Схема импульсный однотактный блок питания: лучшие простые и сложные схемы и сборки

Содержание

лучшие простые и сложные схемы и сборки

Автор Акум Эксперт На чтение 9 мин Просмотров 12к. Опубликовано


Во многих радиолюбительских конструкциях используются импульсные блоки питания (БП). Они отличаются небольшими размерами при значительной мощности. Такое уменьшение стало возможным благодаря высокой частоте. На таких частотах можно получить на выходе большое напряжение при небольшом количестве витков. Например, чтобы получить напряжение 12 В при токе равном 1 А, требуется намотать всего пять витков. Кроме того, импульсные БП имеют высокий коэффициент полезного действия, так как потери на трансформаторе очень небольшие.

Эти блоки питания имеют и недостатки: они создают высокочастотные помехи и предъявляют высокие требования к нагрузке. Последняя не должна быть больше или меньше той, на которую рассчитан блок питания.

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

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

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

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

Как работает импульсный блок питания

На вход импульсного блока питания подается переменное напряжение от электрической сети. Оно преобразуется в постоянное с помощью выпрямителя и фильтра. В качестве фильтра используется конденсатор большой емкости. В качестве выпрямителя используется однополупериодная или двухполупериодная схема. Ниже приведены типовые схемы, но в нашем случае мы не берем во внимание то, что на них изображена обмотка трансформатора.

Схемы выпрямителей

Затем выпрямленное напряжение приходит на высокочастотный преобразователь, который генерирует электрические колебания с частотой в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. После этого напряжение понижается трансформатором до требуемого и снова выпрямляется, сглаживаясь конденсатором.

Такое отфильтрованное и выпрямленное постоянное напряжение используется для питания бытовой техники. Кроме того, с выхода БП идёт цепь обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Схема работы импульсного блока питания

Для управления и стабилизации напряжения на выходе источника питания используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и таким образом регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор.

Обратная связь является отрицательной, то есть значения напряжения на ШИМ контроллере и на понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Так, при увеличении выходного напряжения растет также напряжение на контроллере. Благодаря отрицательной связи уменьшается напряжение на понижающем трансформаторе, а значит, и на выходе блока питания.

Схемы импульсных БП

В зависимости от конструкции сетевого выпрямителя выделяют три разновидности схем импульсного блока питания:

  • для однополупериодной схемы требуется минимальное количество деталей, она проста в реализации, но имеет один недостаток – высокую пульсацию на выходе;
  • конструкция со средней точкой отличается низким уровнем пульсаций. Основной недостаток в том, что необходимо организовывать среднюю точку во входном трансформаторе;
  • мостовая схема имеет низкие показатели пульсации и не требует наличия средней точки. Для реализации такой схемы потребуется четыре транзистора.
Разновидности высокочастотного преобразователя

По конструкции высокочастотного преобразователя импульсные блоки питания делятся на две категории: однотактные и двухтактные.

Двухтактные источники питания могут быть спроектированы по следующим схемам: с нулевой точкой (пушпульная), полумостовая и мостовая.

Кроме вышеперечисленных схем преобразователя, существует отдельная разновидность конструкций – это обратноходовые преобразователи. Их основными элементами являются накопительные дроссели. Работа в таких схемах происходит в два этапа. Первый заключается в накоплении энергии, полученной от источника питания, в дросселе. Во время второго этапа запасенная энергия передается во вторичную цепь. На первом шаге ключ замкнут, и напряжение источника питания прикладывается к дросселю (первичной обмотке трансформатора).

В результате ток в первичной цепи возрастает, а вместе с ним и магнитный поток. Ток во вторичной цепи отсутствует, так как диод препятствует его росту. На второй стадии ключ размыкается, и ток, проходящий через первичную обмотку, пропадает. Однако магнитный поток не может мгновенно исчезнуть, и во вторичной цепи индуцируется ЭДС, направленное в обратную сторону.

Затем начинает протекать ток, который открывает диод. В результате энергия запасается на конденсаторе и поступает на нагрузку. На первом этапе на нагрузку подается энергия, запасенная конденсатором во время второго этапа. Рассматривая схемы, обратите внимание на точки около обмоток трансформатора — это точки начала обмоток, и для обратноходового преобразователя характерно именно такое подключение элементов.

Этапы работы обратноходового источника питания

Как собрать: пошаговая инструкция

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

Самый простой вариант маломощного импульсного блока питания

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

Импульсный БП на одном транзисторе

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

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

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Внимание! Между половинками магнитного сердечника должен присутствовать небольшой немагнитный зазор. Обычно он уже есть на сердечниках, взятых с трансформаторов зарядных устройств смартфонов. Если его нет, положите слой бумаги между половинками сердечника.

Готовый трансформатор стягиваем изолентой или скотчем.

Готовый трансформатор в сборе

Однотактный, обратноходовый импульсный блок питания

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

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

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

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

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

Схема однотактного, обратноходового импульсного блока питания

Стабилизация выходного напряжения происходит по схеме, описанной далее. При включении прибора в сеть запускается генератор. На вторичной обмотке появляется напряжение. Конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Когда напряжение на нем превысит 16,3 В открывается стабилитрон D9 (КС515). Транзистор Т2 (КТ603) открывается и закорачивает эмиттерный переход Т1. Транзистор Т1 закрывается, генератор перестает работать, и конденсатор С6 начинает разряжаться. Когда напряжение на С6 становится меньше 16,3 вольт, стабилитрон D9 закрывается и закрывает Т2. Благодаря этому Т1 открывается и работа генератора возобновляется.

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

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

Мощный импульсный источник питания

Рассмотрим импульсный БП с выходной мощностью 300 Вт.

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

Схема мощного блока питания

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

Проверка конструкции

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

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

Схема проверки с помощью лампочки.

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

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

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


cxema.org - Самый простой импульсный блок питания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О недостатках схемы:

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

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

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

Печатная плата тут 

Импульсный блок питания своими руками: принцип работы, схемы

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой  пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

  1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
  2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

  • Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
  • Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
  • На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
  • Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Пример миниатюрных импульсных БП
  • Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
  • На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

  • частотно-импульсным;
  • фазо-импульсным;
  • широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется UП пилообразной формы, поступающее на вход компаратора КШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал UУС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности UП (опорное напряжение) и UРС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал UУС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (UOUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала UРС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

  • Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
  • Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
  • Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
  • Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

  • различные виды зарядных устройств; Зарядки и внешние БП
  • внешние блоки питания;
  • электронный балласт для осветительных приборов;
  • БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.
Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
  • Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
  • Транзистор VT1 – KT872A.
  • Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
  • Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
  • Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Как работают импульсные блоки питания: 7 правил

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

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

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

Содержание статьи

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

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

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

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

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

Правило №1 всех ИБП: чем выше рабочая частота, тем лучше. Преобразование электроэнергии выполняется не на промышленных 50 герц, а на более высоких сигналах в пределах 1÷100кГц.

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

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

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

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

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

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

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

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

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

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

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

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

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

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Правило №2: у качественных ИБП в конструкции блока должен работать надежный фильтр в/ч сигналов.

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

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

Причины появления помех в бытовой сети:

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

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

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

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

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

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

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

Правило №3: после выхода с фильтра напряжение подается на схему выпрямителя, состоящего в базовой версии из диодного моста и электролитического конденсатора.

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

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Правило №4: выпрямленный сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции на силовом ключе под управлением ШИМ контроллера.

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

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

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

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

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

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

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

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Правило №5: импульсный трансформатор для блока питания передает каждый ШИМ импульс за счет двух преобразований электромагнитной энергии.

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

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

Его энергия расходуется:

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

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

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

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

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

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

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

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

Продлить ресурс работы электролитических конденсаторов в ИБП можно заменой одного большой мощности несколькими составными. Ток будет распределяться по всем, что вызовет меньший нагрев. А отвод тепла с каждого отдельного происходит лучше.

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

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

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

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

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

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

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

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

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

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

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

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

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

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

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

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

Пушпульная схема: важные особенности

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

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

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

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

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

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Правило №6: сигнал, поступающий с выхода ИБП, выпрямляется и сглаживается.

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

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

Схема стабилизации напряжения: как работает

Правило №7: оптимальные условия для работы нагрузки при изменяющихся условиях эксплуатации обеспечивает принцип стабилизации вторичного напряжения.

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

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

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

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

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

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

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

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

Из чего состоит импульсный блок питания часть 3. Инвертор блока питания. Из чего состоит инвертор импульсного блока питания

Что вообще такое - инвертор.
Данный узел предназначен для преобразования постоянного тока в переменный. В данном случае мы имеем на входе 310 Вольт постоянного тока, которые надо подать на трансформатор. Но так как трансформаторы не хотят работать на постоянном токе, то и нужен инвертор.

Инвертор состоит из двух основных узлов.
ШИМ контроллера.

А также выходных высоковольтных транзисторов. Попутно весьма кстати попал в кадр трансформатор управления этими транзисторами.

Впрочем инвертор может выглядеть заметно проще, например у известного блока питания.

Микросхема, жменька деталей, вот и весь ШИМ контроллер.

В данном случае схемотехника блока питания, а также его мощность заметно отличаются от предыдущего варианта, потому транзистор всего один.

Еще один вариант, слева конденсаторы входного фильтра, справа трансформатор, между ними инвертор.
Так как на силовом транзисторе выделяется значительная мощность, то чаще всего он устанавливается на радиатор.

Но давайте немного отвлечемся на историю, с чего собственно все начиналось. Возможно конечно начиналось не с этого, потому точнее будет сказать, с чего начинал я.
Как вы понимаете, раньше не было ШИМ контроллеров, а иногда и обычную "кренку" купить была проблема, но прогресс не стоял на месте и радиолюбители пытались заменить большие трансформаторы на импульсные блоки питания.
На схеме показан типичный автогенератор, но были схемы и с простой логикой в качестве генератора импульсов.

Тогда схемы подобных блоков питания часто встречались в журнале Радио в контексте усилителей мощности. Но мое знакомство было на примере блока питания для Синклера. Кстати на фото один из них, который я оставил себе на память 🙂
Правда вышеприведенная схема требовала подбора транзисторов и в моем случае сильно перегревалась.

Схема с автогенератором считается самой простой, в данном примере она даже не имеет стабилизации выходного напряжения.

При всем современном разнообразии микросхем показанная выше схема также нашла себя в современном мире, в качестве "электронного трансформатора" для галогенных ламп.

Правда постепенно такие лампы заменяют на светодиоды, но все равно электронные трансформаторы довольно популярны, в основном из-за свой простоты и дешевизны.

Уже через довольно большое время подобные схемы получили второе дыхание. Известная фирма International Rectifier выпустила весьма простую микросхему для электронного балласта люминесцентных ламп. Но выяснилось, что данная микросхема отлично работает в качестве задающей для импульсного БП. К ним относятся микросхемы IR2151, IR2153 и подобные.
Вообще некоторые радиолюбители делали и стабилизированные блоки питания на базе этой микросхемы, но работает это не всегда корректно.

По сути для этой микросхемы надо только несколько мелких деталей и пара полевиков, вот и вся схема инвертора. Именно с применением этой микросхемы я делал первичный блок питания для своего лабораторного.
Кстати, именно эту микросхему я рекомендую для питания усилителей мощности, как неприхотливую и довольно надежную. А также хочу сказать, что нерегулируемые БП лучше себя ведут в плане шумов.

Так выглядит трехканальный блок питания с мощностью в 300 Ватт и ШИМ регулировкой вентилятора. Более полная информация есть в обзоре лабораторника.

Также довольно часто можно встретить и однотактные блоки питания на основе автогенератора. Особенно часто они попадались в АТХ боках в качестве дежурки.

Также они могут попасться и в очень бюджетных зарядных для телефонов. Автогенератор является самым простым типом инвертора.

Хотя бывают и исключения, например блок питания довольно дорогого фирменного кондиционера также имел в своем составе автогенератор, правда сделан довольно качественно и имеет стабилизацию напряжения.

В следующий раз мне попались импульсные блоки питания в новых тогда телевизорах. После больших и тяжелых трансформаторов это был прогресс.

Схемотехника правда была жуткая, ремонтопригодность слабая, да и габарит я не назвал маленьким. На фото блок питания мощностью 80 Ватт.
Сначала они также делались по схеме с автогенератором, но потом начали ставить микросхему, правда особо ничего это не изменило.

Вот и подошли мы к теме более современных инверторов, так как на этом этапе блоки питания вышли на тот схемотехнический уровень, который мы сейчас наблюдаем в современных блоках.
Да, поднимали частоту, расширяли диапазон работы, мощность, но суть осталась той же что и была 30 лет назад. Правда так как тогда интегральные ШИМ контроллеры были слабо развиты, то делали их в виде сборок.

Впрочем и в современных блоках питания не стесняются применять такие вот унифицированные модули, по своему это даже удобно.

Типовая блок схема распространенных моделей инверторов состоит из пяти узлов.
1. Узел контроля напряжения питания, защита от работы при пониженном и повышенном напряжении.
2. Вспомогательное питания или цепь запуска.
3. Силовой элемент и датчик тока. Этот узел может заметно отличаться в зависимости от топологии блока питания.
4. Собственно ШИМ контроллер, мозги блока питания.
5. Узел основного питания ШИМ контроллера.

Рассмотрим как происходит запуск большинства блоков питания, эта информация может помочь в поиске неисправностей.
После того как подали высокое напряжение, оно через резистор попадает в цепь питания ШИМ контроллера.

Как только напряжение достигнет порога включения ШИМ контроллер запускается, питаясь в это время от конденсатора в цепи питания.
Если ваш блок питания не подает признаков жизни, проверьте, есть ли питание на входе ШИМ контроллера, иногда эти резисторы уходят в обрыв.

Затем ШИМ контроллер проверяет, в порядке ли питающее напряжение. Эта цепь есть далеко не у всех инверторов, потому если ее нет, то можно сразу перейти к следующему шагу.

Если с питанием все отлично, то контроллер начинает выдавать управляющие импульсы силовому транзистору. попутно при этом контролируется ток в цепи этого транзистора и если он превышен, то ШИМ контроллер переходит в режим защиты.

Если все нормально, то буквально после нескольких тактов на выходе цепи основного питания появляется рабочее напряжение, которое и питает контроллер. Кстати это один из узлов отказа, если питания нет, то блок питания будет работать в старт-стоп режиме.

Если все этапы запуска прошли корректно, то дальше вступает в дело ШИМ стабилизация. В данном случае я всегда сравниваю ее с бочкой, в которую мы порциями подаем воду и сливая ее через другой кран с разным напором. Задача контроллера поддерживать всегда один и тот же уровень воды в бочке при том, что вводной кран может быть только в двух состояниях, открыто и закрыто.
Кстати, многие видели на выходе блоков питания резистор, подключенный параллельно питанию, он нужен чтобы обеспечить некую минимальную нагрузку, так как блоку питания тяжело работать при очень малой ширине импульса.

Для примера ширина импульсов при небольшой нагрузке.

Если увеличить нагрузку, то ШИМ контроллер увеличит подачу энергии в трансформатор, а через него в нагрузку.

Даже если к примеру нагрузить блок питания на полную, то ширина импульсов не будет полной.

Запас необходим для компенсации снижения входного напряжения.

Если снизить входное напряжение еще больше, то ШИМ контроллер просто выставит максимальную ширину импульса. Кстати, ШИМ контроллеры блоков питания не формируют 100% заполнение, так как всегда необходимо "мертвое" время для защиты выходных транзисторов. В это время выходные транзисторы закрыты.
Для обратноходовых однотактных блоков питания, а именно они используются в качестве блоков питания небольшой мощности, максимальное заполнение составляет 50%.

Самым первым ШИМ контроллером, с которым я познакомился, была легендарная TL494. Микросхема очень старая, но так получилось, что у разработчика дешевый и очень универсальный контроллер и даже спустя много лет и при наличии современных решений он еще весьма широко применяется в блоках питания.
Выпускается она многими фирмами и иногда под разными названиями, например аналог от Самсунга называется КА7500.

На первый взгляд его внутреннее устройство может показаться довольно сложным, но на самом деле таковым не является.

Если немного упростить картинку, то будет примерно так:
1 и 2, стабилизатор питания и источник опорного напряжения.
3. Генератор импульсов, задает частоту работы контроллера.
4. Два компаратора, один обычно используется для стабилизации тока, второй - напряжения.
5. Задатчик мертвого времени, т.е. минимальной паузы между открытым состоянием выходов.
6. Узел сложения всех сигналов.
7. Триггер, который управляет выходными ключами и задает логику работы, двухтактный или однотактный режим. В некоторых аналогах этот триггер сбоил на частотах ниже 100 Гц, чем доставлял немало сюрпризов строителям повышающих инверторов в 220 Вольт.

Микросхема выполнена в корпусе с 16 выводами. Сама по себе надежна, но иногда в блоках питания АТХ, где ее питание идет от источника дежурного напряжения, выходит из строя после его ухода в разнос, когда высыхал конденсатор по выходу 5 Вольт. Пробивало стабилизатор опорного напряжения и на выходе БП запросто могло появиться высокое напряжение. Потому при проверке прежде всего смотреть наличие 5 Вольт на выводе 14.

В блоках питания АТ, а потом в распространенных китайских БП в кожухе она питается от своего же силового трансформатора. Запуск происходит за счет резисторов в базовых цепях силовых ключей. При включении они сначала входят в автогенераторный режим, на выходе трансформатора появляется небольшое напряжение, микросхема начинает работать и перехватывает управление на себя. Потому если БП не запускается, то в первую очередь проверяем резисторы выделенные на схеме резисторы.

Вторым, не менее легендарным ШИМ контроллером является семейство однотактных UC384х.
Думаю что вы могли из встречать раньше в блоках питания и преобразователях напряжения.

Внутреннее устройство весьма похоже на TL494, но немного отличается. Для начала у микросхемы только один выход, а не два.
Кроме того компараторы привязаны к определенному напряжению, заданному внутри микросхемы, а не универсальные.
Ну и конечно ключевая особенность, микротоковый старт. пока микросхема не начнет работать, он потребляет очень маленький ток, потому запустить ее можно прямо от входного напряжения через резистор, TL494 так не умеет.
Чтобы запуск проходил корректно, у микросхемы есть пороговая схема определяющая напряжение включения и выключения микросхемы. Существует два варианта, около 9 и 15 Вольт.
Кроме того микросхема может иметь 50 и 100% рабочий цикл, первая идет в блоки питания, вторая в преобразователи напряжения.
Так получается четыре варианта исполнения этого контроллера.

Микросхема выпускается в разных корпусах, но наиболее распространен корпус с восемью выводами.

Типовая схема блока питания с этой микросхемой выглядит примерно так.

Сейчас на рынке есть много блоков питания с другими микросхемами, но если посмотреть на их схему, то вы увидите очень много общего, все те же узлы и элементы. Отличия если и есть, то они минимальны.

Инверторы блоков питания могут иметь разную топологию, и об этом я обязательно расскажу отдельно, но большинство выполнено по схемотехнике флайбек или полумост, две верхние схемы на чертеже. Собственно все описанные сегодня блоки питания работают именно так.

Но вернемся к ШИМ контроллерам. Перед этим я описывал варианты, когда ШИМ контроллер отдельно, а силовой узел отдельно. но также получили распространение и полностью интегрированные контроллеры, например серии TOP от Power integrations где практически все собрано в одном корпусе.
Не так давно мне даже попалась подделка, причем что интересно, она слева, с лазерной маркировкой, справа оригинал.

Распространение они получили благодаря простейшей схемотехнике, где в простом варианте блок питания состоит буквально из нескольких деталей.

Потом появились более продвинутые контроллеры, где можно задавать напряжение включения и отключения, а также ограничение выходной мощности. Но при желании их можно перевести в трехвыводный режим, соединив выводы как было на фото раньше.
Но в любом случае данные контроллеры гораздо умнее и имеют комплекс защит от разных проблем, например они выдерживали напряжение более 300 Вольт по входу просто блокируя свою работу.

Но секрет их популярности был также и в удобной программе расчета, которую предоставлял производитель. Она позволяла рассчитать все, вплоть до укладки обмоток трансформатора. А при обнаружении проблем в расчетах, выдавала подсказки.

Производитель предоставлял варианты применения своих микросхем в виде примеров. Был даже вариант компьютерного блока питания, но как-то не пошло.

Зато в небольших блоках питания, например мониторов, он встречаются весьма часто.

Кроме того я и сам их очень активно использую уже наверное лет 15.

Китайские производители также не отстают, выпуская свои варианты подобных микросхем.

Которые довольно успешно применяют в небольших блоках питания

Кстати, при желании можно использовать ШИМ контроллеры и без обратной связи от выходного напряжения, используя обмотку питания самого контроллера. Схема упрощается, но стабильность конечно будет немного ниже чем при правильной обратной связи.

В общих чертах на этом все. Вообще мне иногда кажется, что чем больше я рассказываю, тем больше остается за кадром, что еще хотелось бы рассказать более подробно, но не успеваешь. Потому скорее всего будут еще выпуски по отдельным узлам и принципам работы.
Видео получилось слишком длинным, даже сам не ожидал, и это при том, что еще почти ничего не сказал за ключевые транзисторы и часть даже вырезал, наверное болтаю слишком много 🙁

Несколько ссылок, на полезные обзоры, которые упоминались в видео.
Неплохой модуль DC-DC ZXY6005S или лабораторный блок питания своими руками
12 Вольт 6-8 Ампер блок питания, который приятно удивил
12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано
DC-DC преобразователь, как это иногда бывает
S-180-12 180W 12V / 15A блок питания в непривычном формфакторе
36 Вольт 10 Ампер 360 Ватт или продолжаем изучать как устроены блоки питания + небольшой бонус
48 Вольт, 5 Ампер и 240 Ватт или блок питания который смог удивить
Блоки питания, маленькие и очень маленькие

Russian HamRadio - Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств.

Казалось бы, что еще надо? Проще не придумаешь! Трансформатор, мостовой выпрямитель и фильтр — все просто и понятно. Так нет, придумали всякие импульсные блоки питания (ИПБ), ломай себе голову! Каждая уважающая себя фирма выпускает свои блоки по своим схемам, а когда сломаются, думай, т. к. самому ремонтировать — сложно и непонятно, а в мастерской — дорого! Так вот, ничего особенно сложного в импульсных блоках питания нет. Да, ИБП сложнее, чем обычные блоки питания. Но это потому, что к функциям ИБП относится не только получение питающих напряжений, но и их стабилизация, а также защита самого ИБП и каскадов, которые от него питаются, от различных неприятностей.

Принципы работы импульсного обратноходового блока питания

Первоначальное распространение ИБП получили преимущественно в телевизионных приемниках (ТВ), в дальнейшем — в видеомагнитофонах (ВМ) и другой видеоаппаратуре, что объясняется, в основном, двумя причинами. Во-первых, чувствительность ТВ и ВМ к создаваемым импульсным БП помехам значительно ниже, чем, например, аппаратуры звуковоспроизведения, особенно высококачественного. Во-вторых, ТВ и ВМ отличаются относительным постоянством и сравнительно небольшой величиной (10...80 Вт) потребляемой мощности. Колебания этой мощности в ТВ обусловлены изменениями яркости экрана при смене сюжетов и составляет не более 20 Вт (приблизительно 30

% максимальной потребляемой мощности). Для ВМ колебания мощности, потребляемой в нагрузке, возникают, в основном, только при переключении режимов работы ЛПМ и составляют несколько ватт. Для примера, в стереофоническом усилителе с выходной мощностью 2x20 Вт колебания мощности достигают 70...80 Вт (приблизительно 70...80 % максимальной потребляемой мощности). Поэтому для этого класса радиоаппаратуры ИБП получаются более дорогостоящими из-за необходимости использования мощных двухтактных схем преобразователей (конверторов), более сложных стабилизаторов, фильтров и т. д.

В связи с этим конструкторы как более ранних, так и современных моделей ТВ и ВМ, как правило, придерживаются хорошо зарекомендовавших себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения импульсных блоков питания. Основные усилия направляются, в первую очередь, на совершенствование и миниатюризацию элементной базы; повышение надежности ИБП (в том числе путем введения различных защит) и расширение рабочего диапазона питающего их напряжения сети.

Несмотря на большое разнообразие схем ИБП принцип работы большинства их одинаков. Выпрямленное напряжение сети питает однотактный генератор, нагрузкой которого является импульсный трансформатор с вторичными выпрямителями, от которых питаются все потребители. Генератор может быть выполнен как с самовозбуждением, так и с внешним запуском. Транзистор генератора работает в ключевом режиме. Когда транзистор открыт, происходит накопление энергии в импульсном трансформаторе, когда закрыт

— энергия, отдается в нагрузку. На рис. 1 показана схема простейшего автогенератора.

Рис.1.

Работает он так. В начальный момент транзистор (ключ) VT1 закрыт. При подаче питания через R1 начинает течь небольшой ток, создающий напряжение смещения на базе ключа Uбэ, достаточное для того, чтобы вызвать небольшой ток коллектора ключа IK и, соответственно, через коллекторную обмотку трансформатора

Iтр (см. рис. 2, а, б].

По законам физики изменение тока в обмотке I вызовет появление ЭДС индукции, которая препятствует изменению тока в обмотке и вызывает напряжения взаимоиндукции в обмотках обратной связи II и в выходной обмотке III. Обмотки включены таким образом, что на верхнем выводе обмотки III будет

“минус”, а на верхнем выводе обмотки II — “плюс”.

Диод VD1 будет закрыт, а с обмотки II “плюс” окажется

, приложен к базе VT1 и вызовет появление дополнительного тока базы, что, в свою очередь, вызовет насыщение транзистора. Поскольку к обмотке I трансформатора приложено полное постоянное напряжение источника питания, ток через нее линейно нарастает, пока сердечник трансформатора Т1 не войдет в насыщение. В этот момент ток коллектора VT1 резко возрастает, а напряжение на обмотках II и III падает. Транзистор выходит из насыщения, происходит лавинообразный процесс его закрывания.

Рис.2.

В сердечнике трансформатора накопилась энергия и при закрывании транзистора VT1 произойдет изменение полярности ЭДС индукции, которая теперь будет направлена противоположно ЭДС при нарастании тока обмотки. При этом на обмотке I возникнет импульс напряжения, который приложен плюсом к коллектору транзистора, а минусом — к плюсу источника питания. В результате между коллектором и эмиттером ключа возникнет выброс напряжения 500...600 В. При этом отрицательное напряжение с обмотки обратной связи II надежно закроет ключ, а положительное напряжение с обмотки III откроет диод VD1 и конденсатор С2 начнет заряжаться (см. рис. 2, в). Чем больше ток заряда, т. е. чем быстрее израсходуется энергия трансформатора, тем быстрее процесс повторится.

Итак, сердцем импульсного блока питания является генератор. Обязательными элементами его являются импульсный трансформатор и транзистор -ключ. Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько.

Импульсные источники питания на небольшую мощность (< 30...50 Вт) обычно выполняются по схеме, где функции генерации, управления и стабилизации вторичных напряжений совмещены. Объединение несколько функций в одном устройстве упрощает схему устройства, уменьшает потери, облегчает режим работы выходного транзистора, уменьшает габариты. Кроме того, все эти функции взаимосвязаны, поэтому их реализация труда не представляет.

У таких ИБП система стабилизации обычно перенесена из вторичных цепей в первичную, где значения токов уменьшены на коэффициент, равный коэффициенту трансформации. Сравнивая ИПБ с традиционным блоком питания с низкочастотным трансформатором, видим, что выпрямительные диоды сетевого напряжения также перенесены в сторону первичной цепи, вследствие чего

через диоды будут протекать токи, тоже уменьшенные в коэффициент трансформации раз.

При этом силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, исключается, а вместо него вводится импульсный трансформатор, работающий на частоте до 100 кГц с ферритовым магнитопроводом и имеющий в несколько раз меньшие габаритные размеры и массу. Кроме того, уменьшаются габариты фильтров вторичных выпрямителей, так как при частоте 30... 100 кГц для получения хорошей фильтрации нужны существенно меньшие емкости, и можно обойтись без дросселей.

Поэтому при тех же параметрах блока питания габариты ИБП в десятки раз меньше габаритов обычного блока питания, работающего на частоте 50 Гц. Источники на большую мощность, как правило, выполняют с внешним возбуждением, для чего разработано множество специализированных микросхем. Разбирая функциональную схему более сложного ИБП, представленную на рис. 3, кое в чем повторюсь.

Основными функциональными узлами этого устройства являются:

  • сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром С1;
  • ключ VT1;
  • импульсный трансформатор Т1;
  • устройство запуска;
  • устройство управления;
  • цепь обратной связи;
  • вторичный выпрямитель импульсных напряжений VD1C2.

Напряжение сети 220В поступает на выпрямитель, после чего сглаживается емкостным фильтром С1. С конденсатора фильтра выпрямленное напряжение через обмотку I трансформатора Т1 поступает на коллектор транзистора VT1, выполняющего функцию ключа. Устройство управления обеспечивает периодическое включение и выключение транзистора VT1. В стационарном режиме напряжение на выходегде n = N1/N3 — коэффициент трансформации, Т — период импульсов, AT -длительность включенного состояния транзистора VT1 (рис. 2).

Изменяя AT можно регулировать выходное напряжение. Амплитуда импульсов тока через транзистор и диод зависит от индуктивности первичной обмотки трансформатора. При оптимальном ее значении максимальный ток через первичную обмотку вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается в момент открывания транзистора.

Изменять соотношение между Т и AT можно разными способами. Наиболее подходящий способ регулирования величины выходного напряжения — широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Основные достоинства ШИМ — постоянство периода повторения Т и простота реализации, Поэтому ШИМ применяют практически во всех конструкциях ИБП.

Устройство управления ключевым транзистором называется контроллером, в данном случае — ШИМ-контроллером. Вообще, под ШИМ-контроллером подразумевают все устройство управления, включая элементы запуска и защиты, так как они являются неотъемлемой частью ИБП и часто используют одни и те же элементы.

Разберем по порядку свойства каждого узла импульсного блока питания.

Узел запуска. Необходимость наличия узла запуска вызвана тем, что при включении ИБП возможны большие перегрузки его элементов, поскольку разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей представляют собой очень малое сопротивление для импульсов, снимаемых с вторичных

обмоток трансформатора. Пусковые токи могут достигать 50... 100А, что создает аварийный режим работы.

Рис.3.

Устройство запуска обеспечивает принудительную коммутацию транзистора ключа со значительно меньшей длительностью включенного состояния в течение нескольких циклов, за время которых происходит заряд конденсаторов фильтров импульсных выпрямителей.

Одновременно это исключает возможность возникновения аварийной ситуации, так как длительность импульсов плавно возрастает, постепенно выводя ИБП на номинальный режим. В импортных ИБП наибольшее распространение получила подача на ключ начального открывающего смещения.

В момент подачи питания через резисторы от плюса сетевого выпрямителя на базу ключа подается смещение, достаточное для создания начального тока через ключ и плавного запуска. После нескольких циклов ИБП переходит в нормальный режим и больше цепь запуска не используется. Во многих импортных ИБП цепь запуска не отключается, что иногда приводит к выходу из строя ключа при неисправности одного из вторичных

выпрямителей, если не применяется схема защиты от короткого замыкания. В отечественных телевизорах применяются несколько вариантов запуска ИБП. Одна из них — генератор, собранный на однопереходном транзисторе серии КТ117.

В течение некоторого времени, достаточного для надежного запуска ИБП, генератор на КТ117 генерирует импульсы, которые подаются на базу ключевого транзистора и вызывают запуск цикла работы автогенератора. Если неисправность отсутствует, то конденсаторы фильтров заряжаются и автогенератор входит в нормальный режим. Иначе схема запуска отключится и ИБП не запустится.

Устройство управления. На него возлагается функция отслеживания уровня выходного напряжения, выработка сигнала ошибки и, часто, непосредственного управления ключом.

Рис.4.

Обычно устройство управления представляет собой цепь сравнения реального выходного напряжения и образцового, выработанный сигнал ошибки подается на исполнительный узел, управляющий непосредственно ключевым транзистором (рис. 4).

Несмотря на кажущуюся сложность функциональной схемы устройства управления, принципиальная схема такого узла, получившего распространение в ИБП на транзисторах, несложна (рис. 5). Устройство управления питается от обмотки II трансформатора Т1 (рис. 3), поэтому напряжение на нем пропорционально напряжению на вторичных обмотках, т. е. с хорошей степенью приближения соответствует выходному.

Рис.5.

В момент включения напряжение на конденсаторе С1 равно нулю и транзистор VT1 закрыт. После начала работы преобразователя и, пока он не вошел в нормальный режим, транзистор VT1 находится в открытом состоянии и позволяет работать генератору, выходное напряжение и напряжение на С1 увеличиваются.

При достижении этими напряжениями номинальных значений открывается стабилитрон VD1 и дальнейшее увеличение напряжений приводит к постепенному закрыванию транзистора VT1. В рабочем режиме на выходе присутствует положительное напряжение, которое подается на исполнительное устройство.

При увеличении выходного напряжения напряжение, подаваемое на исполнительное устройство, будет уменьшаться, изменяя условия его работы и вызывая уменьшение выходного и, как следствие, его стабилизацию. Исполнительное устройство представляет собой ключ, срабатывающий при достижении током коллектора силового ключа определенной величины, или цепь, шунтирующую переход база-эмиттер того же силового ключа при достижении определенного уровня напряжения.

Цепи защиты. Сложность того или иного ИБП во многом зависит от сложности примененных цепей защиты. В дешевых моделях ИБП используются простейшие варианты. Вообще защитные устройства можно разделить по функциям на следующие: защитные устройства всего ИБП, сетевого выпрямителя, от перенапряжения сети, от слишком малого напряжения сети, от перегрузки (короткого замыкания), от холостого хода и так далее. По сложности исполнения их можно разделить на простые (предохранители, защитные резисторы), среднего уровня сложности и большой сложности. В ИБП может быть применено сразу несколько типов защит различной степени сложности. Однако, несмотря на то, что встраивание сложных защит мотивируется благими целями, увеличение сложности устройств в результате нередко оборачивается уменьшением их надежности за счет увеличения числа элементов, ухудшением ремонтопригодности и, соответственно, увеличением стоимости ремонта. А так как цепи защиты встраиваются непосредственно в ИБП, то их выход из строя также приводит к выходу из строя и элементов самого ИБП.

Простейшим защитным элементом является предохранитель. В любом устройстве он устанавливается на входе ИБП. Предохранитель является инерционным прибором, поэтому он не защищает ни ключевой транзистор, ни многие другие элементы блока питания. Назначение предохранителя — защита устройства от возгорания при пробое ключа или конденсатора сетевого фильтра, обычно он в таких случаях спасает трансформатор и диоды выпрямителя.

Следующий защитный элемент

, включенный последовательно с выпрямительным мостом резистор, который выполняет две функции. Первая ограничивает мгновенный ток через мост в момент включения ИБП. Вторая выполняет функции предохранителя. Как и предохранитель, защитный резистор является инерционным элементом. Он перегорает при превышении среднего тока через него.

Часто во вторичных выпрямителях применяют защитные диоды, включенные параллельно нагрузке. На схемах они обозначаются как стабилитроны, но это не совсем так. Когда на защитном диоде напряжение меньше порога срабатывания, он не потребляет тока и не влияет на работу ИБП. При появлении на таком диоде напряжения, на которое он рассчитан, он пробивается и ограничивает напряжение на нагрузке. Если ИБП при этом не выключается, то диод от перегрева сплавляется и вызывает короткое замыкание для ИБП, который выключается. ИБП, в котором применяются такие “стабилитроны”, должен иметь защиту от перегрузок. Напряжение на защитном диоде может повыситься из-за резких скачков сетевого напряжения, мощной импульсной помехи в

сети, неисправности самого ИБП. Таким образом, защитный диод предохраняет устройства, стоящие в данной цепи. Защитный диод не восстанавливается и после срабатывания подлежит замене, но ни в коем случае не на обычный стабилитрон!

Остальные устройства защиты представляют собой узлы, состоящие из нескольких элементов, и интегрированы со схемой ИБП. Такие устройства могут быть с внутренним управлением, отслеживающие состояние ИБП и управляющие им, и с внешним управлением, следящие за состоянием цепей вторичных источников питания и даже исправностью всего устройства в целом, например, телевизора. Чем больше применено таких защитных устройств, тем сложнее ремонт. Иногда приходится изобретать способы запуска ИБП, выключенного каким-либо защитным устройством, отключать защиту, прибегать к различным уловкам, чтобы найти неисправность.

Разбор схем блоков питания на транзисторах начнем с самых простых: ИБП телевизора Sanyo CKM 3022-00 и видеоплеера Funai VIP-5000LR. Вариант управления ключом, примененный в этих устройствах, встречается довольно часто и даже в микросхемном исполнении. Некоторые непринципиальные элементы, такие как выпрямители сетевого напряжения и вторичные выпрямители, не показаны.

Источник питания телевизора Sanyo CKM 3022-00

Схема этого источника приведена на рис. 6. Напряжение +290В с сетевого выпрямителя подается через обмотку 3-7 на коллектор ключевого транзистора Q513. Его база через резисторы R520, R521, R522, R524 подключена к источнику питания +290В — цепь начального смещения ключа. К цепи базы ключа непосредственно подключен транзистор Q512, он управляет напряжением на базе ключа.

Рис.6.

Режим работы транзистора Q512 определяет транзистор Q511, ток базы которого, в свою очередь, определяется оптопарой D515. Светодиод оптопары включается транзистором

Q553.

Конденсатор С507 сглаживает пульсации, приходящие с сетевого выпрямителя. Причем чем больше емкость конденсатора, тем меньше амплитуда пульсаций и чем меньше ток, потребляемый ИБП, тем меньше пульсации.

Емкость этого конденсатора разработчики выбирают, исходя из уровня допустимых пульсаций, и при ремонте желательно ставить конденсатор с не меньшей емкостью. И конечно, рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 350...400 В.

Напряжение начального смещения поступает на базу Q513 через резисторы R520, R521, R522, R524. В первый момент никаких других сигналов на базу не подается, транзистор Q512 закрыт. Появляется небольшой ток коллектора ключа, и на выводе 1 обмотки обратной связи возникает небольшое напряжение положительной полярности, которое через диод D517 и резистор R524 поступает на базу Q513, вызывая увеличение тока его коллектора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока Q513 не войдет в режим насыщения, при этом Q512 закрыт и влияния на работу ключа не оказывает, т. к. сопротивление фототранзистора оптопары велико и транзистор Q511 закрыт.

Далее происходят процессы, описанные в первой части статьи. При запирании транзистора Q513 вся энергия, накопленная трансформатором, пойдет на зарядку конденсаторов фильтров вторичных выпрямителей, причем одного цикла заряда будет недостаточно. Поэтому пауза между импульсами будет минимальна, а время открытого состояния ключа, во время которого энергия накапливается в трансформаторе, — максимально. Момент включения ИБП — самый тяжелый для ключевого транзистора, поэтому почти все неисправности возникают именно в этот момент.

После нескольких циклов зарядки конденсаторов вторичных выпрямителей напряжение на их выходах станет близким к номинальному. Начнет работать устройство сравнения на Q553. Эмиттер 0553 подключен к источнику образцового напряжения на стабилитроне D561. Напряжение на стабилитрон подается с выхода +130В через резистор R554 и растет с увеличением напряжения на этом выходе.

Когда напряжение на выходе выпрямителя станет больше напряжения стабилизации стабилитрона, напряжение на нем изменяться перестанет, т. е. напряжение на эмиттере Q553 зафиксируется. База Q553 подключена к регулируемому делителю таким образом, что когда напряжение выпрямителя станет близким к +130В, напряжение на базе станет больше, чем напряжение на эмиттере, и транзистор начнет открываться. Так как нагрузкой коллекторной цепи является светодиод оптопары, то через светодиод потечет ток, он начнет излучать световой поток на фототранзистор, сопротивление которого начнет уменьшаться. Причем чем сильнее открыт Q553, тем больше световой поток и тем меньше сопротивление фототранзистора.

Фототранзистор подключен к цепи базы Q511, и уменьшение сопротивления фототранзистора вызывает открывание 0511, который в свою очередь влияет на работу Q512. Режим работы Q512 меняется. Теперь, когда положительный импульс обратной связи приходит на базу ключа, часть его напряжения, поступающего через резистор R526, складывается с напряжением, приходящим с 0511, и транзистор Q512 начинает ограничивать амплитуду импульса обратной связи. Чем сильнее открыт Q553 (а также Q511), тем меньше амплитуда импульсов обратной связи, тем раньше выключится ключ и тем меньше энергии накопится в трансформаторе, что вызовет прекращение роста напряжения на выходах вторичных выпрямителей.

Теперь наступает рабочий режим ИБП, во время которого происходит слежение за выходным напряжением. При увеличении напряжения на выходе выпрямителя до +130В транзистор Q553 открывается сильнее, световой поток светодиода оптопары увеличивается, сопротивление фототранзистора уменьшается, Q511 открывается больше, смещение на базе Q512 увеличивается, и он сильнее шунтирует цепь базы ключа Q513. Ключ начинает закрываться раньше, и напряжение на выходах вторичных выпрямителей уменьшается. Обратный процесс происходит при уменьшении выходного напряжения +130 В.

Что произойдет, если выйдут из строя элементы устройства сравнения, оптопара или другие элементы? Пробой Q553 вызовет резкое уменьшение выходного напряжения или даже срыв генерации, т. к. в этом случае (а также при обрыве R551, R553, R556, пробое D561) светодиод оптопары станет излучать максимальный световой поток, фототранзистор и Q511 максимально откроются, смещение на базе Q512 станет максимальным и он максимально ограничит напряжение обратной связи на базе ключа вплоть до срыва колебаний. К отсутствию запуска приведет обрыв резисторов R520—R521, R524, пробой Q512. В случае, когда оборвутся R552, R555, Q553, светодиод или фототранзистор оптопары, Q511, Q512, R526, преобразователь будет работать в режиме генерации максимальной мощности и быстро выйдет из строя.

Остальные элементы устройства, такие как С514, R519, R525, С516, С517, D514, D516 и R517, улучшают условия возбуждения, препятствуют появлению выбросов на коллекторе 0513 и т. д. Защита в этом ИБП минимальна — на входе сетевого питания стоит предохранитель и между сетевым выпрямителем и конденсатором фильтра установлен защитный резистор R502 на 3,9 Ом. Так что защиты практически никакой, резистор сгорит только после того, как пробьется ключ.

Импульсный блок питания видеоплеера Funai VIP-500QLR

В приведенной на рис. 7 схеме не показано устройство сравнения, т. к. его работа аналогична работе этого узла в телевизоре Sanyo. И вообще, вся схема во многом повторяет рассмотренную выше.

Рис.7.

Резисторы R4 и R7 — цепь начального смещения ключа Q2. Цепь обратной связи — выводы 4-3 обмотки обратной связи, диод D3, резистор R7. Управляет работой ключа транзистор Q1, на который приходит сигнал рассогласования с оптопары. При изменении сопротивления фототранзистора изменится ток в цепи: плюс питания, R1, фототранзистор оптопары, D1, переход база-эмиттер Q1, минус питания.

Резисторы R12 и R13 являются датчиками тока ключа. При прохождении тока коллектора на них появляются импульсы напряжения, которые через диод D2 поступают на базу Q1. Сигнал рассогласования — это медленно изменяющееся напряжение, а импульсы датчика тока — импульсы напряжения, повторяющие форму тока ключа. Эти импульсы складываются с напряжением ошибки и управляют транзистором Q1, который, открываясь при достижении суммарным напряжением определенного порога, ограничивает амплитуду импульсов тока ключа. Таким образом, от напряжения смещения на базе Q1, приходящего с оптрона, зависит время открытого состояния ключа, т. е. напряжение на выходах вторичных выпрямителей.

Рис.8.

Далее рассмотрим цепь управления ключом, выполненную по другому принципу. Данная цепь с незначительными изменениями применена во многих телевизорах, таких как Akai CT-1405E, Elekta CTR-2066DS и других (рис. 8).

На транзисторе Q1 собрано устройство сравнения, его схема практически не отличается от других, рассмотренных раньше. Питается устройство сравнения от отдельной обмотки и выпрямителя D5 с фильтром С2. Начальное смещение на ключ Q4 подается через резистор R7, обычно представляющий собой несколько последовательно включенных резисторов, что объясняется более низкой ценой двух маломощных резисторов по сравнению с одним мощным, рассчитанным на напряжение более 300 В.

Цепь обратной связи здесь подключена не так, как мы разбирали раньше. Один вывод обмотки обратной связи подключается как обычно к базе ключа, а другой — на диодный распределитель D3, D4. Что получается в результате? Транзисторы Q2 и Q3, представляющие собой составной

транзистор, являются регулируемым сопротивлением. Это сопротивление (между плюсом конденсатора СЗ и эмиттером Q3) зависит от приходящего с Q1 сигнала рассогласования. Так как транзистор Q2 имеет структуру p-n-р, то с увеличением приходящего на базу напряжения его ток коллектора уменьшается, сопротивление составного транзистора увеличивается. Это свойство здесь и используется.

Рассмотрим момент запуска. Конденсатор СЗ разряжен. Цепь обратной связи подключена плюсом к базе, минусом через D4 и R9 к общему проводу. Происходит линейное нарастание тока коллектора, которое заканчивается закрыванием транзистора. При этом полярность напряжения на обмотке обратной связи меняется на обратную и этим напряжением через диод D3 заряжается конденсатор СЗ. Конденсатор СЗ окажется подключенным к переходу база-эмиттер ключа через сопротивление составного транзистора минусом на базу и закроет ключ.

Время разряда СЗ и закрывающее напряжение зависят от сопротивления составного транзистора. В момент запуска блока питания это сопротивление велико и разрядка конденсатора СЗ не задерживает очередной цикл, однако в установившемся режиме задержка очередного цикла получается достаточной для регулировки средней мощности, отдаваемой в нагрузку. Таким образом, мы видим, что рассматриваемый вариант не является ШИМ. Если в предыдущих устройствах регулированию подвергалось время открытого состояния ключа, то в этом регулируется время закрытого состояния.

Владимир Носов

Литература:

1. О. В. Колесниченко, И. В. Шишигин, В. А. Обрученков. Интегральные микросхемы зарубежной бытовой видеоаппаратуры. — С.-Пб: Лань, 1996.

2. С. А. Ельяшкевич. Цветные стационарные телевизоры и их ремонт: Справочник. 3-е изд., стереотипное. — М.: КУбК-а, 1996.

3. В. С. Соколов, Ю. И. Пичугин. Ремонт цветных стационарных телевизоров 4УСЦТ. Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1994.

4. С. А. Ельяшкевич, А. Е. Пескин. Телевизоры пятого поколения “Рубин”, “Горизонт”, “Электрон”. Устройство, регулировка, ремонт. — М.: Символ-Р, 1994.

 

Материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).

Copyright © Russian HamRadio

Схемы блоков питания и зарядных устройств, самодельные источники питания (Страница 19)


Блок питания 1-29В/2А (КТ908)

Во многих современных стабилизаторах для улучшения их качественных показателей используют операционные усилители, обладающие большим коэффициентом усиления и стабильными характеристиками. Однако относительно простая модификация традиционного по схеме транзисторного стабилизатора ...

2 4931 0

Два бестрансформаторных блока питания

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его ...

1 5101 0

Комбинированный лабораторный блок питания 4-12V/1.5A (К140УД6,КП901)

Этот лабораторный блок питания способен обеспечить стабилизацию как тока, так и напряжения. Основой его служит электронный стабилизатор — именно он определяет все выходные параметры устройства. При сравнительной схемной простоте стабилизатор имеет хорошие ...

3 5340 0

Конденсаторно-стабилитронный выпрямитель

Бестрансформаторные маломощные сетевые блоки питания с гасящий конденсатором получили широкое распространение в радиолюбительских конструкциях благодаря простоте своей кос-трукции, несмотря на такой серьезный недостаток, как наличие гальванической связи блока питания с сетью.

0 4218 0

Блок питания с гасящим конденсатором

Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого на нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широко применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в цепь ...

0 4593 0

Блок питания Ступенька 5 - 9 - 12В на ток 1A

С появлением в продаже недорогих и надежных трехвыводных интегральных стабилизаторов напряжения, можно собрать простой блок питания на ряд наиболее часто применяемых напряжений. Блок питания состоит из понижающего ...

2 4201 0

Источник питания с плавным изменением полярности +/- 12В

Особенность этого источника питания в том, что вращением ручки-регулятора можно не только изменять выходное напряжение, но и его полярность. Практически напряжение регулируется от + 12 до —12 В. Достигнуто это благодаря немного необычному включению ...

0 4534 0

Миниатюрный импульсный блок питания на напряжение 5-12В

Предлагаемый блок предназначен для питания от сети малогабаритных радиоэлектронных устройств (карманных радиоприемников, диктофонов, часов и т.д.). выходное напряжение может быть выбрано в пределах от 5 до 12 В. Одно из достоинств блока ...

0 5982 0

Стабилизатор тока для зарядки батареи 6В (142ЕН5А)

В устройстве, собранном по схеме ниже (оно предназначено для зарядки 6-вольтовой батареи), транзистор VT1 выполняет функции нижнего плеча делителя (совместно с резистором Rl), управляющего работой микросхемы DA1 таким образом, что зарядный ток ...

0 3803 0

Простой импульсный блок питания на микросеме KA3842 (UC3842, TL3842, GL3842, KIA3842)

Любой разработчик может столкнуться с проблемой создания простого и надежного источника питания для конструируемого им устройства. В настоящее время существуют достаточно простые схемные решения и соответствующая им элементная база, позволяющие создавать импульсные источники ...

4 7601 3


Радиодетали, электронные блоки и игрушки из китая:

Часто задаваемые вопросы о NECL / PECL - Pulse Research Lab


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

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

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

В начало


Q1: Что такое схемы ECL?

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

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

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

В начало


Q2: Каковы напряжения питания ECL?

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

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

В начало


Q3: Что такое схемы LVECL, PECL и LVPECL?

A3: Устройства LVECL - это устройства ECL, предназначенные для использования с V EE = -3,3 В. Они совместимы по вводу / выводу со стандартными устройствами ECL.

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

Цепи

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

В начало


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

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

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

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

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

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

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

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

Q5: Как выглядит типичная входная цепь ECL?

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

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

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

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

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

В начало


Q6: Как выглядит типичная выходная цепь ECL?

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

В начало


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

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

Случай I. Драйвер - устройство ECL.

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

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

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

I OH = (2-0,95) В / 50 Ом = 21 мА и

I OL = (2-1.75) В / 50 Ом = 5 мА

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

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

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

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

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

В начало


Q8: Как управлять входом ECL с плавающим дифференциалом?

A8:

Случай I. Драйверы представляют собой пару дифференциальных устройств ECL.

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

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

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

(5,2–1,6 В) / R 6 = 6,45 мА.

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

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

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

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

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

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

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

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

В начало


Q9: Почему сигналы ECL должны быть отключены и где я могу получить это согласование 50 Ом / -2 В?

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

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

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

В начало


Q10: Что такое отражения и как от них избавиться?

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

В начало


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

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

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

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

В начало


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

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

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

Из соображений энергопотребления большая часть оборудования с выходами ECL не имеет внутренних понижающих резисторов. Понижающий резистор 200 Ом потребляет в среднем ток 20 мА. В системе, где требуется 64 выходных драйвера, например, это приводит к дополнительному потреблению тока 1,28 А, если каждый выход имеет понижающий резистор 200 Ом.

В начало


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

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

Если база Q 1 поднять выше V CC - 0,2 В, база к коллекторному диоду Q 1 будет смещена в прямом направлении, что приведет к увеличению задержки выключения Q 1 . Чрезмерная перегрузка, применяемая к любому входу ECL выше V CC или ниже V EE , может привести к повреждению устройства.

В начало


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

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

Если бы выход ECL был подсоединен непосредственно к входу осциллографа 50 Ом, выходного сигнала также не было бы, потому что выходной эмиттер будет отключен входом 50 Ом, привязанным к земле, даже если выход имеет тяговое усилие 200 Ом. понижающий резистор.Однако подключение по переменному току выхода ECL с внутренним понижающим резистором 200 Ом к входному устройству 50 Ом является нормальным (см. Вопрос 12).

Итак, что касается невозможности измерить сигнал ECL, теперь мы покажем, как его можно измерить с помощью терминатора ECL.

Выходные цепи

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

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

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

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

В начало


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

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

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

В начало


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

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

Коаксиальный пробник 10X разделяет сигнал на выход с амплитудой 90% и выход с амплитудой 10% или 10X, которые можно подключить к входу 50 Ом осциллографа. Этот коаксиальный пробник 10X разработан для использования в среде с сопротивлением 50 Ом, где каждый порт должен иметь оконечную нагрузку 50 Ом. При правильном подключении он имеет свойство, заключающееся в том, что входное сопротивление порта ввода сигнала и выходное сопротивление порта вывода сигнала 90% составляют 50 Ом.

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

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

В начало


6 Простая схема импульсного источника питания

Вы когда-нибудь задумывались, что означает «переключатель» в импульсном источнике питания? Если быть точным, что такое «включение» и «выключение»?

Как следует из названия, импульсный источник питания использует электронные переключающие устройства (такие как транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д.) Для непрерывного включения и выключения электронных переключающих устройств через цепь управления.Что произошло дальше? Затем позвольте электронному коммутационному устройству импульсным образом модулировать входное напряжение для реализации преобразования постоянного / переменного тока, постоянного / постоянного напряжения, а также регулируемого выходного напряжения и автоматической стабилизации напряжения.

После того, как вы поймете основное определение импульсного источника питания, вы, возможно, захотите дополнительно изучить его применение и углубить свое понимание. Поэтому в этом блоге мы познакомим вас с 6 простыми схемами проектирования импульсных цепей питания.

Конечно, если у вас возникнут какие-либо вопросы по принципиальной схеме, оставьте свои вопросы в комментарии, и мы дадим вам восторженные и профессиональные ответы.

Видео об основах импульсных источников питания

Каталог

I Что такое импульсный источник питания

Импульсный источник питания (SMPS), также известный как импульсный источник питания и импульсный преобразователь, представляет собой высокочастотное устройство преобразования электроэнергии и тип источника питания.Его функция состоит в том, чтобы преобразовать уровень напряжения в напряжение или ток, требуемый пользователем, с помощью различных архитектурных форм.

Имя

Импульсный источник питания

Природа

Использовать современные технологии силовой электроники

Метод

Широтно-импульсная модуляция

Характеристики

Небольшой размер, легкий вес и высокая эффективность

II 6 Схемы импульсных источников питания

2.1 Простая схема импульсного источника питания

Эта схема несложна и может нормально работать без особых требований. В основном обращайте внимание на следующие моменты:

  1. Отрегулируйте C3 и R5 так, чтобы частота колебаний составляла 30–45 кГц;
  2. Требуется стабилизация выходного напряжения;
  3. Выходной ток может достигать 500 мА.
  4. Эффективная мощность 8 Вт, КПД 87%.

2.2 Импульсная цепь питания 24 В

Импульсный источник питания

24 В - это импульсный источник питания с высокочастотным инвертором. Трубка переключателя управляется схемой для проведения высокоскоростного прохода и отсечки, преобразования постоянного тока в высокочастотный переменный ток и подачи его на трансформатор для преобразования, тем самым генерируя требуемый один или несколько наборов напряжений.

Принцип работы импульсного источника питания 24 В:

  1. Входная мощность переменного тока выпрямляется и преобразуется в постоянный ток;
  2. Управляйте переключающей трубкой с помощью высокочастотного сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и добавляйте этот постоянный ток к первичной обмотке переключающего трансформатора;
  3. Во вторичной обмотке коммутирующего трансформатора индуцируется высокочастотное напряжение, которое выпрямляется, фильтруется и подается на нагрузку;
  4. Выходная часть возвращается в схему управления через определенную схему для управления рабочим циклом ШИМ для достижения цели стабильного выхода.

2.3 Несимметричная прямая импульсная цепь питания

Типовая схема несимметричного импульсного блока питания прямого включения показана на рисунке ниже. Эта схема аналогична по форме несимметричной схеме обратного хода, но условия работы другие:

Когда трубка переключателя VT1 включена, VD2 также включен. В это время сеть передает энергию нагрузке, а катушка индуктивности L фильтра накапливает энергию;

Когда переключатель VT1 выключен, катушка индуктивности L продолжает отдавать энергию нагрузке через диод свободного хода VD3.

Также в цепи присутствует прижимная катушка и диод VD2. Диод может ограничивать максимальное напряжение на переключающей трубке VT1 в два раза выше напряжения источника питания. Чтобы соответствовать условию сброса магнитного сердечника, то есть время установления магнитного потока и время сброса должны быть одинаковыми, поэтому коэффициент заполнения импульса в цепи не может превышать 50%.

Поскольку эта схема передает энергию нагрузке через трансформатор, когда трубка переключателя VT1 включена, диапазон выходной мощности велик, и она может выходить мощностью 50-200 Вт.Однако практических применений этой схемы немного. Причина в том, что используемый в этой схеме трансформатор имеет сложную конструкцию и большой объем.

2.4 Двухтактная импульсная схема источника питания

Типовая схема двухтактного импульсного источника питания показана на рисунке ниже. Это двусторонняя схема преобразования, и магнитный сердечник высокочастотного трансформатора работает по обе стороны от петли гистерезиса. В схеме используются две коммутационные лампы VT1 и VT2.Две переключающие лампы попеременно включаются и выключаются под управлением прямоугольного сигнала внешнего возбуждения. Напряжение прямоугольной формы получается во вторичной группе трансформатора T, которое выпрямляется и фильтруется до необходимого постоянного напряжения.

Преимущество этой схемы состоит в том, что две переключающие лампы легко управлять, а главный недостаток состоит в том, что выдерживаемое напряжение переключающих трубок должно в два раза превышать пиковое напряжение схемы. Выходная мощность схемы относительно велика, обычно в пределах 100-500 Вт.

2.5 Изоляционная цепь обратной связи по мощности

В импульсном источнике питания схема развязки обратной связи по мощности состоит из оптопары, такой как PC817, и шунтирующего стабилизатора TL431, и ее типичное применение показано на следующем рисунке. Когда выходное напряжение колеблется, измеренное напряжение, полученное после резистивного делителя, сравнивается с опорным напряжением запрещенной зоны 2,5 В в TL431, и на катоде формируется напряжение ошибки. Впоследствии рабочий ток светодиода в оптическом соединительном устройстве изменяется соответствующим образом.Таким образом, текущий размер управляющего вывода TOPSwitch может быть изменен с помощью оптического соединительного устройства, а затем может быть отрегулирован выходной коэффициент заполнения, так что Uo может оставаться неизменным для достижения цели стабилизации напряжения.

Роль и выбор основных компонентов в цепи обратной связи: Основная роль R1R4R5 заключается в работе с TL431 и устройством оптической связи. Среди них R1 - токоограничивающий резистор оптопары, а R4 и R5 - резисторы делителя напряжения TL431, которые обеспечивают необходимый рабочий ток для полной защиты TL431.

2.6 Инверторно-выпрямительная цепь

Схема использует микросхему генератора UC3842 в качестве ядра для формирования схемы инвертора и выпрямителя. UC3842 - это высокопроизводительная микросхема широтно-импульсного модулятора с несимметричным выходным током. Источник питания переменного тока 220 В подается через фильтр синфазных помех L1, который может лучше подавлять высокочастотные помехи от электросети и излучение самого источника питания. Напряжение переменного тока фильтруется схемой мостового выпрямителя и конденсатором C4, чтобы получить нестабильное постоянное напряжение около 280 В, которое служит схемой инвертора, состоящей из колеблющегося кристалла U1, переключающей трубки Q1, переключающего трансформатора T1 и других компонентов.

III Заключение

Выше представлены 6 простых схем импульсных источников питания, которые мы подготовили для вас. Что я не понимаю или сомневаюсь в процессе просмотра? Если да, не стесняйтесь оставлять свои мысли в области комментариев.

Часто задаваемые вопросы: широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Какова цель широтно-импульсной модуляции (ШИМ)?

В импульсных преобразователях

используется силовой полупроводниковый переключатель (обычно MOSFET) для управления магнитным элементом (трансформатором или катушкой индуктивности), выпрямленный выход которого создает постоянное напряжение.Обычно КПД превышает 90%, что примерно в два раза выше, чем у линейного регулятора.

Импульсный преобразователь изменяет свой выходной постоянный ток в ответ на изменения нагрузки. Одним из широко используемых подходов является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), которая управляет выходной мощностью переключателя питания, изменяя время его включения и выключения. Отношение времени включения к времени периода переключения - это рабочий цикл. Рис. 1 показывает три различных варианта рабочего цикла ШИМ: 10%, 50% и 90%. Рабочий цикл и мощность редко имеют какое-либо отношение друг к другу.Вместо этого рабочий цикл регулируется для регулирования выходного напряжения.

На рис. 2 показан упрощенный ШИМ-контроллер, используемый в импульсном преобразователе. Во время работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, который заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. Если отфильтрованный выходной сигнал силового полевого МОП-транзистора изменяется, обратная связь регулирует рабочий цикл, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

Для генерации сигнала ШИМ усилитель ошибки принимает входной сигнал обратной связи и стабильное опорное напряжение для создания выходного сигнала, соответствующего разнице двух входов.Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с линейным нарастанием (пилообразным) от генератора, создавая модулированную ширину импульса. Выход компаратора подается на логическую схему переключения, выход которой поступает на выходной драйвер для внешнего силового полевого МОП-транзистора. Логика переключения обеспечивает возможность включения или отключения сигнала ШИМ, подаваемого на силовой полевой МОП-транзистор.

Почему схема ШИМ нуждается в компенсации крутизны?

Для

рабочих циклов ШИМ выше 50% требуется компенсирующее линейное изменение, называемое компенсацией наклона, чтобы избежать нестабильности.Более высокие рабочие циклы требуют еще большей компенсации крутизны. То есть, если переключатель PWM включен более чем на 50% периода переключения, необходимо использовать компенсацию крутизны для поддержания стабильности системы. При традиционной компенсации крутизны переключающий преобразователь может стать нестабильным для рабочих циклов, приближающихся к 100%, поэтому необходимо использовать специальную компенсацию крутизны. На рисунке 3 показан ШИМ-контроллер, который использует компенсацию наклона.

Схема блокировки пониженного напряжения (UVLO) устанавливает рабочий диапазон входного постоянного напряжения ШИМ-контроллера.Есть два порога UVLO. При превышении порога включения UVLO включается ШИМ-контроллер. Если входное напряжение постоянного тока падает ниже порога отключения UVLO, ШИМ-контроллер выключается.

Контроллеры

PWM могут иметь однополярные или сдвоенные выходы. Типы с двумя выходами предназначены для двухтактных, мостовых или синхронных выпрямительных МОП-транзисторов. В этих конфигурациях контроллер ШИМ должен либо точно установить мертвое время двух выходов, либо предотвратить их перекрытие. Если оба выхода могут быть включены одновременно, это приведет к увеличению рассеиваемой мощности и электромагнитных помех.Некоторые контроллеры PWM включают специальные схемы для управления мертвым временем или перекрытием.

Большинство микросхем ШИМ-контроллеров обеспечивают токоограничивающую защиту путем измерения выходного тока. Если вход считывания тока превышает определенный порог, он завершает текущий цикл (поцикловое ограничение тока).

Компоновка схемы имеет решающее значение при использовании резистора считывания тока, который должен быть типа с низкой индуктивностью. Найдите его и конденсатор фильтра считывания тока очень близко и подключите непосредственно к выводу PWM IC.Кроме того, все чувствительные к шуму соединения заземления с низким энергопотреблением должны быть соединены вместе около заземления ИС, а одно соединение должно быть выполнено с заземлением питания (точка заземления сенсорного резистора).

В большинстве микросхем ШИМ-контроллеров частоту генератора задает один внешний резистор или конденсатор. Чтобы установить желаемую частоту генератора, используйте уравнение в таблице данных контроллера для расчета номинала резистора.

Некоторые преобразователи ШИМ включают возможность синхронизации генератора с внешними часами с частотой, которая либо выше, либо ниже частоты внутреннего генератора.Если синхронизация не требуется, подключите вывод синхронизации к земле, чтобы предотвратить шумовые помехи.

Функция плавного пуска позволяет преобразователю мощности постепенно достигать начальной установившейся рабочей точки, тем самым снижая пусковые напряжения и скачки напряжения. В большинстве ИС с ШИМ внешний конденсатор устанавливает время плавного пуска.

Высокоскоростной широтно-импульсный модулятор

MCP1631 и MCP1631V компании

Microchip Technology - это высокоскоростные аналоговые ШИМ.. В сочетании с микроконтроллером MCP1631 / MCP1631V может управлять рабочим циклом энергосистемы, обеспечивая регулирование выходного напряжения или тока. Микроконтроллер можно использовать для регулировки выходного напряжения или тока, частоты переключения и максимального рабочего цикла, обеспечивая при этом дополнительные функции, делающие систему питания более интеллектуальной, надежной и адаптируемой.

MCP1631 (управление в режиме тока) и MCP1631V (управление в режиме напряжения) содержит ШИМ, драйвер MOSFET, усилитель считывания тока, усилитель считывания напряжения и компаратор перенапряжения.Эти ИС работают с входным напряжением от 3,0 В до 5,5 В. Дополнительные функции включают отключение, блокировку пониженного напряжения (UVLO) и защиту от перегрева.

Для приложений, которые работают от входа высокого напряжения, MCP1631HV и MCP1631VHV могут работать напрямую от входа от + 3,5 В до + 16 В. Для этих приложений доступен дополнительный регулируемый выход с низким падением напряжения + 5 В или + 3,3 В, который может обеспечивать ток до 250 мА для питания микроконтроллера и вспомогательных цепей

Внутренний ШИМ MCP1631 / MCP1631V состоит из усилителя ошибки, высокоскоростного компаратора и защелки.Выход усилителя сравнивается либо с MCP1631 CS (вход первичного измерения тока), либо с MCP1631V VRAMP (вход линейного изменения напряжения) высокоскоростного компаратора. Когда сигнал CS или VRAMP достигает уровня выходного сигнала усилителя ошибки, цикл включения завершается, и внешний переключатель блокируется до начала следующего цикла.

Среди типичных применений для MCP1631 / MCP1631V можно назвать зарядные устройства с программируемым переключателем, способные заряжать различные химические соединения, такие как Li-Ion, NiMH, NiCd и Pb-Acid, сконфигурированные как одиночные или множественные элементы.Комбинируя с небольшим микроконтроллером, можно также разработать интеллектуальные конструкции светодиодного освещения и программируемые источники напряжения и тока топологии SEPIC.

Входы MCP1631 / MCP1631V могут быть подключены к контактам ввода / вывода микроконтроллера для гибкости проектирования. Дополнительные функции, интегрированные в MCP1631HV / MCP1631VHV, обеспечивают формирование сигнала и функции защиты для зарядных устройств или источников постоянного тока.

Контроллер повышения тока в режиме

Показано на Рисунок 3 - это Texas Instruments TPS40210 и TPS40211 с широким входным напряжением (4.От 5 В до 52 В), несинхронные регуляторы повышения. Они подходят для топологий, в которых требуется N-канальный полевой транзистор с заземленным источником, включая повышающий, обратный, SEPIC и различные приложения для драйверов светодиодов.

Характеристики устройства включают программируемый плавный пуск, защиту от перегрузки по току с автоматическим повторным запуском и программируемую частоту генератора. Управление в текущем режиме обеспечивает улучшенную переходную характеристику и упрощенную компенсацию контура. Основное различие между этими двумя частями - это опорное напряжение, до которого усилитель ошибки регулирует вывод FB.

Резистор и конденсатор, подключенные к выводу RC, определяют частоту генератора. Конденсатор заряжается примерно до VVDD / 20 током, протекающим через резистор, а затем разряжается внутренним транзистором TPS40210. Вы можете синхронизировать TPS40210 и TPS40211 с внешними часами, частота которых должна быть выше, чем частота свободного хода преобразователя.

TPS40210 и TPS40211 - это контроллеры режима тока, в которых последовательно с силовым полевым транзистором на клеммах источника используется резистор для измерения тока как для управления режимом тока, так и для защиты от перегрузки по току.Резистор считывания тока служит как ограничителем тока, так и датчиком управления режимом тока, поэтому его следует выбирать на основе как стабильности (ограничение управления в режиме тока), так и ограничения тока (ограничение устройства).

Стандартный повышающий преобразователь не имеет метода ограничения тока от входа к выходу в случае короткого замыкания на выходе. Если требуется защита от такого типа событий, необходимо использовать некоторую вторичную схему защиты.

Характеристикой режима управления пиковым током является состояние, при котором контур управления током становится нестабильным.Контур напряжения поддерживает регулирование, но пульсирующее напряжение на выходе увеличивается. и колеблется на половине частоты переключения.

Для исправления этого состояния необходимо применить компенсационную рампу от генератора к сигналу, поступающему на широтно-импульсный модулятор. В TPS40210 / 11 пилообразный сигнал генератора применяется в фиксированной величине к широтно-импульсному модулятору. Чтобы преобразователь не перешел в субгармоническую нестабильность, крутизна сигнала линейного нарастания компенсации должна составлять не менее половины спада сигнала линейного нарастания тока.Поскольку компенсационная рампа является фиксированной, она накладывает ограничение на выбор резистора считывания тока. Наклон компенсации крутизны должен быть не менее половины, а предпочтительно равным крутизне спада формы сигнала измерения тока, наблюдаемой на широтно-импульсном модуляторе.Максимальное значение устанавливается на резистор измерения тока при работе в непрерывном режиме с коэффициентом заполнения 50% или больше.

В целях проектирования следует применить некоторый запас к фактическому значению резистора считывания тока.В качестве отправной точки фактический выбранный резистор должен быть на 80% или меньше, чем номинал резистора, который делает линейную кривую компенсации крутизны равной половине крутизны спада тока.

Синхронный понижающий ШИМ-контроллер постоянного тока

ADP1828 - это универсальный синхронный понижающий контроллер напряжения с ШИМ-режимом. Он управляет полностью N-канальным силовым каскадом для регулирования выходного напряжения от 0,6 В до 85% входного напряжения и рассчитан на работу с большими МОП-транзисторами для стабилизаторов точки нагрузки.ADP1828 идеально подходит для широкого спектра приложений с высоким энергопотреблением, таких как питание ввода-вывода DSP и ядра процессора, а также универсальное питание в телекоммуникациях, медицинской визуализации, ПК, играх и промышленных приложениях.

Показано на рис. 4 , ADP1828 работает от входных напряжений смещения от 3 до 18 В с внутренним LDO, который генерирует выход 5 В для входных напряжений смещения более 5,5 В. Цепи управления, драйверы затворов и Внешний повышающий конденсатор работает от выхода LDO для входа между 5.5 В и 18 В. PV питает привод затвора нижнего полевого МОП-транзистора (DL), а IN питает внутреннюю схему управления. Подключите PV к PGND с конденсатором 1 мкФ или более, а от IN к GND с конденсатором 0,1 мкФ или более. Обойдите вход питания в PGND с помощью конденсатора подходящей емкости.

Частота коммутации также может быть синхронизирована с внешними часами до двухкратной номинальной частоты генератора. Выход часов можно использовать для синхронизации дополнительных ADP1828 (или контроллеров ADP1829), что устраняет необходимость во внешнем источнике синхронизации.

ADP1828 включает в себя защиту плавного пуска для ограничения любого пускового тока от входного источника питания во время запуска, защиту от обратного тока во время плавного пуска для предварительно заряженного выхода, а также регулируемую схему ограничения тока без потерь с использованием внешнего измерения RDS (ON) MOSFET . Для приложений, требующих упорядочивания источников питания, ADP1828 предоставляет отслеживающий вход, который позволяет отслеживать выходное напряжение во время запуска, выключения и отказов. Дополнительные функции контроля и управления включают тепловую перегрузку, блокировку при пониженном напряжении и исправное энергопотребление.

ADP1828 работает в диапазоне температур перехода от −40 ° C до + 125 ° C и доступен в 20-выводном корпусе QSOP

PETRIC - интегральная схема считывания позитронно-эмиссионной томографии (Conference)

Педрали-Ной, Марцио, Грубер, Грегори, Кригер, Брэдли, Манделли, Эммануэле, Медделер, Геррит, Моисей, Уильям и Россо, Валерия. PETRIC - Интегральная схема считывающего устройства позитронно-эмиссионной томографии . США: Н.с., 2000. Интернет.

Педрали-Ной, Марцио, Грубер, Грегори, Кригер, Брэдли, Манделли, Эммануэле, Медделер, Геррит, Моисей, Уильям и Россо, Валерия. PETRIC - Интегральная схема считывающего устройства позитронно-эмиссионной томографии . Соединенные Штаты.

Педрали-Ной, Марцио, Грубер, Грегори, Кригер, Брэдли, Манделли, Эммануэле, Медделер, Геррит, Моисей, Уильям и Россо, Валерия.Солнце . "PETRIC - Интегральная схема считывающего устройства позитронно-эмиссионной томографии". Соединенные Штаты. https://www.osti.gov/servlets/purl/786958.

@article {osti_786958,
title = {PETRIC - Интегральная схема считывающего устройства позитронно-эмиссионной томографии},
автор = {Педрали-Ной, Марцио и Грубер, Грегори и Кригер, Брэдли и Манделли, Эммануэле и Медделер, Геррит и Моисей, Уильям и Россо, Валерия},
abstractNote = {Мы представляем архитектуру, критические проблемы проектирования и измерения производительности PETRIC, 64-канальной входной интегральной схемы (IC) со смешанными сигналами для считывания матрицы фотодиодов (PD) в сочетании с кристаллами сцинтиллятора LSO для приложений медицинской визуализации ( ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ).Каждый канал состоит из малошумящего предусилителя, чувствительного к заряду (CSA), формирователя импульсов RC-CR и мультиплексора «победитель получает все» (WTA), который выбирает канал с наибольшим входным сигналом. По внешнему тактовому сигналу переключатель размыкается, и конденсатор сохраняет пиковое напряжение канала-победителя. Время нарастания и спада формирователя регулируется с помощью входов внешнего тока в непрерывном диапазоне от 0,7 (мкс) до 9 (мкс). Потребляемая мощность составляет 5,4 мВт на канал, измеренный эквивалентный шумовой заряд (ENC) при времени пика 1 (мкс).Ток нулевой утечки составляет 33 среднеквадратичных электрона плюс 7,3 среднеквадратичных электронов на пФ входной емкости. Конструкция изготовлена ​​по технологии CMOS 0,5 мкм, 3,3 В.},
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/786958}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2000},
месяц = ​​{11}
}

Общий источник питания

- обзор

5.2.2 Отказ по общей причине (CCF)

В то время как простые модели избыточности предполагают, что отказы являются как случайными, так и независимыми, при моделировании отказов по общей причине (CCF) учитываются отказы, которые связаны между собой из-за некоторой зависимости и поэтому происходят одновременно или по крайней мере, в пределах достаточно короткого интервала, чтобы восприниматься как одновременное.

Два примера:

(a)

Наличие водяного пара в газе, вызывающее заклинивание двух клапанов из-за обледенения.В этом случае интервал между двумя отказами может составлять порядка дней. Однако, если интервал между контрольными испытаниями для этого неактивного отказа составляет два месяца, то два отказа будут, по сути, одновременными.

(b)

Выпрямительные диоды несоответствующего номинала на идентичных сдвоенных печатных платах выходят из строя одновременно из-за переходного процесса напряжения.

Обычно причины возникают из:

(a)

Требования: неполные или противоречивые

(b)

Конструкция: стандартные источники питания, программное обеспечение, ЭМС, шум

(c)

Производство: недостатки компонентов, связанные с партиями

(d)

Техническое обслуживание / эксплуатация: проблемы, связанные с деятельностью человека или испытательным оборудованием

(e)

Окружающая среда: температурные циклы, электрические помехи и т.

Защита от CCF включает в себя конструктивные и эксплуатационные особенности, которые формируют критерии оценки, приведенные в Приложении 3.

CCF часто доминируют над ненадежностью резервированных систем в силу отказа от возможности случайного совпадения отказов резервной защиты. Рассмотрим дублированную систему на рисунке 5.2. Интенсивность отказов резервного элемента (другими словами, совпадающие отказы) можно рассчитать по формуле, приведенной в таблице 5.1, а именно 2λ 2 MDT.Типичные показатели частоты отказов 10 на миллион часов (10 −5 на час) и время простоя 24 часа приводят к частоте отказов 2 × 10 −10 × 24 = 0,0048 на миллион часов. Однако, если только один отказ из 20 имеет такую ​​природу, что влияет на оба канала и, таким образом, нарушает избыточность, необходимо добавить последовательный элемент, показанный как λ 2 на рисунке 5.3, частота отказов которого составляет 5% × 10 −5 = 0,5 на миллион часов, что на два порядка чаще. 5%, используемые в этом примере, известны как коэффициент БЕТА.Эффект состоит в том, чтобы заглушить избыточную часть прогноза, и поэтому важно включить CCF в модели надежности. Такая чувствительность сбоя системы к CCF делает акцент на достоверности оценки CCF и, таким образом, оправдывает усилия по улучшению моделей.

Рисунок 5.3. Блок-схема надежности, показывающая CCF.

На рисунке 5.3 (λ 1 ) - частота отказов одного резервного блока, а (λ 2 ) - частота CCF, такая, что (λ 2 ) = β (λ 1 ) для Модель BETA, которая предполагает, что фиксированная доля отказов возникает по общей причине.Вклад в BETA разделен на группы по конструктивным и эксплуатационным характеристикам, которые, как считается, влияют на степень CCF. Таким образом, множитель БЕТА складывается путем сложения вкладов каждого из ряда факторов в каждой группе. Эта модель частичного бета-тестирования (как она поэтому известна) включает следующие группы факторов, которые представляют защиту от CCF:

-

Сходство (Разнесение между резервными единицами уменьшает CCF)

-

Разделение (физическое расстояние и барьеры уменьшают CCF)

-

Сложность (более простое оборудование менее подвержено CCF)

-

Анализ (FMEA и анализ полевых данных помогут снизить CCF)

-

Процедуры (контроль модификаций и технического обслуживания может снизить CCF)

-

Обучение (разработчики и специалисты по обслуживанию могут помочь уменьшить CCF, понимая основные причины)

-

Контроль (контроль окружающей среды может снизить восприимчивость к CCF, e.g., защита дублированных приборов от атмосферных воздействий)

-

Испытания (Экологические испытания могут удалить особенности конструкции, подверженные CCF, например, испытание на ЭМС)

Предполагается, что модель частичного бета-тестирования состоит из количество частичных βs, каждое из которых обусловлено различными группами причин CCF. Затем β оценивается путем анализа и оценки каждого из факторов (например, разнообразия, разделения).

Модель BETAPLUS была разработана на основе метода частичной бета-версии, потому что:

-

Она объективна и обеспечивает максимальную прослеживаемость при оценке BETA.Другими словами, выбор результатов контрольного списка при оценке дизайна может быть записан и пересмотрен.

-

Любой пользователь модели может разработать контрольные списки для дальнейшего учета любых значимых причинных факторов отказа, которые могут быть восприняты.

-

Можно откалибровать модель по фактической частоте отказов, хотя и с очень ограниченными данными.

-

Существует надежная взаимосвязь между контрольными списками и анализируемыми функциями системы.Таким образом, этот метод, вероятно, будет приемлемым для неспециалистов.

-

Аддитивный метод оценки позволяет отдельно взвешивать частичные составляющие β.

-

Метод β подтверждает прямую связь между (λ 2 ) и (λ 1 ), как показано на рисунке 5.3.

-

Он допускает предполагаемую «нелинейность» между значением β и оценкой в ​​диапазоне β.

Модель BETAPLUS включает следующие усовершенствования:

(a) Категории факторов

Принимая во внимание, что существующие методы полагаются на единственное субъективное суждение о количестве баллов в каждой категории, метод BETAPLUS предоставляет ответы на конкретные вопросы проектирования и эксплуатации в каждой категории.

(b) Подсчет баллов

Максимальный балл по каждому вопросу был взвешен путем калибровки результатов оценок с известными полевыми оперативными данными.

(c) Учет охвата диагностикой

Поскольку CCF не является одновременным, увеличение частоты автотестов или контрольных испытаний снизит β, поскольку отказы могут произойти не в один и тот же момент.

(d) Разделение контрольных списков в соответствии с эффектом диагностики

Два столбца используются для оценок контрольных списков. Столбец (A) содержит баллы для тех характеристик защиты от CCF, которые воспринимаются как улучшенные за счет увеличения частоты диагностики.Столбец (B), однако, содержит баллы для тех функций, которые, как считается, не улучшаются за счет повышения частоты диагностики. В некоторых случаях оценка была разделена между двумя столбцами, где считается, что затронуты некоторые, но не все аспекты функции (см. Приложение 3).

(e) Создание модели

Модель позволяет изменять оценку в зависимости от частоты и охвата диагностического теста. Баллы в столбце (A) изменяются путем умножения на коэффициент (C), полученный из соображений, связанных с диагностикой.Этот балл (C) основан на частоте диагностики и охвате. (C) находится в диапазоне 1–3. Коэффициент «S», используемый для получения BETA, затем оценивается из RAW SCORE:

S = RAWSCORE = (×A × C) + ∑B

(f) Нелинейность

В настоящее время нет данных CCF для обоснования отступая от предположения, что по мере уменьшения (т. е. улучшения) БЕТА последовательных улучшений становится пропорционально труднее достичь. Таким образом, предполагается, что отношение коэффициента BETA к RAW SCORE [(ΣA × C) + ΣB] является экспоненциальным, и эта нелинейность отражается в уравнении, которое переводит исходную оценку в коэффициент BETA.

(g) Тип оборудования

Оценка была разработана отдельно для программируемого и непрограммируемого оборудования, чтобы отразить несколько разные критерии, применимые к каждому типу оборудования.

(h) Калибровка

Модель откалибрована по полевым данным.

Критерии оценки были разработаны для охвата каждой из категорий (т.е. разделение, разнообразие, сложность, оценка, процедуры, компетентность, экологический контроль и экологический тест).Вопросы были собраны так, чтобы отразить вероятные особенности, защищающие от CCF. Затем оценки были скорректированы с учетом относительного вклада в CCF в каждой области, как показано в данных автора. Значения оценок были взвешены для калибровки модели по данным.

При ответе на каждый вопрос (в Приложении 3) может быть выставлен балл менее 100%. Например, в первом вопросе, если суждение таково, что только 50% кабелей разделены, тогда 50% максимальных оценок (15 и 52) могут быть введены в каждый из столбцов (A) и (B) (7). .5 и 26).

Контрольные списки представлены в двух формах (перечислены в Приложении 3), поскольку вопросы, применимые к программируемому оборудованию, будут немного отличаться от вопросов, необходимых для непрограммируемых элементов (например, полевых устройств и контрольно-измерительных приборов).

Заголовки (расширенные баллами в Приложении 3):

(1)

Разделение / сегрегация

(2)

Разнообразие

(3) Сложность / Дизайн / Применение / Зрелость / Опыт

(4)

Оценка / анализ и обратная связь данных

(5)

Процедуры / человеческий интерфейс

(6)

Компетентность / Обучение / Культура безопасности

(7)

Контроль окружающей среды

(8)

Экологические испытания

Интервал диагностики (оценка)

Чтобы установить оценку (C), необходимо учитывать влияние частоты диагностики.Охват диагностикой, выраженный в процентах, представляет собой оценку доли отказов, которые будут обнаружены контрольным или автоматическим тестом. Это можно оценить путем суждения или, более формально, путем применения FMEA на уровне компонентов, чтобы решить, будет ли каждый отказ обнаружен диагностикой.

Экспоненциальная модель используется для отражения возрастающих трудностей в дальнейшем сокращении БЕТА по мере увеличения оценки. Это отражено в следующем уравнении, которое разработано в Smith D J, 2000, «Развитие использования данных о частоте отказов»:

ß = 0.3exp (−3,4S / 2624)

Однако базовая модель BETA применяется к простому резервированию «один из двух». Другими словами, с парой избыточных элементов «главным событием» является отказ обоих элементов. Однако по мере увеличения числа систем, за которые проголосовали (другими словами, N> 2), доля отказов по общей причине меняется, и значение β необходимо изменять. Причину этого можно понять, рассмотрев два крайних случая:

1 из 6

В этом случае для работы требуется только один из шести элементов, и можно допустить до пяти отказов.Таким образом, в случае отказа по общей причине необходимо, чтобы еще пять отказов были спровоцированы общей причиной. Это менее вероятно, чем случай «один из двух», и β будет меньше (см. Таблицы ниже).

5 из 6.

В этом случае для работы требуются пять из шести элементов, и можно допустить только один отказ. Таким образом, в случае отказа по общей причине есть пять элементов, к которым могут относиться отказы по общей причине. Это более вероятно, чем случай «один из двух», и β будет больше (см. Таблицы ниже).

Эта область вызывает много споров. Эмпирических данных нет, и модели являются предметом предположений, основанных на мнениях различных авторов. Между различными предложениями нет большого соответствия. Таким образом, это очень противоречивая и неопределенная область. Первоначальные предложения были взяты из статьи SINTEF (в 2006 г.), которые были факторами MooN, которые изначально использовались в пакете Technis BETAPLUS версии 3.0. Документ SINTEF был пересмотрен (в 2010 г.) и снова в 2013 г. Рекомендации IEC 61508 (2010 г.) аналогичны, но не идентичны (Таблица 5.10). Значения SINTEF (2013) показаны в Таблице 5.11. Компромисс BETAPLUS (теперь версия 4.0) показан в Приложении 3.

Таблица 5.10. Коэффициент BETA (MooN) IEC 61508.

M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1 N = 3 0,5 1,5
N = 4 0,3 0.6 1,75
N = 5 0,2 0,4 0,8 2

Таблица 5.11. Фактор BETA (MooN) SINTEF (2013).

M = 1 M = 2 M = 3 M = 4
N = 2 1
2
N = 4 0.3 1,1 2,8
N = 5 0,2 0,8 1,6 3,6

PassDiy

Блоки питания

Пасс Нельсона

Введение

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

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

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

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

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

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

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

Трансформаторы силовые.

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

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

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

Однако высокочастотный импеданс может быть важен для стабильности усилителя, особенно в более сложных схемах, поскольку полное сопротивление источника питания начинает влиять на обратную связь на частотах в мегагерц или около того.Интересно, что некоторые разработчики полагались на конкретный импеданс источника питания на этих частотах для стабильности, таким образом, можно дестабилизировать схему усилителя путем параллельного включения пленочных конденсаторов через электролитические компоненты. Однако в целом пленочные заглушки в блоках питания - это хороший знак с точки зрения потребителя.

Индукторы.

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

Катушки индуктивности очень полезны, но стоят денег.Их использование в источниках питания для усилителей мощности является показателем того, что производитель необычайно привержен качеству.

Проволока.

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

Выпрямители.

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

Положение

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

Монофонический режим очень желателен в высокопроизводительных системах, но, конечно, это дорого. Скромный компромисс предлагает режим «двойное моно», при котором два канала используют одно и то же шасси и шнур питания, но имеют отдельные трансформаторы и конденсаторы питания. Этим достигается большая часть желаемой изоляции при меньших затратах.

Работа от аккумулятора

Примерно полная изоляция. Почти нулевой шум.Стоит мятный.

Заключение

Итак, что мы узнали здесь? В общем, покупка большого оборудования для производства действительно хороших источников питания требует больших денег.

Некоторые из обсуждаемых здесь подходов приводят лишь к незначительным улучшениям, но их можно измерить. При рассмотрении этих аспектов конструкции источника питания нет необходимости вступать в дискуссию об объективных и субъективных характеристиках. Вопрос только в том, сколько вы готовы инвестировать в убывающую прибыль.

Инженерное дело - это наука компромисса, каждый производитель проводит свою собственную границу затрат и выгод, и, по моему опыту, большинство производителей довольно добросовестно относятся к этому. Степень сложности и массивности предложения зависит от цены продукта, и ваши ожидания должны быть соответствующим образом оценены.

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

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

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

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

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

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

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

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

Конденсаторы.

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

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

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

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

При правильном выполнении линейное регулирование должно выходить за рамки поверхностных требований к номинальным характеристикам усилителя. Регулятор должен быть способен в десять раз превышать постоянный выходной ток канала усилителя.Перед регулятором должны быть установлены большие емкости со значениями, сопоставимыми со значениями, необходимыми для нерегулируемых цепей. Размер трансформатора по-прежнему должен быть таким же большим, как и в нерегулируемой цепи.

При таком подходе линейное активное регулирование доставляет товары.

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

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

Вы также можете смещать выходной каскад с помощью источника постоянного сильного тока, чтобы создать несимметричный усилитель класса A.Я не шучу.

Коммутационные принадлежности

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

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

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

Моно Операция

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

Базовые знания аналогового ввода / вывода | КОНТЕК

В этом разделе содержатся базовые знания и глоссарий терминов, связанных с аналоговым вводом-выводом, аналого-цифровым преобразованием и цифро-аналоговым преобразованием, в простой для понимания форме с иллюстрациями. Предлагаемый здесь контент - это рекомендуемые знания для всех, кто хочет выполнять контроль измерений с помощью компьютера, а также для всех, кто рассматривает возможность автоматизации регистрации данных или измерений.Это также может оказаться полезным ресурсом для людей, уже использующих аналоговые устройства ввода-вывода CONTEC.

Содержание

Что такое аналоговый ввод / вывод?

Сигналы от датчиков, которые измеряют окружающие природные факторы, такие как температура, давление и расход, часто являются аналоговыми сигналами, и большинство исполнительных механизмов управления перемещаются в соответствии с аналоговыми сигналами. С другой стороны, компьютеры могут обрабатывать только цифровые сигналы. По этой причине, чтобы вводить сигнал от датчика с помощью компьютера или выводить сигнал на исполнительный механизм, необходимо иметь устройство, которое может соединять аналоговый сигнал и цифровой сигнал, обрабатываемый компьютером.Этот мост называется аналоговым интерфейсом ввода-вывода.

Классификация устройств аналогового ввода / вывода

Устройство аналогового ввода (аналого-цифровое преобразование)

Это устройство отвечает за преобразование аналоговых сигналов от внешних устройств в цифровые сигналы, которые могут обрабатываться компьютером.

Устройство аналогового вывода (цифро-аналоговое преобразование)

Это устройство преобразует цифровые данные с компьютера в аналоговый сигнал перед выводом этого сигнала на внешнее устройство.

Устройство аналогового ввода-вывода (аналого-цифровое, цифро-аналоговое преобразование)

Аналоговые устройства ввода-вывода - это устройства с функцией аналого-цифрового преобразования и аналогово-цифрового преобразования.

Аналоговый в цифровой, цифровой в аналоговый.

При вводе внешней аналоговой величины в компьютер для правильного отображения количества в цифровом виде необходимо бесконечное количество цифр для соответствующей цифровой величины. Это невозможно с компьютером, способным обрабатывать только ограниченное количество цифр, даже с точки зрения схемотехники, из которой состоит преобразователь.

Самый эффективный способ решить эту проблему - сохранить количество цифр в допустимом диапазоне путем округления или использования пола или потолка. Другими словами, это означает замену суммы в определенном диапазоне репрезентативным значением. Это называется квантованием.

При квантовании аналоговых значений, представленных сплошной линией, вы получаете ступенчатую линию. Это позволяет выразить любой аналоговый сигнал с помощью конечного значения. Эта технология используется в вещах, с которыми многие знакомы, например, в сотовых телефонах.Сотовые телефоны совершают звонки, преобразовывая голоса (аналоговые) в цифровые звуки.

Например, на следующем рисунке показана лестница в десятичных числах с первой ступенью как 1, а также результат, если десятичные числа заменены двоичными числами. Таким образом, аналоговая величина может быть оцифрована в 4 бита. Это основная идея квантования аналоговых величин.

Типы изоляции устройства аналогового ввода / вывода

Аналоговые устройства ввода / вывода

можно разделить на две категории: изолированные и неизолированные.Давайте рассмотрим особенности двух типов изоляции. Обратите внимание, что неизолированные типы не используют изолирующий элемент.

Изоляция шины

С помощью оптопары компьютер и внешние цепи ввода / вывода изолированы. Поскольку можно предотвратить появление электрических помех, этот метод обеспечивает беспроблемное использование, даже если шум легко генерируется в проводке или если есть опасения, что компьютер неисправен или поврежден.

Независимая (межканальная) изоляция

В дополнение к изоляции шины, независимая изоляция использует оптопару и усилитель развязки, чтобы добавить изоляцию между каждым каналом ввода / вывода.Это позволяет предотвратить интерференцию между каналами и позволяет производить точную выборку, даже если оборудование, подключенное к различным каналам, имеет разные уровни заземления.

Что такое оптопара?

Оптопара - это устройство, которое содержит светодиод, соединенный с фототранзистором. Светодиод излучает свет при воздействии электрического тока (около 10 мА). Фототранзистор получает этот свет, который включает фототранзистор, в результате чего возникает электрический ток.Часть этого оптического сигнала электрически изолирована снаружи.

Какое количество каналов ввода-вывода?

Каналы ввода / вывода - это количество сигналов, которые могут вводиться или выводиться для одного устройства. Другими словами, это показывает, сколько датчиков (источников сигнала) или исполнительных механизмов (контролируемых объектов) можно подключить. В спецификациях, найденных в каталогах и т.п., вы можете найти такие выражения, как X количество несимметричных каналов или X количество дифференциальных каналов.

Что такое несимметричный вход?

Несимметричный вход, в котором для двухпроводного подключения используются сигнальный провод и заземляющий провод, представляет собой метод измерения напряжения источника сигнала с использованием разности потенциалов относительно земли. Для аналогового ввода это наиболее распространенный метод ввода, его преимущество заключается в использовании только двух линий для любого одного источника сигнала. Недостатком несимметричного входа по сравнению с дифференциальным входом является то, что он легко подвержен влиянию шума.

Что такое дифференциальный вход?

Дифференциальный вход использует два сигнальных провода и заземляющий провод, всего три провода для измерения напряжения источника сигнала.Потенциал источника сигнала (A – B) измеряется путем взятия разности потенциалов между землей и точкой A, а также между землей и точкой B. Таким образом, шум от земли устраняется для A – B, что дает дифференциальному входу Преимущество меньшей восприимчивости к шуму по сравнению с несимметричным входом. Однако одним из недостатков является то, что для одного источника сигнала необходимы три провода, а это означает, что количество каналов, которые можно использовать, вдвое меньше по сравнению с несимметричным входом. 8 = 256 сегментов).16 = 65 536 сегментов).

Что такое диапазон ввода / вывода?

Это диапазон аналогового напряжения или тока, который может вводиться или выводиться. Биполярный диапазон охватывает, например, от -10 В до +10 В, в то время как униполярный диапазон может охватывать только от 0 до +10 В. Диапазон входных / выходных сигналов должен быть аналогичен выходному сигналу датчика и входному сигналу исполнительного механизма. , или вы можете выбрать устройство, которое предлагает немного более широкий диапазон.

Например, предположим, что мы используем датчик, который преобразует аналоговую величину в от 0 до 5 вольт.Итак, что эффективно между устройством с входным диапазоном от 0 до 10 В и устройством с диапазоном от 0 до 5 В? Если оба имеют разрешение 12 бит, наименьшее делимое напряжение для платы от 0 до 10 В составляет около 2,44 мВ (10 ÷ 4096 = около 2,44). Для устройства от 0 до 5 В уравнение принимает вид 5 ÷ 4096, что делает наименьшее делимое напряжение 1,22 мВ. Поскольку датчик выдает только от 0 до 5 В, устройство с входным диапазоном от 0 до 5 В предоставит возможность для точной оценки.

Что такое усиление?

Коэффициент усиления относится к увеличению.Некоторые устройства аналогового ввода оснащены функцией усиления входного сигнала. Например, при внешнем сигнале от 0 до 2,5 В, если входной диапазон аналогового устройства ввода составляет от 0 до 10 В, внешний сигнал (входной сигнал) усиливается в 4 раза, а затем полученный 0 преобразуется в Сигнал 10 В вместо того, чтобы преобразовывать его как есть, обеспечит преобразование с более высокой точностью.

Каков коэффициент конверсии (цикл выборки)?

Коэффициент преобразования относится к степени точности, с которой аналоговый сигнал может быть преобразован в цифровой за определенный интервал времени.Он также показывает, сколько времени требуется для вывода цифровых данных в виде аналоговых данных. Более высокая скорость преобразования означает, что возможны преобразования с более высокой повторяемостью.

Теорема выборки

Если выборка не может быть выполнена с циклом выборки, вдвое превышающим частоту ввода / измерения, точные измерения формы сигнала будут невозможны.

Что такое точность преобразования?

Точность преобразования относится к диапазону ошибок, возникающих при выполнении аналого-цифрового преобразования или цифро-аналогового преобразования.Ошибки представлены в единицах 1 младший бит. Например, наименьшая разрешающая единица для устройства аналого-цифрового преобразования с разрешением 12 бит, установленным на входной диапазон ± 10 В, составляет 20 ÷ 4096 ≈ 4,88 мВ (1 младший бит). Если точность преобразования этой платы аналого-цифрового преобразования отмечена как ± 2 младшего разряда, это означает, что существует вероятность того, что произведенные ошибки будут примерно 4,88 × 2 ≈ ± 9,76 мВ.

Связь между двоичными данными и напряжением (с разрешением 16 бит)

Данные аналого-цифрового преобразования, вводимые с 16-разрядного устройства аналогового ввода, становятся двоичными с 16 цифрами (шестнадцатеричное = 4 цифры), а с устройством аналогового вывода данные цифро-аналогового преобразования для установки обрабатываются с помощью 16-разрядного двоичного ( шестнадцатеричный = 4 цифры).Как показано на следующем рисунке, если «0000» используется при «-10 В», то «FFFF» используется при «9,99970 В».

С устройством с разрешением 16 бит напряжение между -10 В и 0 В может быть выражено как 32 768 сегментов данных, где -10 В - это «0000H», а 0 В - «8000H». Таким образом, от 0 В до 10 В становится «8000H» до максимума. «FFFFH», которое в таком случае должно быть выражено как 32 767. По этой причине максимальное значение обозначается как «+10 В -1 LSB».

Эти отношения одинаковы для любого аналогового устройства ввода / вывода.Например, с аналоговым выходом для вывода сигнала извне «FFFF» устанавливается на устройство с разрешением 16 бит, но максимальное выходное напряжение составляет «+10 В -1 LSB».

Значения сокращений (единиц)

LSB

Сокращение младшего бита. Обозначает младший бит двоичных данных.

MSB

Аббревиатура старшего разряда. Обозначает самый старший бит двоичных данных.

FSR

Аббревиатура полного диапазона шкалы.В диапазоне ± 10 В FSR становится «20».

Выражение аналоговых значений как цифровых значений

Данные, преобразованные (квантованные) через аналоговый вход (аналого-цифровое преобразование), и набор данных на аналоговый выход (цифро-аналоговое преобразование) могут быть представлены с использованием следующих систем уникального кода. Способы отображения этих систем следующие.

Прямая двоичная

Напряжение 0 В получает цифровое значение 0, и цифровое значение увеличивается пропорционально увеличению напряжения.Используется униполярная форма.

Смещение двоичного

Максимальному (самому низкому) значению отрицательного напряжения присваивается цифровое значение 0. Таким образом, 0 В назначается цифровое значение посередине, а наибольшему положительному значению напряжения присваивается наибольшее цифровое значение. Используется биполярная форма.

Двоичное дополнение (дополнение до двух)

Чтобы получить дополнение до двух, старший бит двоичного кода смещения инвертируется. Выражение с дополнением до двух - это простой в использовании код для вычислений на компьютере.Этот формат данных можно найти в биполярных формах.

Какой метод отбора проб?

При выполнении выборки по нескольким каналам используется метод мультиплексора с использованием мультиплексоров (коммутационных блоков) или метод одновременной выборки.

Метод мультиплексора выполняет выборку при переключении мультиплексора, что означает, что одновременное преобразование более чем одного канала невозможно (поскольку для переключения между каналами требуется время).

Существует два типа метода одновременной выборки: каждый канал оборудован аналого-цифровым преобразователем и оборудован усилителем выборки / хранения.Любой из этих типов может выполнять одновременное преобразование по нескольким каналам.

Коэффициент конверсии и количество каналов

В системе, где аналоговые входные каналы переключаются с помощью метода мультиплексора, для выполнения выборки по нескольким каналам устанавливаемый период выборки должен поддерживать следующую взаимосвязь. Скорость преобразования × цикл выборки ≤ цикл выборки "

Что такое часы?

Часы показывают время, с которым могут быть синхронизированы операции преобразования аналогового устройства ввода-вывода.Для часов выборки, которые определяют циклы выборки, используются следующие основные методы.

Внутренние часы

В приборе установлен элемент таймера, который может устанавливать период выборки. В качестве источника синхронизации это метод периодических преобразований. Внутренние часы полезны для обработки временных рядов в точных и быстрых циклах.

Внешние часы

Внешние часы могут использоваться для устройств, оборудованных входными клеммами для внешних часов.Преобразование выполняется синхронно с импульсным сигналом или другим сигналом, поступающим от внешнего источника. Этот метод полезен для синхронизации с внешними устройствами.

Программные часы

Программные часы - это метод выполнения периодических преобразований путем синхронизации с системным таймером на ПК и отправки команды запуска из программного обеспечения. Однако, поскольку ошибки в управлении таймером VisualBasic и других функциях велики, этот метод не подходит для систем, требующих быстрых и точных циклов.

Что такое триггер?

Триггер - это источник для определения времени начала или остановки преобразования. Запуск и остановка могут быть установлены независимо. Основные триггеры следующие.

Программный триггер

Программный триггер запускает / останавливает операции преобразования с помощью программных команд.

Внешний триггер

Внешний триггер запускает / останавливает операции преобразования с использованием внешнего сигнала (цифрового сигнала).Операция преобразования начинается или останавливается, когда заданное движение фронта (нарастание или спад) поступает из внешнего управляющего сигнала.

Триггер сравнения уровней (сравнение данных преобразования)

Преобразование запускается или останавливается в соответствии с изменениями сигнала для указанного канала. Предварительно установленный уровень сравнения сравнивается с величиной аналогового сигнала для указанного канала, и, если критерии совпадают, операция преобразования запускается / останавливается.

Что такое буферная память?

Буферная память - это место, где временно хранятся данные преобразования.Такая память не только обеспечивает быструю и высокопроизводительную обработку аналогового ввода, но и значительно снижает нагрузку на компьютер. В зависимости от приложения буферная память может использовать либо метод FIFO, либо метод кольца.

Метод FIFO

При использовании метода FIFO (First In, First Out) преобразованные данные сохраняются в буферной памяти в порядке очереди, при этом данные, записанные в буферную память, сначала считываются первыми (в хронологическом порядке). Преобразованные данные, считанные из памяти, доставляются последовательно, причем чтение самых старых данных преобразования, оставшихся в буферной памяти, всегда доступно для чтения.Данные, превышающие объем памяти FIFO, будут отброшены и не записаны, а данные, которые были прочитаны, будут удалены из буферной памяти.

Кольцевой метод

Метод кольца упорядочивает область хранения в буферной памяти как кольцо. Данные преобразования записываются последовательно, и при сохранении за пределами емкости памяти области, в которых хранятся данные предыдущего преобразования, перезаписываются. Кольцевая память полезна, когда данные обычно не получаются, но должны быть получены данные, близкие к остановке операции преобразования из-за какого-либо события.При использовании кольцевого метода после захвата данных их можно прочитать несколько раз, прежде чем они будут перезаписаны.

Что такое передаточная функция мастера шины?

Эта функция представляет собой передачу DMA (прямой доступ к памяти), в которой используется функция ведущего устройства шины PCI.

  • Без нагрузки на ЦП ПК данные могут передаваться с устройства непосредственно в память ПК со скоростью 80 МБ / с (максимум 133 МБ / с).
  • Поскольку емкость ЦП не уменьшается из-за процессов передачи данных и т.п., он может выполнять другие процессы, тем самым снижая влияние на другие приложения.
  • Необходимые настройки для ввода / вывода уже установлены для устройства, и поскольку плата выполняет обработку на основе этой информации, можно построить более эффективную систему, чем это возможно при нормальной обработке ввода / вывода.

Нормальная обработка

При нормальной обработке ввода / вывода, после того, как ЦП считывает данные с устройства, он сохраняет информацию в памяти основного блока. Этот промежуточный ЦП нельзя использовать для других процессов.На следующем рисунке другие процессы возможны только после завершения (4) и (5).

Освоение автобуса

Во время управления шиной ЦП дает команду устройству обрабатывать ведущую шину, позволяя отправлять данные в память основного блока непосредственно с устройства (без прохождения через ЦП). На следующем рисунке во время обработки (2) и (3) могут выполняться другие процессы.

Что такое прерывание?

Эта функция генерирует приоритетную обработку извне, подключая определенный входной терминал к IRQ (линии запроса прерывания) на компьютере.Обнаруживая изменения во внешних устройствах, прерывание можно использовать, например, в приложениях, которые выполняют определенную обработку, и для обработки экстренных высокоприоритетных внешних команд, и это лишь некоторые из них.

Какое потребление тока?

Для работы устройства требуется питание, но потребление тока указывает, сколько тока потребляет плата. Это питание обычно подается от разъема шины расширения компьютера.

Это означает, что общий максимальный ток, потребляемый платой, не должен превышать номинальную мощность компьютера (максимальный ток, который может подаваться в слот расширения).

Если номинальная мощность будет превышена, напряжение питания компьютера будет снижено, что может привести к такой проблеме, как разгон. По этой причине необходимо принять соответствующие меры, такие как расширение слотов компьютера с помощью «модуля расширения».

Пример: мощность блока питания, которую компьютер может подать на слот расширения, составляет 3,6 А.

При установке двух внешних интерфейсных плат 1,2 А максимальное потребление тока составляет:
1.2 (А) × 2 (платы) = 2,4 А, что ниже мощности компьютера (3,6 А). [Допустимо]
При установке шести внешних интерфейсных плат 0,8 А максимальное потребление тока составляет:
0,8 (А) × 6 (платы) = 4,8 А, что выше мощности компьютера (3,6 А). [Недопустимо]

Типы шума и применяемые меры противодействия

Шум можно условно разделить на следующие два типа. В отличие от электрических испытаний, на месте присутствуют различные источники шума, в результате чего во многих случаях происходит не так, как ожидалось в теории.В таких случаях многие причины неожиданной неточности связаны с шумом.

Внешний шум

  • Шум, который передается по воздуху извне линии передачи сигнала.
  • Шум, который возникает вокруг проводки для устройств системы движения, таких как двигатели, и шум, возникающий из-за проводки, расположенной поблизости.

Внутренний шум

  • Шум, вызванный подключением цепей аналогового ввода / вывода.
  • Шум и напряжения смещения, вызванные разностью потенциалов земли между устройствами.
  • Помехи и перекрестные помехи, вызванные материалом проводки.

Решение

Общее правило, особенно при выполнении измерений, заключается в том, что шум не должен влиять на цель измерения. Чтобы гарантировать это, необходимо следить за тем, чтобы импеданс, уровни заземления и т. Д. Совпадали. Ознакомиться с решениями несложно, но можно сказать, что игнорирование этих решений может иметь большое влияние. В таблице ниже перечислены некоторые меры противодействия шуму.

Жесткий
Мягкое
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *