Простой ибп своими руками схема – Простейший ИБП

Содержание

РадиоКот :: ИБП за копейки!

РадиоКот >Лаборатория >Аналоговые устройства >

ИБП за копейки!

Всем привет! Как то захотел я собрать усилитель на TDA7294. И друг продал за копейки корпус. Такой черный, красивый, а в нем когда то жил спутниковый ресивер 95-х годов. И как на зло ТС-180 не помещался, не хватило по высоте буквально 5 мм. Начал смотреть в сторону тороидального трансформатора. Но увидел цену, и как то сразу перехотелось. И тут же в глаз пал компьютерный БП, думал перемотать, но снова же куча регулировок, защит по току, брррр. Начал гуглить схемы импульсных блоков питания, большая плата, куча деталей, лень вообще что то делать стало. Но случайно на форуме нашел тему о переделке электронных трансформаторах Ташибра. Почитал так, вроде ничего сложного.

На следующий день поехал хоз-маг и купил пару подопытных. Одна така цацка стоит 40 грн.

Тот что сверху  BUKO.
Снизу копия Ташибры, только имя сменилось.
Между собой они немного различаются. У ташибры например 5 витков у вторичной обмотке, а у BUKO 8 витков. У последнего еще немного плата побольше, с дырками под установку доп. деталей.
Но доработка обоих блоков идентична!

Во время доработок нужно быть предельно осторожным, т.к. на транзисторах присутствует сетевое напряжение.
И если вы случайно коротнете выход, и транзисторы сделают новогодний салют я не виноват, все вы делаете на свой страх и риск!
Рассмотрим схему.

Все блоки от 50 до 150 ватт идентичны, отличаются только мощностью деталей.
В чем состоит доработка?
1) Необходимо добавить электролит после сетевого диодного моста. Чем больше - тем лучше. Я поставил 100 мкф на 400 вольт.
2) Необходимо поменять обратную связь по току на связь по напряжению. Зачем? А затем что бп запускается только с нагрузкой, а без нагрузки он не запустится.
3) Перемотать трансформатор (при необходимости).
4) Установить на выходе диодный мост (например КД213, импортные шоттки приветствуются) и конденсатор.

В синему кружку катушка обратной связи по току. Необходимо выпаять ее 1 конец, и на плате ее замкнуть. Сделали КЗ на плате? Значить идем дальше!
Потом берем кусок витой пары на силовой трансформатор мотаем 2 витка и на трансформатор связи мотаем 3 витка. На концы припаиваем к резистору 2.4-2.7 ом 5-10W. Подключаем лампочку на выход и ОБЯЗАТЕЛЬНО лампочку на 150 ватт в разрыв сетевого провода. Включаем - лампочка не засветилась, убираем ее, снова включаем и видим что лампочка на выходе светится. А если не засветилась то нужно провод в трансформатор звязи завести с другой стороны. Посветила лампочка теперь выключаем. НО перед тем как что то делать обязательно разрядите сетевой конденсатор резистором на 470 ом!!

Я собирал БП для стерео УНЧ на TDA7294. Соответственно мне нужно перемотать его на напряжение 2Х30 вольт.
На трансформаторе 5 витков. 12V/5вит.=2,8 вит/вольт.
30V/2,8V=11витков. Тоесть нам надо намотать 2 катушки по 11 витков.
Выпаиваем трансформатор из платы, снимаем 2 витка из транса, и соответственно сматываем вторичную обмотку. Потом я намотал катушки обычным многожильным проводом. Сразу одну катушку, потом вторую. И соединяем начала обмоток или концы и получаем средний отвод.
Тоесть таким образом мы можем намотать катушку на необходимое напряжение!
Частота блока питания с ОС по напряжению 30 кгц.
Потом я собрал диодный мост из КД213, поставил электролиты и обязательно надо керамику!!!
Как соединять катушки, и какие возможные вариации можно посмотреть на схеме из соседней статьи.

Запомните - при замыканию выхода бп горит! Я сам спалил один раз. Сгорели, диоды, транзисторы и резисторы в базе! Заменил их и бп благополучно начал работать!

Ну и теперь пару фотографий готового БП для УНЧ.

Красным обозначено место закорачивания ОС по току.

Вот еще есть вариация для шуруповерта. Трансформатор тут я не перематывал. Просто его поднял вертикально, и сбоку прилепил диодный мост. Все это дело установил в коробку из аккумулятора. И сзади поставил кнопку для выключения.

Резистор припаян на плату в свободный пятачок. Желательно применять резисторы на 10W т.к. он греется во время работы! 

Таким образом мы получаем отличный ИБП за копейки, который можно применить куда угодно!!! 


Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Двухтактный ИБП своими руками | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Двухтактный ИБП своими руками




     Изготовим простой, но достаточно надежный преобразователь – инвертор своими руками. Рабочая схема такого инвертора или, говоря по другому, импульсного блока питания ИБП, изображена на рисунке. Эта схема является классической и с небольшими изменениями и дополнениями повсеместно используется.
      Своей целью в рекомендации к изготовлению этого преобразователя я считаю изготовление простого и доступного для каждого начинающего электрика – любителя, электронного прибора. При некотором практическом  навыке это несложно, хотя и придется приложить немного усилий и «потратить нервов».


     Зададимся целью создать источник питания постоянного напряжения на 15 вольт и мощностью 20 ватт в нагрузке. Можно задаться любым выходным напряжением и мощностью.


     Схема состоит из нескольких узлов: выпрямителя, устройства запуска, генератора импульсов, выходного устройства.

     Выпрямитель. Представляет из себя преобразователь переменного напряжения 220 вольт 50 герц в постоянное напряжение 310 вольт. Резистор R1 служит для ограничения первоначального броска тока заряда конденсатора С1. Переменное напряжение выпрямляется диодами D1 – D4 и сглаживается электролитическим конденсатором С1.

     Устройство запуска представляет из себя генератор пилообразного напряжения и состоит из резистора R2 конденсатора С2 и стабилитрона D7.

Импульсы  от этого генератора подаются на базу ключевого транзистора Т2.
Генератор запускающих импульсов работает только в момент пуска, а потом выключается.
     Генератор прямоугольных импульсов преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение высокой частоты 30 — 45 килогерц.

Трансформатор Тр1 служит для подачи импульсов управления на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.


Выходной трансформатор Тр2 преобразует высокое переменное напряжение в низкое выходное переменное напряжение (согласно коэффициента трансформации).

     Выходное устройство, это два выпрямительных диода (Д9 и Д10) и сглаживающие конденсаторы (С5 и С6).

     Сразу после включения питания 220 вольт, начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7) (точка 1). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора  Т2 (точка 2). Происходит запуск автогенератора.

     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора  Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы (точка 3).

     С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9, Д10 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсаторами С5 и С6. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

     Предпочтение такой схемы двухполупериодного выпрямления ( с двумя диодами), перед схемой с помощью мостика, состоит в большем КПД выпрямительного устройства.

     Рабочее напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторах Т1 и Т2, не  превышает напряжения питания 310 вольт.
     Откуда берутся эти 310 вольт?

     Действующее значение переменного напряжения в сети Uд = 220 вольт, а амплитудное значение напряжения равно: Uа = Uд  х √2 = 220 х 1,41 = 310 вольт.
     Электролитический конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения этого напряжения Uа = 310 В.
     В рабочем состоянии, под нагрузкой, это напряжение падает до величины, примерно 290 – 295 вольт. Это напряжение также зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость С1, тем  напряжение на конденсаторе ближе к 310 вольтам.
     Напряжение на первичной обмотке ферритового трансформатора Тр2 составляет половину напряжения питания. Примем, для расчета, напряжение на С1 — 290 вольт. Один конец первичной обмотки соединен со средней точкой делителя из конденсаторов С3 и С4, которая имеет потенциал равный U = 290/2 = 145 вольт, то есть половину Uпит. Второй конец обмотки w1 (точка 3) — переключаемый узел эмиттер — коллектор силовых транзисторов Т1 и Т2.


На напряжение питания U = 145 вольт мы и будем рассчитывать выходной ферритовый трансформатор Тр2, об этом необходимо помнить.
     Генератор импульсов работает в режиме автогенерации. В этой схеме задействована цепь обратной связи ОС по напряжению (Тр2, w3 – R5 – Тр1, w3). Напряжение обратной связи с обмотки w3 выходного трансформатора Тр2 поступает на обмотку w3 трансформатора Тр1 через гасящий резистор R5. С обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 поступают разнополярные импульсы управления на базы транзисторов Т1 и Т2.
     Генератор импульсов самостоятельно, без устройства запускающего импульса, заработать не может.
      Трансформатор Тр1 наматывается на ферритовом кольце К10×6х4 (наружный диаметр 10 мм, внутренний диаметр 6 мм, ширина кольца 4 мм) марки НМ2000.
     Количество витков в обмотках: w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков.     Диаметр провода 0,3 – 0,4 мм в хорошей изоляции. Обмотки w1 и w2 мотать одновременно двумя проводами. Обмотки w1, w2 и w3 равномерно мотать по всему сердечнику. Сначала намотать обмотку w3, а затем поверх обмотки w1 и w2.

     Желательно как то пометить начала и концы этих обмоток, чтобы не перепутать. Я обычно мотаю обмотки w1 и w2 проводом с разным цветом изоляции. Начала обмоток пометить маркером или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки подходящего диаметра.
Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к эмиттеру Т2; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.
     Отнеситесь к этому очень внимательно.

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или П — образной формы. Пример построения Тр2 на ферритовом сердечнике Ш — образной формы  смотрите здесь.
     Пример построения трансформатора Тр2 на ферритовом кольце смотрите в статье: «Трансформатор для двухтактного ИБП, на ферритовом кольце.». 

Перечень деталей схемы:
     Резисторы: R1 – 27 Ом, 1 ватт; R2 – 470 Ком; R3 = R4 = 8 Ом; R5 – 50 — 100 Ом. любой мощности.


     Конденсаторы: С1 – 50 МкФ  350 В; С2 – 47 нФ 250 В; С3, С4 – 200 нФ 250 В; С5 – 1,0 МкФ  50 В керамический; С6 – 100 МкФ.
     Диоды: Д1 – Д4, Д5, Д6, Д8 — N4007; Д7 – динистор DB3; Д9, Д10 — КД213 или другие с частой до 100 КГц и током не ниже 3 ампер.
     Транзисторы: Т1, Т2 – 13003, 700 В, 1,6 А или 13005, этот транзистор помощнее.
Транзисторы лучше поставить на два небольшие радиатора по 5 — 8 см.кв., чтобы не грелись.
     Трансформаторы:
     Тр1 — ферритовое кольцо К10×6х4, НМ2000, w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков, провод 0,3 – 0,4 мм.
     Тр2 — ферритовое кольцо К28×18х8, НМ2000;
     w1 – 254 витков провода 0,25 — 0,35 мм.;
     w2-1 и w2-2 по 28 витков провода 0,6- 0,7 мм.;
     w3 – 12 витков провода 0,3 мм.
Размеры кольца рассчитаны на мощность побольше 20 ватт. но это неплохо, будет запас по диаметру провода и его  размещению  в окне ферритового кольца.
     Если нет такого ферритового  кольца, можно взять кольцо с  размерами побольше. Количество витков в обмотках можно оставить то же, а диаметры проводов в обмотках немного увеличить. Тогда  мощность инвертора увеличится.

Наладка схемы двухтактного преобразователя – инвертора.

     Перед включением устройства в сеть необходимо проверить все соединения проводов и деталей, согласно электрической схемы. Во избежание пробоя силовых транзисторов Т1 и Т2 в случае неправильного соединения проводов, в разрыв сети 220 вольт временно включают электрическую лампочку на 220 вольт, мощностью 40 -60 ватт. После наладки схемы, ее отключают.
     Еще раз проверить подключение обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 к базам транзисторов Т1, Т2 на полярность включения.
     На выход преобразователя нужно подключить маломощную лампочку на 15 — 24 вольта, 0,1 ампера, для контроля работы устройства питания. В последующем ее можно будет снять.
      Включаем питание 220 вольт на вход схемы. Если все соединения проведены правильно, лампочка  "Л" должна загореться, инвертор работает!
     Если же лампочка не загорелась, генератор не работает. Необходимо поменять полярность подключения обратной связи на трансформаторе Тр2 (w3, точки 4, 5). Значение резистора  R5 примите 75 Ом.

     После этого все должно работать.
Постоянное напряжение на выходе инвертора  около 15 вольт, ток нагрузки до 1,5 ампера.
       Внимание! Изготовленный вами инвертор собран по простой схеме и не имеет никаких защит ни по напряжению, ни по току. Поэтому его нельзя перегружать свыше 20 -30 ватт! Имейте это в виду!

domasniyelektromaster.ru

Простые импульсные блоки питания » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Несколько раз меня выручали блоки питания, схемы которых стали уже класическими, оставаясь простыми для любого, кто хоть раз уже что-то электронное в своей жизни паял.

Аналогичные схемы разрабатывались многими радиолюбителями для разных целей, но каждый конструктор вкладывал в схему что-то свое, менял расчеты, отдельные компоненты схемы, частоту преобразования, мощность, подстраивая под какие-то, известные только самому автору, нужды…

Мне же часто приходилось использовать подобные схемы вместо их громоздких трансформаторных аналогов, облегчая вес и объем своих конструкций, которые необходимо было запитать от сети. Как пример: стерео-усилитель на микросхеме, собранный в дюралевом корпусе от старого модема.

Содержание / Contents

Описание работы схемы, коль она классическая, приводить особого смысла нет. Замечу лишь, что я отказался от использования в качестве схемы запуска от транзистора, работающего в режиме лавинного пробоя, т.к. однопереходные транзисторы типа КТ117 работают в узле запуска гораздо надежнее. Запуск на динисторе мне тоже нравится.

На рисунке представлены: а) цоколёвка старых транзисторов КТ117 (без язычка), б) современная цоколёвка КТ117, в) расположение выводов на схеме, г) аналог однопереходного транзистора на двух обычных (подойдут любые транзисторы верной структуры - структуры p-n-p (VT1) типа КТ208, КТ209, КТ213, КТ361, КТ501, КТ502, КТ3107; структуры n-p-n (VT2) типа КТ315, КТ340, КТ342, КТ503, КТ3102)
Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!Схема на полевых транзисторах несколько сложнее, что вызвано необходимостью защиты их затворов от перенапряжения.

Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!

Все намоточные данные трансформаторов приведены на рисунках. Максимальная мощность нагрузки, которую может запитать блок питания с трансформатором, выполненном на ферритовом кольце марки 3000НМ 32×16Х8, около 70Вт, на К40×25Х11 той же марки, — 150Вт.

Диод VD1 в обеих схемах запирает схему запуска подачей отрицательного напряжения на эмиттер однопереходного транзистора после запуска преобразователя.

Из особенностей — выключение блоков питания производится замыканием обмотки II коммутирующего трансформатора. При этом нижний по схеме транзистор запирается и происходит срыв генерации. Но, кстати, срыв генерации происходит именно по причине «закорачивания» обмотки.

Запирание транзистора в данном случае, хоть и явно происходит по причине замыкания контактом выключателя эмиттерного перехода, — вторично. Однопереходной транзистор в данном случае не сможет запустить преобразователь, который может находиться в таком состоянии (оба ключа заперты по постоянному току через нулевое практически сопротивление обмоток трансформатора) сколь угодно долго.

Правильно расчитанная и аккуратно собранная конструкция блока питания, как правило, легко запускается под требуемой нагрузкой и в работе ведет себя стабильно.

Константин (riswel)

Россия, г. Калининград

C детства - музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, - для интереса, - и своих, и чужих.

За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. - электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все - такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.

 

datagor.ru

Проектирование мощного ИБП двойного преобразования (on-line). Часть 1 / Habr

Пролог

Хотелось бы поприветствовать всех кто увлекается и занимается электроникой! Данная серия публикаций будет посвящена полному циклу проектирования мощного источника бесперебойного питания мощность 3,2 кВт и самое главное — с чистым синусом на выходе.

Немного о себе расскажу — работаю инженером-электронщиком на предприятии, занимающимся производством станков и линий с ЧПУ, а так же мощных импульсных устройств: ИБП, стабилизаторы напряжения, инверторы. Вместе с предприятием прошел путь от проектирования систем от 1 кВт и до 1135 кВт.

Мои публикации будут носить больше учебный характер с попытками донести до интересующихся основы силовых расчетов, трассировки плат и ВЧ цепей, программирование микроконтроллеров STM32, а так же ПЛИС от Altera. И конечно еще множество сложных, но интересных вещей. Пожалуй, начнем…

А зачем он вдруг нам понадобился этот чистый синус и ИБП вообще?

Данные устройства нужны для создания автономных систем как на производстве, так и в быту. Сам как обитатель частного дома сталкиваюсь с проблемами подачи электроэнергии. Применение ИБП позволяет обеспечить нормальное функционирования основных систем дома, такие как:

— система отопления;
— работа скважины и погружного насоса;
— резервирование домашнего сервера;
— обеспечение бесперебойной работы роутеров;
— банальное обеспечение освещения в доме.

Все, что выше — это проблемы, с которыми можем сталкиваться мы с вами. Они глобальны, но стоит ли вообще производить ИБП? Ведь пару часов без света можно и переждать!

От части это правильно, но я привык жить в цивилизованном мире. Тогда обратимся к производству, зачем там резервирование? Из своего опыта опишу несколько основных проблем:

— необходимость обеспечивать бесперебойную работу конвейерных линий;
— обеспечение автономности дата-центров, серверов компаний и прочих сетей от перебоев питания;
— защита дорогостоящего оборудования от повышенного и пониженного напряжения и коротких замыканий;

Вроде бы все проясняется! Осталось определиться: «а зачем именно чистый синус?»

Данный вопрос имеет место быть, ведь 80% современных устройств имеет встроенный импульсный блок питания, что позволяет питать их постоянным током с напряжением +310В. Осталось понять что же за оставшиеся 20%…

В основном это системы и устройства, где имеются трехфазные двигатели (асинхронные), а так же высокоточное оборудование и прочее. Если подумать, то в эту категорию попадет 90% оборудования на производстве + ко всему еще и такие бытовые устройства, как котельное оборудование, циркуляционные насосы в теплых полах и отопление, насос для скважин.

Получился достаточно серьезный повод заняться проектированием!

Что же вы получите после изучения цикла статей?

Томить не буду, а получите вы следующий девайс:


Рисунок 1 — Вид основной панели ИБП на 3200 Вт

Описание: на выходе вы получите именно такое устройство и никак иначе. Все сделано в ручную и к производству прибегал по минимуму. На нашем оборудование был лишь изготовлен корпус — стандартный под серверную стойку 2U и глубиной 600 мм.

На панели присутствует куллер охлаждения, работающий на всасывание воздуха. Так же им управляет «мозг» на основе STM32F103RBT6 с помощью ШИМ с обратной связью по температуре. То есть значение оборотов зависят от температуры радиаторов силовых ключей и от температуры трансформатора. Измерение температуры реализовано «по старинке» на DS18B20, общающемся по интерфейсу 1-Wire.


Рисунок 2 — Вид рабочей панели с полными параметрами работы устройства

Все данные о работе прибора выводятся на TFT панель 2,4", работающую через интерфейс SPI через встроенный в дисплей контроллер ILI9341. Светодиодная шкала добавлена для более наглядного отображения режимов работа: «красный светодиод горит? Караул!»

Теперь посмотрим несколько с другого ракурса на устройство:

Рисунок 3 — Вид задней панели устройства

Описание: на задней панели все скромно и функционально: разъем для входного кабеля, 4 «розетки» для подключения нагрузки, предохранители на 25А, клемма подключения аккумуляторных батарей с предельным (испытанным мною) током в 110А (производитель заявил о 150А).

Характеристики по техническому заданию

Сначала несколько замечаний к общему функционалу. Первое, как и любой ИБП on-line типа, наше устройство должно выполнять функцию стабилизатора напряжения. Так поступают в топовой компании Schneider Electric и я решил перенять их опыт, чего греха таить. Теперь к характеристикам… Требуется получить:

— мощность номинальная: 3200 Вт
— диапазон входного напряжения: 85 — 265 В (такая цифра заявлена у Шнайдера)
— выходное напряжение: 230 В +- 3% (именно 230, а не 220. Стандарты нынче изменились)
— напряжение на DC шине: 48 В
— номинальный ток по сети 230В: 16 А
— номинальный ток по DC шине: 80 А
— пусковые токи: 650% от номинального
— перегрузочная способность: 150% в течение 30 минут, 200% в течение 12 минут
— время работы от АКБ: батареи внешние и время зависит от количества батарей
— возможность удаленного доступа к устройству
— наработка на отказ, не менее: 120 000 часов

Думаю с требованиями предъявляемыми к устройству все ясно, тогда приступаем к этапу определения концепции проектирования и выбору топологий.

Проектирования структурной схемы устройства

Пожалуй это самый важный этап проектирования. Любая ошибка выльется в огромную потери времени, ресурсов и денег, по этому советую отнестись к этой задаче крайне внимательно и без спешки.
Мысли

1) Необходимо выбрать методы коммутации цепей (переключение). Существует несколько методов/типов и у каждого свои плюсы и минусы. Рассмотрим типичные из них:

а) Механический — это способ коммутации цепей по средствам электромеханических устройств, чаще всего реле. Плюсы: простота. Минусы: низкая надежность, большое время переключения (порядка 0,2 секунды пока реле новое), возможность залипания реле, что вызовет процесс горение дуги между контактами. Думаю понятно почему это не наш метод? Мы же все таки ориентируемся на Шнайдер.
б) Электронный — это способ коммутации по средствам НЕ механических компонентов: диодов, симисторов, полевых транзисторов, тиристоров. Вариантов может быть много, самый адекватный на мой взгляд — диодный вентиль. Плюсы: простота, отсутствие механических подвижных элементов. Минусы: дополнительные потери тепла. В нашем случае при 80А и падение на диодах Шоттки 0.5В нам придется дополнительно рассеивать около 180 Вт, а таких диода минимум два. Потери в виде 10% К.П.Д. считаю кощунством, поэтому метод опять не наш.
в) Полный отказ от коммутации. Собственно, а зачем она нам? Слышал кучу возгласов против, но это обычно возмущаются диванные профессионалы некомпетентные инженеры или любители. Могу смело заявить, что по такой схеме у нас работает проект на одной АЭС, его мощность 750 кВт и там именно такая схема.

В чем собственно сущность — АКБ наши просто висят в буферной схеме на DC шине и постоянно находятся в процессе заряда-разряда. Многих это пугает, но вы попробуйте сами полежать месяц на диване, а потом удивитесь, что вам тяжело подниматься по лестнице. Так и с АКБ — их необходимо «тренировать» и поэтому буферная схема им полезна при условии очень быстрой защиты по току.

Плюсы: дешево, сердито, надежно, отсутствие самого понятия «время переключения» или «время перехода с питания от сети на батареи» и отсутствие дополнительных потерь. Минусы: придется использовать исключительно гелевые аккумуляторы свинцовые аккумуляторы с электролитом в состоянии геля. Это, например, АКБ от фирмы Delta серия GX. Не реклама это, но исторически сложилось, что использую именно их по причине банальной доступности и пригодного качества.

2) Необходимо выбрать схему преобразования: ВЧ vs НЧ

Спорить тут можно бесконечно и каждый гнет свою линию. Многие производственники называют преобразование на частотах 10-150 кГц ненадежным, но это обычно элементарный PR ход с попытками оправдать свою несостоятельность в производстве подобного оборудования. Я думаю если бы технология не была лучшим выбором, то ведущие мировые компании не перешли бы на нее и не занимались бы в течение последних 20 лет ее совершенствованием.

Из бонусов преобразования НЧ на частоте 50 Гц могу отметить простоту производства, дубовость схемы большую толерантность к кривым рукам неквалифицированным пользователям.

Из минусов… их много, но главный — просто огромнейшие габариты! Когда-то пытались по такой схеме сделать 1100 кВт, так вот там одной меди было 1,8 тонны! Думаю можете себе представить все масштабы.

Спор на тему выбора технологии развивать не буду, т.к. даже среди моих коллег он обычно превращался в драку с явным переходом на личности. Поэтому просто выберем технологию преобразования на высокой частоте (10-150 кГц).

Исходя из доводов описанных выше и еще десятка других, которые вылезут в ходе выполнения проекта получим такую схему:


Рисунок 4 — Блок-схема силовой части ИБП двойного преобразования

Немного объясню отображенные этапы:

1) Практически сразу после входа напряжение подается на PFC — он же корректор мощности. Он нужен в первую очередь для снижения потерь, поэтому он просто необходим. В китайских схемах и большинстве отечественных он вообще не предусмотрен, это снижает себестоимость, но качество прибора можно смело «делить на 2».
Подробно что это за параметр и модуль расскажет гугл или я в следующей части статьи. Могу сказать одно — готовьтесь к достаточно серьезному «матану» и вспоминайте неравенства Коши.

2) Далее идет первое преобразование — 85-255В переменного тока в 48 В постоянного тока. Сразу прошу обратить внимание на несколько моментов. Во-первых, диапазон входных напряжений очень широкий, это создаст проблему — если напряжение в 3 раза ниже номинального (85В например), то соответственно ток вырастит в 3 раза, поэтому данную особенность (закон Ома) надо держать в голове. Это вынудит нас дальше при расчетах трансформаторов и силовых IGBT ключей закладывать минимум трехкратный запас по току.

Во-вторых, 48В это примерная величина для понимания. Ибо напряжение на батареи в заряженном состоянии 14,2В, при соединение последовательно 4-х АКБ получим напряжение 56,8 В. Из этого следует, что на самом деле напряжение на DC шине будет около 57В — это сделано для того, чтобы приложенный к АКБ потенциал был выше собственного, тогда возникнет разность потенциалов и будет протекать ток. Ток «побежит» в сторону меньше потенциала, то есть на батареи. Как только потенциал в DC шине меньше чем на батареях (например, пропало напряжение в сети) они начинают отдавать энергию (это отсылка к методу коммутации и почему нету процесса переключения).

3) АКБ сидят на DC шине в буферной зоне. Почему именно 48В и зачем объединять батареи? Все просто! Ток при питании от 48 В — около 80 А, если запитывать от 12 В, то ток будет более 300А! Огромная величина — огромные потери. Да и батареи, даже гелевые, спасибо за такой режим работы не скажут и благополучно умрут через год, вместо 10 лет на которые они способны.

4) Еще один DC-DC преобразователь 48 -> 380 В. Принцип работы и схемотехника будут в другой части статьи, пока лишь объясню почему 380В, а не 310, которые получаются после выпрямления сети. 380 В необходимы нам, чтобы спокойно и без потерь нарезать синусоидальный сигнал отличной формы. Когда начнем разбирать данный процесс, поймете зачем такой запас.

5) LC-фильтр/контур или по-научному ФНЧ 4-го порядка. Необходим чтобы после нарезки синуса с помощью ШИМ отфильтровать все лишние гармоники, помехи, шумы и прочий мусор и получить на выходе наш заветный чистенький сигнал. Он рассчитан на 1 кГц, что при частоте модуляции в 75,8 кГц позволяет получить пульсации не более +- 3 В. Это попадает в наши требования по ТЗ и поэтому дополнительно увеличивать порядок фильтра, а следовательно его габариты, попросту не вижу.

Осталось упомянуть еще несколько модулей, которые я не изобразил на блок-схеме. Почему? Да попросту они не влияют на принципиальное понимание работы и структуры данного устройства, а некоторые являются отдельной «кастой». Что я забыл:

— модуль управления, по сути «мозги» всех измерений и индикация на STM32F100RBT6
— модуль формирования чистого синуса, это отдельная плата, но входит она в большой блок DC-AC
— модуль дежурного питания, который обеспечивает низковольтное питание (+15В, + 5В, +3,3В) на популярной TOP227 мощностью 70 Вт
— модуль аварийного питания, который преобразует 48В с АКБ во все те же +15, +5, +3,3В.

Эпилог

Да бы не перегружать читателя поток информации — я планирую разбить весь процесс проектирования и самостоятельного изготовления ИБП на не менее чем 10 частей. А как вы хотели? Это дело сложное и ответственное!

Я планирую по мимо того, что посвящу для каждого описанного выше модуля целую часть, еще и выделить одну статейку как пособие по выбору компонентов, поиску выгодных цен. Так же отдельно будет рассмотрено изготовление трансформаторов и дросселей, их расчетам и намотке. Все данные этапы будут сопровождаться подробным фото отчетом и виде.

Надеюсь вас заинтриговал, а возможно кому-то уже стало интересно, так что читаем дальше…

Расчет и изготовление «сердца» ИИП — импульсный трансформатор.

Часть 2
Часть 3
Часть 4.1
Часть 4.2
Часть 5
Часть 6

habr.com

ПРОСТЕЙШАЯ СХЕМА ИБП

   На основ прошлых статьей был задуман импульсный блок питания, пожалуй самый простой из существующих на сегодня. Устройство обеспечивает достаточно большой выходной ток до 250 мА, этого вполне достаточно для зарядки мобильного телефона. Схема работает достаточно хорошо, во время работы не издает лишних шумов, перегрев тоже не наблюдался. 


   Достоинства приведенной схемы 

1) Простота сборки
2) Бесшумная и качественная работа
3) Возможность регулировки выходного напряжения
4) Малый вес и компактные размеры

   Транзистор MJE13007 - был выпаян из компьютерного блока питания, он приспособлен работать от высокого напряжения, тут он справляется очень хорошо. 

   Трансформатор намотан на ферритовом кольце, можно использовать также чашки буквально любого типа (марка феррита 2000НМ). Схема достаточно проста, первая часть не новая, взята с китайского светодиодного фонарика. Такие бестрансформаторные зарядки также используются в светодиодных лампах малой мощности. Основной недостаток конденсаторных схем - отсутствие гальванической развязки, следовательно, выходное напряжение опасное. И вот было решено задумать схему с гальванической развязкой, на основе этой. Транзистор можно установить на небольшой теплоотвод, хотя в процессе работы транзистор остается холодным. Сетевая обмотка трансформатора содержит 80 витков с отводом от середины, витки растянуты по всему кольцу равномерно (хотя с отклонениями тоже работает нормально). Провод для первичной обмотки использован с диаметром 0,4мм (0,3-0,7мм), вторичная обмотка планировалась на 5 вольт, содержит 9 витков провода с диаметром 0,7 мм (0,4-1мм). Для выпрямления можно использовать любые импульсные диоды с током 1 Ампер и более. Электролит на выходе может иметь емкость от 100 до 1000 мкФ. Такой зарядник обеспечивает выходное напряжение 5-8 вольт при токе до 250 мА, немного, но для зарядки мобильника в самый раз.





Похожие схемы

aes2.ru

cxema.org - Самый простой импульсный блок питания

Самый простой импульсный блок питания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О недостатках схемы: 

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

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

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

Печатная плата тут 

  • < Назад
  • Вперёд >

vip-cxema.org

Радиосхемы. - Самодельный бесперебойник

Самодельные источники питания

материалы в категории

Вся радиоэлектронная техника требует электропитания, и чаще всего мы используем сеть промышленного тока 220V, 50 Гц.
Но иногда могут возникнуть "форс-мажорные" ситуации когда электричество вдруг внезапно "вырубили". Если внезапное отключение электроэнергии для бытовой аппаратуры не сильно страшно, то для, к примеру, компьютеров это может привести к необратимым последствиям: недоустановленные программы, потеря информации и так далее.

Если в крупных городах с электропитанием все более-менее стабильно, но вот в сельской местности это довольно частое явление...
Чтобы избежать досадных недоразумений связанных с внезапным отключением электроэнергии многие производители рекомендуют пользоваться источниками бесперебойного питания (или как их просто называют бесперебойники). Они, конечно-же выпускаются промышленностью, но такой источник можно собрать самостоятельно.

Кроме обеспечения защиты в случае отключения электроэнергии, источник бесперебойного питания может пригодится и в "полевых" условиях, когда возникнет необходимость получить 220 Вольт от аккумулятора 12 Вольт.

У нас на сайте уже была рассмотрена подобная схема, позволяющая получить 220 Вольт из 12-ти, вот она, здесь-же представлена очередная схема, взятая из журнала Радиолюбитель, №2, 1999 год.

Самодельный источник бесперебойного питания схема

Источник бесперебойного питания обеспечивает:

- в прямом режиме преобразование постоянного напряжения 12 В в переменное 220 В/50 Гц при максимальном потребляемом токе не более 6 А. Выходная мощность -до 220 Вт (1 А):

- обратный режим (режим заряда аккумулятора). При этом ток заряда - до 6 А; .

- быстрое переключение из прямого в обратный режим.

Схема ИБП приведена на рисунке. На элементах VT3, VT4, R3...R6, С5, С6 выполнен тактовый генератор, вырабатывающий импульсы с частотой около 50 Гц. Он, в свою очередь, управляет работой транзисторов VT1, VT6, в коллекторные цепи которых включены обмотки IIa, IIб трансформатора Т1. Диоды VD2, VD3 - элементы защиты транзисторов VT1, VT6 в прямом режиме и выпрямители в обратном режиме. Элементы С1, С2, L1 образуют сетевой фильтр, VD1, СЗ, С4 - фильтр тактового генератора. Рассмотрим, как работает схема в обоих режимах.

Прямой режим (=12 В / -220 В). Напряжение +12 В попеременно прикладывается к обмоткам IIа или IIб, а трансформатор Т1 преобразует его в напряжение 220 В/50 Гц. Это напряжение присутствует на розетке XS1, и к ней подключаются всевозможные потребители (лампы накаливания, телевизор и др.)

Индикатором нормальной работы является свечение светодиодов VD4, VD5. Ток нагрузки может достигать 1 А (220 Вт).

Обратный режим (-220 В / =12 В). Для работы в обратном режиме необходимо сетевой шкур подключить к разъему ХР1 и подать на него -220 В. После этого переключается тумблер SB1. При этом сетевое напряжение попадает на первичную обмотку трансформатора Т1, а тактовый генератор отключается. Благодаря этому на вторичных обмотках Т1 получаются два переменных напряжения 10В, которые выпрямляются диодами VD2, VD3. Индикатором нормальной работы в обратном режиме является свечение светодиода VD5. Кипение в банках аккумулятора GB1 свидетельствует о процессе его зарядки.

Детали и конструкция, Т1 - любой трансформатор, обеспечивающий два напряжения 10В при Токе до 10 А. Лучше всего использовать сердечники типа ШЛ и ПЛ, которые легче разбираются. Катушка L1 выполнена на ферритовом кольце К28х16х9 М2000НМ и содержит две обмотки по 10 витков провода диаметром 0,5...0,71 мм.

Транзисторы VT1, VT6 и диоды VD2, VD3 крепятся через слюдяные прокладки, смазанные теплопроводящей пастой, на один общий радиатор площадью не менее 200 см2.

Автор: А.ЧАСТОВ, рыбхоз "Полесье,"Брестской обл.

Обсудить на форуме

radio-uchebnik.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о