Схемы импульсных блоков питания: Импульсный блок питания — Теоретические материалы — Теория

Содержание

Схемы импульсных блоков питания на микросхемах IR2153


- Интересно, а что можно увидеть, если низе́нько пролететь над глухим бурятским селением тарбагатайского района, вооружившись комплексом радиолокационного наблюдения?
- Что, что? Узкораспахнутые глаза нескольких офонаревших финно-угров, а так же электромагнитную мешанину помех в полосе частот 1...100 МГц.
Железный конь пришёл на смену крестьянской лошадке! Энергосберегающие лампы, телевизоры, компьютеры, зарядные устройства и прочий хай-тек с импульсными источниками питания - на смену лампочке Ильича!
Вот и приходится бедолаге-радиолюбителю уживаться с разномастными ИБП, излучающими в эфир интенсивный высокочастотный шлак во всех КВ-диапазонах.
А что тут попишешь? Прогресс как-никак..., технологичность, блин..., массогабариты, мать их за ногу...

И чтобы не застрять на обочине инновационного пути, поклонимся и припадём к импульсным блокам питания и мы. А начнём с двуполярного импульсного источника для мощного усилителя мощности.

Что нужно правильному ИПБ для комфортного выполнения своих непосредственных обязанностей?

1. Мягкий, он же плавный, пуск при включении импульсного блока питания, предотвращающий превышение допустимых токов полупроводников от работы на фактически короткозамкнутую нагрузку, образующуюся вследствие мгновенного заряда ёмкостей выпрямителя.
Часто используемые для этих целей термисторы не так уж и хороши, в силу инерционной зависимости изменения сопротивления от температуры. Результат - кирдык блоку питания из-за того, что просто выключили и тут же включили БП тумблером.

2. Правильная и быстрая защита ИБП от токовых перегрузок и КЗ, полностью отключающая устройство от сети при возникновении нештатных ситуаций.
Распространённое шунтирование на землю точки питания микросхемы-драйвера, управляющего ключевыми транзисторами, может выручить далеко не во всех ситуациях. Слабым звеном здесь оказывается наличие электролитического конденсатора в цепи питания, приводящего к существенной задержке такого обесточивания микросхемы со всеми вытекающими невесёлыми последствиями.

3. Наличие входных и выходных LC-фильтров для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть и нагрузку.

4. Компактность, надёжность и радующая глаз простота исполнения.

Тезисы оформлены без нарушений требований, переходим к схеме электрической принципиальной импульсного блока питания.


Рис.1

Начнём со схемы (Рис.1), обеспечивающей мягкий и плавный пуск ИБП. Она же является устройством защиты импульсного блока питания от токовых перегрузок и КЗ, она же содержит элементы, предотвращающие проникновение импульсных помех в питающую сеть, она же формирует необходимые постоянные напряжения, необходимые для работы драйвера и ключевых транзисторов.

- Так, а что там, собственно-то, осталось? С гулькин хрен! Надо ж было сразу всё рисовать, а не размножать всякие писульки! - резонно зафиксирует мысль подготовленный радиолюбитель.

Торопиться не надо!
Во-первых, приведённая схема сгодится не только для преобразователей, собранных на IR2153, но и для любых других устройств, независимо от используемой элементной базы. Низковольтное напряжение (15В) может быть выбрано любой величины, посредством замены D2 на стабилитрон с соответствующим напряжением пробоя.

Во-вторых, даже при изготовлении источника питания на заявленной в заголовке микросхеме IR2153, имеет серьёзный резон сначала собрать приблуду, приведённую на Рис.1, десяток раз проверить соответствие принципиальной схеме, прозвонить тестером на отсутствие КЗ между дорожками платы, далее, подключившись к сети, убедиться в наличии работоспособности, а затем уже продолжать все дальнейшие манипуляции.
Настройки схема не требует, при отсутствии ошибок сразу запашет как зверь!

А вот теперь можно повеселиться по полной программе! Любые дефективные двигания шаловливыми ручонками при сборке преобразователя, ключевых транзисторов и импульсного трансформатора будут моментально зафиксированы устройством защиты и не приведут к каким-либо серьёзным последствиям для элементов схемы.

Ручонки могут пострадать, элементы - вряд ли!

Как это всё работает?

Переключатель S1 - это тумблер без фиксации, алгоритм работы (on)-off-(on), количество контактных групп - 2.
В момент перевода тумблера в состояние "вкл" через сопротивление R1 и двухполупериодный выпрямитель Br1 начинается заряд входного сглаживающего конденсатора C3.
Номинал резистора выбран такой величины, чтобы максимальный импульсный ток, протекающий через элементы в начальный момент включения, не превышал 10А.

По мере заряда конденсатора увеличивается и ток через последовательную цепочку R2, LED1, Ref1, D2. Через несколько десятков миллисекунд этот ток достигает значения, достаточного для включения реле Ref1. После включения реле, его контакты К1 замыкают и R1, и контакты тумблера. Всё - плавный пуск импульсного блока питания завершён, светодиод горит, можно отпускать пипку переключателя.

Выключение блока питания у нас завязано на схеме защиты, реализованной на транзисторах Т1, Т2, включённых по схеме эквивалента тиристора.

Какой должна быть эта схема для предотвращения ложных срабатываний, мы подробно рассмотрели на странице   Ссылка на страницу .

Схема обладает небольшим и предсказуемым током включения (около 100мкА), что позволяет отказаться от построечных резисторов при выборе необходимого порога срабатывания. Величина сопротивления R=R6IIR7 выбирается исходя из формулы R=0,77/Iср, т.е. в нашем случае Iср=0,77/0,5=1,54А.

Механизмы выключения ИБП - что при нажатии кнопки S1 в положение "выкл", что при срабатывании защиты абсолютно идентичны. Под воздействием напряжения, превышающем пороговый уровень на переходе база-эмиттер транзистора Т1, аналог тиристора переходит в проводящее состояние, верхний вывод реле замыкается на нулевую точку, реле отщёлкивается, блок питания от сети полностью отключается.

П-образный фильтр С1, Др1, С2 служит для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Я использовал готовый 2х2.2мГн, 2A фирмы Epcos, позволяющий работать с мощностями до 600Вт.

Если не влом заняться самообразованием, то можно намотать и самостоятельно на Amidon-овских кольцах их карбонильного железа марок: 26, 38, 40, 45, 52. Всю необходимую информацию можно найти на сайте производителя.

Диодный мост должен быть рассчитан на постоянное обратное напряжение не менее 400В, у меня под рукой оказалась радиодеталь с большим запасом по мощности - BR1004 на 10А.

Реле должно выдерживать необходимый максимальный коммутируемый ток и не гнушаться работой с сетевым напряжением. Ток срабатывания не должен превышать 20мА, как правило в документации такие реле называются - High Sensitive. У меня выбор пал на NRP05-A-12D, 12V / 5A, 250VAC.

Ограничений по максимальной мощности импульсного блока питания у приведённой схемы защиты и плавного пуска - нет. Естественным образом следует озаботиться выбором элементов Др1 и Br1, соответствующих максимальным токам, гуляющим по высоковольтным цепях устройства.

Принято считать, что минимальная величина ёмкости электролитического конденсатора С3 должна составлять 100МкФ на каждые 100Вт мощности. Увеличение этого значения в 1,5 - 2 раза, пойдёт только на пользу характеристикам ИБП, хотя и излишний фанатизм не приветствуется во избежание чрезмерного увеличения массогабаритных характеристик.

Стабилитрон D1 я пририсовал на схеме на всякий пожарный уже в процессе написания статьи для исключения возможного включения реле обратным напряжением, накопленным на С4 в момент срабатывания транзисторной защёлки. В оригинале всё прекрасно работает и без него!

Что-то, как-то слишком многословно получилось.
«Краткость есть душа ума...». Ну да ладно, продолжим разговор на следующей странице.

 

Схема импульсного блока питания на 12 вольт 10 ампер. Импульсный блок питания: ремонт и доработка

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

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

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

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

Структура блока питания показана на нижнем рисунке.

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

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

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

Принципиальные схемы

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

  • Выпрямитель напряжения.

О них и пойдет речь.

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

Схема высокочастотного преобразователя

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

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

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

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

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

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

Выбор трансформатора

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

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

Выпрямитель напряжения

Существует три основные схемы выпрямления напряжения номиналом 220 вольт.

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


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

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

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

Заключение по теме

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

Похожие записи:

Устанавливаются во многих электроприборах. Основным их элементом принято считать катушку индуктивности. По своим параметрам она может довольно сильно отличаться, и в первую очередь это связано с пороговым напряжением в сети.

Дополнительно следует учитывать мощность самого прибора. Сделать простой блок питания в домашних условиях довольно просто. Однако в данном случае необходимо уметь рассчитывать показатель частотной модуляции. Для этого учитывается вектор прерывания в сети и параметр интеграции.

Как сделать блок для компьютера?

Для того чтобы собирать импульсные блоки питания своими руками для компьютеров, потребуются катушки индуктивности средней мощности. Частотный сдвиг в данном случае будет полностью зависеть от типа используемых конденсаторов. Дополнительно перед началом работы следует рассчитать показатель модуляции. При этом важно учесть пороговое напряжение в системе.

Если параметр модуляции находится в районе 80 %, то конденсаторы можно использовать с емкостью менее 4 пФ. Однако следует позаботиться о наличии мощных транзисторов. Основной проблемой данных блоков принято считать перегрев обмотки катушки. При этом человек может наблюдать небольшую задымленность. Ремонт импульсного блока питания в данном случае следует начинать с отключения в первую очередь всех конденсаторов. После этого контакты необходимо тщательно зачистить. Если в конечном счете проблема будет не устранена, катушку индуктивности придется полностью заменить.

Модель на 3 В

Сделать импульсные блоки питания своими руками на 3 В можно используя обычные катушки индуктивности серии РР202. Показатели проводимости у них находятся на среднем уровне. В данной ситуации параметр модуляции в системе не должен превышать 70 %. В противном случае пользователь может столкнуть с частотным сдвигом, который будет происходить в блоке.

Дополнительно важно подбирать конденсаторы с емкостью не менее 5 пФ. Принцип работы импульсного блока питания данного типа основывается на смене фазы. При этом нередко специалистами дополнительно устанавливаются преобразователи. Все это необходимо для того, чтобы промежуточная частота была как можно меньше. Кулеры на блоки данного типа монтируются крайне редко.

Устройство на 5 В

Чтобы сделать импульсные блоки питания своими руками, необходимо обязательно подобрать выпрямитель, исходя из мощности электроприбора. Конденсаторы в данном случае используются с емкостью до 6 пФ. При этом дополнительно в приборе устанавливаются попарно транзисторы. Это необходимо для того, чтобы показатель модуляции как минимум вывести на уровень 80 %.

Все это позволит повысить также параметр индуктивности. Проблемы данных блоков чаще всего связаны именно с перегревом конденсаторов. При этом на катушку особого напряжения не оказывается. Ремонт импульсного блока питания в данном случае следует начинать стандартно - с зачистки контактов. Только после этого устанавливается более мощный преобразователь.

Что понадобится для блока на 12 В?

Стандартная схема импульсного блока питания данного типа включает в себя катушку индуктивности, конденсаторы, а также выпрямитель вместе с фильтрами. Параметр модуляции в этом случае значительно зависит от показателя предельной частоты. Дополнительно важно учитывать скорость интегрального процессора. Транзисторы для блока данного типа в основном подбираются полевого вида.

Конденсаторы необходимы только с емкостью на уровне 5 пФ. Все это в конечном счете позволит значительно понизить риск термального повышения в системе. Катушки индуктивности устанавливаются, как правило, средней мощности. При этом обмотки для них обязательно должны использоваться медные. Регулируется импульсный блок питания 12В за счет специальных контролеров. Однако многое в данной ситуации зависит от типа электроприбора.

Блоки с фильтрами ММ1

Схема импульсного блока питания с фильтрами данной серии включает в себя, помимо катушки индуктивности, выпрямитель, конденсатор и резистор вместе с преобразователем. Использование фильтров в устройстве позволяет значительно сократить риск термального повышения. При этом чувствительность модели повышается. Коэффициент модуляции в этом случае напрямую зависит от прерывания сигнала.

Для повышения порогового напряжения специалисты резисторы рекомендуют применять только полевого типа. При этом емкость конденсатора минимум должна быть на уровне 4 Ом. Основной проблемой таких устройств принято считать повышение отрицательного сопротивления. В результате все резисторы на плате довольно быстро выгорают. Ремонт блока в такой ситуации необходимо начинать с замены внешней обмотки катушки индуктивности. Дополнительно следует проверить полярность резисторов. В некоторых случаях повышение отрицательного сопротивления в цепи связано с увеличением диапазона частоты. В данном случае целесообразнее поставить более мощный преобразователь.

Как собрать блок с выпрямителем?

Чтобы сделать импульсные блоки питания своими руками с выпрямителем, транзисторы понадобятся закрытого типа. При этом конденсаторов в системе должно быть предусмотрено как минимум четыре единицы. Минимальная их емкость обязана находиться на уровне 5 пФ. Принцип работы импульсного блока питания данного типа основывается на изменении фазы тока. Происходит данный процесс непосредственно за счет преобразователя. Фильтры у таких моделей устанавливаются довольно редко. Связано это в большей степени с тем, что пороговое напряжение вследствие их использования значительно повышается.


Модели со сглаживающими фильтрами

Схема импульсного блока питания 12В со сглаживающими фильтрами конденсаторы предусматривает с емкостью как минимум в 4 пФ. За счет этого показатель модуляции должен находится на уровне 70 %. Для того чтобы стабилизировать процесс преобразования, многие используют резисторы только закрытого типа. Пропускная способность у них довольно малая, однако проблему они решают. Принцип импульсного блока питания основывается на изменении фазы устройства. Фильтры у него чаще всего устанавливаются сразу возле катушки.

Блоки повышенной стабилизации

Сделать блок данного типа можно используя катушку индуктивности только большой мощности. При этом конденсаторов в системе должно быть как минимум пять единиц. Также следует заранее подсчитать количество необходимых резисторов. Если преобразователь используется в блоке низкочастотный, то резисторов необходимо использовать только два. В противном случае они устанавливаются также и на выходе. Фильтры для данных систем применяются самые разнообразные.

В этой ситуации многое зависит от показателя модуляции. Основной проблемой таких систем принято считать перегрев резисторов. Происходит это из-за резкого повышения порогового напряжения. При этом преобразователь также выходит из строя. Ремонт блока в такой ситуации необходимо начинать также с зачистки контактов. Только после этого можно проверить уровень отрицательного сопротивления. Если данный параметр превышает 5 Ом, то необходимо полностью заменить все конденсаторы в устройстве.

Модели с конденсаторами РС

Сделать блоки с конденсаторами данной серии можно довольно просто. Резисторы для них используются только закрытого типа. При этом полевые аналоги значительно снизят параметр модуляции до 50 %. Катушки индуктивности с конденсаторами применяются средней мощности. Прерывание сигнала в данном случае напрямую зависит от скорости возрастания предельного напряжения. Преобразователи в устройствах используются довольно редко. В данном случае интегрирование происходит за счет изменения положения резистора.


Устройства с конденсаторами СХ

Сделать блоки данного типа можно только на резисторах закрытого типа. Катушки индуктивности на них можно устанавливать различной мощности. В данном случае параметр модуляции зависит исключительно от порогового напряжения. Если рассматривать модели для телевизоров, то блок лучше всего делать сразу с системой фильтрации. В данном случае низкочастотные помехи будут отсеиваться сразу на входе. Конденсаторов в устройстве должно быть предусмотрено как минимум пять. Емкость их в среднем обязана составлять 5 пФ.

Если устанавливать их непосредственно возле катушки индуктивности, то лучше всего использовать дополнительно многослойный конденсатор. Контролеры в данном случае устанавливаются только поворотного типа. При этом регулировка импульсного блока питания будет происходить довольно плавно.


Как сделать блок с синазным дросселем?

Схема импульсного блока питания 12В с синазным дросселем включает в себя катушку, конденсатор, а также преобразователь. Последний элемент подбирается исходя из уровня отрицательного сопротивления в цепи. Также важно заранее рассчитать параметр предельной частоты. В среднем он должен быть не ниже 45 Гц. За счет этого стабильность системы значительно повысится. Работа импульсного блока питания данного типа основывается на изменении фазы за счет повышения модуляции.


Блоки с применением керамических конденсаторов

Сделать мощный импульсный блок питания с керамическими конденсаторами довольно сложно из-за высокого сопротивления цепи. В результате встретить такие модификации на сегодняшний день проблематично. Как правило, они изредка применяются на различном аудиоборудовании. Резисторы в данном случае подходят только полевого типа. Также следует заранее подбирать качественный преобразователь. Обмотка на нем должна быть только медная.

При этом витки обязаны быть направлены как сверху вниз, так и снизу вверх. Прерывание сигнала в данном случае напрямую зависит от скорости процесса преобразования. Если температура в системе повышается довольно быстро, в первую очередь страдают именно конденсаторы. При этом дымок над платой появляется довольно часто. В таком случае ремонт блока следует начинать с замены конденсаторов. После этого проверяется пороговое напряжение на внешней обмотке катушки индуктивности. Завершать работы следует с зачистки контактов.


Модели с каплевидными конденсаторами

Принцип работы блоков с каплевидными конденсаторами стандартно заключается в изменении фазы. При этом преобразователь в процессе играет ключевую роль. Для стабильной работы системы параметр отрицательного сопротивления должен находиться на уровне не ниже 5 Ом. В противном случае конденсаторы перегружаются. Катушку индуктивности в данном случае можно использовать любую. При этом параметр модуляции обязан находиться в районе 70 %. Резисторы для таких блоков используются только векторные. Проходимость тока у них довольно высокая. При этом стоят они на рынке дешево.


Применение варисторов

Варисторы в маломощных блоках используются крайне редко. При этом они способны значительно повысить стабильность работы прибора. Устанавливаются данные элементы, как правило, возле катушки индуктивности. Скорость процесса интегрирования в данном случае зависит напрямую от типов конденсаторов. Если использовать их с предельной емкостью на уровне 5 пФ, то коэффициент модуляции будет находиться на уровне 60 %.

Прерывание сигнала в данном случае может происходить из-за сбоев преобразователя. Ремонт блока необходимо начинать с обследования состояния контактов. Только после этого проверяется целостность обмотки катушки индуктивности. Контролеры для таких блоков подходят самые разнообразные. Кнопочные варианты следует рассматривать в последнюю очередь. Регулирование блока при этом будет зависеть во многом от проводимости контактов.

Как отремонтировать и доработать импульсный блок питания китайского производства на 12 вольт

Хочу начать с того, что ко мне в руки попали несколько сгоревших и кем-то уже «поремонтированных» блоков питания 220/12 В. Все блоки были однотипными – HF55W-S-12, поэтому, забив в поисковике название, я надеялся найти схему. Но кроме фотографий внешнего вида, параметров и цен на них, ничего не нашел. Поэтому пришлось схему рисовать самому с платы. Схема рисовалась не для изучения принципа работы БП, а исключительно в ремонтных целях. Поэтому сетевой выпрямитель не нарисован, так-же я не распиливал импульсный трансформатор и не знаю в каком месте сделан отвод (начало-конец) на 2 обмотке трансформатора. Так же не надо считать опечаткой С14 -62 Ома, – на плате маркировка и разметка под электролитический конденсатор (+ показан на схеме), но везде на его месте стояли резисторы номиналом 62 Ома.

При ремонте подобных устройств их нужно подключать через лампочку (лампа накаливания 100-200 Вт, последовательно с нагрузкой), что-бы в случае КЗ в нагрузке, не вышел из строя выходной транзистор и не погорели дорожки на плате. Да и вашим домочадцам спокойнее, если вдруг внезапно не погаснет свет в квартире.
Основной неисправностью является пробой Q1 (FJP5027 – 3 А,800 В, 15 мГц) и как следствие – обрыв резисторов R9, R8 и выход из строя Q2 (2SC2655 50 В\2 А 100 мГц). На схеме они выделены цветом. Q1 можно заменить любым подходящим по току и напряжению транзистором. Я ставил BUT11, BU508. Если мощность нагрузки не будет превышать 20 Вт можно ставить даже J1003, которые можно найти на плате от перегоревшей энергосберегающей лампы. В одном блоке совсем отсутствовал VD-01 (диод шоттки STPR1020CT -140 В\2х10 А) я поставил вместо него MBR2545CT (45 В\30 А), что характерно, он вообще не греется на нагрузке 1,8 А (использовалась лампа автомобильная 21 Вт\12 В). А родной диод за минуту работы (без радиатора) разогревается так, что рукой невозможно дотронуться. Проверил потребляемый устройством (с лампой 21 Вт) ток с родным диодом и с MBR2545CT – ток (потребляемый из сети, у меня напряжение 230 В) понизился с 0,115 А до 0,11 А. Мощность снизилась на 1,15 Вт, я считаю, что именно столько рассеивалось на родном диоде.
Заменить Q2 было нечем, под рукой нашелся транзистор С945. Пришлось “умощнить” его схемой с транзистором КТ837 (рис 2) . Ток остался под контролем и при сравнении тока с родной схемой на 2SC2655, получилось ещё снижение потребляемой мощности c той же нагрузкой на 1 Вт.

В результате, при нагрузке 21 Вт и при работе в течении 5 мин, выходной транзистор и выпрямительный диод (без радиатора) нагреваются градусов до 40 (чуть тёплые). В первоначальном варианте, через минуту работы без радиатора, до них нельзя было дотронуться. Следующим шагом к повышению надёжности блоков сделанных по этой схеме – это замена электролитического конденсатора С12 (склонного к высыханию электролита со временем) на обычный неполярный -неэлектролитический. Таким же номиналом 0,47 мкФ и напряжением не ниже 50 В.
С такими характеристиками БП, теперь можно смело подключать светодиодные ленты, не боясь что КПД блока питания ухудшит эффект экономичности светодиодного освещения.

Простой, импульсный блок питания на IR2153

Сегодня поговорим и рассмотрим распространённую схему импульсного источника питания построенную на микросхеме IR2153.

Итак, мы имеем схему импульсного источника питания, которая запитывается от 220 вольт и скажем на выходе у неё появляется некоторое напряжение для запитки чего-либо, то есть, какой-то усилитель, либо какая-то другая конструкция.

По входу у нас 220 переменки, идёт на фильтр L1 с плёночными С1 и С2 конденсаторами, но этот дроссель можно убрать из схемы и просто заменить перемычками, всё прекрасно будет работать и без него.

Дальше напряжение поступает на полноценный двухполупериодный диодный мост, я использовал не готовую диодную сборку, а обычные диоды 1N4007, 4 диода собрал из них диодный мост, на диодном мосту напряжение выпрямляется, но выпрямляется не до конца, потому что там, всё равно остается какая-то полуволна, этот синус поступает на сглаживающий конденсатор, в данном случае здесь 100 микрофарад 400 вольт.

Сглаживающий конденсатор, если когда поступает на него напряжение мультиметром сделать замер, напряжение будет чуть больше, чем скажем 220 вольт, может быть 250-280 вольт. С чем это связано? — это конденсатор заряжается до своего амплитудного значения, дальше после сглаживающего конденсатора напряжение поступает на схему.

Минус диодного моста у нас получается общий, то есть для запитки всей схемы силовой части и для микросхемы это IR2153, то есть для генератора.

Питание микросхемы осуществляется — плюс на первый вывод, минус на четвертый вывод. Микросхема запитывается через цепочку, R1, VD3, сглаживающий конденсатор С4, который сглаживает помехи от резистора и всей этой цепочки, чтобы микросхема нормально работала.

При подключении и сборки всей схемы необходимым мультиметром проверить выводы на микросхеме 1 + и 4 нога минус напряжение должно быть в районе 15 вольт, тогда микросхема будет нормально работать и генерировать импульсы.

Дальше у нас между 8 и 6 ногой микросхемы стоит пленочный конденсатор (С6) на 220 нанофарад, вообще емкость этого конденсатора подбирается исходя из частоты генератора, то есть в данном случае частота генератора в районе 47- 48 килогерц, конденсатор может быть и 0,2 микрофарад и 0,47 и 0,68 даже один микрофарад, то есть, тут этот конденсатор особо не критичен.

Данная микросхема работает на частоте 47-48 килогерц, цепочка которая обеспечивает данную частоту это резистор R2 — 15К и пленочный или керамический конденсатор (С5) один нанофарад или можно поставить 820 пикофарад.

5 вывод и 7 вывод микросхемы генерируют прямоугольные, управляющие импульсы, которые через резисторы R4 и R3 поступают на затворы мощных, полевых транзисторов, то есть эти резисторы нужны, чтобы не спалить случайно транзисторы.

Например импульс поступает на затвор мощного полевого транзистора, далее через балластный конденсатор (С7) на 220 нанофарад 400 вольт на первичную обмотку трансформатора Т1.

Что касаемо трансформатора, трансформатор был взят с компьютерного блока питания.

Его нужно немного доработать, то есть выпаять, разобрать, опустить в кипяток, чтобы расплавить клей, которым склеен феррит или нагреть паяльный феном, одеваем какие-то перчатки, чтобы не обжечь руки и потихонечку располовиниваем и сматываем все обмотки этого трансформатора.

Из расчета того, что мне на выходе нужно было получить в районе 25 вольт, первичная обмотка проводом 0,6 миллиметров в две жилы наматывается целиком 38 витков. Каждый слой изолировал скотчем, то есть слой обмотки, слой изоляции, потом сверху вниз опять все мотаем в одну сторону, изолируем всё и мотаем вторичную обмотку.

Вторичная обмотка — 7 жил, тем же проводам 0,6 миллиметров и мотаем в ту же сторону — это очень важно, те кто начинает разбираться в импульсных источниках питания, всё мотаем в одну и ту же сторону.

Всего 7 или 8 витков вторичной обмотки и потом всё это дело обратно склеиваем и собираем весь феррит на место.

Транзисторы установлена на небольшой теплоотвод, этого вполне достаточно при нагрузке где-то в районе 100 ватт. Два транзистора закреплены через теплопроводящие прокладки и термопасту.

Сейчас мы всё это включим в сеть, возьмём мультиметр и померяем напряжение на выходе.

Но есть еще такой момент, перед запуском блока питания всё делаем последовательно, то есть берём лампочку на 100 ватт 220 вольт и через лампочку подключаем наш блок питания, если лампочка не загорелась или там слегка вспыхнула спираль, значит конденсатор зарядился и как бы всё нормально, можно аккуратно проверять на выходе наше напряжение.

Если допустим лампочка горит, то уже в схеме есть какие-то косяки, либо где-то не пропаяно, либо где-то сопли на плате или какой-то компонент неисправен. Так что, перед сборкой берите исправные детали.

Включаем мультиметр в режим измерения постоянного напряжения 200 вольт и измеряем на выходе наше напряжение у меня выдаёт 29 вольт

Хотелось бы сказать, что это моя первая конструкция, то есть я собирал также, как и начинающий радиолюбитель, которые побаиваются собирать свои первые и импульсные источники питания, и больше прибегают к сетевым трансформатором.

Архив к статье, можно скачать.

Автор; Тумин Игорь

Сборник схем импульсных блоков питания телевизоров.

Электрическая принципиальная схема источника AIWA VX-T2020

Схема электрическая принципиальная источника питания телевизора AKAI СТ-1407

Электрическая принципиальная схема преобразователя АТЕС TV 1402МК9

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА ВЕКО (TVT) Принципиальная схема

Принципиальная схема блока питания БГШ-2 телевизора «Рекорд ВЦ-ЗИД»

Принципиальная схема импульсного источника питания телевизора "DAEWOO"

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА DAEWOO

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА DAEWOO

Принципиальная схема БП телевизора «Электроника-404Д»

Принципиальная схема БП телевизора «Электроника-404Д» ранних выпусков

Принципиальная схема Ы1 телевизора «с^лектроника Ц-430» (1-й вариант)

Принципиальная схема БП телевизора «Электроника Ц-430» (2-й вариант)

Принципиальная схема БП телевизора «Электроника Ц-430» (3-й вариант)

Принципиальная схема БП телевизора «Электроника Ц-431Д» (1-й вариант)

Принципнальная схема БП телевизора «Электроника Ц-431Д» (2-й вариант)

Принципиальная схема БП телевизора «ЭлеS

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА FUNAI

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА FUNAI

Электрическая принципиальная схема источника TV «FUNAI TV-2000A МК8»

Электрическая принципиальная схема источника TV FUNAI TV-2000 MK7/TV-2008 GL
Импульсный источник питания телевизора "GOLDSTAR РС-04"
Импульсный источник питания телевизора "GOLDSTAR PC-12"

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GRUNDIG

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GRUNDIG

Импульсный источник питания телевизора "GRUNDIG CUC-4400"

Электрическая принципиальная схема источника HAPPI

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА HITACHI

Электрическая принципиальная схема источника HITACHI СМТ 2141/СМТ 1450

Импульсный источник питания телевизора "HITACHI СМТ'2598,2998".

Принципиальная схема БП телевизора «Юность Ц-404»

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА JVC
500A
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА JVC

IC901
STR54041S POWER REGULATOR
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА JVC

MAIN POWER SW
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА JVC

БЛ01( ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА QOLU STAR (LG)

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GOLD STAR

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GOLD STAR

IC801 STR-S6709

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GOLD STAR

SECONDARY
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА GOLD STAR

Принципиальная схема модуля питания М4-1-7 телевизора «Шилялис Ц-410Д»

принципиальная схема модуля питания М4-1-8 телевизора «Шилялис Ц-445Д»

с Принципиальная схема модуля питания МП-1 телевизоров типа УСЦТ

Принципиешьная схема модуля питания МП--420-2.

Электрическая принципиальная схема источника NEC FS 1530SK/1530SU

Импульсный источник питания телевизора "NOKIA 7142ЕЕ"

Электрическая принципиальная схема источника NOKIA

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА NOKIA

Электрическая принципиальная схема источника NOKIA 7164ЕЕ

Электрическая принципиальная схема источника NORMENDE

Электрическая принципиальная схема источника ORION 20АН

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА PANASONIC

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА PANASONIC

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА PANASONIC

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА PANASONIC
Сипкл синхронюации ю блока строчной рааавртки С

Электрическая принципиальная схема источника PANASONIC NV-J35

Электрическая принципиальная схема источника TV «RECOR 4020/402 U

Электрическая принципиальная схема источника SABA

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SALORA

ЛН-1201
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SAMSUNG

Электрическая принципиальная схема источника SAMSUNG СК 3351А

Импульсный источник питсния телевизора "SAMSUNG РС04А"

Схема электрическая принципиальная источника питания телевизора "SANYO СЕМ 2511 VSU-OO"

Схема электрическая принципиальная источника питания телевизора "SANYO СЕМ 2130 PV-20"

принципиальная схема БП телевизора «Са11фир-401>

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SHARP

Электрическая принципиальная схема источника SHARP 20B-SC

Электрическая принципиальная схема источника SHARP 21B-N21

Электрическая принципиальная схема источника SHARP CV-2T31CK1

Электрическая принципиальная схема источника SHARP SV-2142S

Рис. 2.5. Электрическая принципиальная схема источника SHARP SV-2152U

Электрическая принципиальная схема источника питания телевизора SHIVAKI ST\/202

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SONY

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SONY

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SONY

SE13SN ERROR-АИР
БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SONY

iceoo
STR-S6708 POWER-CONTROL

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SONY

Схема преобразователя импульсного источника питания телевизора "SONY KV-E2541D"

Электрическая принципиальная схема источника SONY KV-X2931K/RM-816

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА SUPRA, TENSAI, SAIKO

Электрическая принципиальная схема источника SUPRA STV 2910MS

TDA4605-2

Импульсный источник питания телевизора "ТЕС 5181"

Импульсный источник питания телевизора "TELEVISIJA В40.845"

Имспульсный источник питания телевизора "TENSAI P-58SC & RM109"

БЛОК ПИТАНИЯ ТЕЛЕВИЗОРА TELEFUNKEN, THOMSON

Электрическая принципиальная схема источника THOMSON ТХ 90

Электрическая принципиальная схема источника THOMSON ТХ 91

Q803 ТЕА2164

Электрическая принципиальная схема преобразователя TOSHIBA

Источник питания дежурного режима телевизора "TOSHIBA 285 D8D"

Импульсный источник питания телевизора "WALTHAM TS3341"

Электрическая принципиальная схема источника питания телевизора WALTHAM TS 3350

Схема полумостового импульсного блока питания на ir2153

IR2161 VS IR2153. Импульсный блок питания на IR 2161

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

IR2161 VS IR2153. Импульсный блок питания на IR 2161

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

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

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

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

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

Можно производить расчеты трансформатора, можно взять готовый, но я решил намотать на неизвестном ферритовом кольце 29 мм. Я отказался от расчетов, т.к. это полумост и другом конце моста стоят конденсаторы С13С14, — можно ошибиться на 200%. Первичку намотал проводом диаметр 0,5 мм. полностью заполнил кольцо примерно 80 витков, вторичка литц в 4 провода 0,5 мм на глазок, двуполярно на 24В, 2 по 12В. Примеры расчетов трансформатора присутствуют в апнот и даташит.
Видео состоит из 3х частей, в них рассмотрены теория, сборка и испытание ИИП на 2161.

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

Импульсный блок питания на IR2153

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

Схема импульсного блока питания на IR2153

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

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

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

Разъем XT2 на схеме — подключение вторичных обмоток трансформатора тока.

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

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

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

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

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

Печатная плата блока питания на IR2153

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

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

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

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Внешний вид импульсного блока питания на IR2153

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

Файлы для изготовления

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

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

Заключение

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

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

На этом я заканчиваю, всем стабильного напряжения.

Статью написал: Admin Whoby.Ru

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

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

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

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

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

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

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

Эта схема уже более значительно отличается от предыдущих схем представленных выше. Основных больших отличий два: защита от короткого замыкания и перегрузки здесь выполнена на токовом трансформаторе, второе отличие заключается в наличии дополнительных двух транзисторов перед ключами, которые позволяют изолировать высокую входную емкость мощных ключей (IRFP460), от выхода драйвера. Еще одно небольшое и не существенное отличие заключается в том, что ограничительный резистор схемы мягкого старта, расположен не в шине +310В, как это было в предыдущих схемах, а в первичной цепи 230В. В схеме так же присутствует снаббер, включенный параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора для улучшения качества работы блока питания. Как и в предыдущих схемах чувствительность защиты регулируется подстроечным резистором (в данном случае R12), а о срабатывание защиты сигнализирует светодиод HL1. Токовые трансформатор мотается на любом небольшом сердечнике который у вас окажется под рукой, вторичные обмотки мотаются проводом небольшого диаметра 0,2-0,3 мм, две обмотки по 50 витков, а первична обмотка представляет собой один виток провода достаточного для вашей выходной мощности сечения.

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

Да да, не удивляйтесь. Однажды появилась необходимость собрать гитарный предусилитель, но под рукой не оказалось необходимого трансформатора и тогда меня очень выручил данный импульсник, который был построен именно по тому случаю. Схема отличается от трех предыдущих своей максимальной простотой. Схема не имеет как таковой защиты от короткого замыкания в нагрузке, но необходимости в такой защите в данном случае нет, так как выходной ток по вторичной шине +260В ограничен резистором R6, а выходной ток по вторичной шине +5В — внутренней схемой защиты от перегрузки стабилизатора 7805. R1 ограничивает максимальный пусковой ток и помогает отсекать сетевые помехи.

Общие рекомендации:

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

Импульсные блоки питания схемы принцип работы

Практически в каждом электронном приборе есть блок питания – важный элемент монтажной схемы. Блоки применяются в устройствах, требующих пониженного питания. Базовой задачей блока питания считается уменьшение сетевого напряжения. Первые импульсные блоки питания сконструированы после изобретения катушки, которая работала с переменным током.

Применение трансформаторов дало толчок развития блоков питания. После выпрямителя тока осуществляется выравнивание напряжения. В блоках с преобразователем частоты этот процесс проходит по-другому.

В импульсном блоке основу составляет инверторная система. После выпрямления напряжения образуются прямоугольные импульсы с высокой частотой, подаются на фильтр выхода низкой частоты. Импульсные блоки питания преобразовывают напряжение, отдают мощность на нагрузку.

Рассеивание энергии от импульсного блока не происходит. От линейного источника идет рассеивание на полупроводниках (транзисторах). Его компактность и малый вес также дает превосходство над трансформаторными блоками при одинаковой мощности, поэтому часто линейные блоки заменяют импульсными.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:
  • Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
  • Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Схема импульсного блока минимального размера

В простой схеме ИБП вместо трансформатора применен дроссель. Это преобразователи для понижения или повышения напряжения, относятся к самому простому классу, применяется один переключатель и дроссель.

Некоторые виды ИБП
  • Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
  • Импульсные блоки питания на TL494.
  • Импульсные блоки питания на UC3842.
  • Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
  • Для усилителя с повышенными данными.
  • Из электронного балласта.
  • Регулируемый ИБП, механическое устройство.
  • Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
  • Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
  • На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
  • Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
  • Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
  • Для 24 В – работает только на 24 вольта.
  • Мостовой – применена мостовая схема.
  • Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
  • Для светодиодов – высокая чувствительность.
  • Двухполярный ИБП, отличается качеством.
  • Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.
Особенности

Простой ИБП может состоять из трансформаторов малых размеров, так как при повышении частоты эффективность трансформатора выше, требования к размерам сердечника меньше. Такой сердечник изготовлен из ферромагнитных сплавов, а для низкой частоты используется сталь.

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами. Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель. За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

Принцип действия осуществлен на активном преобразовании напряжения. Для удаления помех ставят фильтры в конце и начале цепи. Насыщение транзисторов положительно отражается на диодах, имеется регулировка напряжения. Встроенная защита блокирует короткие замыкания. Кабели питания применены немодульной серии, мощность достигает 500 ватт.

В корпусе установлен вентилятор охлаждения, скорость вентилятора регулируется. Наибольшая нагрузка блока составляет 23 ампера, сопротивление 3 Ом, наибольшая частота 5 герц.

Применение импульсных блоков

Сфера их использования постоянно растет как в быту, так и в промышленном производстве.

Импульсные блоки питания применяются в источниках бесперебойного питания, усилителях, приемниках, телевизорах, зарядных устройствах, для низковольтных линий освещения, компьютерной, медицинской технике и других различных приборах, и устройствах широкого назначения.

Достоинства и недостатки
ИБП имеет следующие преимущества и достоинства:
  • Небольшой вес.
  • Увеличенный КПД.
  • Небольшая стоимость.
  • Интервал напряжения питания шире.
  • Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты. Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

У трансформаторов низкой частоты теряется много энергии, рассеивается тепло во время преобразований. В ИБП максимальные потери возникают при переходных процессах коммутации. В другое время транзисторы устойчивы, они закрыты или открыты. Созданы условия для сохранения энергии, КПД достигает 98%.

Стоимость ИБП снижена из-за унификации элементов широкого ассортимента на роботизированных предприятиях. Силовые элементы из управляемых ключей состоят из полупроводников меньшей мощности.

Технологии импульсов дают возможность применять сеть питания с разной частотой, что расширяет применение блоков питания в различных сетях энергии. Модули на полупроводниках с небольшими габаритами с цифровой технологией имеют защиты от короткого замыкания и других аварий.

Недостатки

Импульсные блоки питания функционируют с помощью преобразования импульсов высокой частоты, создают помехи, уходящие в окружающую среду. Возникает необходимость подавления и борьбы с помехами разными методами. Иногда подавление помех не дает эффекта, и применение импульсных блоков становится невозможным для некоторых типов устройств.

Импульсные блоки питания не рекомендуется подключать как с низкой нагрузкой, так и с высокой. Если на выходе резко упадет ток ниже установленного предела, то запуск может оказаться невозможным, а питание будет с искажениями данных, которые не подходят к диапазону работ.

Импульсные источники питания (ИИП) обычно являются достаточно сложными устройствами, из-за чего начинающие радиолюбители стремятся их избегать. Тем не менее, благодаря распространению специализированных интегральных ШИМ-контроллеров, есть возможность конструировать достаточно простые для понимания и повторения конструкции, обладающие высокими показателями мощности и КПД. Предлагаемый блок питания имеет пиковую мощность около 100 Вт и построен по топологии flyback (обратноходовой преобразователь), а управляющим элементом является микросхема CR6842S (совместимые по выводам аналоги: SG6842J, LD7552 и OB2269).

Внимание! В некоторых случаях для отладки схемы может понадобится осциллограф!

Технические характеристики

Размеры блока: 107х57х30 мм (размеры готового блока с Алиэкспресс, возможны отклонения).
Выходное напряжение: версии на 24 В (3-4 А) и на 12 В (6-8 А).
Мощность: 100 Вт.
Уровень пульсаций: не более 200 мВ.

На Али легко найти множество вариантов готовых блоков по этой схеме, например, по запросам вида "Artillery power supply 24V 3A", "Блок питания XK-2412-24", "Eyewink 24V switching power supply" и тому подобным. На радиолюбительских порталах данную модель уже окрестили "народной", ввиду простоты и надёжности. Схемотехнически варианты 12В и 24В различаются незначительно и имеют идентичную топологию.

Обратите внимание! В данной модели БП у китайцев весьма высок процент брака, поэтому при покупке готового изделия перед включением желательно тщательно проверять целостность и полярность всех элементов. В моём случае, например, диод VD2 имел неверную полряность, из-за чего уже после трёх включений блок сгорел и мне пришлось менять контроллер и ключевой транзистор.

Подробно методология проектирования ИИП вообще, и конкретно этой топологии в частности, тут рассматриваться не будет, ввиду слишком большого объёма информации — см. отдельные статьи.

Далее подробно разберём назначение элементов в схеме.


Импульсный блок питания мощностью 100Вт на контроллере CR6842S.

Назначение элементов входной цепи

Рассматривать схему блока будем слева-направо:

F1Обычный плавкий предохранитель.
5D-9Терморезистор, ограничивает бросок тока при включении блока питания в сеть. При комнатной температуре имеет небольшое сопротивление, ограничивающее броски тока, при протекании тока разогревается, что вызывает снижение сопротивления, поэтому в дальнейшем не влияет на работу устройства.
C1Входной конденсатор, для подавления несимметричной помехи. Ёмкость допустимо немного увеличить, желательно чтобы он был помехоподавляющим конденсатором типа X2 или имел большой (10-20 раз) запас по рабочему напряжению. Для надёжного подавления помех должен иметь низкие ESR И ESL.
L1Синфазный фильтр, для подавления симметричной помехи. Состоит из двух катушек индуктивности с одинаковым числом витков, намотанных на общем сердечнике и включенных синфазно.
KBP307Выпрямительный диодный мост.
R5, R9Цепочка, необходимая для запуска CR6842. Через неё осуществляется первичный заряд конденсатора C4 до 16.5В. Цепь должна обеспечивать ток запуска не менее 30 мкА (максимум, согласно даташиту) во всём диапазоне входных напряжений. Также, в процессе работы посредством этой цепочки осуществляется контроль входного напряжения и компенсация напряжения при котором закрывается ключ — увеличение тока, втекающего в третий пин, вызывает понижение порогового напряжения закрытия ключа.
R10Времязадающий резистор для ШИМ. Увеличение номинала данного резистора уменьшит частоту переключения. Номинал должен лежать в пределах 16-36 кОм.
C2Сглаживающий конденсатор.
R3, C7, VD2Снабберная цепь, защищающая ключевой транзистор от обратных выбросов с первичной обмотки трансформатора. R3 желательно использовать мощностью не менее 1Вт.
C3Конденсатор, шунтирующий межобмоточную ёмкость. В идеале должен быть Y-типа, либо же должен иметь большой запас (15-20 раз) по рабочему напряжению. Служит для уменьшения помех. Номинал зависит от параметров трансформатора, делать слишком большим нежелательно.
R6, VD1, C4Данная цепь, запитываясь от вспомогательной обмотки трансформатора образует цепь питания контроллера. Также данная цепь влияет на цикл работы ключа. Работает это следующим образом: для корректной работы напряжение на седьмом выводе контроллера должно находиться в пределах 12.5 — 16.5 В. Напряжение 16.5В на этом выводе является порогом, при котором происходит открытие ключевого транзистора и энергия начинает запасаться в сердечнике трансформатора (в это время микросхема питается от C4). При понижении ниже 12.5В микросхема отключается, таким образом конденсатор C4 должен обеспечивать питание контроллера пока из вспомогательной обмотки не поступает энергии, поэтому его номинала должно быть достаточно чтобы удерживать напряжение выше 12. 5В пока ключ открыт. Нижний предел номинала C4 следует рассчитывать исходя из потребления контроллера около 5 мА. От времени заряда данного конденсатора до 16.5В зависит время закрытого ключа и определяется оно током, который может отдать вспомогательная обмотка, при этом ток ограничивается резистором R6. Кроме всего прочего, посредством данной цепи в контроллере предусмотрена защита от перенапряжения в случае выхода из строя цепей обратной связи — при превышении напряжения выше 25В контроллер отключится и не начнёт работать пока питание с седьмого пина не будет снято.
R13Ограничивает ток заряда затвора ключевого транзистора, а также обеспечивает его плавное открытие.
VD3Защита затвора транзистора.
R8Подтяжка затвора к земле, выполняет несколько функций. Например, в случае отключения контроллера и повреждения внутренней подтяжки данный резистор обеспечит быстрый разряд затвора транзистора. Также, при корректной разводке платы обеспечит более короткий путь тока разряда затвора на землю, что должно положительно сказаться на помехозащищённости.
BT1Ключевой транзистор. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку.
R7, C6Цепь служит для сглаживания колебаний напряжения на токоизмерительном резисторе.
R1Токоизмерительный резистор. Когда напряжение на нём превышает 0.8В контроллер закрывает ключевой транзистор, таким образом регулируется время открытого ключа. Кроме того, как уже говорилось выше, напряжение при котором будет закрыт транзистор также зависит от входного напряжения.
C8Фильтрующий конденсатор оптопары обратной связи. Допустимо немного увеличить номинал.
PC817Опторазвязка цепи обратной связи. Если транзистор оптопары закроется это вызовет повышение напряжения на втором выводе контроллера. Если напряжение на втором выводе будет превышать 5.2В дольше 56 мс, это вызовет закрытие ключевого транзистора. Таким образом реализована защита от перегрузки и короткого замыкания.

В данной схеме 5-й вывод контроллера не используется. Однако, согласно даташиту на контроллер, на него можно повесить NTC-термистор, который обеспечит отключение контроллера в случае перегрева. Стабилизированный выходной ток данного вывода — 70 мкА. Напряжение срабатывания температурной защиты 1.05В (защита включится при достижении сопротивления 15 кОм). Рекомендуемый номинал термистора 26 кОм (при 27°C).

Параметры импульсного трансформатора

Поскольку импульсный трансформатор это один из самых сложных в проектировании элементов импульсного блока, расчёт трансформатора для каждой конкретной топологии блока требует отдельной статьи, поэтому подробного описания методологии тут не будет, тем не менее для повторения описываемой конструкции следует указать основные параметры используемого трансформатора.

Следует помнить, что одно из важнейших правил при проектировании — соответствие габаритной мощности трансформатора и выходной мощности блока питания, поэтому первым делом, в любом случае, выбирайте подходящие вашей задаче сердечники.

Чаще всего данная конструкция поставляется с трансформаторами, выполненными на сердечниках типа EE25 или EE16, либо аналогичных. Собрать достаточно информации по количеству витков в данной модели ИИП не удалось, поскольку в разных модификациях, несмотря на схожие схемы, используются различные сердечники.

Увеличение разницы в количестве витков ведёт к уменьшению потерь на переключение ключевого транзистора, но повышает требования к его нагрузочной способности по максимальному напряжению сток-исток (VDS).

Для примера, будем ориентироваться на стандартные сердечники типа EE25 и значение максимальной индукции Bmax = 300 мТ. В этом случае соотношение витков первой-второй-третьей обмотки будет равно 90:15:12.

Следует помнить, что указанное соотношение витков не является оптимальным и возможно потребуется корректировка соотношений по результатам испытаний.

Первичную обмотку следует наматывать проводником не тоньше 0.3мм в диаметре. Вторичную обмотку желательно выполнять сдвоенным проводом диаметром 1мм. Через вспомогательную третью обмотку течёт малый ток, поэтому провода диаметром 0.2мм будет вполне достаточно.

Описание элементов выходной цепи

Далее кратко рассмотрим выходную цепь источника питания. Она, в общем-то, совершенно стандартна, от сотен других отличается минимально. Интересна может быть лишь цепочка обратной связи на TL431, но её мы тут подробно рассматривать не будем, потому что про цепи обратной связи есть отдельная статья.

VD4Сдвоенный выпрямительный диод. В идеале подбирать с запасом по напряжениютоку и с минимальным падением. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку.
R2, C12Снабберная цепь для облегчения режима работы диода. R2 желательно использовать мощностью не менее 1Вт.
C13, L2, C14Выходной фильтр.
C20Керамический конденсатор, шунтирующий выходной конденсатор C14 по ВЧ.
R17Нагрузочный резистор, обеспечивающий нагрузку для холостого хода. Также через него разряжаются выходные конденсаторы в случае запуска и последующего отключения без нагрузки.
R16Токоограничивающий резистор для светодиода.
C9, R20, R18, R19, TLE431, PC817Цепь обратной связи на прецизионном источнике питания. Резисторы задают режим работы TLE431, а PC817 обеспечивает гальваническую развязку.

Что можно улучшить

Вышеописанная схема обычно поставляется в готовом виде, но, если собирать схему самому, ничто не мешает немного улучшить конструкцию. Модифицировать можно как входные, так и выходные цепи.

Если в ваших розетках земляной провод имеет соединение с качественной землёй (а не просто ни к чему не подключен, как это часто бывает), можно добавить два дополнительных Y-конденсатора, соединённых каждый со своим сетевым проводом и землёй, между L1 и входным конденсатором C1. Это обеспечит симметрирование потенциалов сетевых проводов относительно корпуса и лучшее подавление синфазной составляющей помехи. Вместе с входным конденсатором два дополнительных конденсатора образуют т.н. «защитный треугольник».

После L1 также стоит добавить ещё один конденсатор X-типа, с той же ёмкостью что у C1.

Для защиты от импульсных бросков напряжения большой амплитуды целесообразно параллельно входу подключать варистор (например 14D471K). Также, если у вас есть земля, для защиты в случае аварии на линии электроснабжения, при которой вместо фазы и нуля фаза попадаётся на оба провода, желательно составить защитный треугольник из таких же варисторов.


Защитный треугольник на варисторах.

При повышении напряжения выше рабочего, варистор снижает своё сопротивление и ток течёт через него. Однако, ввиду относительно низкого быстродействия варисторов, они не способны шунтировать скачки напряжения с быстро нарастающим фронтом, поэтому для дополнительной фильтрации быстрых скачков напряжения желательно параллельно входу подключать также двунаправленный TVS-супрессор (например, 1. 5KE400CA).

Опять же, при наличии земляного провода, желательно добавить на выход блока ещё два Y-конденсатора небольшой ёмкости, включенных по схеме «защитного треугольника» параллельно с C14.

Для быстрой разрядки конденсаторов при отключении устройства параллельно входным цепям целесообразно добавить мегаомный резистор.

Каждый электролитический конденсатор желательно зашунтировать по ВЧ керамикой малой ёмкости, расположенной максимально близко к выводам конденсатора.

Ограничительный TVS-диод будет не лишним поставить также и на выход — для защиты нагрузки от возможных перенапряжений в случае проблем с блоком. Для 24В версии подойдёт, например 1.5KE24A.

В любой электронной системе, работающей от импульсного блока питания, наступает неприятный момент, когда приходится сталкиваться с проблемным выходом его из строя. К сожалению, импульсные радиоэлементы или блоки, как показывает практика, не столь долговечны, как того хотелось бы, поэтому требуют к себе более пристального внимания, а зачастую просто замены или ремонта.

В последнее время многие производители импульсных блоков питания решают вопрос ремонта или замены своего «детища» кардинально. Они просто делают монолитные импульсные блоки, не оставляя практически никаких вариантов начинающим радиолюбителям для их ремонта. Но если вы стали обладателем разборного импульсного блока питания, то в умелых руках и владея определёнными знаниями и элементарными навыками замены радиоэлементов, вы легко сможете самостоятельно продлить срок его службы.

Общие принципы работы импульсных блоков питания

Давайте сначала разберёмся с общим принципом работы любого импульсного блока питания. Тем более что основные рабочие функции и даже выходные напряжения для определённых моделей, которые необходимы для функционирования всей системы (будь то телевизор или другой вариант электронного устройства) у всех импульсников практически одинаковы. Различаются только индивидуальные схематические рисунки и соответственно применяемые радиоэлементы и их параметры. Но это уже не столь важно для понимания общего принципа его работы.

Для простых любителей или «чайников»: общий принцип работы импульсных блоков питания заключается в трансформации переменного напряжения, которое подаётся непосредственно из розетки 220 В в постоянные выходные напряжения для запуска и работы всех остальных блоков системы. Осуществляется такая трансформация с помощью соответствующих импульсных радиоэлементов. Основными из них являются импульсный трансформатор и транзистор, которые обеспечивают рабочее функционирование всех электропотоков. Для проведения ремонта нужно знать как запускается этот блок. А для начала проверить наличие входного рабочего напряжения, предохранитель, диодный мост и так далее.

Рабочий инструмент для проверки импульсных блоков питания

Для ремонта импульсного блока питания, вам потребуется обычный, даже простенький мультиметр, который проверит постоянное и переменное напряжение. С помощью функций омметра, прозвонив сопротивления радиодеталей, вы также можете быстро проверить исправность предохранителей, дросселей, рабочее сопротивление резисторов, «бочонки» электролитических конденсаторов. А также транзисторные диодные переходы или диодные мосты и прочие виды радиоэлементов и их связи в любой электронной схеме (иногда даже не выпаивая их полностью).

Проверять импульсный блок сначала нужно в «холодном» режиме. В этом случае прозваниваются все визуально подозрительные (вздувшиеся или горелые радиодетали), которые поддаются «холодной» проверке без подачи рабочего напряжения. Визуально испорченные радиодетали следует немедленно заменить на новые. Если облезла маркировка воспользуйтесь принципиальной схемой или найдите соответствующий вариант в интернете.

Замену производить нужно только с разрешающим допуском по определённым параметрам, который вы можете найти для любого радиоэлемента в специализированной литературе или в прилагающейся к прибору схеме. Это безопасный метод, потому что импульсные блоки питания очень коварны своими электрическими разрядами.

Не забывайте и то, что при обнаружении нерабочего радиоэлемента, нужно проверить соседние с ним детали. Зачастую резкие перепады напряжения при сгорании одного элемента, влекут за собой выход из строя соседних. В процессе практической деятельности по ремонту определённых моделей вы будете логически вычислять неисправность исходя из результата состояния ремонтируемого объекта. К примеру, даже по определённому запаху (запах тухлых яиц при выходе из строя электролита), при включении по монотонному звуку или треску в процессе работы блока и прочих дефектах, которые могут возникнуть в процессе работы любого электронного прибора.

В рабочем режиме проверка импульсного блока питания возможна только при нагрузке всей системы – не вздумайте отключить нагрузочные шины телевизора при проверке. Можно создать нагрузку искусственным путём с помощью подключения специально собранного нагрузочного эквивалента.

Основные неисправности и методы проверки импульсных блоков питания

Как включить и выставить определённый режим мультиметра каждый может разобраться сам, даже школьник. Перед началом проверки убедитесь в работоспособности сетевого кабеля или выключателя, которые можно определить визуально или с помощью мультиметра. Не забудьте при любой проверке разрядить электролитические конденсаторы. Они накапливают и удерживают довольно приличный заряд на протяжении определённого времени, даже после выключения всей системы.

  1. Для этого закоротите контакт любого электролита, а лучше пройдитесь по всей плате изолированным щупом (с номинальным сопротивлением несколько кОм и мощностью больше 0,5 Вт), который другим концом будет подсоединён к заземлению. Старайтесь заземлять только точечные контакты, не прикасаясь одновременно к двум, иначе можете испортить радиодетали. Иногда таким способом вы сможете убрать «коротыш». Это короткое замыкание в схеме, которое может возникнуть при выходе из строя некоторых элементов блока питания.
  2. Как уже говорилось выше все вздувшиеся и чёрные радиоэлементы нужно сразу заменить на подобные, но не спешите после этого сразу опробовать весь блок. Прозвоните соседние детали и при необходимости замените их.
  3. Прозвонить силовые и выпрямительные мосты (при необходимости выпаять), обычно они выполнены на диодах, которые проверяются омметром и имеют односторонний переход. Для проверки подключите щупы мультиметра ко входу и выходу диода (сначала чёрный щуп к одному контакту, а красный к другому, а затем меняя местами), вы должны убедиться, что он не пробит. То есть, вы должны увидеть определённое числовое показание мультиметра, когда подключите щупы в правильном направлении плюс и минус. Единица будет означать исправность перехода в обратном направлении (т. е. непробитый переход). Таким способом нужно проверить все сомнительные детали с диодными переходами.

Возможные причины выхода из строя импульсного блока питания и необходимая замена нерабочих радиоэлементов:

  1. При сгорании предохранителя весь блок обесточивается. Заменить перегоревший контакт очень просто. Используйте обычный проволочный волосок, который наматывается поверх предохранителя или припаивается непосредственно к его контактам. Необходимо учитывать толщину волоска, которая рассчитана на определённую силу тока. Иначе вы рискуете в последующем вывести из строя весь импульсный блок, если предохранитель не сработает.
  2. Если полностью отсутствует выходное напряжение, возможно, неисправен соответствующий конденсатор или дроссель, который нужно заменить или поменять обмотку. Для этого нужно размотать повреждённый провод и намотать новый с соответственным количеством витков и подходящим сечением. После чего самодельный дроссель впаивается на своё рабочее место.
  3. Проверить все диодные мосты и переходы. Как это сделать описано выше. Не забывайте при установке новых деталей производить самостоятельную, а главное, качественную пайку.

Самостоятельная и качественная пайка

  1. Предметы первой необходимости при ремонте это паяльник, канифоль и «отсос». Отсос – механический (или электрический) прибор, который применяется во время выпаивания элементов и служит для предотвращения перегрева во время пайки. Принцип его работы заключается в резком втягивании в себя расплавленного олова, которое при сильном нагреве может вывести радиоэлемент из строя. Особенно это касается интегральных микросхем, которые очень чувствительны к таким температурным скачкам. Отсосы бывают механические и электрические. Хорошо и правильно подобранный по мощности паяльник в сочетании с отсосом являются отличным тандемом для качественной пайки.
  2. Для выпаивания и обратной установки необходимых радиоэлементов можно пользоваться не только паяльником и отсосом, но и термовоздушной паяльной станцией. Её несложно соорудить и самому. Обычный вентилятор можно использовать в качестве нагнетателя, а спираль буде нагревающим элементом. Схема на тиристоре будет оптимальным вариантом для регулировки температуры. Такая станция ещё удобна и для прогрева всех подозрительных и некачественных паек, которые могут стать причиной появления микротрещин, и как результат – плохого контакта.

Правильная и качественная пайка является одним из основополагающих навыков, которым должен овладеть любой начинающий радиолюбитель. От этого зависит конечный результат всего ремонта и срок дальнейшей эксплуатации отремонтированного прибора.

Основные этапы ремонта импульсных блоков питания

  1. Несмотря на то что практически все импульсные блоки питания работают почти по одному принципу, схематические схемы для разных моделей электроприборов могут существенно различаться. Поэтому прежде чем приступить к ремонту постарайтесь найти электрическую принципиальную схему именно на тот объект, который собираетесь ремонтировать. Это поможет и для замеров конкретных рабочих напряжений в определённых точках, чтобы быстрее понять и найти неисправный элемент в цепи.
  2. Как бы теоретически вы ни были подкованы в этой области, без практических навыков вам не обойтись. Элементарные знания и практическое использование мультиметра или осциллографа, а также практические навыки по замене радиоэлементов с помощью паяльника и припоя вам просто необходимы в процессе ремонта.
  3. Если первые два этапа выполнены и вы готовы начать – разберите и почистите устройство с помощью пылесоса и произведите визуальную проверку блока (обратите внимание на вздутые конденсаторы, гарь и прочие механические дефекты).
  4. Проверьте электроприборами соответствие рабочих напряжений согласно схеме или просто подозрительные радиоэлементы. Осциллографом определите соответствие необходимых пульсаций в контрольных точках. После этого делайте выводы и производите необходимые замены.

Возможные неисправности типовых импульсных блоков питания на примере телевизора или компьютера:

  • Если нет свечения светодиода дежурного режима телевизора, прозвоните сетевой шнур и предохранитель блока питания. Когда они в порядке проверьте дальше выпрямительный мост, транзисторы, стабилитроны и выходные напряжения микросхемы. Не забудьте устранить возможные «коротыши». А также можете пойти от обратного. Для этого замерьте выходные напряжения, которые должны подаваться на остальные блоки и если найдёте несоответствие – проверяйте всю цепочку в обратном порядке. Включайте при этом не только измерительные приборы, но и свою логику. Для этого, конечно, нужны теоретические знания работы тока в конкретном блоке. Но если вы имеете представление хотя бы о простых законах Ома – сделать это будет несложно.
  • Для ремонта компьютерного блока питания можно начать с обычных первоначальных проверок любого электроблока. Маленькое отступление и совет: убедитесь в точности своей диагностики. Если вы неуверены в правильности своих выводов по поводу неисправности того или иного блока – просто замените его на заведомо исправный. Если замена устранила дефект или сделала работоспособной систему, значит, вы не ошиблись и можете смело приступать к ремонту заменяемого блока. Для этого проверяются все предохранители и диодные переходы. Проверка обмоток трансформатора тоже будет не лишней. Запомните одно, и это, главное. Даже если вы не имеете понятия о процессах, происходящих, в радиоэлементах под воздействием разного тока, научитесь просто читать электрическую схему и по ней измерять и сравнивать нужные напряжения и делать логические выводы. Это как разгадывание кроссворда – занимательно и интересно.

Неисправности импульсных блоков питания на 12 вольт

Сложность замены любого импульсного блока питания на 12 В заключается в поиске нужной модели, а они очень многообразны. Поэтому найти такой блок с нужным выходным напряжением и силой тока не всегда представляется возможным, если он быстро понадобился. Иногда проще, при незначительной поломке, восстановить его работоспособность самому. Вот некоторые советы для этого:

  • Если полностью пропало выходное напряжение нужно вскрыть корпус и проверить электролитический конденсатор со средней ёмкостью до 70 мкФ. При выходе его из строя он обычно вспучивается, хотя дополнительно можно проверить и мультиметром.
  • Также проверяется предохранитель и выпрямительный мост, который часто выходит из строя при сетевых перегрузках.
  • После замены неисправных радиодеталей проверьте соседние, которые могли пострадать от большого выхода энергии сгоревших деталей.

Надеемся, эта статья дала общее представление об устройстве импульсных блоков питания. А, возможно, даже и заинтересовала многих начинающих радиолюбителей, которые хотят повысить свои профессиональные навыки.

Как настроить импульсный блок питания

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.

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.

СБОРКА И НАЛАДКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА IR2153 IR2155

Практическую часть статьи рассмотрим на примере схемы №2 первой части сатьи и чтобы не перепрыгивать туда-сюда расположим здесь принципиальную схему данного блока питания:

Принципиальная схема импульсного блока питания на микросхеме IR2153 (IR2155)

Начинать сборку все равно с чего – либо с монтажа элементов на плату, либо с изготовления моточных деталей. Мы начнем с монтажа, поэтому лучше изучить чертеж расположения деталей повнимательней, к тому же некоторые элементы отличаются от предложенных на принципиальной схеме.
Например номиналы резисторов R16 и R18 отличаются чуть ли не в полтора раза. В данном случае номиналя этих резисторов не принципиальны и могут располоагаться в пределах от 33 кОм до 100 кОм, поскольку служать прежде всего для разрядки конденсатора С4 при снятии напряжения питания. Второстепенную роль, которую они выполняют, это формировании виртуального нуля, т.е. создания половины первичного напряжения, что немного предпочтительней простого соеднинения С13 и С14 с шинами питания.
Резисторы R14 и R17 – формируют небольшую задержку немного увеличивая время реакции системы защиты. Номиналы этих резисторов могут располагаться от 33 Ом до 180 Ом.

С13 и С14 – предназначены для развязки по постоянному напряжению обмотки трансформатора, на схеме 1 мкФ, на плате 2,2 мкФ. При частоте преобразования 60 кГц реактивное сопротивление конденсатора на 1 мкФ будет составлять Хс = 1 / 2пFC = 5,3 Ома, учитывая то, что по "схемному" вариант по переменному напряжению получается паралельное соединение, т.е. получается 2 мкФ, то реактивное сопротивление составит 2,7 Ома. При протекании через это сопротивление тока в 2 А на конднесаторе будет условное "падение" напряжения всего в 2,7 Ома х 2 А = 5,4 В, что составляет 1,8 %. Другими словами выходное напряжение блока питания будет изменяться менее чем на 2 % под нагрузкой и без нее за счет реактивного сопротивление конденсаторов. При использовании конденсаторов на 2,2 мкФ в качестве С13 и С14 реактивное сопротивление составляет 1,2 Ома и под нагрузкой оно изменится на 0,8 %. Учитывая то, что напряжениесети может колебаться до 7% и это считается нормой изменения в 0,8 – 2 % врядли кто заметит, поэтому можно использовать конденсаторы от 1 мкФ до 4,7 мкФ, правда в эту плату габариты емкостей на 4,7 мкФ уже не будут слишком велики.
Сопротивление R20 может колебаться в гораздо бОльших пределах, поскольку его номинал зависит от потребляемого вентилятором принудительного охлажедения и полученным в конечном итоге выходного напряжения.
Сомнения в итоговом напряжении не напрасны, поскольку силовой трансформатор высокочастотный и имеет небольшое количество витков, а мотать дробные части витка довольно проблематично. Для примера рассмотрим случай, когда первичная обмотка составляет 17 витков. Прилагаемое к ней напряжение равно 155 В (после выпрямителя на VD1 получается 310 В, следовательно половина напряжение питания и есть 155 В). Воспользуемся пропорцией U перв / Q перв = U втор / Q втор , где U перв – напряжение на первичной обмотке, Q перв – количество витков первичной обмотки, U втор – напряжение вторичной обмотки, Q втор – количество витков вторичной обмотки и выясним, какие вторичные напряжения мы можем получить:
155 / 17 = ? / 5, где " ? " – выходное напряжение. Если во вторичной обмотке у нас будет 5 витков, то выходное напряжение будет составлять 45 В, если вторичка будет 4 витка, то выходное напряжение трансформатора составит 36 В.
Как видите получить напряжение ровно 40 вольт уже проблематично – нужно мотать 4,4 витка, а реальность показывает, что использовать обмотки не кратные половине витка довольно рискованно – можно намагнитить трансформатор и потерять силовые транзисторы.
В конечном итоге после монтажа компонентов печатная плата блока питания приобретет следующий вид:

На плате пока нет диодных мостов, силовых транзисторов, радиатров и моточных деталей, о которых сейчас и поговорим. При изготовлении импульсных блоков питания не стоит забывать о скин эффекте, который проявляется при протекании через проводник высокочастотного сигнала. Смысл этого эффекта заключается в том, что чем выше частота переменного напряжениея, тем меньше протекает ток через середину проводника, т.е. ток как будто стремится выйти на поверхность. Отсюда и название SKIN -кожа, шкура. По этому для высокочастотных трансформаторов необходимое от протекающего тока сечение получают методом сложения в жгут нескольких проводников меньшего диаметра, тем самым существенно снижая скин эффект и увеличивая КПД преобразователя.
Самым популярным способом сложения проводников является витой жгут. Определившись с длиной провода, необходимого для обмотки (одинарным проводм мотают необходимое количество витков и добавляют к полученной длине еще 15-20%) необходмое количество проводов растягиваю на эту длину а затем при помощи дрели и воротка свивают в один жгут:

Изготовление ленточного жгута более трудоемко – провода растягивают в непосредственной близости другу к другу и склеивают полиуритановым клеем, типа "МОМЕНТ КРИСТАЛЛ". В результате получается гибкая лента, намоитка которой позоволяет добится наибольшей плотности намотки:

Перед намоткой ферритовое кольцо следует подготовить. Прежде всего необходимо закруглить углы, поскольку они с легкостью повреждают лак на обмоточном проводе:

Затем необходимо кольцо изолировать, поскольку феррит имеет достаточно низкое сопротивление и в случае повреждения лака на обмоточном проводе может произойти межвиитковое замыкание. В середине, на азднем плане кольцо обмотано обычной бумагой для принтера, справа – бумага пропитана эпоксидным клеем, в середине спереди – наиболее предпочтительный материал – фторопластовая пленка:

Так же кольца можно обматывать матерчатой изолентой, но она довольно толстая и существенно сокращает размер окна, а это не очень хорошо.
Используя в качестве сердечника ферритовое кольцо обмотку необходимо равномерно распределить по всему сердечнику, что довольно существенно увеличивает магнитную связь обмоток и уменьшает создаваемые импульсным трансформатором электро-магнитные помехи:

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

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

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

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

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

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

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

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

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

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

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

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

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

Причины появления помех в бытовой сети:

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

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

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

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

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

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

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

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

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

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

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

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

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

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

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

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

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

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

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

Его энергия расходуется:

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

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

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

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

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

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

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

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

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

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

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

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

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

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

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

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

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

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

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

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

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

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

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

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

Пушпульная схема: важные особенности

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

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

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

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

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

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

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

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

Схема стабилизации напряжения: как работает

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

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

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

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

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

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

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

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

В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

Номинальная температура окружающей среды относится к соотношению между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды в приложении и фактической мощностью после требуемого снижения номинальных характеристик, если это необходимо. Многие производители указывают номинальные характеристики блоков питания для температуры окружающей среды 40 ° C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (т. Е. 60 Вт), применима только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с окружающей температурой не выше 40 ° C.Если агрегат эксплуатируется при температуре выше 40 ° C, мощность агрегата должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50 ° C. В этом примере конструкция 60 Вт при 40 ° C будет переоценена на 30 Вт при температуре окружающей среды 45 ° C и неработоспособна при 50 ° C. Однако блоки питания Micron рассчитаны на работу при температуре до 60 ° C и имеют паспортную табличку. Конструкция Micron все еще может работать при температурах выше 60 ° C, но ее необходимо постепенно снижать по мере приближения температуры окружающей среды к 70 ° C. Это важно в двух отношениях.Во-первых, технический специалист должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с подходящей конструкцией источника питания, чтобы избежать перегрузки источника питания. Во-вторых, покупатель источника питания должен обращать внимание на различия в номинальных рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку различия в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительны, следовательно, более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.

Также важно понимать разницу между «рабочим диапазоном» и «рабочим диапазоном мощности».Многие производители указывают «рабочий диапазон» для своих источников питания от -20 до 70 C, хотя конструкция с 40 C не обеспечивает мощность выше 49 C. Если возникают какие-либо вопросы относительно пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график кривой зависимости температуры / мощности, который должен отображать точку и диапазон требуемого снижения мощности для устройства.

Цепь регулируемого импульсного источника питания

- 50 В, 2.5 ампер

Объясненная схема переменного импульсного источника питания разработана на основе встроенного контроллера импульсного источника питания типа L4960 от SGS. Основные характеристики этого импульсного регулятора можно резюмировать из следующих данных:

Основные характеристики

  1. Диапазон входного напряжения: 9-50 В постоянного тока
  2. Регулируемое выходное напряжение от 5 до 40 В.
  3. Максимально доступный выходной ток составляет: 2,5 Амперы.
  4. Максимально возможная выходная мощность: 100 Вт.
  5. Интегрированная схема плавного пуска.
  6. Стабилизированный внутренний эталонный уровень с запасом ± 4%
  7. Работает с небольшим количеством внешних компонентов.
  8. Коэффициент заполнения: 0-1.
  9. Высокий КПД, η до 90%.
  10. Имеет внутреннюю тепловую защиту от перегрузки.
  11. Включает внутренний ограничитель тока, который обеспечивает полную защиту от короткого замыкания.

Характеристики выводов микросхемы показаны на следующем рисунке.L4964 заключен в эксклюзивный 15-контактный корпус, рассчитанный на работу с током до 4 А.

Работа встроенной схемы плавного пуска и ограничителя тока показана на нижеприведенных чертежах сигналов соответственно.

Цепь отключения при перегреве в L4960 срабатывает, как только температура корпуса ИС поднимается выше 125 ° C. Из соображений безопасности рекомендуется использовать схему импульсного источника питания с трансформаторной схемой.

Входное переменное напряжение на печатную плату поступает от вторичной обмотки сетевого трансформатора, что означает, что постоянный ток на ИС как минимум на 3 В выше необходимого выходного напряжения с максимально возможным выходным током.Понятно, что трансформатор по сути представляет собой тороидальную модель.

Описание схемы

Упрощенная схема

На приведенных выше схемах показана конструкция секции переменного тока сетевого трансформатора и импульсный источник питания постоянного тока, соответственно. Напряжение переменного тока со стороны вторичной обмотки поступает на отдельные входы на плате питания, а центральный отвод подключается к линии заземления.

Нерегулируемое входное напряжение Ui для ИС поступает через двухполупериодную схему выпрямителя, состоящую из пары диодов 1N5404, D1-D2 на 3 А, а также конденсатора фильтра Ct.Цепь, состоящая из R1-C3-C4, показывает усиление замкнутого контура регулирования. Другой каскад схемы, использующий C2 -R2, сконфигурирован для генерации частоты генератора приблизительно 100 кГц.

Конденсатор C5 C5 фактически выполняет две функции: он определяет время плавного пуска, как показано на изображении сигнала выше, а также средний ток короткого замыкания. Вход обратной связи L4962 соединен с переходом делителя выходного напряжения R3 -R4. Выходное напряжение Uo L4960 определяется с помощью следующих вычислений

Uo = 5.1 [(R 3 + R4) / R3] при условии, что Ui - Uo ≥ 3 В.

Обратите внимание, что наименьшее значение Ui должно быть 9 В., мы можем получить фиксированное выходное напряжение 5,1 В (± 4 %) сразу после удаления R3 и замены R4 с помощью короткой ссылки. Если R3 выбран с фиксированным значением 5K6, R4 индивидуально определяет выходное напряжение:

Uo = 9 В: R4 = 4K3
Uo = 12 В: R4 = 7K6
Uo = 15 В: R4 = 10K
Uo = 18 V: R4 = 14K
Uo = 24 V: R4 = 20K

Конструкция может быть преобразована в источник питания с регулируемым режимом переключения, используя R3 = 6K8 и дополнив R3 потенциометром 25K.Диод D3 встроен для защиты ИС. Этот быстрый выпрямитель ограничивает отрицательные выбросы на входе индуктора до безопасного уровня от 0,6 до 1 В для каждого периода выключения внутреннего выходного транзистора ИС.

Если бы D3 не было, это привело бы к опасному повышению потенциала вывода 7 ИС до многих вольт ниже потенциала земли. Индуктор L1 вместе с диодом D3 и конденсатором C6 C7 действует как понижающий преобразователь для регулирования выхода в коммутируемом режиме, тем самым вызывая гораздо меньшее тепловыделение по сравнению с любой другой линейной ИС-схемой, такой как LM338.

Конструкция

Компактная дорожка печатной платы и компоновка компонентов могут быть визуализированы на следующем изображении.

Собрать плату на самом деле очень просто. Начните с выбора резисторов R3 и R4, как упоминалось ранее. Сначала соберите детали, которые находятся вокруг центра печатной платы, например, R1… R4 включительно, а также C2 C5.

Перед тем, как приступить к пайке деталей, убедитесь, что регулятор IC1 и силовой диод D1 зажаты винтом / гайкой вплотную к одному общему радиатору, как показано на изображении накладки компонентов.

Не забудьте обеспечить хорошую электрическую изоляцию радиатора от металлического язычка интегральной схемы, используя более толстую слюдяную шайбу и втулку из пластикового материала. Вы можете использовать тип BYV28 для диода D3 .. Какой бы тип диода ни был выбран, убедитесь, что изоляция микрофона выполнена с помощью прибора для проверки целостности цепи!

Вставьте контакты ICI и D3 в соответствующие отверстия на печатной плате так, чтобы радиатор плотно прилегал к поверхности печатной платы. Теперь припаяйте выводы и отрежьте от них оставшуюся ненужную часть выводов.После этого установите остальные детали, L1, CI, C6, C7, Cs, D1 и D2.

Убедитесь в правильности ориентации и полярности контактов диода и электролитических конденсаторов. Следует проявлять чрезмерное внимание, чтобы предотвратить любую возможность короткого замыкания между обмоткой сердечника дросселя и радиатором IC. Рекомендуется закрепить L1 с помощью центрального нейлонового болта и гайки.

Тестирование и эффективность

Начните процедуру тестирования с проверки размещения, изоляции и направления каждого компонента на печатной плате, прежде чем подключать плату к проводам вторичной стороны трансформатора.

Следует отметить, что этот регулируемый импульсный источник питания требует постоянного подключения нагрузки на выходе для оптимальной работы. Когда на SMPS подается напряжение 30 В переменного тока и нагрузка 2 А, подключенная к выходному напряжению 5 В, температура радиатора не должна превышать примерно 60 ° C при комнатной температуре.

Ожидаемый КПД схемы в таких условиях составляет около 68%. КПД повышается до 80% при Uo = 10 В, 85% при Uo = 15 В, до 87% при Uo = 25 В, и все это при номинальной нагрузке 2 А.

Лист данных

Три типа демпфирующей цепи импульсного источника питания

1. Что такое демпферная цепь импульсного источника питания?

Демпферная цепь также называется абсорбционной цепью, которая является важной схемой защиты для силовых электронных устройств. Он состоит из катушек индуктивности, конденсаторов, резисторов, переключателей питания и других компонентов, которые могут защитить нормальную работу схемы. Существует множество форм демпфирующих цепей, которые можно разделить на несколько категорий в соответствии с различными стандартами классификации для адаптации к различным типам импульсных источников питания.

По моменту действия демпферной цепи ее можно разделить на демпферную цепь выключения и демпферную цепь включения. Демпферная цепь выключения может поглощать перенапряжение при выключении или коммутационное перенапряжение для уменьшения потерь мощности при выключении, в то время как демпферная цепь включения используется для подавления тока при включении импульсного источника питания. Если объединить две демпфирующие цепи, она образует композитную демпфирующую цепь.

Пассивные и активные демпфирующие цепи классифицируются по типам компонентов.Цепи активного демпфера содержат больше компонентов, и их структура относительно сложна. Пассивная буферная схема не имеет схемы управления и управления, имеет более простую структуру и широко используется.

С точки зрения того, генерирует ли демпферная цепь потери, ее можно разделить на цепи с потерями и цепи без потерь. Существует множество классификаций демпфирующих цепей, и необходимо определить фактическое использование.

1.1 Необходимость и функция демпферной схемы импульсного источника питания

Чтобы избежать этой ситуации, можно исходить из двух аспектов.Один из способов - уменьшить паразитную емкость переключающего преобразователя. Другой метод - добавить в схему демпфирующую цепь, чтобы замедлить ток или напряжение, чтобы уменьшить повреждения, вызванные перегревом импульсного источника питания. По сравнению с предыдущим методом добавление демпфирующей цепи более экономично и осуществимо. Функция демпфирующей схемы достигается за счет улучшения траектории переключения силового полупроводникового устройства. Он может подавить перенапряжение и перегрузку по току импульсного источника питания, уменьшить потери импульсного источника питания и обеспечить безопасную и надежную работу импульсного источника питания.

1.2 Основная идея разработки демпфирующей схемы импульсного источника питания

Существует множество конструктивных форм демпферных цепей импульсного источника питания, но основная идея состоит в том, чтобы попытаться сделать так, чтобы анодный ток импульсного источника питания медленно увеличивался при включении. включено, а анодное напряжение медленно возрастает при выключении, уменьшая потери мощности во время процесса переключения.Поэтому избегается одновременное воздействие на переключаемый тиристор сверхтока и перенапряжения во время процесса проводимости и блокировки тиристора, что приведет к чрезмерному нагреву устройства и, в конечном итоге, к его повреждению.

Демпферная цепь может подавлять скорость увеличения тока за счет использования характеристики, согласно которой ток индуктора не может внезапно измениться, чтобы достичь цели медленного увеличения анодного тока импульсного источника питания при включении устройства. Характеристика, заключающаяся в том, что напряжение конденсатора не может внезапно измениться, используется для управления скоростью нарастания напряжения устройства, чтобы достичь цели медленного повышения анодного напряжения при выключении устройства.

2. Тип импульсной демпфирующей цепи источника питания

2.1 Демпферная цепь УЗО

Демпферная цепь УЗО состоит из резистора (Rs), конденсатора (Cs) и диода (VDs) . Резистор (Rs) и диод (VDs) могут быть подключены последовательно или параллельно. Его основная функция - подавление перенапряжения, возникающего при выключении устройства, и ограничение du / dt для уменьшения потерь при выключении устройства.

Когда демпферная цепь УЗО отключает импульсный источник питания, ток нагрузки будет шунтироваться при прохождении через резистор (Rs) и конденсатор (Cs), уменьшая ток в цепи.Кроме того, энергия, запасенная в паразитной индуктивности, может быть заряжена паразитной емкостью в импульсном источнике питания, так что коммутируемое напряжение растет медленно. Когда напряжение на паразитной индуктивности и паразитной емкости одинаково, абсорбционный диод VD будет включен, так что коммутируемое напряжение останется на уровне примерно одного вольт.

В то же время паразитная индуктивность может также заряжать конденсатор, так что, когда переключатель включен, он может поглощать конденсатор для зарядки резистора Rs.Резистор Rs играет роль в подавлении тока разряда. По прошествии некоторого времени напряжение на конденсаторе близко к нулю и готово к отключению источника питания. Демпферная цепь УЗО может снизить напряжение в импульсном источнике питания для достижения цели защиты цепи. Это демпферная схема с простейшей конструкцией и самой низкой стоимостью, поэтому она широко используется. Однако напряжение ограничения этой демпфирующей схемы будет изменяться с изменением нагрузки схемы.Если параметры демпфера определены необоснованно, демпфирующая схема не достигнет желаемого эффекта и импульсный источник питания выйдет из строя. Кроме того, потери в демпфирующей цепи УЗО относительно велики, что влияет на прикладной эффект схемы.

2.2 Демпферная цепь ЖК-дисплея

Демпферная цепь ЖК-дисплея состоит из индуктивности Lr, конденсатора Cs, Cr и диода VD1, VD2, VD3. Поскольку демпферная схема ЖК-дисплея не использует активные устройства и не содержит энергопотребляющих компонентов, это означает, что она почти не генерирует потерь, поэтому ее также называют пассивной демпфирующей схемой без потерь.

Функция буферной схемы ЖК-дисплея состоит в том, чтобы уменьшить скорость нарастания тока и напряжения на трубке главного переключателя, начать с нуля, заставить трубку переключателя работать в состоянии квазинулевой проводимости тока и квазинулевого напряжения в выключенном состоянии и уменьшить потери при включении и выключении. Существует множество широко используемых методов для демпфирующих схем ЖК-дисплея. Один из них состоит в том, чтобы подключить индуктивность последовательно с переключающей трубкой, чтобы при включении импульсного источника питания ток в контуре мог увеличиваться только от нуля, чтобы достичь цели защиты цепи и снижения потерь.Конденсатор также может быть подключен параллельно трубке переключателя, так что при переключении источника питания напряжение на трубке переключателя может только медленно повышаться от нуля, так что схема не может сразу генерировать перенапряжение при выключении, поэтому как добиться эффекта буферизации. Структура демпфирующей схемы ЖК-дисплея такая же простая, как и демпферная цепь УЗО, но она имеет больше преимуществ, чем демпфирующая цепь УЗО. Его эффективность буферизации очень высока, электромагнитные помехи в цепи небольшие, наряду с низкой стоимостью, хорошими характеристиками и высокой надежностью.

2.3 Схема рекуперативного демпфера с рекуперацией энергии

Поглощенная энергия в цепи рекуперативного демпфера может прямо или косвенно передаваться обратно в источник питания постоянного тока и нагрузку без каких-либо управляемых переключающих устройств и связанных цепей управления. Он имеет функцию управления и улучшения траектории работы переключающего устройства таким образом, чтобы он располагался в безопасной рабочей зоне переднего и заднего хода, уменьшая коммутационные потери и электромагнитный шум силового устройства, а также улучшая возможности перегрузки по току и перенапряжения устройство.Когда импульсный источник питания включен, паразитная емкость (Cs) может быть разряжена через диод, емкость передачи (Co) и резонансный контур индуктивности поглощения переключателя. Часть энергии на Cs может подаваться обратно в импульсный источник питания через диоды, трансформаторы и т. Д., Чтобы уменьшить пиковый резонансный ток и сыграть роль в защите цепи. Когда импульсный источник питания отключен, большая часть энергии в катушке индуктивности Ls может передаваться конденсатору, и только небольшая часть возвращается обратно в источник питания.Таким образом, на трубке переключателя не будет больших скачков напряжения, и она эффективно зажата, чтобы уменьшить нагрузку на трубку переключателя. Хотя конструкция демпфирующей цепи с рекуперацией энергии более сложна, она может обеспечить стабильную и эффективную работу оборудования большой мощности в большей степени, чем другие демпфирующие цепи.

Заключение

С развитием технологии силовой электроники импульсные источники питания имеют тенденцию быть меньше и легче.А добавление в схему демпфирующей схемы может снизить нагрузку на электроэнергию во время переключения устройства. Схема демпфера теперь стала неотъемлемой частью схемы и играет жизненно важную роль.

PCBWay предоставляет услуги, включая изготовление прототипов печатных плат и серийное производство, сборку печатных плат (SMT), проектирование печатных плат и продажу электронных модулей. Мы стремимся удовлетворить потребности мировых производителей из разных отраслей в отношении качества, доставки, рентабельности и любых других требовательных запросов в области электроники.

Щелкните, чтобы получить мгновенное предложение

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсный источник питания (SMPS), разработанный для приложений светодиодного освещения, представляет собой драйвер светодиода, который использует импульсный стабилизатор для преобразования выпрямленной мощности постоянного тока в заданную величину мощности постоянного тока. Драйверы светодиодов SMPS представляют собой наиболее эффективное и технически совершенное решение для управления током светодиодов. Современные светодиодные осветительные приборы, особенно те, которые предназначены для высокопроизводительных приложений, предъявляют высокие требования к способности водителя эффективно преобразовывать электрическую мощность из источника переменного тока в нагрузку постоянного тока с выходными сигналами, соответствующими электрическим характеристикам светодиодов.Несмотря на растущую стоимость и ограничения форм-фактора при проектировании светодиодных светильников, импульсные источники питания по-прежнему являются наиболее предпочтительным типом преобразователей мощности для управления высокопроизводительными светодиодными светильниками.

Требования к питанию светодиодов

Светодиод - это полупроводниковый диод, который принимает только прямое напряжение от положительно заряженного электрода к отрицательно заряженному электроду. Когда диод смещен вперед, положительные дырки в p-области и отрицательные электроны в n-области рекомбинируют в зоне обеднения (p-n переход) и испускают свет.Большинство светодиодных фонарей получают питание от сети переменного тока в форме переменного тока. В нагрузке переменного тока напряжение синусоидально изменяется от положительного до отрицательного значения. Когда светодиод подключен к источнику переменного тока напрямую, электрический ток течет через p-n переход только тогда, когда амплитуда формы волны переменного тока положительна. Это означает, что светодиод будет включаться в течение каждого полупериода сигнала переменного тока и будет иметь мертвое время, когда он не смещен в прямом направлении. Видимое мерцание будет происходить с частотой 100 Гц (для сети переменного тока с синусоидальной частотой 50 Гц) или с частотой 120 Гц (для сети переменного тока с синусоидальной частотой 60 Гц).Для того чтобы светодиод выдавал непрерывный выходной сигнал, на нагрузку светодиода должен подаваться постоянный прямой ток, который является постоянным током. Светодиод - это низковольтное устройство, которое обычно работает от 1,5 до 4,5 вольт. Следовательно, постоянный ток, выпрямляемый из напряжения питания переменного тока, необходимо регулировать в соответствии с нагрузкой светодиода.

Как работает светодиодный драйвер SMPS

SMPS обычно представляет собой драйвер светодиода AC-DC, но своим названием обязан переключающему преобразователю DC-DC, который принимает выпрямленное напряжение постоянного тока и выдает стабилизированный выход постоянного тока.Драйвер может включать в себя выпрямитель, схему фильтра пульсаций и импульсный стабилизатор. Выпрямитель настроен на преобразование (двухполупериодное выпрямление) переменного тока в постоянный. Схема фильтра пульсаций, которая обычно использует конденсатор на выходе выпрямителя, предназначена для сглаживания полусинусоидальных выступов, известных как пульсации, в постоянное напряжение постоянного тока, которое напоминает плавное непрерывное напряжение, поступающее от батареи. Выпрямленная мощность постоянного тока подается в импульсный регулятор для преобразования постоянного тока в постоянный.Этот импульсный стабилизатор обеспечивает функцию повышения или понижения при подрезке нежелательного пикового напряжения и поддержании практически постоянного выходного сигнала независимо от изменений сопротивления нагрузки и входного напряжения.

Что такое импульсный регулятор

Как упоминалось выше, импульсный стабилизатор - это в основном преобразователь постоянного тока в постоянный. Этот регулятор напряжения использует один или несколько переключающих элементов для преобразования нерегулируемого постоянного тока в импульсную форму волны, которая затем сглаживается с помощью элемента накопления энергии.Обычно он содержит полупроводниковый переключатель и элемент накопления энергии, который может быть индуктивностью, емкостью или их комбинацией. Полупроводниковый переключатель обычно представляет собой силовой переключатель, такой как металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET) или биполярный переходный транзистор (BJT). Преобразователь постоянного тока в постоянный регулирует свое выходное напряжение, переключая силовой транзистор между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ на высоких частотах. Когда силовой транзистор находится в режиме «ВКЛ», ток в конденсаторе или катушке индуктивности нарастает, и энергия накапливается.Когда силовой транзистор выключается, эта энергия выделяется в нагрузку.

Частота переключения или рабочий цикл регулируется контроллером с частотно-импульсной модуляцией (PFM) или с широтно-импульсной модуляцией (PWM), который контролирует контур управления с обратной связью и точно настраивает частоту для компенсации колебаний выходной нагрузки и входного напряжения. изменения. Частота переключения обычно находится в диапазоне 50-400 кГц, что дает справедливый компромисс между эффективностью (коммутационные потери), размером и стоимостью. Высокая частота переключения устраняет необходимость в большой катушке индуктивности или конденсатора, но увеличивает коммутационные потери в цепи.С другой стороны, чем ниже частота переключения, тем меньше будут потери при переключении, однако для этого требуется большая катушка индуктивности или конденсатор.

Топологии SMPS

Блоки питания с переключаемым режимом

имеют различные варианты топологии, включая понижающий, повышающий, понижательно-повышающий, обратный, полумостовой, полный мост, прямой преобразователь, двухтактный и т. Д. В дополнение к соображениям стоимости, эффективности и форм-фактора, Тип используемой топологии очень часто зависит от характеристик, например, диэлектрическая изоляция входа и выхода, фильтрация пульсаций, возможность работы с несколькими выходами, коэффициент мощности, гармоники (шум), автономные возможности, диапазон диммирования, напряжение и текущая нагрузка на мощность полупроводники и входное напряжение, подаваемое на первичную обмотку трансформатора или катушку индуктивности.В зависимости от топологии выход SMPS может регулироваться постоянным током или постоянным напряжением.

Выключатель питания в преобразователе переключаемого типа регулируется схемой управления на основе изменений входного напряжения, сопротивления нагрузки и различных внутренних параметров. Следовательно, необходимо будет рассмотреть и методы контроля. Процессом преобразования мощности импульсного источника питания можно управлять различными способами, в том числе:

  • Режим непрерывной проводимости
  • Контроль напряжения с аналоговым / цифровым компенсатором
  • Прерывистый или граничный режим проводимости
  • Максимальный ток управления
  • Гистерезисное регулирование тока
  • Резонансный контроль
  • Постоянно работающий контроль

Бак

Понижающая схема - это понижающий преобразователь, который регулирует входное постоянное напряжение до желаемого постоянного напряжения для бортовых стабилизаторов с выходной мощностью менее 100 Вт (хотя он способен регулировать выходную мощность более одного киловатта).Для этого простого типа преобразователя постоянного тока обычно требуется одна катушка индуктивности и два полупроводниковых переключателя, либо два полевых МОП-транзистора, либо полевой МОП-транзистор и диод. Топология понижающей схемы может быть реализована с использованием ряда методов управления током, которые включают синхронное переключение, гистерезисное управление, управление пиковым током и управление средним током. Такой тип топологии достаточно эффективен (90–95%) и экономичен. Понижающий преобразователь очень похож на линейный регулятор, но он более предпочтителен, чем линейный регулятор для управления светодиодными светильниками, входное напряжение которых намного выше, чем выходное напряжение.Напряжение нагрузки понижающего драйвера должно составлять не менее 85% от напряжения питания, учитывая, что максимальный рабочий цикл для надежной работы понижающей схемы обычно составляет около 85%. Стабилизатор с понижающей топологией обеспечивает наилучшее динамическое управление током светодиода и хорошо справляется с замыканием на вход и замыканием на землю. Топология понижающей схемы не обеспечивает изоляцию между входными и выходными цепями.

Boost

Повышающий преобразователь предназначен для управления выходом с напряжением как минимум на 50% выше входного.В повышающих цепях рабочий цикл менее 50% может привести к повреждению цепи из-за неконтролируемого тока. Для повышающего преобразователя на основе индуктора обычно требуется один индуктор, который должен накапливать достаточно энергии для поддержания выходного тока на нагрузке в течение всего периода переключения. Эти повышающие преобразователи управляются схемой контроллера либо в режиме непрерывной проводимости (CCM), либо в режиме прерывистой проводимости (DCM). Во время цикла «ВКЛ» нагрузка отключается от тока катушки индуктивности, поэтому часто требуется большой выходной конденсатор для поддержания тока и минимизации электромагнитных помех и пульсаций переключения светодиодов (поскольку выходной ток представляет собой импульсную форму волны).Большой выходной конденсатор и необходимость управления с обратной связью могут усложнить ШИМ-регулирование яркости. Топология Boost имеет КПД 90-95% и небольшое количество деталей. Регуляторы повышения обычно используются для повышающих приложений на уровне платы (т. Е. Неизолированных) и всегда должны быть снабжены защитой от перенапряжения, чтобы выдерживать разрушительные переходные процессы перенапряжения.

Бак-буст

Понижающий-повышающий преобразователь генерирует выходное напряжение, которое может быть как выше, так и ниже напряжения питания. Существует два варианта топологии повышающего-понижающего преобразователя: несимметричный преобразователь индуктивности первичной обмотки (SEPIC) и преобразователь Cuk.SEPIC - это повышающий преобразователь с понижающим управляющим переключателем, общим с регулятором повышения. Этот однокнопочный преобразователь использует конденсатор для блокировки любой составляющей постоянного тока между входом и выходом и, таким образом, обеспечивает неинвертированную выходную энергию связи. Для схемы SEPIC требуются два идентичных индуктора или двухобмоточный индуктор, две обмотки которого намотаны на общий магнитный сердечник для экономии площади цепи. Преобразователь Cuk похож на SEPIC, за исключением того, что он имеет инвертированный выход. Два индуктора, которые работают в режиме непрерывной проводимости, подключены последовательно к входу и выходу, в то время как выходной индуктор схемы SEPIC подключен к земле.Эта конструкция автоматически отфильтровывает высокочастотные сигналы в центральном узле. Топология понижающе-повышающего напряжения также не обеспечивает изоляцию от сети переменного тока.

Обратный ход

Обратный ход может быть изолированным или неизолированным. Неизолированный обратный стабилизатор - это преобразователь постоянного тока в постоянный, в котором используется индуктор с одной обмоткой, который в основном представляет собой повышающий понижающий преобразователь. Изолированный регулятор обратного хода использует две или три обмотки в силовом индукторе для обеспечения гальванической развязки и повышенной безопасности.Схема обратного хода представляет собой преобразователь режима прерывистой проводимости, который накапливает энергию в трансформаторе, в то время как ток нагрузки подается от конденсатора выходного фильтра. Возможность обеспечить полную изоляцию между входными и выходными цепями делает драйверы светодиодов на основе обратного хода предпочтительным выбором для управления светодиодными лампами и светильниками с металлическим корпусом, а также для приложений, где для конечных пользователей может существовать опасность поражения электрическим током. Обратный трансформатор также обеспечивает накопление энергии и масштабирование напряжения, позволяя регулятору легко генерировать несколько выходных сигналов с небольшими затратами на дополнительные схемы.Третья обмотка, называемая бутстрапом или вспомогательной обмоткой, в трехобмоточном обратном преобразователе используется для питания управляющей ИС. Для реализации обратной связи по выходному напряжению обычно используется оптопара. На практике доказано, что обратный преобразователь обеспечивает КПД около 90%.

Зачем нужны импульсные блоки питания?

Преимущество светодиодных драйверов SMPS заключается в том, что они расходуют гораздо меньше энергии и работают намного холоднее, чем линейные драйверы светодиодов, которые просто выбрасывают избыточную электроэнергию в виде тепла. В коммутируемом режиме работы полупроводниковый переключатель имеет очень низкое сопротивление в состоянии «ВКЛ», и поэтому падение напряжения на его пути питания минимально.Высокая эффективность преобразования мощности делает драйверы светодиодов SMPS особенно привлекательными для систем освещения высокой мощности, которые имеют жесткие ограничения на эффективность системы и тепловые нагрузки. Импульсные источники питания способны выдавать точное выходное напряжение при различных условиях входного напряжения. Это очень привлекательная функция в эпоху цифрового освещения, поскольку различные приложения для управления освещением, такие как настраиваемое белое освещение и смешение цветов RGB, требуют точной регулировки выходной мощности. Используя такие топологии, как понижающее усиление и обратное вращение, драйверы светодиодов SMPS могут работать в широком диапазоне напряжений питания, например.грамм. универсальный вход между 100 В и 277 В.

Недостатки

Импульсный источник питания - это довольно сложная схема, в которой обычно используются катушки индуктивности (или трансформаторы), переключающие транзисторы, конденсаторы и связанная управляющая электроника. Для поддержания стабильного выхода часто требуется сложная схема компенсации. Схема также может генерировать более сильные пульсации тока, которые необходимо сглаживать с помощью конденсаторов. Резко увеличиваются не только общая стоимость и объем драйвера светодиода, но и сложность схемы может привести к снижению надежности.Электролитические конденсаторы, которые могут высохнуть при нагревании, являются основной причиной выхода из строя драйверов светодиодов. Поскольку импульсные источники питания работают в высокочастотном переключателе, неизбежно возникает относительно высокий уровень электромагнитных помех (EMI). Соответственно, обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) источника питания светодиодов стало дополнительной проблемой, требующей решения.

Рекомендации по компоновке печатных плат для импульсных источников питания и регуляторов | Блог

Захария Петерсон

| & nbsp Создано: 19 мая 2021 г.

Источники питания и регуляторы бывают любых форм и размеров.Хотя обычно они рассматриваются как разные продукты, они электрически эквивалентны, в частности, импульсные регуляторы. С точки зрения системы высокого уровня, секция импульсного регулятора в источнике питания и фактическая схема регулятора выполняют одни и те же функции в рамках одной и той же блок-схемы.

Для источника питания это просто вопрос масштаба и того, как регулятор интегрируется с другими блоками преобразования мощности в системе. Секция импульсного регулятора в источнике питания и схема импульсного регулятора на печатной плате должны быть расположены в соответствии с одними и теми же общими рекомендациями для обеспечения работы с низким уровнем шума.

В следующих разделах я хочу вкратце остановиться на различиях источников питания и регуляторов, хотя это уже должно быть ясно большинству разработчиков. Источник питания будет (или должен) включать в себя регулятор мощности, но регулятор может быть отдельной схемой, которая не является частью того, что мы могли бы назвать источником питания. Для блока питания и для печатной платы со встроенным регулятором компоновка импульсного регулятора будет основным фактором, определяющим общую производительность системы. Поэтому мы подробно рассмотрим некоторые рекомендации по компоновке импульсных источников питания с точки зрения компоновки регуляторов.

Рекомендации по компоновке системы для импульсных источников питания

Прежде чем рассматривать секцию регулятора импульсного источника питания, мы должны сначала взглянуть на блок-схему высокого уровня всей системы. Если вы разрабатываете блок питания, то весь блок будет иметь топологию, показанную ниже. Это особенно важно для блока питания, который потребляет переменный ток от сетевой розетки.

Блок-схема высокого уровня для импульсного источника питания.

Приведенная выше блок-схема может быть реализована на нескольких платах, хотя обычно все размещают на одной плате, чтобы оставить место для больших трансформаторов, радиаторов, вентиляторов и механических креплений, особенно для источников питания высокого напряжения / тока.Если вы разрабатываете небольшой регулятор для платы, которая будет подключаться к блоку питания, то вы в любом случае будете работать в указанной выше топологии, у вас просто будет заземление между выходным регулятором и вашим новым регулятором. Опять же, это обычное явление для сильноточных источников питания.

Есть еще несколько моментов, которые следует обсудить на приведенной выше диаграмме:

Гальваническая развязка

На приведенной выше блок-схеме у нас есть три отдельных области заземления, связанных вместе заглушками.Не слепо следуйте этому руководству с крышками: не существует единой техники заземления печатной платы, которая бы устраняла все источники шума, и вы должны быть осторожны с вышеуказанным использованием крышек. Это показано, чтобы проиллюстрировать один метод обеспечения постоянного потенциала земли во всех регионах земли; это один из рекомендуемых методов заземления в промышленных системах Ethernet. Идея состоит в том, чтобы заблокировать любой потенциал постоянного тока, который может возникнуть между двумя заземляющими частями

.

Опасность здесь заключается в создании контуров заземления и синфазных помех, которые затем необходимо фильтровать.Связывание заземления таким образом - это в основном то, что делается, когда у вас есть металлическое шасси, в то время как пластиковые корпуса оставляют землю изолированной. Это становится непросто и требует тщательного проектирования схемы и компоновки печатной платы, чтобы пройти все тесты на ЭМС.

Выходной каскад

Гальваническая развязка на выходном каскаде не требуется; это зависит от топологии регулятора постоянного тока (см. наглядный пример обратноходового преобразователя). Также часто на выходе устанавливают схему фильтра кондуктивных электромагнитных помех или дроссель синфазного сигнала для подавления синфазных токов, достигающих цепей нагрузки.Помимо этих пунктов, каскад регулятора выходной мощности будет построен с использованием лучших практик для конкретной топологии регулятора. Я расскажу об этих более широких идеях компоновки регулятора ниже.

Выходной каскад блока питания не может быть конечным регулятором в системе. Вместо этого можно было бы питать другой регулятор или серию регуляторов, каждый из которых будет обеспечивать заданное напряжение при некотором максимальном токе для группы компонентов. Опять же, это можно сделать на одной плате или на нескольких платах (одна для блока питания, другая для ступеней регулятора):

Схема распределения питания импульсного блока питания.

Вышеупомянутое дерево мощности показывает регуляторы, подключенные параллельно (в гирляндной цепи), но они также могут быть включены в каскадную топологию дерева. Такое отображение тока в вашей PDN весьма полезно, поскольку оно помогает вам быстро построить график, сколько тока каждая последующая ступень регулятора будет вносить вклад в общий ток в PDN. Затем общий ток и отдельные токи будут определять размер шин питания или силовой панели, необходимых для передачи достаточного тока в каждую секцию системы.

Расположение каждого блока схемы

Теперь, когда мы видим общую архитектуру системы, мы можем понять, как расположить каждый схемный блок в импульсном источнике питания и в системе в целом, чтобы обеспечить низкий уровень электромагнитных помех и безопасность.При создании макета печатной платы подумайте о всей блок-схеме:

  • Разметка по секциям: Как и другие платы с несколькими функциональными блоками, попробуйте разложить плату источника питания по секциям. Это нормально делать это линейно, переходя от входа к выходу на блок-диаграмме.
  • Планирование компоновки с обратной связью: Иногда, например, в прецизионных сильноточных стабилизаторах, вы будете иметь некоторую обратную связь между секциями. Используйте оптопары, чтобы перекрыть разрыв в земле между каждой секцией.
  • Следуйте путям возврата заземления: Если есть какие-либо рекомендации, которые являются универсальными в конструкции печатных плат, это, вероятно, «следуйте пути возврата заземления». Для источников питания это очень важно для определения мест, где могут развиваться синфазные токи, и для обеспечения низких индуктивностей контура в каждой секции источника питания.
  • Обратите внимание на шины высокого и высокого напряжения: Конструкция для высокого напряжения и высокого тока иногда смешивают. Максимальная разность потенциалов между двумя проводниками будет определять их минимальное расстояние (см. IPC-2221), а ток, проводимый проводником, будет определять его ширину, необходимую для обеспечения низкой температуры (см. IPC-2152 для внутренних слоев или для внешних слоев).
Оптопары - это небольшие ИС, которые можно использовать для передачи данных или считывания сигналов через две гальванически изолированные области заземления. Эта оптопара (U4) используется в LLC-резонансном преобразователе как часть контура обратной связи с усилителем считывания тока для точной настройки частоты переключения преобразователя.

Работая над частью проектирования PDN, вы также должны подумать о том, как каждая секция будет заземлена и как заземления могут быть связаны вместе, чтобы обеспечить постоянный опорный потенциал.Как я уже упоминал выше, это очень важно для предотвращения электромагнитных помех. Это нужно сделать до того, как вы начнете работать над разводкой печатной платы.

Советы по компоновке импульсного регулятора источника питания

После того, как вы выбрали компоненты для регулятора, создали схемы и разработали стратегию заземления / распределения питания, вы можете начать продумывать компоновку печатной платы. Компоновка печатной платы для импульсного регулятора мощности - это все о компромиссах: вам нужно сбалансировать размер проводника и требования к зазору, но вам нужно, чтобы все было компактно.

Мы разместили в этом блоге несколько руководств по определению топологий конкретных регуляторов. Вместо того, чтобы перебирать все эти возможности, в приведенном ниже списке показаны некоторые общие рекомендации, которые будут применяться в вашей системе.

  1. Всегда соблюдайте правила минимального зазора и ширины дорожки для вашей системы.
  2. Делайте все линии обратной связи для измерения напряжения / тока короткими с максимально прямой разводкой.
  3. Вам, вероятно, придется сгруппировать некоторые управляющие и сенсорные компоненты вокруг ИС драйвера и контроллера, поэтому убедитесь, что между ними установлены короткие соединения; эти компоненты можно сгруппировать в ограниченном пространстве (см. ниже).
  4. Рассмотрите толстую медь или даже печатную плату с металлическим сердечником, если вы проектируете на большой ток.
  5. Не бойтесь использовать многоугольники в качестве монтажных площадок для компонентов или разъемов. Будьте осторожны с привязкой непосредственно к плоскости, так как вам могут понадобиться термостаты.
  6. Несмотря на то, что регуляторы могут иметь очень высокий КПД, они все равно могут нагреваться. Не забудьте освободить место на схеме для любых радиаторов (если они есть) на ИС. Другой вариант - использовать термоинтерфейсный материал.
Некоторые части схемы импульсного источника питания могут быть очень плотными и иметь более широкие направляющие / многоугольники.Не бойтесь использовать эти элементы, чтобы обеспечить работу при безопасной температуре и создать схему с низкой индуктивностью.

Конкретные рекомендации по компоновке вашего импульсного регулятора будут зависеть от топологии, количества компонентов, наличия обратной связи и стратегии заземления. Надеюсь, вы подумали о заземлении, чтобы предотвратить электромагнитные помехи и обеспечить необходимую изоляцию, прежде чем приступили к разводке печатной платы. Чтобы увидеть некоторые более конкретные рекомендации для вашего конкретного регулирующего органа, взгляните на некоторые из этих других ресурсов:

Что мы не освещали?

Очевидно, что в приведенном выше списке рекомендаций по компоновке импульсных источников питания и схем регуляторов есть что учесть.Так чего же не хватает? Есть несколько важных аспектов регулирования и доставки мощности, которые не представлены в приведенном выше обсуждении:

  • Импеданс PDN: Если вы проектируете не с использованием высокоскоростных / высокочастотных компонентов, вам, вероятно, не нужно беспокоиться об импедансе PDN. Просто убедитесь, что используете толстые рельсы питания и много засыпки земли. Если вы проектируете для высокой скорости / высокой частоты, то низкий импеданс PDN очень важен для подавления пульсаций, что обычно достигается за счет большого количества развязывающих конденсаторов и высокой межплоскостной емкости.
  • Источник питания EMI: Я уже упоминал об этом выше. Каждый раз, когда вы создаете разводку печатной платы, вы должны думать о том, чтобы обеспечить низкий уровень электромагнитных помех, но многое нужно сделать для подавления электромагнитных помех и прохождения тестов на электромагнитную совместимость, помимо маршрутизации с низкой индуктивностью контура. Я расскажу о некоторых из этих моментов в статье, посвященной электромагнитным помехам в источниках питания.
  • Аналоговая мощность: Здесь мы рассматриваем импульсные преобразователи, обычно обсуждаемые в контексте цифровых ИС. А как насчет аналоговых компонентов? Их энергетические потребности могут быть самыми разными.Цифровые ИС, которые являются источниками аналогового / радиосигнала, обычно делают это изнутри. Однако существуют специализированные LDO (например, NCP161BMX280TBG) или импульсные регуляторы (например, LTC3388IMSE-1).

Существует также вопрос выбора компонентов, таких как выбор катушки индуктивности для обеспечения низких электромагнитных помех и синфазной помеховой связи, а также для обеспечения низкого тока пульсаций. Последний пункт в приведенном выше списке также очень важен, потому что чисто аналоговые схемы не будут иметь такой же стиль компоновки, как регулятор мощности или встроенный источник питания для цифровых систем.Когда вы работаете на чрезвычайно высоких частотах, с проблемами источника питания RF справиться труднее из-за паразитной емкости, аналогичной той, что наблюдается в нестабильных схемах усилителя. Это еще одна тема, которая мне нравится, но я оставлю для другого поста в блоге.

Этот простой регулятор может работать с умеренной мощностью на двухслойной печатной плате. Прочтите статью Марка Харриса, чтобы продолжить работу над этим проектом.

Используя лучшие инструменты проектирования печатных плат в Altium Designer®, вы можете реализовать рекомендации по компоновке для импульсных источников питания, которые я здесь обрисовал.У вас также будут инструменты, необходимые для поиска микросхем регуляторов, компонентов для более крупных схем регуляторов и других компонентов для вашей системы. Для более сложных расчетов, связанных с кондуктивными или излучаемыми электромагнитными помехами, пользователи Altium Designer могут использовать расширение EDB Exporter для импорта своего проекта в решатели поля ANSYS. Эта пара решателей полей и приложений для проектирования поможет вам проверить макет перед тем, как начать создание прототипа.

Когда вы закончите проектирование и захотите передать файлы производителю, платформа Altium 365 ™ облегчит совместную работу и обмен вашими проектами.Мы лишь коснулись поверхности того, что можно делать с Altium Designer на Altium 365. Вы можете проверить страницу продукта, чтобы получить более подробное описание функций или один из веб-семинаров по запросу.

Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

Автор З. М. Петерсон и пуля; 4 мая 2020

От интегральных схем до больших источников питания от дискретных компонентов, ваша следующая печатная плата будет нуждаться в какой-то схеме регулирования мощности для правильной работы.Нам нравится думать, что источники питания всегда обеспечивают плавный выход переменного или постоянного тока, но это почти никогда не бывает. Прецизионные аналоговые системы и цифровые системы нуждаются в стабильном, предсказуемом выходном напряжении с высокой эффективностью.

Имея это в виду, что определяет эффективность, стабильность и выходную мощность в конструкции импульсного источника питания? Мы можем свести это к пяти областям:

  • Топология коммутационного преобразователя
  • Вспомогательная схема
  • Выбор компонентов
  • Частота переключения
  • Импеданс ПДН

Последние два пункта выше обычно являются второстепенными при проектировании импульсных источников питания, но они наиболее важны для систем низкого уровня, таких как маломощные устройства IoT и прецизионные аналоговые системы.Вот что вам нужно знать о конструкции импульсных источников питания.

Советы по проектированию импульсных источников питания

Системы постоянного тока низкого уровня

Типичный импульсный источник питания для маломощных / низкоуровневых цифровых систем может содержать схемы управления в небольшом корпусе ИС. В этом случае ваша главная задача - обеспечить, чтобы ваш нерегулируемый вход оставался в правильном диапазоне. Для систем с батарейным питанием напряжение батареи будет падать по мере разряда батареи, поэтому вам необходимо убедиться, что выходное напряжение будет оставаться при желаемом напряжении / токе для поддержания работы системы.Типичная топология заключается в размещении стабилизатора LDO на выходном каскаде, который будет обеспечивать постоянное выходное напряжение и ток, пока его входное напряжение выше требуемого запаса. Обычно вам нужно разместить входные и выходные цепи фильтра электромагнитных помех, а также индуктивность и конденсатор, необходимые для регулирования выходной мощности. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о различных топологиях преобразователей постоянного тока, которые вы можете использовать, а также о том, как выходной сигнал соотносится с рабочим циклом и пульсацией выходного сигнала.

Системы высокой мощности

Для высокого напряжения / низкого тока или для низкого напряжения / высокого тока вы можете приобрести микросхемы импульсных стабилизаторов, которые будут включать в себя необходимые вам схемы регулятора.В этом случае вам необходимо следовать той же стратегии для компоновки и выбора компонентов, что и при работе с низким энергопотреблением. Доступны ИС импульсного регулятора, которые обеспечивают диапазон выходной мощности и могут принимать широкий диапазон входов.

Для систем большой мощности (высокого напряжения и большого тока) ситуация совершенно иная. Вам нужно будет разметить каждый функциональный блок в проекте импульсного источника питания с нуля. Обычно необходимо учитывать следующие аспекты конструкции, чтобы система вырабатывала желаемую выходную мощность:

  • Генератор ШИМ. Устанавливает выход для понижающей, повышающей, пониженно-повышающей топологии преобразователя на определенный уровень в зависимости от рабочего цикла. В современных ИС регуляторов генератор ШИМ может быть программируемым и интегрированным в преобразователь. В других случаях вы можете подавать сигнал ШИМ с помощью MCU или отдельной ИС генератора.

  • Схема управления с обратной связью. Цепи управления обычно полагаются на обратную связь для точного управления, и конструкция импульсного источника питания ничем не отличается.В системах большой мощности обычно используется усилитель считывания тока для проверки того, что выходной ток находится на желаемом уровне. Выходной усилитель затем используется генератором ШИМ или микроконтроллером для регулировки выходного напряжения путем регулировки рабочего цикла сигнала ШИМ.

  • Прочные компоненты. Последнее, что вам нужно, это отказ вашей системы питания из-за того, что ваши компоненты не могут выдерживать ток / напряжение, которые они должны подавать. Полупроводники (в частности, полевые транзисторы, используемые в импульсных источниках питания) могут выйти из строя при чрезмерном перегреве (тепловой отказ).
  • Температурный менеджмент. Даже регулятор мощности с КПД 99% достигнет высокой температуры, если система не отводит тепло. Для охлаждения системы обычно требуются радиаторы, вентиляторы или и то, и другое.

Эталонный дизайн импульсного источника питания от компании Maxim Integrated. Обратите внимание на отдельные драйверы IC, MOSFET и пассивные элементы на плате.

Если вы проектируете преобразование мощности постоянного тока с источником питания переменного тока, лучше всего включить схему коррекции коэффициента мощности (PFC) для сети переменного тока.Это гарантирует, что каскад импульсного регулятора в вашем источнике питания будет потреблять почти синусоидальный источник тока, а не потреблять ток короткими импульсами. Это увеличивает общий коэффициент мощности всего регулятора, что, в свою очередь, снижает количество энергии, теряемой в виде тепла (т.е. более высокий КПД).

Выбор частоты переключения ШИМ

Частота переключения сигнала ШИМ в вашем импульсном источнике питания будет определять уровень потерь, поскольку этот сигнал отвечает за модуляцию напряжения затвора в управляющем МОП-транзисторе.Использование более высокой частоты приводит к более частому включению и выключению полевого МОП-транзистора, что затем позволяет меньше накапливаться в полевом МОП-транзисторе. Однако скорость фронта также имеет решающее значение, поскольку она определяет, достаточно ли модулирован канал MOSFET в выключенном состоянии. При низкой скорости фронта МОП-транзистор может оставаться проводящим, даже если сигнал ШИМ упал до 0 В.

Используя более высокую скорость фронта, вы можете глубже перевести полевой МОП-транзистор в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, что затем снизит тепловые потери в секции импульсного регулятора.Сочетание более высокой частоты ШИМ и более высокой частоты фронтов ШИМ позволяет использовать в цепи регулятора компоненты меньшего размера. Однако компромисс между кондуктивными и излучаемыми электромагнитными помехами больше, поскольку сигнал ШИМ будет излучать на более высоких частотах. Частоты ШИМ ~ 100 кГц являются типичными для большинства источников питания, но высокоэффективный импульсный источник питания можно было бы сделать более эффективным и использовать более мелкие компоненты, когда частота ШИМ доведена до 1 МГц с фронтовой частотой ~ 1 нс.

Установка ШИМ-переключения выше частоты спада для вашего импульсного регулятора предотвратит передачу шума переключения на выход регулятора.Частота спада определяется на принципиальной схеме базового повышающего преобразователя, показанной ниже. Обратите внимание, что вы можете использовать большую частоту переключения ШИМ, если вы можете использовать меньшие компоненты в своем импульсном стабилизаторе. Вы можете узнать больше об этом в одной из моих недавних статей в блоге Altium PCB Design Blog.

Импульсный источник питания с понижающим преобразователем и уравнением частоты спада.

Изоляция и импеданс PDN

Один момент, который мы специально не обсуждали, - это изоляция в конструкции импульсного источника питания.Изоляция питания - отличный способ добавить меры безопасности к вашей энергосистеме. Эта часть конструкции источника питания, а также включение обратной связи управления в изолированной системе достаточно обширна для отдельной статьи.

Чтобы узнать больше об импедансе PDN и его влиянии на цифровые и аналоговые системы, вы можете прочитать другие статьи в блоге NWES:

Для вашей разводки обязательно следуйте стандартам IPC-2221 и IPC-2158, чтобы ваши дорожки не достигли чрезмерно высокой температуры, а также для предотвращения электростатического разряда между оголенными проводниками.Эти советы лишь касаются поверхности конструкции источника питания, но подходящая дизайнерская фирма может помочь вам создать совместимую компоновку, которую можно производить в любом масштабе.

В NWES мы создали цифровые и аналоговые системы малой мощности, а также системы постоянного тока большой мощности с различными топологиями импульсных источников питания. Мы знаем, как создать высококачественную полностью технологичную компоновку печатной платы для вашей системы. Мы здесь, чтобы помочь производителям электроники разрабатывать современные печатные платы и создавать передовые технологии.Мы также напрямую установили партнерские отношения с компаниями EDA и передовыми производителями печатных плат, и мы позаботимся о том, чтобы ваш следующий макет был полностью производимым в любом масштабе. Свяжитесь с NWES для консультации.



Готовы приступить к следующему дизайнерскому проекту?




Прессман, Абрахам, Биллингс, Кейт, Мори, Тейлор: 9780071482721: Amazon.com: Книги

Абрахам Прессман был всемирно известным консультантом по энергоснабжению, чей опыт варьировался от офицера армейских радаров до четырех десятилетий инженера-конструктора аналогово-цифровых устройств. Кейт Биллингс - практикующий инженер с более чем 40-летним опытом проектирования импульсного силового оборудования. Тейлор Мори Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо. Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гуэлфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году.Во время 5-летнего пребывания в Мексике он свободно владел испанским и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором журнала статьи аспирантов-биологов для публикации в реферируемых научных журналах. Ранее в своей карьере он работал в IBM Canada над мэйнфреймами и в студии Global TV в Торонто.

Авторы McGraw-Hill представляют ведущих экспертов в своих областях и стремятся улучшить жизнь, карьеру и интересы читателей во всем мире

Абрахам Прессман был всемирно известным консультантом по энергоснабжению, чей опыт варьировался от офицера армейской радиолокационной станции до четырех десятилетий работы в качестве специалиста по электроснабжению. аналого-цифровой инженер-конструктор.

Кейт Биллингс - практикующий инженер с более чем 40-летним опытом проектирования импульсного силового оборудования. Тейлор Мори Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо. Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гуэлфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году.Во время 5-летнего пребывания в Мексике он свободно владел испанским и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором журнала статьи аспирантов-биологов для публикации в реферируемых научных журналах. Ранее в своей карьере он работал в IBM Canada над мэйнфреймами и в студии Global TV в Торонто.

Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо.Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гвельфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году. Побывав в Мексике, он свободно владел испанским и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором статей аспирантов-биологов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *