисправность, предотвращая сброс, если напряжение неожиданно падает только на короткое время.С практической точки зрения, схема пониженного напряжения добавляет гистерезис, обычно около 300 мВ, к пороговым напряжениям, определенным в блоке POR. BOD гарантирует, что как только напряжение питания упадет выше V T2 , POR не будет генерировать импульс сброса, если напряжение питания не упадет ниже другого порогового значения, V BOD , как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Детектор пониженного напряжения.

Пороговый уровень отключения питания достаточно высок, чтобы гарантировать сохранение информации цифровой схемой, но недостаточно высок, чтобы гарантировать функциональность.Это позволяет контроллеру останавливать работу, если уровень подачи падает ниже некоторого уровня, без необходимости повторной инициализации устройства, если уровень подачи падает в течение ограниченного периода времени.

Правильное включение устройства

Практические схемы POR более сложны, чем простая версия, показанная на рисунке 1; например, используя МОП-транзисторы вместо резисторов. Таким образом, необходимо учитывать паразитные модели. Кроме того, для схемы POR требуется блок запуска для генерации пускового импульса, и при некоторых условиях он может выйти из строя.Другие важные соображения описаны в следующих параграфах.

Важно использовать монотонный источник питания, так как немонотонное линейное изменение может вызвать проблемы, если отклонение близко к любому пороговому уровню. Изменение высокого порога может привести к тому, что одна и та же немонотонная последовательность будет работать в одном устройстве, но не работать в других, как показано на рисунке 4.

Рис. 4. Немонотонная линейная подача.

Иногда, даже когда питание отключено (LDO отключен), накопительные конденсаторы сохраняют некоторое остаточное напряжение, как показано на рисунке 5.Это напряжение должно быть как можно меньшим, чтобы гарантировать, что напряжение питания упадет ниже V T1 или POR не будет правильно сброшен и устройство не будет правильно инициализировано.

Рисунок 5. Остаточное напряжение.

В некоторых таблицах данных определена рекомендуемая последовательность подачи питания, которая должна применяться к устройствам, имеющим более одного вывода питания. Важно соблюдать эту последовательность. Например, рассмотрим устройство с двумя независимыми источниками питания. Рекомендуемая последовательность подачи утверждает, что цифровой источник питания должен быть запитан перед аналоговым источником (это обычное дело, поскольку цифровой блок управляет аналоговым блоком, поэтому он должен быть запитан первым).В последовательности указано, что блок должен быть инициализирован первым. Не имеет значения, какой источник питания начинает линейно нарастать первым, но цифровой источник питания должен пересечь порог перед аналоговым источником питания, как показано на рисунке 6. Если задержка между источниками питания составляет порядка 100 мкс, влияние должно быть незначительным, и устройство должно правильно инициализироваться.

Рисунок 6. Рекомендуемая последовательность подачи.

Из-за внутренних паразитных характеристик транзистора медленные линейные изменения напряжения порядка 100 мс могут вызвать проблемы. Схема POR оценивается при различных скоростях нарастания, чтобы гарантировать правильную работу в нормальных условиях питания.В техническом паспорте будет указано, требуется ли быстрое нарастание напряжения питания (100 мкс или меньше).

Плохое заземление, например, от платы, подключенной к источнику питания тонким кабелем, будет иметь высокое сопротивление заземления, что может вызвать сбои при включении питания. Кроме того, в некоторых электромагнитных средах (EME) паразитная емкость затвора МОП-транзистора может заряжаться, вызывая сбои в работе транзистора до тех пор, пока емкость не разрядится. Это могло вызвать сбой при инициализации POR.

Также необходимо учитывать дрейф и допуск. В некоторых случаях дискретные компоненты, такие как конденсаторы, имеют высокие допуски — до 40% — и большой дрейф в зависимости от температуры, напряжения и времени. Кроме того, пороговые напряжения имеют отрицательный температурный коэффициент. Например, V T1 может изменяться от 0,8 В при комнатной температуре до 0,9 В при –40 ° C и 0,7 В при + 105 ° C.

Вывод

В этой статье описываются некоторые типичные проблемы при включении платы, которые могут вызвать системные проблемы, и приводятся основные правила, гарантирующие правильную инициализацию платы.На источник питания часто не обращают внимания, но важны как точность его конечного напряжения, так и его переходное поведение.

Выключение или отключение питания?

