Блок живлення: з регулюванням та без, лабораторний, імпульсний, пристрій, ремонт. Як працює простий та потужний імпульсний блок живлення Імпульсний блок живлення 18в 10а своїми руками

Зробити блок живлення своїми руками має сенс не лише захопленому радіоаматору. Саморобний блок електроживлення (БП) створить зручності та заощадить чималу суму також у таких випадках:

• Для живлення низьковольтного електроінструменту, для економії ресурсу дорогої акумуляторної батареї (АКБ);
• Для електрифікації приміщень особливо небезпечних за ступенем ураження електрострумом: підвалів, гаражів, сараїв тощо. При живленні змінним струмом велика його величина в низьковольтній проводці здатна створити перешкоди побутовій техніці та електроніці;
• У дизайні та творчості для точного, безпечного та безвідходного різання нагрітим ніхромом пінопласту, поролону, легкоплавких пластиків;
• У світлодизайні – використання спеціальних БП дозволить продовжити життя світлодіодної стрічки та отримати стабільні світлові ефекти. Живлення підводних освітлювачів, та ін від побутової електромережі взагалі неприпустимо;
• Для заряджання телефонів, смартфонів, планшетів, ноутбуків далеко від стабільних джерел електроживлення;
• Для електроакупунктури;
• І багатьох інших, які не мають прямого відношення до електроніки, цілей.

Допустимі спрощення

Професійні БП розраховуються харчування навантаження будь-якого роду, зокрема. реактивною. Серед можливих споживачів – прецизійна апаратура. Задана напруга профі-БП має підтримувати з високою точністю невизначено довгий час, яке конструкція, захист і автоматика повинні допускати експлуатацію некваліфікованим персоналом у важких умовах, напр. біологами для живлення своїх приладів у теплиці чи експедиції.

Аматорський лабораторний блок живлення вільний від цих обмежень і тому може бути спрощений при збереженні достатніх для власного вживання якісних показників. Далі шляхом також нескладних удосконалень з нього можна отримати БП спеціального призначення. Чим ми зараз і займемося.

Скорочення

1. КЗ – коротке замикання.
2. ХХ – холостий перебіг, тобто. раптове відключення навантаження (споживача) чи обрив у його ланцюга.
3. КСН – коефіцієнт стабілізації напруги. Він дорівнює відношенню зміни вхідної напруги (у % або разах) до такого ж вихідного при постійному струмі споживання. Напр. напруга мережі впала «на повну», з 245 до 185В. Щодо норми 220В це буде 27%. Якщо КРН БП дорівнює 100, вихідна напруга зміниться на 0,27%, що при його величині 12В дасть дрейф 0,033В. Для аматорської практики більш ніж прийнятно.
4. ІСН – джерело нестабілізованої первинної напруги. Це може бути трансформатор на залізі з випрямлячем або імпульсний інвертор напруги мережі (ІВН).
5. ІІН - працюють на підвищеній (8-100 кГц) частоті, що дозволяє використовувати легкі компактні трансформатори на фериті з обмотками з декількох десятків витків, але не позбавлені недоліків, див. нижче.
6. РЕ – регулюючий елемент стабілізатора напруги (СН). Підтримує на виході задану величину.
7. ІОН – джерело опорної напруги. Задає еталонне його значення, яким разом із сигналами зворотний зв'язок ОС пристрій управління УУ впливає на РЕ.
8. СНН - стабілізатор напруги безперервної дії; просто - "аналоговий".
9. ІДН – імпульсний стабілізатор напруги.
10. ДБЖ – імпульсний блок живлення.

Примітка: як СНН, так і ІДН можуть працювати як від ІСН промислової частоти з трансформатором на залозі, так і від ІВН.

Про комп'ютерні БП

ДБЖ компактні та економічні. А в коморі у багатьох валяється БП від старого комп'ютера, морально застарілий, але справний. Тож чи не можна пристосувати імпульсний блок живлення від комп'ютера для аматорських/робочих цілей? На жаль, комп'ютерний ДБЖ досить високо спеціалізований пристрій та можливості його застосування у побуті/на роботі дуже обмежені:

Використовувати ДБЖ, перероблений з комп'ютерного, звичайному любителю доцільно, мабуть, лише живлення електроінструменту; про це див. далі. Другий випадок – якщо любитель займається ремонтом ПК та/або створенням логічних схем. Але тоді він уже знає, як для цього пристосувати БП від комп'ютера:

1. Навантажити основні канали +5В та +12В (червоні та жовті дроти) ніхромовими спіральками на 10-15% номінального навантаження;
2. Зелений провід м'якого запуску (кнопкою слабку на передній панелі системника) pc on замкнути на загальний, тобто. на будь-який із чорних проводів;
3. Увімк/викл виробляти механічно, тумблером на задній панелі БП;
4. При механічному (залізному) I/O «дежурка», тобто. незалежне живлення USB портів +5В також вимикатиметься.

За справу!

Внаслідок недоліків ДБЖ, плюс їхня принципова і схемотехнічна складність, ми тільки наприкінці розглянемо пару таких, але простих і корисних, і поговоримо про методику ремонту ІВП. Основна частина матеріалу присвячена СНН і ИПН з трансформаторами промислової частоти. Вони дозволяють людині, яка тільки-но взяла в руки паяльник, побудувати БП дуже високої якості. А маючи його на господарстві, освоїти техніку «тонше» буде легше.

ІСН

Спочатку розглянемо ІСН. Імпульсні докладніше залишимо до розділу про ремонт, але у них із «залізними» є загальне: силовий трансформатор, випрямляч та фільтр придушення пульсацій. У комплексі вони можуть бути реалізовані по-різному за призначенням БП.

Поз. 1 на Мал. 1 - однонапівперіодний (1П) випрямляч. Падіння напруги на діоді найменше, прибл. 2в. Але пульсація випрямленого напруги – із частотою 50Гц і «рвана», тобто. з проміжками між імпульсами, тому конденсатор фільтра пульсацій Сф повинен бути в 4-6 разів більшої ємності, ніж у інших схемах. Використання силового трансформатора Тр потужністю – 50%, т.к. випрямляється всього 1 напівхвиля. З цієї причини в магнитопроводе Тр виникає перекіс магнітного потоку і його «бачить» як активну навантаження, бо як індуктивність. Тому 1П випрямлячі використовуються тільки на малу потужність і там, де по-іншому ніяк не можна, напр. в ІВН на блокінг-генераторах і з демпферним діодом, див.

Примітка: чому 2В, а не 0,7В, при яких відкривається p-nперехід у кремнії? Причина – наскрізний струм, про який див. далі.

Поз. 2 – 2-напівперіодний із середньою точкою (2ПС). Втрати на діодах такі самі, як і перед. випадку. Пульсація – 100 Гц суцільна, отже Сф необхідний найменший із потенційних. Використання Тр – 100% Нестача – подвоєна витрата міді на вторинну обмотку. За часів, коли випрямлячі робили на лампах-кенотронах, це мало значення, а тепер – визначальне. Тому 2ПС використовують у низьковольтних випрямлячах, переважно підвищеної частоти з діодами Шоттки в ДБЖ, проте принципових обмежень за потужністю 2ПС немає.

Поз. 3 - 2-напівперіодний бруківка, 2ПМ. Втрати на діодах – подвоєні проти поз. 1 і 2. Решта – як у 2ПС, але міді на вторинку потрібно майже вдвічі менше. Майже тому, що кілька витків доводиться доматувати, щоб компенсувати втрати на парі «зайвих» діодів. Найбільш уживана схема на напругу від 12В.

Поз. 3 – двополярний. "Міст" зображений умовно, як прийнято в принципових схемах (звикайте!), і повернутий на 90 градусів проти годинникової стрілки, але насправді це пара включених різнополярно 2ПС, як видно далі на рис. 6. Витрата міді як у 2ПС, втрати на діодах як у 2ПМ, інше як у того й іншого. Будується переважно живлення аналогових пристроїв, потребують симетрії напруги: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП та інших.

Поз. 4 – двополярний за схемою паралельного подвоєння. Дає без додаткових заходів підвищену симетрію напруги, т.к. асиметрію вторинної обмотки виключено. Використання Тр 100%, пульсації 100 Гц, але рвані, тому Сф необхідні подвоєної ємності. Втрати на діодах приблизно 2,7В з допомогою взаємного обміну наскрізними струмами, див. далі, і за потужності понад 15-20 Вт різко зростають. Будуються переважно як малопотужні допоміжні для незалежного живлення операційних підсилювачів (ОУ) та ін. малопотужних, але вимогливих до якості електроживлення аналогових вузлів.

Як вибрати трансформатор?

У ДБЖ вся схема найчастіше чітко прив'язана до типорозміру (точніше – до обсягу та площі поперечного перерізу Sс) трансформатора/трансформаторів, т.к. використання тонких процесів у фериті дозволяє спростити схему при більшій її надійності. Тут «якось по-своєму» зводиться до точного дотримання рекомендацій розробника.

Трансформатор на залозі вибирають з урахуванням особливостей СНН, або узгоджуються з ними за його розрахунку. Падіння напруги на РЕ Uре не треба брати менше 3В, інакше КРН різко впаде. При збільшенні Uре КСН дещо зростає, але набагато швидше зростає розсіювана РЕ потужність. Тому Uре беруть 4-6 В. До нього додаємо 2 (4) Втрат на діодах і падіння напруги на вторинній обмотці Тр U2; для діапазону потужностей 30-100 Вт і напруги 12-60 В беремо його 2,5В. U2 виникає переважно не на омічному опорі обмотки (воно у потужних трансформаторів взагалі мізерно мало), а внаслідок втрат на перемагнічування сердечника та створення поля розсіювання. Просто частина енергії мережі, «накачаной» первинної обмоткою в магнітопровід, випаровується у світовий простір, що і враховує величина U2.

Отже, ми нарахували, припустимо, для мостового випрямляча, 4+4+2,5 = 10,5В лишку. Додаємо його до необхідної вихідної напруги БП; нехай це буде 12В, і ділимо на 1,414, отримаємо 22,5 / 1,414 = 15,9 або 16В, це буде найменша допустима напруга вторинної обмотки. Якщо Тр фабричний, із типового ряду беремо 18В.

Тепер справа йде струм вторинки, який, природно, дорівнює максимальному струму навантаження. Нехай нам потрібне 3А; множимо на 18В, буде 54Вт. Ми отримали габаритну потужність Тр, Pг, а паспортну P знайдемо, поділивши Pг на ККД Тр η, що залежить від Pг:

• до 10Вт, η = 0,6.
• 10-20 Вт, η = 0,7.
• 20-40 Вт, η = 0,75.
• 40-60 Вт, η = 0,8.
• 60-80 Вт, η = 0,85.
• 80-120 Вт, η = 0,9.
• від 120 Вт, η = 0,95.

У нашому випадку P = 54/0,8 = 67,5Вт, але такого типового значення немає, так що доведеться брати 80Вт. Для того щоб отримати на виході 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, та й годі. Можна навчитися розраховувати і мотати «транси» самому. Тим більше що в СРСР були розроблені методики розрахунку трансформаторів на залозі, що дозволяють без втрати надійності вичавлювати 600Вт із сердечника, який, при розрахунку за радіоаматорськими довідниками, здатний дати всього 250Вт. «Залізний транс» зовсім не такий тупий, як здається.

СНН

Випрямлену напругу потрібно стабілізувати і найчастіше регулювати. Якщо навантаження потужніше 30-40 Вт, необхідний захист від КЗ, інакше несправність БП може викликати аварію мережі. Все це разом робить СНН.

Простий опорний

Початківцю краще відразу не лізти у великі потужності, а зробити для проби простий високостабільний СНН на 12в за схемою Рис. 2. Його можна буде потім використовувати як джерело еталонної напруги (точна його величина виставляється R5), для перевірки приладів або як ІОН високоякісного СНН. Максимальний струм навантаження цієї схеми всього 40мА, але КСН на допотопному ГТ403 і такому ж стародавньому К140УД1 більше 1000, а при заміні VT1 на кремнієвій середній потужності і DA1 на будь-який з сучасних ОУ перевищить 2000 і навіть 250. -200 мА, що вже годиться у справу.

0-30

Наступний етап – блок живлення з регулюванням напруги. Попередній виконаний за т. зв. компенсаційної схеми порівняння, але переробити такий великий струм складно. Ми зробимо новий СНН на основі емітерного повторювача (ЕП), в якому РЕ та УУ поєднані лише в 1-му транзисторі. КВН вийде десь 80-150, але любителю цього вистачить. Зате СНН на ЕП дозволяє без особливих хитрощів отримати вихідний струм до 10А і більше, скільки віддасть Тр і витримає РЕ.

Схема простого БП на 0-30В наведено на поз. 1 Мал. 3. ІСН для нього – готовий трансформатор типу ТПП або ТС на 40-60 Вт із вторинною обмоткою на 2х24В. Випрямляч типу 2ПС на діодах на 3-5А і більше (КД202, КД213, Д242 тощо). VT1 встановлюється на радіатор площею 50 кв. см; дуже добре підійде старий процесор від ПК. За таких умов цей СНН не боїться КЗ, тільки VT1 ​​і Тр грітися будуть, так що для захисту вистачить запобіжника на 0,5А ланцюга первинної обмотки Тр.

Поз. 2 показує, наскільки зручний для любителя ССП на ЕП: там схема БП на 5А з регулюванням від 12 до 36 В. Цей БП може віддати в навантаження і 10А, якщо знайдеться Тр на 400Вт 36В. Перша його особливість - інтегральний СНН К142ЕН8 (переважно з індексом Б) виступає в незвичайній ролі УУ: до його власних 12В на виході додається, частково або повністю, всі 24В, напруга від ІОН на R1, R2, VD5, VD6. Ємності С2 та С3 запобігають збудженню на ВЧ DA1, що працює в незвичайному режимі.

Наступний момент - пристрій захисту від КЗ на R3, VT2, R4. Якщо падіння напруги на R4 перевищить приблизно 0,7В, VT2 відкриється, замкне на загальний дріт базовий ланцюг VT1, він закриється та відключить навантаження від напруги. R3 потрібен, щоб екстраток при спрацьовуванні УЗ не вивів з ладу DA1. Збільшувати його номінал зайве, т.к. при спрацьовуванні УЗ необхідно надійно замкнути VT1.

І останнє - здається надмірною ємність конденсатора вихідного фільтра С4. У разі це безпечно, т.к. максимальний струм колектора VT1 25А забезпечує його заряд при включенні. Але цей СНН може протягом 50-70 мс віддати в навантаження струм до 30А, так що цей простий блок живлення придатний для живлення низьковольтного електроінструменту: його пусковий струм не перевищує такого значення. Потрібно тільки зробити (хоча б з оргскла) контактну колодку-черевик з кабелем, що одягається на п'яту рукояті, і нехай «акумич» відпочиває та береже ресурс до виїзду.

Про охолодження

Припустимо, у цій схемі на виході 12В при максимумі 5А. Це лише середня потужність електролобзика, але, на відміну від дриля або шуруповерта, він бере її постійно. На С1 міститься близько 45В, тобто. на РЕ VT1 залишається десь 33В при струмі 5А. Розсіювана потужність - більше 150Вт, навіть більше 160, якщо врахувати, що VD1-VD4 теж треба охолоджувати. Звідси ясно, що будь-який потужний регульований БП має бути забезпечений дуже ефективною системою охолодження.

Ребристий/гольчастий радіатор на природній конвекції проблеми не вирішує: розрахунок показує, що потрібна поверхня, що розсіює, від 2000 кв. див. та товщина тіла радіатора (пластини, від якої відходять ребра або голки) від 16 мм. Придбати стільки алюмінію у фасонному виробі у власність для любителя було і залишається мрією у кришталевому замку. Процесорний кулер з обдуванням також не годиться, він розрахований на меншу потужність.

Один з варіантів для домашнього майстра - алюмінієва пластина товщиною від 6 мм і розмірами від 150х250 мм з насвердленими по радіусах від місця встановлення охолоджуваного елемента в шаховому порядку отворами діаметра, що збільшується. Вона ж стане задньою стінкою корпусу БП, як на Мал. 4.

Неодмінна умова ефективності такого охолоджувача – нехай слабкий, але безперервний струм повітря крізь перфорацію зовні. Для цього в корпусі (бажано вгорі) встановлюють малопотужний вентилятор витяжний. Підійде комп'ютерний діаметр від 76 мм, напр. дод. кулер HDD чи відеокарти. Його підключають до висновків 2 та 8 DA1, там завжди 12В.

Примітка: загалом радикальний спосіб подолати цю проблему - вторинна обмотка Тр з відведеннями на 18, 27 і 36В. Первинну напругу перемикають, дивлячись по тому, який інструмент у роботі.

І все-таки ДБЖ

Описаний БП для майстерні добрий і дуже надійний, але тягати його із собою на виїзд тяжко. Ось тут і доведеться комп'ютерний БП: до більшості його недоліків електроінструмент нечутливий. Деяка доробка зводиться найчастіше до встановлення вихідного (найближчого до навантаження) електролітичного конденсатора великої ємності з метою, описаною вище. Рецептів переробки комп'ютерних БП під електроінструмент (переважно шуруповерти, як не дуже потужні, але дуже корисні) у рунеті відомо чимало, один із способів показаний у ролику нижче для інструмента на 12В.

Відео: БП 12В з комп'ютерного

З інструментами на 18В ще простіше: за тієї ж потужності вони споживають менший струм. Тут може стати в нагоді куди більш доступний пристрій запалювання (баласт) від лампи-економки на 40 і більше Вт; його можна повністю помістити в корпус від непридатної АКБ, і зовні залишиться тільки кабель з вилкою. Як із баласту від згорілої економки зробити блок живлення для шуруповерта на 18В, див. наступне відео.

Відео: БП 18В для шуруповерта

Високий клас

Але повернемося до ССП на ЕП, їхні можливості далеко ще не вичерпані. Рис. 5 – двополярний потужний блок живлення з регулюванням 0-30 В, придатний для Hi-Fi звукової апаратури та інших вибагливих споживачів. Установка вихідної напруги проводиться однією ручкою (R8), а симетрія каналів підтримується автоматично за будь-якої його величини і будь-якого струму навантаження. Педант-формаліст, побачивши цю схему, можливо, посивіє на очах, але у автора такої БП справно працює вже близько 30 років.

Головним каменем спотикання при його створенні було δr = δu/δi, де δu та δi – малі миттєві збільшення напруги та струму відповідно. Для розробки та налагодження висококласної апаратури потрібно, щоб δr не перевищувало 0,05-0,07 Ом. Просто δr визначає здатність БП миттєво реагувати на кидки струму споживання.

У ССП на ЕП δr дорівнює такому ІОН, тобто. стабілітрона, поділеному на коефіцієнт передачі струму β РЕ. Але у потужних транзисторів β на великому колекторному струмі сильно падає, а δr стабілітрона становить від одиниць до десятків Ом. Тут же, щоб компенсувати падіння напруги на РЕ і зменшити температурний дрейф вихідної напруги, довелося набрати їх цілий ланцюжок навпіл з діодами: VD8-VD10. Тому опорна напруга з ІОН знімається через додатковий ЕП на VT1, його множується на РЕ.

Наступна фішка цієї конструкції – захист від КЗ. Найпростіша, описана вище, у двополярну схему ніяк не вписується, тому завдання захисту вирішено за принципом «проти брухту немає прийому»: захисного модуля як такого немає, але є надмірність параметрів потужних елементів – КТ825 та КТ827 на 25А та КД2997А на 30А. Т2 такий струм дати не здатний, а поки він розігріється, встигнуть згоріти FU1 та/або FU2.

Примітка: Індикацію перегорання запобіжників на мініатюрних лампах розжарювання не обов'язково. Просто тоді світлодіоди були ще досить дефіцитні, а Смок у загашнику налічувалося кілька жменей.

Залишилося вберегти РЕ від екстраток розряду фільтра пульсацій С3, С4 при КЗ. І тому вони включені через обмежувальні резистори малого опору. При цьому в схемі можуть виникнути пульсації з періодом, що дорівнює постійному часу R(3,4)C(3,4). Їх запобігають С5, С6 меншій ємності. Їхні екстратоки для РЕ вже не небезпечні: заряд стіче швидше, ніж кристали КТ825/827, що потужнять, розігріються.

Симетрію виходу забезпечує ОУ DA1. РЕ мінусового каналу VT2 відкривається струмом через R6. Як тільки мінус виходу по модулю перевершить плюс, він відкриє VT3, а той підзакриє VT2 і абсолютні величини вихідних напруг зрівняються. Оперативний контроль за симетрією виходу здійснюється по стрілочному приладі з нулем посередині шкали P1 (на врізанні його зовнішній вигляд), а регулювання при необхідності - R11.

Остання особливість - вихідний фільтр С9-С12, L1, L2. Така його побудова необхідна для поглинання можливих ВЧ наведень від навантаження, щоб не ламати голову: досвідчений зразок глючить чи БП «заковбасило». З одними електролітичними конденсаторами, зашунтованими керамікою, тут повної визначеності немає, заважає велика власна індуктивність «електролітів». А дроселі L1, L2 поділяють «віддачу» навантаження за спектром, і кожному своє.

Цей БП, на відміну від попередніх, вимагає деякої налагодження:

1. Підключають навантаження на 1-2 А за 30В;
2. R8 ставлять на максимум, крайнє верхнє за схемою положення;
3. За допомогою еталонного вольтметра (зараз підійде будь-який цифровий мультиметр) і R11 виставляють рівні абсолютної величини напруги каналів. Можливо, якщо ОУ без можливості балансування доведеться підібрати R10 або R12;
4. Підстроєчником R14 виставляють P1 точно на нуль.

Про ремонт БП

БП виходять з ладу частіше за інші електронні пристрої: вони приймають на себе перший удар кидків мережі, їм багато чого дістається і від навантаження. Навіть якщо ви не маєте наміру робити свій БП, ДБЖ знайдеться, крім комп'ютера, в мікрохвильовій печі, пральній та ін побутовій техніці. Вміння діагностувати БП та знання основ електробезпеки дасть можливість якщо не усунути несправність самому, то вже зі знанням справи поторгуватись про ціну з ремонтниками. Тому подивимося, як проводиться діагностика та ремонт БП, особливо з ІВН, т.к. понад 80% відмов посідає їхню частку.

Насичення та протяг

Насамперед – про деякі ефекти, без розуміння яких працювати з ДБЖ не можна. Перший – насичення феромагнетиків. Вони не здатні прийняти у собі енергії більш певної величини, яка залежить від властивостей матеріалу. На залозі любителі з насиченням стикаються рідко, його можна намагнітити до кількох Тл (Тесла, одиниця виміру магнітної індукції). При розрахунку залізних трансформаторів індукцію беруть 07-17 Тл. Феріти витримують лише 0,15-0,35 Тл, їх петля гістерезису «прямокутніша», і працюють на підвищених частотах, так що ймовірність «заскочити в насичення» у них на порядок вище.

Якщо магнітопровід наситився, індукція в ньому більше не зростає і ЕРС вторинних обмоток зникає, хоч би первинка вже плавилася (пам'ятаєте шкільну фізику?). Тепер виключимо первинний струм. Магнітне поле в магнітом'яких матеріалах (магнітожорсткі – це постійні магніти) не може існувати стаціонарно, як електричний заряд або вода в баку. Воно почне розсіюватися, індукція падати, і в усіх обмотках наведеться ЕРС протилежної вихідної полярності. Цей ефект досить широко використовується в ІВП.

На відміну від насичення, наскрізний струм напівпровідникових приладах (просто – протяг) явище безумовно шкідливе. Він виникає внаслідок формування/розсмоктування об'ємних зарядів у p і n областях; у біполярних транзисторів – переважно у базі. Польові транзистори та діоди Шоттки від протягу практично вільні.

Напр., при подачі/зняття напруги на діод він, поки заряди не зберуться/розсмокчуться, проводить струм в обох напрямках. Саме тому втрати напруги на діодах у випрямлячах більше 0,7 В: у момент перемикання частина заряду фільтрового конденсатора встигає стекти через обмотку. У випрямлячі з паралельним подвоєнням протяг стікає відразу через обидва діоди.

Протяг транзисторів викликає викид напруги на колекторі, здатний зіпсувати прилад або, якщо підключене навантаження, наскрізним екстратоком пошкодити її. Але і так транзисторний протяг збільшує динамічні втрати енергії, як і діодний, і зменшує ККД пристрою. Потужні польові транзистори йому майже схильні, т.к. не накопичують заряд в основі за її відсутністю, і тому перемикаються дуже швидко і плавно. «Майже», тому що їхні ланцюги виток-затвор захищені від зворотної напруги діодами Шоттки, які трішки, але прозирають.

Типи ІПН

ДБЖ ведуть свій родовід від блокінг-генератора, поз. 1 на Мал. 6. При включенні Uвх VT1 відкритий струмом через Rб, по обмотці Wк тече струм. Миттєво вирости до краю він не може (знов згадуємо шкільну фізику), в базовій Wб та обмотці навантаження Wн наводиться ЕРС. З Wб вона через Сб форсує відмикання VT1. По Wн струм поки не тече, не пускає VD1.

Коли магнітопровід насититься, струми в Wб і Wн припиняються. Потім за рахунок дисипації (розсмоктування) енергії індукція падає, в обмотках наводиться ЕРС протилежної полярності, і зворотна напруга Wб миттєво замикає (блокує) VT1, рятуючи його від перегріву та теплового пробою. Тому така схема і названа блокінг-генератором або просто блокінгом. Rк і Ск відсікають ВЧ перешкоди, яких блокінг дає хоч греблю гати. Тепер з Wн можна зняти деяку корисну потужність, але через випрямляч 1П. Ця фаза продовжується, поки Сб не перезарядиться повністю або поки не вичерпається запасена магнітна енергія.

Потужність ця, втім, невелика, до 10Вт. Якщо спробувати більше, VT1 згорить від найсильнішого протягу, перш ніж заблокується. Оскільки Тр насичується, ККД блокінгу нікуди не годиться: більше половини запасеної в магнітопроводі енергії летить гріти інші світи. Щоправда, за рахунок того ж насичення блокінг певною мірою стабілізує тривалість та амплітуду своїх імпульсів, а схема його дуже проста. Тому ІПН на основі блокінгу часто застосовують у дешевих телефонних зарядках.

Примітка: величина Сб багато в чому, але не повністю, як пишуть у аматорських довідниках, визначає період повторення імпульсів. Величина його ємності повинна бути пов'язана з властивостями та розмірами магнітопроводу та швидкодією транзистора.

Блокінг свого часу породив малу розгортку телевізорів з електронно-променевими трубками (ЕЛТ), а вона – ІПН з демпферним діодом, поз. 2. Тут УУ за сигналами від Wб і ланцюга зворотного зв'язку ЦОС примусово відкриває/замикає VT1, перш ніж Тр насититься. При замкненому VT1 зворотний струм Wк замикається через цей демпферний діод VD1. Це робоча фаза: вже більша, ніж у блокінгу, частина енергії знімається в навантаження. Велика тому, що за повного насичення вся зайва енергія відлітає, а тут цього зайве мало. Таким шляхом вдається знімати потужність до кількох десятків Вт. Однак, оскільки УУ не може спрацювати, поки Тр не підійшов до насичення, транзистор проходить все-таки сильно, динамічні втрати великі і ККД схеми бажає набагато більшого.

ІВП з демпфером досі живі в телевізорах і дисплеях з ЕПТ, оскільки в них ІВП і вихід малої розгортки поєднані: потужний транзистор і Тр загальні. Це набагато скорочує витрати виробництва. Але, відверто кажучи, ІВН з демпфером принципово хирлявий: транзистор і трансформатор змушені постійно працювати на межі аварії. Інженери, які зуміли довести цю схему до прийнятної надійності, заслуговують на глибоку повагу, але пхати туди паяльник нікому, крім майстрів, які пройшли професійну підготовку і мають відповідний досвід, настійно не рекомендується.

Двотактний ІПН з окремим трансформатором зворотного зв'язку застосовується найбільш широко, т.к. володіє найкращими якісними показниками та надійністю. Втім, щодо ВЧ перешкод і він страшно грішить порівняно з БП «аналоговими» (з трансформаторами на залозі та СНН). В даний час ця схема існує в багатьох модифікаціях; потужні біполярні транзистори в ній майже повністю витіснені польовими, керованими спец. ІМС, але принцип дії залишається незмінним. Його ілюструє вихідна схема, поз. 3.

Пристрій обмеження обмежує струм заряду ємностей вхідного фільтра Сфвх1(2). Їхня велика величина – неодмінна умова роботи пристрою, т.к. за один робочий цикл їх відбирається мала частка запасеної енергії. Грубо кажучи, вони відіграють роль водонапірного бака чи повітряного ресивера. При заряді «на коротко» екстраток заряду може перевищувати 100А на час до 100 мс. Rc1 і Rc2 опором порядку МОм необхідні симетрування напруги фільтра, т.к. найменший розбаланс його плечей неприпустимий.

Коли Сфвх1(2) зарядяться, пристрій запуску УЗ формує імпульс, що відкриває одне з плечей (яке – все одно) інвертора VT1 VT2. По обмотці Wк великого силового трансформатора Тр2 тече струм і магнітна енергія з його осердя через обмотку Wн майже повністю йде на випрямлення і навантаження.

Невелика частина енергії Тр2, що визначається величиною Rогр, знімається з обмотки Wос1 і подається на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора зворотного зв'язку Тр1. Він швидко насичується, відкрите плечезакривається і за рахунок дисипації Тр2 відкривається раніше закрите, як описано для блокінгу, і цикл повторюється.

По суті, двотактний ІВН – 2 блокінги, які «пишають» один одного. Оскільки потужний Тр2 не насичується, протяг VT1 VT2 невеликий, повністю «тоне» в магнітопроводі Тр2 і зрештою йде в навантаження. Тому двотактний ІВП може бути побудований на потужність до декількох кВт.

Найгірше, якщо він опиниться в режимі ХХ. Тоді за напівцикл Тр2 встигне насититися і найсильніший протяг спалить відразу обидва VT1 і VT2. Втім, зараз є у продажу силові ферити на індукцію до 0,6 Тл, але вони дорогі та від випадкового перемагнічування деградують. Розробляються ферити більш ніж на 1 Тл, але щоб ІВН досягли «залізної» надійності, треба хоча б 2,5 Тл.

Методика діагностування

Під час пошуку несправностей в «аналоговому» БП, якщо він «тупо мовчить», перевіряють спочатку запобіжники, потім захист, РЕ та ІОН, якщо в ньому є транзистори. Дзвоняться нормально - йдемо далі поелементно, як описано нижче.

В ІВН, якщо він «заводиться» і одразу «глохне», перевіряють спочатку УО. Струм у ньому обмежує потужний резистор малого опору, потім оптотиристором, що шунтується. Якщо "резик" мабуть підгорів, змінюють його і оптрон. Інші елементи УО виходять з ладу вкрай рідко.

Якщо ІВН "мовчить, як риба об лід", діагностику починають теж з УО (може, "резик" зовсім згорів). Потім – УЗ. У дешевих моделях у них використовують транзистори в режимі лавинного пробою, що далеко не дуже надійно.

Наступний етап, у будь-яких БП – електроліти. Руйнування корпусу та витікання електроліту зустрічаються далеко не так часто, як пишуть у рунеті, але втрата ємності трапляється набагато частіше, ніж вихід з ладу активних елементів. Перевіряють електролітичні конденсатори мультиметром із можливістю вимірювання ємності. Нижче номіналу на 20% і більше – опускаємо «дохляка» у відстій та ставимо новий, добрий.

Потім активні елементи. Як продзвонювати діоди та транзистори ви, напевно, знаєте. Але тут є 2 підступи. Перша - якщо діод Шоттки або стабілітрон дзвониться тестером з батарейкою на 12В, то прилад може показати пробій, хоча діод справний. Ці компоненти краще дзвонити стрілочним приладом із батареєю на 1,5-3 Ст.

Друга – потужні польовики. Вище (звернули увагу?) сказано, що їх І-З захищені діодами. Тому потужні польові транзистори дзвоняться начебто справні біполярні навіть непридатними, якщо канал «вигорів» (деградував) не повністю.

Тут єдиний доступний вдома спосіб – заміна на свідомо справні, причому обох одразу. Якщо в схемі залишився горілий, він негайно потягне новий справний. Електронники жартують, мовляв, потужні польовики жити один без одного не можуть. Ще проф. жарт – «заміна гей-пари». Це до того, що транзистори плечей ІВН повинні бути однотипними.

Нарешті, плівкові та керамічні конденсатори. Для них характерні внутрішні обриви (перебувають тим же тестером з перевіркою «кондиціонерів») і витік або пробою під напругою. Щоб їх «виловити», потрібно зібрати простеньку схему Мал. 7. Покроково перевірка електричних конденсаторів на пробій та витік здійснюється так:

• Ставимо на тестері, нікуди його не підключаючи, найменшу межу вимірювання постійної напруги (найчастіше – 0,2В або 200мВ), засікаємо та записуємо власну похибку приладу;
• Включаємо межу виміру 20В;
• Підключаємо підозрілий конденсатор у точки 3-4, тестер до 5-6, а на 1-2 подаємо постійну напругу 24-48;
• Перемикаємо межі напруги мультиметра вниз до найменшого;
• Якщо на будь-якому тестер показав хоч щось, крім 0000.00 (найменше – щось, крім власної похибки), конденсатор, що перевіряється, не придатний.

На цьому методична частина діагностики закінчується і починається творча, де всі інструкції – власні знання, досвід та міркування.

Пара імпульсників

ДБЖ стаття особлива, внаслідок їх складності та схемного розмаїття. Тут ми, для початку, розглянемо пару зразків на широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що дозволяє отримати найкращу якість ДБЖ. Схем на ШІМ у рунеті багато, але не такий страшний ШІМ, як його малюють.

Для світлодизайну

Просто запалити світлодіодну стрічку можна від будь-якого описаного вище БП, крім того, що на Рис. 1, виставивши необхідну напругу. Добре підійде СНН із поз. 1 Мал. 3, таких нескладно зробити 3, для каналів R, G і B. Але довговічність і стабільність світіння світлодіодів залежать не від прикладеної до них напруги, а від струму, що протікає через них. Тому хороший блок живлення для світлодіодної стрічки повинен включати стабілізатор струму навантаження; технічно - джерело стабільного струму (ІСТ).

Одна із схем стабілізації струму світлоденти, доступна для повторення любителями, наведена на Рис. 8. Зібрано її на інтегральному таймері 555 (вітчизняний аналог – К1006ВІ1). Забезпечує стабільний струм стрічки від БП напругою 9-15 В. Розмір стабільного струму визначається за формулою I = 1/(2R6); у разі – 0,7А. Потужний транзистор VT3 – обов'язково польовий, від протягу через заряд бази біполярного ШІМ просто не сформується. Дросель L1 намотаний на феритовому кільці 2000НМ K20x4x6 джгутом 5хПЕ 0,2 мм. До витків – 50. Діоди VD1 ,VD2 – будь-які кремнієві ВЧ (КД104, КД106); VT1 та VT2 – КТ3107 або аналоги. З КТ361 тощо. діапазони вхідної напруги та регулювання яскравості зменшаться.

Працює схема так: спочатку часзадающая ємність С1 заряджається ланцюгом R1VD1 і розряджається через VD2R3VT2, відкритий, тобто. що знаходиться в режимі насичення через R1R5. Таймер генерує послідовність імпульсів із максимальною частотою; точніше – з мінімальною шпаруватістю. Безінерційний ключ VT3 формує потужні імпульси, яке обв'язування VD3C4C3L1 згладжує їх до постійного струму.

Примітка: шпаруватість серії імпульсів є відношення періоду їхнього прямування до тривалості імпульсу. Якщо, напр., тривалість імпульсу 10 мкс, а проміжок з-поміж них 100 мкс, то шпаруватість буде 11.

Струм у навантаженні наростає, і падіння напруги на R6 відкриває VT1, тобто. переводить його з режиму відсікання (замикання) в активний (підсилювальний). Це створює ланцюг витоку струму бази VT2 R2VT1+Uпит і VT2 також перетворюється на активний режим. Струм розряду С1 зменшується, час розряду збільшується, шпаруватість серії зростає і середнє значення струму падає до норми, заданої R6. У цьому є суть ШИМ. На мінімум струму, тобто. при максимальній шпаруватості, С1 розряджається ланцюгом VD2-R4-внутрішній ключ таймера.

В оригінальній конструкції можливість оперативного регулювання струму та, відповідно, яскравості свічення, не передбачена; потенціометрів на 0,68 Ом немає. Найпростіше регулювати яскравість, включивши після налагодження в розрив між R3 та емітером VT2 потенціометр R* на 3,3-10 кОм, виділено коричневим. Пересуваючи його двигун вниз за схемою, збільшимо час розряду С4, шпаруватість і зменшимо струм. Інший спосіб - шунтувати базовий перехід VT2, включивши потенціометр приблизно на 1 МОм в точки а і б (виділено червоним), менш кращий, тому що ця функція має важливе значення. регулювання вийде більш глибоким, але грубим і гострим.

На жаль, для налагодження цього корисного не тільки для світлолент ІСТ потрібен осцилограф:

1. Подають на схему мінімальне +Uпіт.
2. Підбором R1 (імпульс) і R3 (пауза) досягають шпаруватості 2, тобто. тривалість імпульсу повинна дорівнювати тривалості паузи. Давати шпаруватість менше 2 не можна!
3. Подають максимальне +Uпіт.
4. Підбором R4 досягають номінальної величини стабільного струму.

Для зарядки

Рис. 9 – схема найпростішого ІСН з ШИМ, придатного для зарядки телефону, смартфона, планшета (ноутбук, на жаль, не потягне) від саморобної сонячної батареї, вітрогенератора, мотоциклетного або автомобільного акумулятора, магнето ліхтарика-«жучка» та інших малопотужних нестабільних електроживлення. Див. на схемі діапазон вхідної напруги, там не помилка. Цей ІСН і справді здатний видавати на вихід напругу, більшу за вхідну. Як і в попередньому, тут є ефект зміни полярності виходу щодо входу, це взагалі фірмова фішка схем із ШІМ. Сподіватимемося, що, прочитавши уважно попереднє, ви в роботі цієї крохотульки розберетеся самі.

Принагідно про заряд і зарядки

Заряд акумуляторів дуже складний і тонкий фізико-хімічний процес, порушення якого й у десятки разів знижує їх ресурс, тобто. до циклів заряд-розряд. Зарядний пристрій повинен за дуже малими змінами напруги АКБ обчислювати, скільки прийнято енергії та регулювати відповідно струм заряду за певним законом. Тому зарядний пристрій аж ніяк не БП і заряджати від звичайних БП можна тільки АКБ у пристроях із вбудованим контролером заряду: телефонах, смартфонах, планшетах, окремих моделях цифрових фотокамер. А зарядка, яка має зарядний пристрій – предмет окремої розмови.

Запитання-ремонт.ру сказав(а):

Іскрів від випрямляча буде, але, можливо, нічого страшного. Справа в т. зв. диференціальний вихідний опір джерела живлення. У лужних акумуляторів воно порядку мОм (міліом), у кислотних ще менше. У трансу з мостом без згладжування – десяті та соті частки Ом, тобто прим. у 100 – 10 разів більше. А пусковий струм колекторного мотора постійного струму може бути більше робочого разу в 6-7 і навіть у 20. У вашого, швидше за все, ближче до останнього - мотори, що швидко розганяються, компактніше і економічніше, а величезна перевантажувальна здатність акумуляторів дозволяє давати движку струму, скільки з'їсть на розгін. Транс з випрямлячем стільки миттєвого струму не дадуть, і двигун розганяється повільніше, ніж розрахований, і з великим ковзанням якоря. Від цього, від великого ковзання і виникає іскра, і в роботі потім тримається за рахунок самоіндукції в обмотках.

Що тут можна порадити? Перше: придивіться уважніше – як іскрить? Дивитися треба у роботі, під навантаженням, тобто. під час розпилювання.

Якщо іскорки танцюють у окремих місцях під щітками – нічого страшного. У мене потужний конаківський дриль від народження так іскритий, і хоч би хни. За 24 роки один раз міняв щітки, мив спиртом і полірував колектор - всього. Якщо ви підключали інструмент на 18 В до виходу 24, то невелике іскріння це нормально. Відмотати обмотку або погасити надлишок напруги чимось на зразок зварювального реостата (резистор прим. 0,2 Ом на потужність розсіювання від 200 Вт), щоб у роботі на моторі була номінальна напруга і, швидше за все, іскра піде. Якщо ж підключали до 12, сподіваючись, що після випрямлення буде 18, то дарма - випрямлена напруга під навантаженням сильно сідає. А колекторному електромотору, між іншим, все одно, постійним струмом він живиться або змінним.

Саме: візьміть 3-5 м сталевого дроту діаметром 2,5-3 мм. Поверніть у спіраль діаметром 100-200 мм так, щоб витки не торкалися один одного. Укладіть на вогнетривку діелектричну підкладку. Кінці дроту зачистіть до блиску і поверніть вухами. Найкраще відразу промазати графітовим мастилом, щоб не окислялися. Цей реостат включається до розриву одного з проводів, що ведуть до інструменту. Зрозуміло, що контакти повинні бути гвинтові, затягнуті натуго, з шайбами. Підключайте весь ланцюг до виходу 24 В без випрямлення. Іскра пішла, але й потужність на валу впала – реостат потрібно зменшити, переключити один із контактів на 1-2 витки ближче до іншого. Все одно іскрити, але менше - реостат замало, потрібно додати витків. Краще відразу зробити реостат наперед великим, щоб не прикручувати додаткові секції. Гірше, якщо вогонь по всій лінії контакту щіток із колектором або за ними тягнуться іскрові хвости. Тоді до випрямляча потрібний фільтр, що згладжує, десь, за вашими даними, від 100 000 мкФ. Недешеве задоволення. Фільтр в даному випадку буде накопичувачем енергії на розгін мотора. Але може і не допомогти – якщо габаритної потужності трансформатора обмаль. ККД колекторних електродвигунів постійного струму прим. 0,55-0,65, тобто. транс потрібний від 800-900 Вт. Тобто, якщо фільтр поставили, але все одно іскрити з вогнем під усією щіткою (під обома, зрозуміло), то трансформатор не дотягує. Так, якщо ставити фільтр, то і діоди моста повинні бути на потрійний робочий струм, або можуть вилетіти від кидка струму заряду при включенні в мережу. А інструмент тоді можна буде запускати через 5-10 секунд після включення до мережі, щоб «банки» встигли «накачатися».

І найгірше, якщо хвости іскор від щіток дотягуються або майже дотягуються до протилежної щітки. Це називається круговий вогонь. Він дуже швидко випалює колектор до непридатності. Причин кругового вогню може бути кілька. У вашому випадку найбільш ймовірна - двигун включався на 12 В з випрямленням. Тоді при струмі 30 А електрична потужність ланцюга 360 Вт. Ковзання якоря виходить більше 30 градусів за оборот, а це обов'язково суцільний круговий вогонь. Не виключено також, що якір двигуна намотаний простою (не подвійною) хвилею. Такі електромотори краще долають миттєві навантаження, але пусковий струм у них – мама, не горюй. Точніше заочно не можу сказати, та й ні до чого – своїми руками тут навряд чи виправно. Тоді, напевно, дешевше та простіше буде знайти та придбати нові акумулятори. Але спочатку все ж таки спробуйте включити двигун на трохи підвищеній напрузі через реостат (див. вище). Майже завжди у такий спосіб вдається збити і суцільний круговий вогонь ціною невеликого (до 10-15%) зменшення потужності на валу.

Євген сказав(а):

Потрібно більше скорочень. Щоб весь текст був із скорочень. Похрен, що нікому не зрозуміло, зате можна не писати те саме слово, яке в тексті повторюється ТРИ рази.

Натискаючи кнопку «Додати коментар», я погоджуюсь із сайту.

Тип блоку живлення, як помітили - імпульсний. Таке рішення різко зменшує вагу і розміри конструкції, але працює не гірше за звичайний мережевий трансформатор, до якого ми звикли. Схему зібрано на потужному драйвері IR2153. Якщо мікросхема в DIP корпусі, діод потрібно ставити обов'язково. На рахунок діода - зверніть увагу, він не звичайний, а ультрашвидкий, оскільки робоча частота генератора становить десятки кілогерців і звичайні діоди випрямлячі тут не підійдуть.

У моєму випадку вся схема була зібрана на «розсипусі», оскільки збирав лише для перевірки працездатності. Мною схема практично не налаштовувалась і відразу запрацювала як швейцарський годинник.

Трансформатор - бажано взяти готовий, від комп'ютерного блокуживлення (підійде буквально будь-який, я взяв трансформатор з кіскою від блока живлення АТХ 350 ват). На виході трансформатора можна використовувати випрямляч з діодів ШОТТКИ (теж можна знайти в комп'ютерних блоках живлення), або будь-які швидкі та ультрашвидкі діоди зі струмом 10 Ампер та більше, також можна ставити наші КД213А.

Схему підключайте в мережу через лампу розжарювання 220 Вольт 100 ват, у моєму випадку всі тести робив інвертором 12-220 із захистом від КЗ та перевантаження і тільки після точного налаштування наважився підключити до мережі 220 Вольт.

Як має працювати зібрана схема?

• Ключі холодні, без вихідного навантаження (у мене навіть з вихідним навантаженням 50 Вт ключі залишалися крижаними).
• Мікросхема має перегріватися під час роботи.
• На кожному конденсаторі має бути напруга близько 150 Вольт, хоча номінал цієї напруги може відкланятися на 10-15 Вольт.
• Схема має працювати безшумно.
• Резистор живлення мікросхеми (47к) повинен трохи перегріватись під час роботи, можливий також нікчемний перегрів резистора снаббера (100 Ом).

Основні проблеми, що виникають після складання

Проблема 1.Зібрали схему, при підключенні контрольна лампочка, яка підключена на вихід трансформатора блимає, а сама схема видає незрозумілі звуки.

Рішення. Швидше за все, не вистачає напруги для живлення мікросхеми, спробуйте знизити опір резистора 47к до 45, якщо не допоможе, то до 40 і так (з кроком 2-3кОм) доти, доки схема не запрацює нормально.

Проблема 2.Зібрали схему, при подачі живлення нічого не гріється і не вибухає, але напруга та струм на виході трансформатора мізерні (майже рівні нулю)

Рішення. Замініть конденсатор 400Вольт 1мкФ на дросель 2мГн.

Проблема 3.Один із електролітів сильно гріється.

Рішення. Швидше за все він неробочий, замініть на новий і заразом перевірте діодний випрямляч, може саме через неробочий випрямляч на конденсатор надходить зміна.

Імпульсний блок живлення на ir2153 можна використовувати для живлення потужних, високоякісних підсилювачів, або ж використовувати як зарядний пристрій для потужних свинцевих акумуляторів, можна і як блок живлення - все на ваш розсуд.

Потужність блоку може сягати 400 ВтДля цього потрібно буде використовувати трансформатор від АТХ на 450 Вт і замінити електролітичні конденсатори на 470мкФ - і все!

В цілому, імпульсний блок живлення своїми руками можна зібрати всього за 10-12$ і то якщо брати всі компоненти з радіомагазину, але у кожного радіоаматора знайдеться більше половини радіодеталей, використаних у схемі.

!
У цій статті ми разом з Романом (автором YouTube каналу Open Frime TV) зберемо універсальний блок живлення на мікросхемі IR2153. Це якийсь «франкенштейн», який містить у собі найкращі якості із різних схем.

В інтернеті повно схеми блоків живлення на мікросхемі IR2153. Кожна з них має деякі позитивні особливості, але універсальної схеми автор ще не зустрічав. Тому було ухвалено рішення створити таку схему та показати її вам. Думаю, можна одразу до неї перейти. Отже, розбираймося.

Після замовлення автор з нетерпінням чекав на плату, і ось вони вже приїхали. Розкриваємо посилку, плати досить добре упаковані - не причепишся. Візуально оглядаємо їх, начебто все добре, і відразу ж приступаємо до запаювання плати.

У більшості сучасних електронних пристроїв практично не використовуються аналогові (трансформаторні) блоки живлення, на зміну їм прийшли імпульсні перетворювачі напруги. Щоб зрозуміти, чому так сталося, необхідно розглянути конструктивні особливості, а також сильні та слабкі сторони цих пристроїв. Ми також розповімо про призначення основних компонентів імпульсних джерел, наведемо простий приклад реалізації, який можна зібрати своїми руками.

Конструктивні особливості та принцип роботи

З кількох способів перетворення напруги для живлення електронних компонентів, можна виділити два, що отримали найбільше поширення:

1. Аналоговий, основним елементом якого є понижувальний трансформатор, крім основної функції, що ще й забезпечує гальванічну розв'язку.
2. Імпульсний принцип.

Розглянемо чим відрізняються ці два варіанти.

БП на основі силового трансформатора

Розглянемо спрощену структурну схему цього пристрою. Як видно з малюнка, на вході встановлений понижуючий трансформатор, з його допомогою проводиться перетворення амплітуди напруги живлення, наприклад з 220 В отримуємо 15 В. Наступний блок - випрямляч, його завдання перетворити синусоїдальний струм в імпульсний (гармоніка показана над умовним зображенням). Для цієї мети використовуються напівпровідникові випрямні елементи (діоди), підключені за мостовою схемою. Їхній принцип роботи можна знайти на нашому сайті.

Наступний блок грає виконує дві функції: згладжує напругу (для цього використовується конденсатор відповідної ємності) і стабілізує його. Останнє необхідно, щоб напруга не провалювалася при збільшенні навантаження.

Наведена структурна схема сильно спрощена, зазвичай, у джерелі цього типу є вхідний фільтр і захисні ланцюга, але пояснення роботи пристрою це важливо.

Усі недоліки наведеного варіанта безпосередньо чи опосередковано пов'язані з основним елементом конструкції – трансформатором. По-перше, його вага та габарити, обмежують мініатюризацію. Щоб не бути голослівним наведемо як приклад знижувальний трансформатор 220/12 номінальною потужністю 250 Вт. Вага такого агрегату – близько 4 кілограм, габарити 125х124х89 мм. Можете уявити, скільки важила зарядка для ноутбука на його основі.

По-друге, вартість таких пристроїв часом багаторазово перевищує сумарну вартість інших компонентів.

Імпульсні пристрої

Як видно з структурної схеми, наведеної на малюнку 3, принцип роботи даних пристроїв істотно відрізняється від аналогових перетворювачів, насамперед відсутністю вхідного понижуючого трансформатора.

Розглянемо алгоритм роботи такого джерела:

• Живлення надходить на мережевий фільтр, його завдання мінімізувати мережні перешкоди як вхідні, так і вихідні, що виникають внаслідок роботи.
• Далі вступає в роботу блок перетворення синусоїдальної напруги в постійне імпульсне і згладжує фільтр.
• На наступному етапі до процесу підключається інвертор, його завдання пов'язане з формуванням високочастотних прямокутних сигналів. Зворотний зв'язок із інвертором здійснюється через блок управління.
• Наступний блок - ІТ, він необхідний для автоматичного генераторного режиму, подачі напруги на ланцюга, захисту, керування контролером, а також навантаження. Крім цього завдання ІТ входить забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами високої та низької напруги.

На відміну від понижуючого трансформатора, сердечник цього пристрою виготовляється з феримагнітних матеріалів, це сприяє надійній передачі сигналів ВЧ, які можуть бути в діапазоні 20-100 кГц. Характерна рисаІТ полягає в тому, що при його підключенні критично включення початку та кінця обмоток. Невеликі розміри цього пристрою дозволяють виготовляти прилади мініатюрних розмірів, як приклад можна навести електронну обв'язку (баласт) світлодіодної або енергозберігаючої лампи.

• Далі вступає в роботу вихідний випрямляч, оскільки він працює з високочастотною напругою, для процесу необхідні напівпровідникові швидкодіючі елементи, тому для цієї мети застосовують діоди Шоттки.
• На завершальній фазі виробляється згладжування на вигідному фільтрі, після чого напруга подається на навантаження.

Тепер, як і обіцяли, розглянемо принцип роботи основного елемента пристрою – інвертора.

Як працює інвертор?

ВЧ модуляцію можна зробити трьома способами:

• частотно-імпульсним;
• фазо-імпульсним;
• широтно-імпульсним.

Насправді застосовується останній варіант. Це пов'язано як із простотою виконання, так і тим, що у ШІМ незмінна комунікаційна частота, на відміну від двох інших способів модуляції. Структурна схема, що описує роботу контролера, показано нижче.

Алгоритм роботи пристрою наступний:

Генератор частоти, що задає, формує серію прямокутних сигналів, частота яких відповідає опорній. На основі цього сигналу формується U П пилкоподібної форми, що надходить на вхід компаратора ДО ШИМ. До другого входу цього пристрою підводиться сигнал U УС, що надходить з підсилювача, що регулює. Сформований цим підсилювачем сигнал відповідає пропорційної різниці U П (опорна напруга) та U РС (регулюючий сигнал від ланцюга зворотного зв'язку). Тобто, керуючий сигнал U УС, по суті, напругою неузгодженості з рівнем, що залежить від струму на вантажі, так і напруги на ній (U OUT).

Даний спосіб реалізації дозволяє організувати замкнутий ланцюг, який дозволяє керувати напругою на виході, тобто, по суті, говоримо про лінійно-дискретний функціональний вузл. На його виході формуються імпульси, з тривалістю, яка залежить від різниці між опорним і управляючим сигналом. На його основі створюється напруга для керування ключовим транзистором інвертора.

Процес стабілізації напруги на виході проводиться шляхом відстеження його рівня, при зміні його пропорційно змінюється напруга регулюючого сигналу U РС, що призводить до збільшення або зменшення тривалості між імпульсами.

В результаті відбувається зміна потужності вторинних ланцюгів, завдяки чому забезпечується стабілізація напруги на виході.

Для забезпечення безпеки необхідна гальванічна розв'язка між мережею живлення і зворотним зв'язком. Як правило, для цієї мети використовуються оптрони.

Сильні та слабкі сторони імпульсних джерел

Якщо порівнювати аналогові та імпульсні пристрої однакової потужності, то останні будуть такі переваги:

• Невеликі розміри та вага, за рахунок відсутності низькочастотного понижуючого трансформатора та керуючих елементів, що вимагають відведення тепла за допомогою великих радіаторів. Завдяки використанню технології перетворення високочастотних сигналів можна зменшити ємність конденсаторів, що використовуються у фільтрах, що дозволяє встановлювати елементи менших габаритів.
• Вищий ККД, оскільки основні втрати викликають лише перехідні процеси, тоді як у аналогових схемах багато енергії постійно втрачається при електромагнітному перетворенні. Результат говорить сам за себе збільшення ККД до 95-98%.
• Найменша вартість за рахунок застосування менш потужних напівпровідникових елементів.
• Більше широкий діапазон вхідної напруги. Такий тип обладнання не вимогливий до частоти та амплітуди, отже, допускається підключення до різних за стандартом мереж.
• Наявність надійного захисту від КЗ, перевищення навантаження та інших позаштатних ситуацій.

До недоліків імпульсної технології слід віднести:

Наявність ВЧ перешкод є наслідком роботи високочастотного перетворювача. Такий фактор вимагає встановлення фільтра, що пригнічує перешкоди. На жаль, його робота не завжди ефективна, що накладає деякі обмеження застосування пристроїв даного типу у високоточній апаратурі.

Особливі вимоги до навантаження вона не повинна бути зниженою або підвищеною. Як тільки рівень струму перевищить верхній чи нижній поріг, характеристики напруги на виході почнуть суттєво відрізнятись від штатних. Як правило, виробники (останнім часом навіть китайські) передбачають такі ситуації та встановлюють у свої вироби відповідний захист.

Сфера використання

Практично вся сучасна електроніка запитується від блоків даного типу, як приклад можна навести:

Збираємо імпульсний БП своїми руками

Розглянемо схему простого джерела живлення, де застосовується вищеописаний принцип роботи.

Позначення:

• Резистори: R1 - 100 Ом, R2 - від 150 кОм до 300 кОм (підбирається), R3 - 1 кОм.
• Ємності: С1 і С2 - 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 - 0,22 мкФ х 400 В, С5 - 6800 -15000 пФ (підбирається), 012 мкФ, С6 - 10 м 50 В, С7 - 220 мкФ х 25 В, С8 - 22 мкФ х 25 В.
• Діоди: VD1-4 – КД258В, VD5 та VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
• Транзистор VT1 - KT872A.
• Стабілізатор напруги D1 - мікросхема КР142 з індексом ЕН5 - ЕН8 (залежно від необхідної напруги на виході).
• Трансформатор Т1 – використовується феритовий осердя ш-подібної форми розмірами 5х5. Первинна обмотка намотується 600 витків дротом Ø 0,1 мм, вторинна (висновки 3-4) містить 44 витки Ø 0,25 мм, і остання – 5 витків Ø 0,1 мм.
• Запобіжник FU1 – 0.25А.

Налаштування зводиться до підбору номіналів R2 та С5, що забезпечують збудження генератора при вхідній напрузі 185-240 В.

Блок живлення містить невелику кількість компонентів. Як імпульсний трансформатор використовується типовий понижувальний трансформатор з комп'ютерного блоку живлення.
На вході стоїть NTC термістор (Negative Temperature Coefficient) - напівпровідниковий резистор з позитивним температурним коефіцієнтом, який різко збільшує опір, коли перевищена деяка характеристична температура TRef. Захищає силові ключі під час заряджання конденсаторів.
Діодний міст на вході для випрямлення напруги на струм 10А.
Пара конденсаторів на вході береться із розрахунку 1 мкф на 1 Вт. У нашому випадку конденсатори "витягнуть" навантаження 220Вт.
Драйвер IR2151 – для керування затворами польових транзисторів, що працюють під напругою до 600В. Можлива заміна на IR2152, IR2153. Якщо в назві є індекс D, наприклад IR2153D, то діод FR107 в обв'язці драйвера не потрібен. Драйвер по черзі відкриває затвори польових транзисторів із частотою, що задається елементами на ніжках Rt та Ct.
Польові транзистори використовуються переважно фірми IR (International Rectifier). Вибирають на напругу не менше 400В та з мінімальним опором у відкритому стані. Чим менший опір, тим менше нагрівання і вищий ККД. Можна рекомендувати IRF740, IRF840 та ін. Увага! Фланці польових транзисторів не закорочувати; при монтажі на радіатор використовувати ізоляційні прокладки та шайби-втулки.
Типовий тип трансформатора з блоку живлення комп'ютера. Як правило, цоколівка відповідає наведеній на схемі. У цій схемі працюють і саморобні трансформатори, намотані на феритових торах. Розрахунок саморобних трансформаторів ведеться на частоту перетворення 100 кГц та половину випрямленої напруги (310/2 = 155В). Вторинні обмотки можна розрахувати на іншу напругу.

Діоди на виході з часом відновлення трохи більше 100 нс. Цим вимогам відповідають діоди з сімейства HER (High Efficiency Rectifier – високоефективні випрямлячі). Чи не плутати з діодами Шоттки.
Місткість на виході - буферна ємність. Не слід зловживати та встановлювати ємність понад 10000 мкФ.
Як і будь-який пристрій, цей блок живлення вимагає уважного та акуратного складання, правильної установки полярних елементів та обережності при роботі з мережевою напругою.
Правильно зібраний блок живлення не потребує настроювання та налагодження. Не слід вмикати блок живлення без навантаження.

Варіант блоку живлення з вихідним трансформатором на кільцевому осерді.

Вирішив зібрати цей імпульсний блок живлення з вихідним трансформатором на кільцевому сердечнику. Як виявилося частота перетворення при R2 10 кОм та C5 1000 пФ не 100 кГц а 70 кГц. Вона визначається за такою формулою:

Як сердечник застосував наявний вітчизняний магнітопровід М2000НМ 45х28х12. Розрахунок робив за допомогою програми ExcellentIT

Під час налаштування увімкнув замість запобіжника лампу розжарювання 60Вт, щоб у разі помилок у монтажі не спалити блок живлення. Якщо в процесі налаштування лампа горить, значить, десь замикання, якщо блимає швидше за все неправильно розрахований вихідний трансформатор. Блок живлення запрацював одразу, розрахунки виявилися вірними. Єдине що грівся резистор R1, що гасить. Довелося збільшити його потужність до 5 ВТ. Діоди також бажано поставити помічніше з малим часом відновлення.