«Выключите, конечно!» — воскликнули бы те, кого встревожил этот вопрос. Другие могут задаться вопросом о разнице между двумя предложениями. Режимы отключения питания часто обещают сохранение памяти, более короткое время загрузки и сверхнизкий ток утечки, в то время как выключение или стробирование питания не делает ничего из этого. Но что, если эти функции не нужны? Будет ли разработчик тратить энергию на поддержание стабильности источников и использование режима пониженного энергопотребления? Нельзя ли уменьшить ток утечки, просто отключив питание? Существуют ли какие-либо базовые требования к режимам отключения питания? Заинтригованы? Читать дальше.

Искушение и риск

Современные системы расцветают богатым набором функций, достигаемых за счет нескольких уровней сложности конструкции, которые часто охватывают более одного чипа. Питание является проблемой для многих приложений, таких как портативные медицинские устройства, поэтому эти микросхемы часто включают один или несколько режимов отключения питания. Эти режимы обеспечивают такие функции, как сохранение памяти, использование периферийных устройств и быстрое включение, при этом потребляется минимальный ток питания. Альтернативой является полное отключение питания.Эта тактика полностью отключает питание, подаваемое на микросхему, не позволяя току течь на его контакты питания. Это снижает рассеиваемую мощность, но не без серьезных побочных эффектов.

Рассмотрим пример сложной системы, состоящей из нескольких микросхем, соединенных через мультиплексированную шину. Если система предназначена для приложения с ограниченным энергопотреблением, может показаться прибыльным просто отключить питание микросхемы, которая в настоящее время не используется, особенно если другие функции, предлагаемые режимами отключения питания, не требуются.Отключение источников питания снижает ток утечки, но без источников питания выводы могут действовать как узлы с низким импедансом для входящих сигналов, что приводит к непредсказуемой работе и потенциальным угрозам на уровне системы. Каким бы заманчивым ни казался вариант отключения питания, режимы отключения питания предлагают фундаментальное преимущество для сложных систем: они поддерживают отдельные микросхемы в известных, желаемых состояниях и поддерживают безопасную и надежную работу, даже когда микросхема циклически переключается между режимами низкого и высокого энергопотребления. режимы исполнения. Подробности можно увидеть, посмотрев на узел ввода-вывода.

Простой пример

Вывод на рис. 1 подключается к мультиплексированному узлу, работа которого определяется проверенной системной архитектурой. Как вывод ввода-вывода, он выполняет функции как ввода, так и вывода.

Рисунок 1. Упрощенная схема ввода-вывода.

Не обращая внимания на проблемы с устройством, используемым для выключателя питания, отключение источников питания для этого чипа (при условии, что никакие операции чипа не требуются) приведет к ситуации, показанной на рисунке 2, с неизвестными состояниями, разбросанными по ядру чипа.В худшем случае выходные устройства с плавающим затвором (M OUT , p и M OUT , n) могут подвергаться неожиданному внешнему напряжению, когда они электрически спят. С вводом / выводом CMOS, как показано в этом примере, это может привести к низкоомному соединению с землей через соединение стока NMOS (выделено красным). В результате возникнет сильный ток, который, возможно, превысит емкость накопителя на предыдущем этапе, что приведет к повреждению МОП-схемы в микросхеме или и того, и другого. Если это не повредит систему, производительность все равно снизится.

Рисунок 2. Схема ввода-вывода в режиме отключения питания. Обратите внимание на неизвестное состояние внутренних ворот.

Режим пониженного энергопотребления

Режимы пониженного энергопотребления

обеспечивают микросхему дополнительным уровнем защиты от этих нежелательных условий эксплуатации. Реализация различается для разных режимов, семейств продуктов и поставщиков, но основное внимание уделяется обеспечению безопасной границы ввода-вывода, в то время как ядро ​​микросхемы находится в спящем режиме, поддерживая известное, надежное состояние с низким энергопотреблением. Преимущество состоит в том, что операции ввода-вывода между компонентами системы, например, с общесистемной мультиплексированной шиной, не представляют угрозы для спящего устройства.Одна реализация могла бы переводить контакты ввода / вывода в состояние с высоким импедансом во время режима низкого энергопотребления, позволяя внутренним узлам, подключенным к граничному выводу, находиться в четко определенном состоянии. Упрощенная реализация показана на рисунке 3. Сигналы не будут влиять на внутреннюю цепь, сохраняя их искробезопасность. Другие реализации, такие как режимы легкого сна, могут также поддерживать питание периферии ввода-вывода, обеспечивая при этом проверку взаимодействия между периферийными устройствами чипа и ядром в режиме пониженного энергопотребления.Это позволяет микросхеме справляться с ситуациями активного использования, сохраняя при этом низкое энергопотребление. Кроме того, эта система снижает стоимость переключателя питания, который в противном случае должен был бы быть большим устройством с низким сопротивлением, которое потребляло бы значительную утечку и мощность в открытом состоянии.

Рисунок 3. Схема ввода-вывода в режиме пониженного энергопотребления. Обратите внимание, что все внутренние узлы четко определены. Режимы пониженного энергопотребления

различаются от микросхемы к микросхеме и от производителя к поставщику, поэтому такие названия, как «режим легкого сна», не всегда могут означать одно и то же.Некоторые из них позволяют сохранять память, в то время как другие могут допускать увеличенное количество прерываний или другие подобные функции. Одним из важных преимуществ этих режимов является сокращение времени отклика системы по сравнению с отключением на полной мощности. В некоторых схемах предусмотрены отдельные источники ввода / вывода и ядра. Одним из преимуществ этой развязки является то, что разработчик платы может отключить питание ядра, чтобы уменьшить утечку, сохраняя питание ввода / вывода. Всегда рекомендуется получать точные данные из таблицы данных, чтобы гарантировать, что требуемые функции и методы защиты поддерживаются.

Эффект усадки геометрии

Современные технологии обработки ИС предлагают упаковку с более высокой плотностью, что является естественным следствием уменьшенных размеров устройств, что делает оптимальное использование режимов пониженного энергопотребления все более важным. Однако это также снижает нагрузочную способность устройства. Например, 28-нм устройство имеет более тонкий оксид затвора, чем его 180-нм технологический аналог. Таким образом, напряжение, прикладываемое напряжением затвора в режиме отключения электроэнергии, с большей вероятностью приведет к разрушению устройства меньшего размера.Кроме того, параметры, зависящие от компоновки, также могут вызывать катастрофические отказы в устройствах с меньшей геометрией.

Все эти эффекты делают режимы отключения питания все более востребованными для современных устройств. Современный чип с множеством функций состоит из миллионов устройств, каждое из которых может вносить свой вклад в ток утечки при включении. Оптимизация использования функций и отключение неиспользуемых частей микросхемы могут сэкономить большую часть этой утечки. Убедитесь, что поставщик явно поддерживает эти режимы, а не пытайтесь разработать свою собственную возможность отключения питания.

Еще несколько ситуаций

В головоломке с отключением питания больше деталей. Что, если мы разорвем и заземление, поскольку это откроет еще один путь с низким сопротивлением? Это похоже на ситуацию электростатического разряда, когда контакты ввода / вывода принудительно принудительно задействуются напрямую без включения источников питания, и если мощность сигнала достаточна, это может вызвать срабатывание структуры защиты от электростатического разряда, вызывая протекание высоких токов через другие подключенные контакты ввода / вывода и создание ложная ситуация с включением питания. Более вероятный случай — это сигнал, который несколько слабее, но все же достаточно мощный, чтобы достичь источников питания по пути, например, через зажим ввода / вывода.Сигнал может не привести к срабатыванию фиксатора питания, но может создать неожиданные ложные напряжения на источниках питания, которые могут вызвать неизвестные состояния работы в зависимости от топологии микросхемы. В любом случае, если ситуация не исчезнет, ​​микросхема может быть повреждена, если только предыдущий этап уже не перестал подавать высокий ток. Если уровень сигнала недостаточен для срабатывания фиксатора ввода / вывода, он все равно может вызвать нагрузку на первый встречный транзистор, что может привести к его повреждению после продолжительной работы.

Как насчет отключения питания и понижения уровня входов питания? Теперь у микросхемы нет плавающих источников питания и нет шансов запустить какую-либо структуру ESD, но сток PMOS может достигать более высокого напряжения, чем тело, смещая вперед диод сток-корпус. Затем ток с предыдущей ступени будет течь через устройство PMOS на землю до тех пор, пока устройство не сгорит, не сработает предыдущая ступень или разработчик не заметит сигнал тревоги.

Заключение

Режимы пониженного энергопотребления

обеспечивают более быстрый и безопасный отклик в масштабе всей системы, что делает их незаменимой функцией, особенно при рассмотрении всей цепочки сигналов в сложных системах.Полное отключение питания можно рассматривать, если взаимодействие между компонентами ограничено или если система в целом достаточно проста, чтобы не возникало никаких осложнений.

использованная литература

«Понимание спецификаций и архитектуры digiPOT повышает производительность переменного тока». Аналоговый диалог , Том 45, номер 3.

Базовые знания цепей питания (2) -Работа импульсного регулятора- — Промышленные устройства и решения

2021-05-17

Базовая лекция

Техническая информация

Базовые знания цепей питания (2)


-Работа импульсного регулятора-

В предыдущем разделе «Базовые знания цепей питания» (1) мы классифицировали силовые цепи, обращая внимание на входные / выходные напряжения.В этом разделе основное внимание уделяется импульсному стабилизатору, который является наиболее часто используемой силовой цепью среди этих силовых цепей. На примере понижающего импульсного регулятора мы подробно обсудим конфигурацию схемы и механизм работы импульсного регулятора.

Особенности импульсного регулятора

Регулятор переключения встроен во многие части оборудования и устройств, таких как смартфоны, компьютеры и их периферийное оборудование, цифровые бытовые приборы и автомобили (электронные блоки управления или ЭБУ).Импульсный стабилизатор — это своего рода преобразователь постоянного тока в постоянный, который преобразует постоянное напряжение в другое постоянное напряжение. Регулятор переключения имеет следующие особенности.

  • Импульсный стабилизатор может составлять схему понижающей мощности (входное напряжение> выходное напряжение), схему повышающей мощности (входное напряжение
  • Импульсный регулятор обычно имеет высокий КПД преобразования энергии в диапазоне от 80% до 90%, что приводит к меньшим потерям (тепловой) мощности в силовой цепи.
  • Он также позволяет производить низкое выходное напряжение 1,0 В или ниже (субвольта), в котором микропроцессоры и процессоры AI требовались в последние годы, и большой выходной ток 100 А или больше.
  • Импульсный стабилизатор представляет собой богатую линейку коммерчески продаваемых решений, таких как микросхемы контроллеров и модули импульсных регуляторов.

Базовая конфигурация понижающего импульсного регулятора

Базовая схема понижающего импульсного регулятора состоит в основном из следующих элементов.

  • Входной конденсатор Cin
    Входной конденсатор Cin поглощает колебания входного тока. Его емкость обычно составляет от нескольких десятков мкФ до нескольких сотен мкФ. Для достижения более высокого отклика входной конденсатор Cin может состоять из конденсаторов малой емкости, соединенных параллельно.
Рис. 1. Принципиальная схема понижающего импульсного регулятора.
  • Переключающий элемент SW1
    Как указано в названии импульсного регулятора, переключающий элемент SW1 выполняет операции переключения, и его иногда называют переключателем высокого напряжения.Обычно для переключающего элемента используется полевой МОП-транзистор.

  • Переключающий элемент SW2
    Переключающий элемент SW2 — это элемент, который посредством своих операций переключения образует петлю между выходной катушкой индуктивности L и нагрузкой. Его также называют переключателем низкого уровня. Хотя раньше для SW2 использовался диод, метод управления с использованием полевого МОП-транзистора для SW2 (метод синхронного выпрямления) стал популярным в наши дни для удовлетворения спроса на более высокую эффективность преобразования энергии.

  • Выходной дроссель L
    Выходной индуктор L экономит энергию, когда переключающий элемент SW1 включен, и высвобождает энергию, когда переключающий элемент SW1 выключен. Индуктивность выходной катушки индуктивности L обычно составляет от нескольких нГн до нескольких мкГн.

  • Выходной конденсатор Cout
    Выходной конденсатор Cout поглощает колебания выходного напряжения, вызванные операциями переключения, таким образом сглаживая выходное напряжение. Выходной конденсатор Cout обычно имеет емкость от нескольких мкФ до нескольких десятков мкФ.Для достижения более высокого отклика выходной конденсатор Cout может быть составлен из конденсаторов малой емкости, соединенных параллельно.

Схема работы понижающего импульсного регулятора

Кратко опишем работу понижающего импульсного регулятора.

Переключение между двумя режимами

Грубо говоря, импульсный регулятор работает в двух режимах.

В одном режиме переключающий элемент SW1 включен, а переключающий элемент SW2 выключен. В этом режиме эквивалентная схема схемы на рис.1 изображена как схема на рис.2 (а), в которой энергия накапливается на выходной катушке индуктивности L.

Рис. 2 (а). Когда SW1 включен, а SW2 выключен

Другой режим — это режим, в котором переключающий элемент SW1 выключен, а переключающий элемент SW2 включен.Эквивалентной схемой в этом режиме является схема, показанная на рис. 2 (b), в которой входное напряжение Vin отключается от схемы, когда выходная катушка индуктивности L высвобождает вышеупомянутую накопленную энергию для подачи ее на нагрузку.

Рис. 2 (б). Когда SW1 выключен, а SW2 включен

Импульсный стабилизатор повторяет эти два режима, циклически поворачиваясь, таким образом превращая входное напряжение Vin в заданное напряжение.Между тем, под влиянием включения / выключения переключающего элемента SW1 ток, протекающий через катушку индуктивности L, принимает зазубренную форму, показанную на рис. 3. Выходное напряжение Vout, с другой стороны, в основном остается постоянным, поскольку оно сглаживается. выходным конденсатором Cout (однако, строго говоря, выходное напряжение Vout немного колеблется).

Рис.3 Взаимосвязь между переключениями
включение / выключение переключающего элемента SW1 и
ток, протекающий через индуктивность L

Выходное напряжение Vout определяется соотношением между периодом включения переключающего элемента SW1 и периодом выключения того же элемента.Если мы предположим, что другие элементы схемы не несут потерь, вызванных их резистивными компонентами, мы можем рассчитать выходное напряжение Vout, используя следующее уравнение.

Vout = Vin ×

В период

Период включения + Период выключения

Термин «период включения / период включения + период отключения», включенный в уравнение, называется рабочим циклом или коэффициентом заполнения.Например, в случае, когда выходное напряжение Vout, равное 6 В, получается для входного напряжения Vin, равного 12 В, рабочий цикл рассчитывается как 6 ÷ 12 = 0,5. Это означает, что переключающий элемент SW1 должен быть включен на период, составляющий 50% от всего периода его работы.

Управление выходным напряжением в зависимости от его отношения к опорному напряжению

Настройка фактического импульсного регулятора требует добавления дополнительных элементов схемы к указанной выше базовой схеме.Эти схемы и элементы включают в себя усилитель ошибки, который обнаруживает сдвиг и изменение выходного напряжения, генератор, который определяет частоту переключения, схему широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая подает сигналы включения / выключения на элементы переключения, и затвор. драйверы, приводящие в действие элементы переключателя (рис. 4).

Рис. 4. Дополнительные элементы схемы
составляя коммутационный регулятор

Эти элементы схемы работают следующим образом.
Усилитель сравнивает выходное напряжение Vout с опорным напряжением Vref и отправляет результат в схему управления ШИМ. Когда выходное напряжение Vout ниже, чем опорное напряжение Vref, период включения переключающего элемента SW1 увеличивается, чтобы повысить выходное напряжение Vout. Когда выходное напряжение Vout выше, чем опорное напряжение Vref, напротив, период включения переключающего элемента SW2 уменьшается до более низкого выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение Vout поддерживается постоянным.

Теперь давайте более подробно рассмотрим усилитель, генератор и драйверы затвора, показанные на рис.4.

  • Усилитель (усилитель ошибки)
    Усилитель из-за своей функции обнаружения разницы между опорным напряжением Vref и выходным напряжением Vout называется «усилителем ошибки». Поскольку опорное напряжение Vref остается постоянным, соотношение между сопротивлением R1 и сопротивлением R2, которые составляют схему делителя напряжения, определяет выходное напряжение Vout.Следовательно, когда опорное напряжение Vref поддерживается постоянным, выполняется следующее уравнение.
    Например, если вы хотите получить выходное напряжение Vout = 6 В, задав опорное напряжение импульсного регулятора Vref = 0,6 В, вам необходимо определить значения сопротивлений R1 и R2 так, чтобы выполнялось (R1 + R2) / R2 = 10.
    Опорное напряжение Vref может быть создано методом, использующим прямое падение напряжения (около 0,6 В), генерируемое на pn переходе диода. Однако этот метод включает тепловой коэффициент (kT / q), что делает метод немного неточным. Для более точной установки опорного напряжения Vref лучше использовать схему генерации опорного напряжения с функцией температурной компенсации.

  • Схема осциллятора
    Генератор выдает сигнал с заданной частотой, необходимой для операций переключения.Частота переключения обычно составляет от нескольких десятков кГц до нескольких МГц. Когда импульсный стабилизатор встроен в автомобильное оборудование, например, частота переключения устанавливается на 2 МГц или около того, чтобы предотвратить его интерференцию с радиочастотой. Во многих случаях генератор управления напряжением используется для гибкой установки оптимальной частоты переключения для данной системы.

  • Водитель ворот
    Драйверы затвора управляют SW1 и SW2.Когда полевые МОП-транзисторы используются в качестве переключающих элементов, для их включения и выключения требуются драйверы, способные в достаточной степени заряжать входную емкость затворов полевых МОП-транзисторов. В частности, большой МОП-транзистор, способный управлять большим током, имеет большую емкость затвора, поэтому для активации МОП-транзистора требуется драйвер, который подает ток, достаточно большой, чтобы соответствовать большой емкости затвора. По этой причине схему драйвера затвора необходимо адаптировать к выбранным полевым МОП-транзисторам.

Проблемы переключения регуляторов

Как упоминалось выше в начале этого раздела, импульсный стабилизатор имеет различные преимущества.Однако у него также есть некоторые проблемы, которые необходимо решить.

Нестабильная работа

Усилитель ошибки, показанный на рис. 4, образует контур обратной связи для регулировки выходного напряжения Vout. Однако следует отметить, что неправильная конструкция контура обратной связи приводит к нестабильной работе всей схемы или ее колебаниям. Для обеспечения стабильной работы схемы правильное определение полосы контура обратной связи и запаса по фазе важно, но довольно хлопотно.
Однако обычно у вас не возникнет проблем, если вы соберете схему с использованием имеющейся в продаже управляющей ИС и обратитесь к данным, указанным в таблице данных.

Генерация электромагнитного шума

Как показано на фиг. 2 (a) и 2 (b), ток, протекающий по силовой цепи, сильно изменяется в зависимости от того, включен или выключен переключающий элемент SW1. Токовая петля создает магнитное поле, а изменение тока приводит к изменению напряженности магнитного поля.Благодаря этому принципу электромагнитный шум генерируется синхронно с циклом переключения. Этот электромагнитный шум может повлиять на другие цепи, если он не подавлен соответствующими средствами защиты от шума.

В следующем разделе мы обсудим конструкцию импульсного источника питания, сосредоточив внимание на проблеме электромагнитного шума и мерах против нее.

↑ В начало страницы

Плавающий источник питания 24 В — Cremat Inc

Две оценочные платы

Cremat CR-150-R5 и CR-160-R8 могут получать питание одним из двух способов.Первый — подать на плату как положительное, так и отрицательное напряжение 12 В. Второй способ — использовать настенный источник питания CR-24V для обеспечения этой мощности.

Используя настенный источник питания CR-24V, схема разветвителя на оценочных платах преобразует мощность 24 В в + и — 12 В. Вот упрощенное описание:

  1. Отрицательная сторона питания 24 В на оценочной плате становится -12 В.
  2. Положительный полюс питания 24 В становится на оценочной плате +12.
  3. Схема делителя находит середину между этими напряжениями и создает виртуальную землю при этом напряжении. Эта виртуальная земля становится землей оценочной платы.

Две оценочные платы Cremat используют микросхему от Texas Instruments (TLE2426) для создания этой виртуальной земли.

Более подробную информацию о создании виртуальных площадок можно найти здесь.

Другой метод создания как положительного, так и отрицательного постоянного напряжения от одного источника постоянного тока — это схема понижающего / повышающего напряжения (импульсный источник питания).Импульсные источники питания трудно использовать с чувствительной электроникой предусилителя, поскольку частоты переключения аналогичны частотам сигналов. Шум, возникающий при переключении, не может быть легко отфильтрован. Рельсоразветвитель по этой причине намного тише .

Важно !:

Схема делителя рельсов требует, чтобы входящий источник питания был плавающим, по отношению к электронике, на которую подается питание. Если вы попытаетесь запитать оценочные платы Cremat, используя настольный источник питания, установленный на 24 В с заземленной отрицательной стороной настольного источника питания, вы перегрузите схему делителя шин на оценочной плате, выгорающую микросхему TLE2426.Настенный источник питания CR-24V — самый безопасный способ питания оценочных плат Cremat.

У вас также может возникнуть соблазн использовать один плавающий источник питания +24 В для питания более чем одной оценочной платы. Если у вас есть несколько каналов предусилителей и усилителей-формирователей, количество настенных источников питания может быть громоздким. Не делай это! Виртуальные площадки нескольких оценочных плат не будут точно соответствовать друг другу, и различные чипы TLE2426 будут бороться друг с другом, чтобы найти точки соприкосновения.

Также важно убедиться, что штекер цилиндрического разъема от настенной розетки 24 В не касается заземленного алюминиевого корпуса. Обычно это не вызывает беспокойства, но если по какой-либо причине оценочная плата смещена в заземленном корпусе, это может стать опасностью.

% PDF-1.3 % 1 0 объект > эндобдж 4 0 объект > эндобдж 2 0 obj > ручей конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 объект 0 эндобдж 6 0 объект > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 объект > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект [33 0 R 34 0 R 35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R 39 0 R 40 0 ​​R 41 0 R 42 0 R 43 0 R 44 0 R 45 0 R 46 0 R 47 0 R 48 0 R 49 0 R 50 0 R 51 0 R 52 0 R 53 0 R 54 0 R] эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект [58 0 R 59 0 R 60 0 R 61 0 R 62 0 R 63 0 R 64 0 R 65 0 R 66 0 R 67 0 R 68 0 R 69 0 R 70 0 R 71 0 R 72 0 R] эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект [76 0 R 77 0 R 78 0 R 79 0 R 80 0 R 81 0 R 82 0 R 83 0 R 84 0 R 85 0 R 86 0 R 87 0 R 88 0 R 89 0 R 90 0 R] эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект [94 0 R 95 0 R 96 0 R 97 0 R 98 0 R 99 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 R 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R] эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект [112 0 R 113 0 R 114 0 R 115 0 R 116 0 R 117 0 R 118 0 R 119 0 R 120 0 R 121 0 R 122 0 R 123 0 R 124 0 R 125 0 R 126 0 R] эндобдж 24 0 объект > эндобдж 25 0 объект [130 0 R 131 0 R 132 0 R 133 0 R 134 0 R 135 0 R 136 0 R 137 0 R 138 0 R 139 0 R 140 0 R 141 0 R 142 0 R 143 0 R 144 0 R] эндобдж 26 0 объект > эндобдж 27 0 объект [148 0 R 149 0 R 150 0 R 151 0 R 152 0 R 153 0 R 154 0 R 155 0 R 156 0 R 157 0 R 158 0 R 159 0 R 160 0 R 161 0 R 162 0 R] эндобдж 28 0 объект > эндобдж 29 0 объект [166 0 R 167 0 R 168 0 R 169 0 R 170 0 R 171 0 R 172 0 R 173 0 R 174 0 R 175 0 R 176 0 R 177 0 R 178 0 R 179 0 R 180 0 R] эндобдж 30 0 объект > эндобдж 31 0 объект [184 0 R 185 0 R 186 0 R 187 0 R 188 0 R 189 0 R 190 0 R 191 0 R 192 0 R 193 0 R 194 0 R 195 0 R 196 0 R 197 0 R 198 0 R] эндобдж 32 0 объект > эндобдж 33 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 34 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 35 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 36 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 37 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 38 0 объект > ручей q конечный поток эндобдж 39 0 объект > ручей (@ K @ P1.-`F @ Q c! «PcH6q

Способы переключения источника питания постоянного тока

Распространенная ситуация — это когда у вас может быть несколько возможных источников питания для питания некоторой электроники. Например, для питания электронного устройства может использоваться сетевой адаптер переменного тока в постоянный или аккумулятор. В прошлом простое решение заключалось в использовании разъема питания постоянного тока со встроенным физическим переключателем, например, от Lumberg.

Когда вставляется штекер постоянного тока, он прерывает подачу питания от батареи к схеме, поэтому питание поступает от внешнего источника постоянного тока.Хотя это звучит хорошо, у него есть серьезный недостаток, который означает, что в настоящее время он не используется широко. Питание схемы от батареи будет отключено до того, как будет подключено питание от внешнего источника постоянного тока. Это неизбежно, чтобы предотвратить подключение внешнего источника постоянного тока напрямую к батарее, но это также означает, что ваше оборудование ненадолго потеряет мощность и систему на основе микроконтроллера, которая вызовет сброс. Если вставить вилку медленно в нужное место, вы можете даже отключить питание, и оборудование не будет получать питание на неопределенный срок.

В большинстве систем теперь используется центральный контакт для плюса, в то время как краевое соединение разрывается с помощью таких разъемов, что также неудобно.

Простая альтернатива — пара диодов, желательно диодов Шоттки.

Схема будет питаться от того диода, у которого анодное напряжение выше, а переключатель (если есть) не используется. Когда нет внешнего источника постоянного тока, батарея будет питать электронику, а когда будет подана внешняя мощность постоянного тока, она будет питать электронику при условии, что оно будет выше, чем напряжение батареи.Однако сейчас мы потеряли падение напряжения на диоде. Хотя это, вероятно, не имеет значения для внешнего источника питания, мы действительно не хотим тратить так много энергии на систему с батарейным питанием от батарейного источника питания.

Если аккумулятор перезаряжаемый и внешний адаптер постоянного тока предназначен для зарядки аккумулятора, одним из решений является подача внешнего источника постоянного тока через цепь зарядки к аккумулятору. Это довольно эффективная система, в зависимости от характера вашей схемы зарядки. Некоторые ИС для зарядки также обеспечивают переключение источника заряда, например, LTC4075.

Цель LTC4075 заключается в том, чтобы ваша схема питалась непосредственно от аккумулятора, а LTC4075 обеспечивает управление зарядом, а также выбор порта USB или внешнего адаптера постоянного тока для источника заряда, в зависимости от того, у которого есть более высокое напряжение.

Другой вариант — использовать так называемые «идеальные» или «идеальные» диоды. Linear Technology производит ряд устройств переключения мощности («Контроллеры PowerPath TM»), такие как LTC4411 / 4412 или LTC4357, который представляет собой контроллер, использующий внешние полевые МОП-транзисторы для переключения высокого напряжения / высокого тока.Есть также очень сильноточные устройства от компании Perfect Switch. Они объединяют контроллер и полевые МОП-транзисторы в силовой модуль. Они ведут себя как пара диодов, но могут переключаться до 300 А и с падением напряжения всего 30 мВ при максимальном токе. Подобно устройствам с линейной технологией, эта экстремальная производительность достигается за счет использования компараторов и некоторой логики для переключения полевых МОП-транзисторов, поэтому падение напряжения происходит только на полевом МОП-транзисторе с очень низким сопротивлением во включенном состоянии, а не за относительно фиксированное падение напряжения настоящего диода.

В случае LTC4412, ток покоя низкий, около 11 мкА, и, имея внешний полевой МОП-транзистор, вы можете использовать его для очень сильноточных переключателей. Он крошечный — корпус TSOT-23 с 6 выводами (хотя у вашего MOSFET общая площадь увеличится). Падение напряжения на полевом МОП-транзисторе обычно составляет 20 мВ — прочтите техническое описание, чтобы получить полное описание операции, поскольку контроллер пытается поддерживать это падение на 20 мВ. Вы также можете использовать второй полевой МОП-транзистор вместо диода для вспомогательного источника питания для снижения потерь — опять же, см. Техническое описание для более подробной информации.

mosfet — Схема выбора одного блока питания из нескольких

У меня есть нагрузка и четыре разных источника напряжения. Я хочу изменить напряжение на нагрузке, используя четыре разных сигнала включения, как показано на схеме ниже. Обратите внимание, что все сигналы «Разрешение» имеют низкий активный низкий уровень, и только одно из разрешенных сигналов может иметь низкий логический уровень одновременно.

смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab

Я разработал многоразовый блок «Схема переключения», как показано ниже.

смоделировать эту схему

Принцип работы такой:

Когда сигнал Enable равен 0V ,
M1 проводит. Сначала M2 может не проводить, но его внутренний диод будет проводить и делать напряжение Vout положительным. Тогда затвор M2 будет более отрицательным по отношению к своему источнику. Следовательно, м2 будет вести . Мощность, подаваемая на Vin , будет передана на Vout .

Когда сигнал Enable равен 5V ,
Поскольку напряжение на Vin будет равно или меньше 5 В, M1 будет иметь неотрицательное напряжение Vgs , и, следовательно, он не будет проводить . Но помните, что выходы всех «цепей переключения» соединены вместе. Таким образом, если другая «цепь переключения» проводит и напряжение, которое она проводит, имеет значение выше, чем напряжение Vin этой «цепи переключения», основной диод M1 пропустит его в обратном направлении и вызовет катастрофу. .Для предотвращения этой ситуации мы используем MOSFET M2 . Когда Enable составляет 5 В, Vgs из M2 будет положительным, а M2 не будет проводить.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *