Схемы любительских блоков питания. Плата-конструктор регулируемого блока питания, или правильный блок питания должен быть тяжелым. Защита блока питания

Наши друзья меньшие (Китайцы) заполонили рынок электроники, но не всегда они бывают добросовестные, но многие дорогие модели компьютерных блоков питания достойные в своем классе. Но все-же большинство блоков питания, как я их называю кастрированные, то есть когда печатная плата была разработана под одни элементы, а в ней впаяны другие, и не все, особенно это по по входным фильтрам, их почти никогда нет в дешевых моделях.

Структурная схема ATX

Главный недостаток всех дешевых БП

В общем-то всё в пределах нормы.
Заметны короткие выбросы напряжения. С увеличением нагрузки – увеличиваются выбросы. Следствие – глюки памяти и других цифровых элементов PC. Отметим, что нагрузка 30% - это большинство PC не обременённых более чем одним HDD. Имеющим простенькую видеокарту и CPU потребляющий не более 15W.

Второй недостаток

В теории сказано, что ИБП очень критичны к нестабильности тока нагрузки. В нашем случае этот недостаток проявляется во всей красе. Так выглядит осциллограмма напряжения +12В при динамической нагрузке.

На Рис.2 участок №1 – статическая нагрузка. Участок №2 – HDD в режиме чтение/запись. Характерны провалы напряжения питания +12В. Величина и длительность провала зависит от параметров фильтра блока питания и мощности HDD. Следствие: из-за нестабильности шины питания +12В жесткий диск начинает хлопать головами по "блинам". Появляются бэды. Глюки утройств питающихся от шины +12В (ISA карты, COM порты)

Как с этим бороться

Рассмотрим фильтр блока питания.

Рис.3 Фильтр (какой он есть)

В большинстве АТ блоках фильтр для шины питания +5В состоит из двух электролитических конденсаторов 1000мкФх10В. Для шины питания +12В одного конденсатора 1000мкФх16В. Для импульсных блоков питания емкость фильтрующих конденсаторов берётся из расчета 500..1000мкФ на 1А тока нагрузки. В нашем случае получаем для шины +5В максимальный ток нагрузки составит 4А. Для шины питания +12В максимальный ток нагрузки составит 2А.
В большинстве случаев аварийная ситуация не возникает. Но вот при использовании даже одного HDD типа IBM DPTA 7200RPM (или с аналогичным энергопотреблением) наблюдались вышеуказанные глюки.

Рис.4 Фильтр. (какой он должен быть)

Для этой схемы (Рис.4 ) справедливы следующие параметры: шина +5В – максимальный динамический ток нагрузки 20А.
Шина +12В – максимальный динамический ток нагрузки 8А.

Электролитические конденсаторы устраняют нестабильность по току. Керамические (2.2мкФ 3..6шт.) устраняют импульсные выбросы напряжения. Рекомендуется серия с низким сопротивлением для импульсных токов (кажись так называется). Каждая фирма маркирует их посвоему. Из того, что можно достать в Питере - например Hitano, серия EXR, рабочая температура до 105 цельсия. Для +5В - две штучки 2200мкФ или 3300мкФ 6,3 или 10В (нужно смотреть габариты, производители БП очень сильно ужимают место). С керамикой ничего посоветовать не могу. Из того что видел отличаются только ТКЕ и точностью (например +80 -50%). Думаю в фильтрах такого рода это не принципиально. Тут чем больше емкость, тем лучше. Наверное лучше брать SMD (бескорпусную) и паять с обратной стороны платы прямо на проводники. По поводу катушек в выходных фильтрах: если нет опыта намотки - лучше не эксперементировать. Если есть возможность купить, то можно попробовать. Или выпаять из мертвого БП. С катушками на выходе - нужно быть очень осторожным. Блок проверять только нагружая на резисторы.

После модернизации фильтра смотрим осциллограмму

После модернизации фильтра осциллограмма шина +5В

Так выглядит под нагрузкой "поверхность" напряжения брендового блока питания. Присутствуют выбросы напряжения, но они незначительны (много меньше допустимой нормы) и с увеличением нагрузки практически не увеличиваются. Суммарная емкость (мой вариант) электролитических конденсаторов 6800мкФ. Керамических конденсаторов 1.5мкФ (всё что было под рукой). Для интереса был протестирован блок питания АТХ фирмы PowerMan из корпуса InWin A500 – осциллограмма похожая, но выбросы напряжения отсутствуют.

На Рис.6 участок 2 соответствует динамической нагрузке.
Емкость фильтра – один конденсатор 4700мкФх25В (HDD в режиме чтение/запись). Максимальная помеха не более 100мВ. Блок питания АТХ фирмы PowerMan показал примерно тотже результат.

Безопасность/надёжность высоковольтной части БП

Осциллограмма сетевого напряжения

Работа нескольких РС без фильтра

Кто-то скажет: "ну а нам всё равно - гадит наш РС в сеть или нет. Ну сэкономили на сетевом фильтре, ну и что." Возможно вас убедит следующая осциллограмма.

На Р и с.9 участок №1 – работа мощного перфоратора. Участок №2 – включение мощного индуктивного потребителя (например холодильник или пылесос). Вклю чение индуктивной нагрузки всегда сопровождается мощным всплеском напряжения. Напряжение импульсной помехи рассчитывается по следующей формуле:

Где: - сопротивление контактов в момент размыкания. - сопротивление контура цепи 220В. - напряжение сети (220В).

Нетрудно догадаться, что числитель всегда больше чем знаменатель. На осциллограмме (Рис.9 ) участок 2 - присутствует "провал" сетевого напряжения длительностью 20..500мсек (характерно для включения в сеть потребителей с реактивным характером сопротивления). От коротких провалов напряжения спасает UPS (минимальное время включения бесперебойника 4мсек). Это хорошо если он есть. Возможно понадобится увеличить емкость высоковольтного фильтра постоянного тока (на Рис.10 – электролиты 680х250V). Обычно установлены 220х200V. При потребляемой мощности 100Ватт запаса емкости (220х200V) хватает на 70..100мсек. Если увеличивать емкость до 680..1000мкФх200В, то не забудьте заменить диодную сборку RS205 (2A 500V) на RS507 (5A 700V)!!! Обязательно наличае терморезистора 4,7 ... 10 Ом на 10А. На терморезисторах обычно экономят. Ставят обычное сопротивление 1 Ом, 1Ватт

Сетевой фильтр + выпрямитель

Из всех элементов в схеме фильтра обычного БП присутствует только терморезистор PS405L и предохранитель (самое необходимое). Иногда ставят симметричный трансформатор (на схеме – 5mH). Само собой - выпрямитель RS205 и высоковольтный фильтр постоянного тока (2 электролита 220х200В).

Увеличение КПД

Замена мощных ключевых транзисторов

Менять будем импортные биполярные KSE13007 (или NT405F, 2SC3306) на наш советский полевик КП948А.

схема включения полевого транзистора.

Такой вариант годится для АТХ блоков питания, т.к. запуск блока происходит от от дельного маломощного источника питания. Для АТ блоков такая схема не годится. Поэтому я оставил обвязку транзистора как есть, добавив 15В стабилитрон (как показано на схеме Рис.11 ). Стабилитроны ставить необзятельно, т.к. прямое напряжение на затворе не превышает 1В (прямой диод), а напряжение его обратного пробоя не более 10В, Конденсаторы 1мкФх50v (Рис.12 ) стоит ставить керамические (если ставится задача повышения надёжности), высыхание этих электролитов (особенно рядом с горячим радиатором) является основной причиной выхода блока питания из строя, так как недостаточно резко запираются силовые транзисторы.

Не знаю почему – но у меня работает. Падение мощности на транзисторах уменьшается на 3..5Ватт. Хотя стабилитроны я всётаки оставил. Как следствие – перестает греться.

Выпрямительные диоды

Мощные выпрямительные диоды ставим на нормальные радиаторы. Подойдёт радиатор от CPU - пилим пополам. Одна половинка на +5В выпрямитель. Вторая - для +12В выпрямителя. Рекомендуют также силовые диодные сборки заменить на наши советские диоды КД2998А. Радиаторы - увеличить. Всё! Теперь вентилятор из БП можно выкинуть. При этом нарушается нормальный теплообмен внутри корпуса. Но если это БП для маршрутизатора – то греться внутри корпуса особо нечему. Если это файловый сервер – тогда на свой страх и риск. Хотя Manowar Manowar"ыч утверждает, что у него переделанный АТХ блок питания нагружен на 2HDD 7200RPM + УНЧ и всё это хозяйство работает без вентилятора.

За основу был взят БП CODEGEN - 300X (типа 300Вт, ну Вы поняли китайских 300). Мозгом БП служит ШИМ-контроллер КА7500 (TL494...). Только такие мне приходилось переделывать. Управлять ШИМкой будет PIC16F876A, он же и для контроля и установки выходного напряжения и тока, отображение информации на LCD WH1602(...), регулировка осуществляется кнопками.
Программу помог сделать один хороший человек (IURY, сайт "Кот", который радио), за что ему большое спасибо!!! В архиве схема, плата, программа для контроллера.

Берем рабочий БП (если не рабочий, то надо восстановить до рабочего состояния).
Ориентировочно определяемся, где у нас что будет располагаться. Выбираем место под LCD, кнопки, клеммы (гнезда), индикатор включения...
Определились. Делаем разметку для "окна" ЛСД. Вырезаем (я резал маленькой болгаркой 115мм), может кто-то дремелем, кто-то рассверливанием отверстий, а потом подгонка напильником. В общем кому как удобнее и доступнее. Должно получиться что-то похоже на это.

Продумываем как будем крепить дисплей. Можно сделать несколькими способами:
а) соединить с платой управления разъёмами;
б) сделать через фальшпанель;
в) или...
Или... припаять непосредственно 4 (3) винтика М2,5 к корпусу. Почему М2,5, а н М3,0? В ЛСД отверстия 2,5мм в диаметре для крепления.
Я припаял 3 винтика, потому что при пайке четвертого, отпаивается перемычка (на фото видно). Потом припаиваешь перемычку - отпадает винтик. Просто сильно близкое расстояние. Не стал заморачиваться - оставил 3 шт.

Пайка выполнена ортофосфорной кислотой. После пайки всё необходимо хорошо промыть водой с мылом.
Примеряем дисплей.

Изучаем схему, а именно все относительно TL494 (KA7500). Все что касается ног 1, 2, 3, 4, 13, 14, 15, 16. Всю обвязку возле этих выводов удаляем (на основной плате БП), и устанавливаем детали, согласно схемы.

Удаляем на основной плате БП всё лишнее. Все детали касательно +5, -5, -12, PG, PS - ON. Оставляем только всё, что касается +12 V и дежурного питания +5V SB. Желательно найти схему по своему БП, чтобы не удалить чего лишнего. В цепи питания +12 вольт - удаляем родные электролиты и ставим вместо них, аналогичный по ёмкости, но на рабочее напряжение 35-50 вольт.
Должно получиться что-то похоже на это.

Для увеличения, жмите на схему

Посмотрев на характеристики имеющегося блока питания (наклейка на корпусе) - по 12В выходной ток должен быть 13А. Ого неплохо вроде!!! Смотрим на плату, что у нас образовывает 12В, 13А??? Ха два диода FR302 (по даташиту 3А!). Ну пусть максимальный ток 6А. Нет, такое нас не устраивает, надо заменить на что-нибудь по мощнее, да еще и с запасом, поэтому ставим 40CPQ100 - 40А, Uобр=100В.

На радиаторе были какие-то изолирующие прокладки, прорезиненная ткань (что-то похожее). Отодрал, отмыл. Поставил нашу отечественную слюду.
Винты, поставил подлиннее. Под один сзади зажал еще слюду. Блок решил дополнить индикатором перегрева теплоотвода на МП42. Германиевый транзистор здесь используется в качестве датчика температуры

Схема индикатора перегрева теплоотвода собрана на четырёх транзисторах. В качестве транзистора стабилизатора применён КТ815, КТ817, а в качестве индикатора - двухцветный светодиод.

Печатную плату не рисовал. Думаю, что особой сложности при сборке этого узла возникнуть не должно. Как узел собран, видно на фото ниже.

Делаем плату управления. ВНИМАНИЕ! Перед подключением своего LCD изучите даташит на него!! Особенно выводы 1 и 2!

Соединяем все согласно схеме. Устанавливаем плату в БП. Также надо изолировать основную плату от корпуса. Сделал я всё это через пластиковые шайбочки.

Наладка схемы.

1.Все наладки блока питания проводить только через лампу накаливания 60 - 150 Вт, включенную в разрыв сетевого кабеля.
2.Корпус БП изолировать от GND, а цепь, которая образовывалась через корпус, соединить проводками.
3.Iizm (U15) - выставляется выходной ток (правильность показаний индикатора) по образцовому А - метру.
Uizm (U14) - выставляется выходное напряжение (правильность показаний индикатора), по образцовому В - метру.
Uset_max (U16) - выставляется МАХ выходное напряжение

Максимальный выходной ток данного блока питания составляет 5 ампер (вернее 4,96А), ограничен прошивкой.
Максимальное выходное напряжение для данного блока питания, не желательно выставлять более 20-22 вольт, так как в этом случае увеличивается вероятность пробоя силовых транзисторов из-за нехватки предела ШИМ-регулирования микросхемой TL494.
Для увеличения выходного напряжения более 22 вольт, необходима перемотка вторичной обмотки трансформатора.

Пробный запуск прошёл успешно. Слева двухцветный индикатор перегрева теплоотвода (холодный радиатор - цвет LED зеленый, теплый - оранжевый, горячий - красный). Справа - индикатор включения БП.

Установил выключатель. Основа - стеклотекстолит, обклеен самоклейкой "оракл".

Финал. То, что получилось в домашних условиях.

Источник: http://vprl.ru

Широкий диапазон регулировки Выходное опорное напряжение……5В +-05%

Особенности :

• Полный набор функций ШИМ-управления
• Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200мА
• Возможна работа в двухтактном или однотактном режиме
• Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
• Широкий диапазон регулировки
• Выходное опорное напряжение…………………………………….5В +-05%
• Просто организуемая синхронизация

Общее описание :

1114ЕУ3/4 – TL494

С пециально созданные для построения ИБП, микросхемы TL493/4/5 обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИБП. Приборы TL493/4/5 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.

Допускается синхронизация вcтроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИБП.

Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL493/4/5 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме.

Приборы, имеющие суффикс L, гарантируют нормальную работу в диапазоне температур -–5…85С, с суффиксом С гарантируют нормальную работу в диапазоне температур 0…70С.

Структурная схема :

Цоколевка корпуса :

Предельные значения параметров :

Напряжение питания…………………………………………………………….41В

Входное напряжение усилителя………………………………………...(Vcc+0.3)В

Выходное напряжение коллектора…………………………………………...…41В

Выходной ток коллектора………………………………………………….…250мА

Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме……………………….1Вт

Рабочий диапазон температур окружающей среды:

C суффиксом L………………………………………………………………-25..85С

С суффиксом С………………………………………………………………..0..70С

Диапазон температур хранения ………………………………………..-65…+150С

Функциональное описание :

Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ-контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установки частоты только двух внешних компонентов R и С. Частота генератора определяется по формуле:

Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами (см. временную диаграмму). Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3).

Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4% длительности цикла пилообразного напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96% в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48% в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение.

Увеличит длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,3В. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от –0,3 до (Vcc-2,0)В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объеденины функцией ИЛИ на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.

Микросхема TL494 имеет встроенный источник опорного напряжения на 5,0В, способный обеспечить вытекающий ток до 10мА для смещения внешних компонентов схемы. Опорное напряжение имеет погрешность 5% в диапазоне рабочих температур от 0 до 70С.

СПРАВОЧНИК. Издательство Додэка. 1997

Вчера сидел испытывал Зарядное устройство на микроконтроллере, сделанный на основе ATX все работало пока не начал он пищать и резко без всяких признаком погиб смертью храбрых. При первом осмотре не смог обнаружить неисправность и тут я полез у googlа спрашивать и вот что он мне выдал.

Рис.1 Типовая схема БП ATX

Проверка высоковольтной части блока питания ATX

Для начала проверяем: предохранитель, защитный терморезистор, катушки, диодный мост, электролиты высокого напряжения, силовые транзисторы Т2, Т4, первичную обмотку трансформатора, элементы управления в базовой цепи силовых транзисторов.
Первыми обычно сгорают силовые транзисторы. Лучше заменить на аналогичные: 2SC4242, 2SC3039, КТ8127(А1-В1), КТ8108(А1-В1) и т.п. Элементы в базовой цепи силовых транзисторов.(проверить резисторы на обрыв). Как правило, если сгорает диодный мост (диоды звонятся накоротко), то соответственно от поступившего в схему переменного тока вылетают электролиты высокого напряжения. Обычно мост - это RS205 (2А 500В) или хуже. Рекомендуемый - RS507 (5А 700В) или аналог. Ну и последним всегда горит предохранитель.
И так: все нерабочие элементы заменены. Можно приступить к безопасным испытаниям силовой части блока. Для этого понадобится трансформатор с вторичной обмоткой на 36В. Подключаем как показано на Рис.2. На выходе диодного моста должно быть напряжение 50..52В. Соответственно на каждом электролите высокого напряжения будет половина от 50..52В. Между эмиттером и коллектером каждого силового транзистора также должна быть половина от 50..52В.

Проверка источника дежурного питания

Источник дежурного питания служит для питания TL494CN и +5VSB. Как правило выходят из строя Т11, D22, D23, C30. Также следует проверить первичные и вторичную обмотки трансформатора.

Проверка схемы управления

Для этого понадобится стабилизированный блок питания 12В. Подключаем к схеме испытуемого ИБП как показано на схеме рис.1 и смотрим наличае осциллограмм на соответсвующих выводах. Показания осциллографа снимать относительно общего провода.

Проверка силовых транзисторов

Проверку режимов работы в принципе можно и не делать. Если первые два пункта пройдены, то на 99% можно считать БП исправным. Однако, если силовые транзисторы были заменены на другие аналоги или если вы решили заменить биполярные транзисторы на полевые (напрмер КП948А, цоколёвка совпадает), то необходимо проверить как транзистор держит переходные процессы. Для этого необходимо подключить испытуемый блок как показано на рис.2. Осциллограф отключить от общего провода! Осциллограммы на коллекторе силового транзистора измерять относительно его эмиттера (как показано на рис.5, напряжение будет меняться от 0 до 51В). При этом процесс перехода от низкого уровня к высокому должен быть мгновенным (ну или почти мгновенным) то во многом зависит от частотных харрактеристик транзистора и демпферных диодов (на рис.5 FR155. аналог 2Д253, 2Д254). Если переходной процесс происходит плавно (присутствует небольшой наклон), то скорее всего уже через несколько минут радиатор силовых транзисторов очень сильно нагреется. (при нормальной работе - радиатор длжен быть холодный).

Проверка выходных параметров блока питания

После всех вышеперечисленных работ необходимо проверить выходные напряжения блока. Нестабильность напряжения при динамической нагрузке, собственные пульсации и т.п. Можно на свой страх и риск воткнуть испытуемый блок в рабочую системную плату или собрать схему рис. 6.

Данная схема собирается из резисторов ПЭВ-10. Резисторы монтировать на алюминиевый радиатор (для этих целей очень хорошо подходит швеллер 20х25х20). Блок питания без вентилятора не включать! Также желательно обдувать резисторы. Пульсации смотреть осциллографом непосредственно на нагрузке (от пика до пика должно быть не более 100 мВ, в худшем случае 300 мВ). Вообще не рекомендуется нагружать БП более 1/2 заявленной мощности (например: если указано, что БП 200 Ватт, то нагружать не более 100 Ватт).

В дополнение ко всему выше написаному предлагаю скачать отличную подборку принципиальных схем компьютерных блоков питания ATX. Более 35 схем находятся в архиве. Многие производители копируют друг у друга блоки питания, поэтому есть шанс наткнуться на ту схему, которую вы ищете. Принципиальные схемы БП таких фирм как: Codegen, Microlab, InWIN, Power Link, JNC, Sunny, и много других. Так же в архиве Вы найдете информацию по ремонту компьютерных БП.

На рис. 1 представлена электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения для зарядки сотовых телефонов.

Рис. 1 Электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения

Схема представляет собой блокинг-генератор, реализованный на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Диодный мост VD1 выпрямляет переменное сете-вое напряжение, резистор R1 ограничивает импульс тока при включении, а также выполняет функцию предохранителя. Конденсатор С1 необязателен, но благодаря ему блокинг-генератор работает более стабильно, а нагрев транзи-стора VT1 чуть меньше (чем без С1).

При включении питания транзистор VT1 слегка приоткрывается через рези-стор R2, и через обмотку I трансформатора Т1 начинает течь небольшой ток. Благодаря индуктивной связи, через остальные обмотки также начинает протекать ток. На верхнем (по схеме) выводе обмотки II положительное напряжение небольшой величины, оно через разряженный конденсатор С2 приоткрывает транзистор еще сильней, ток в обмотках трансформатора нарастает, и в итоге транзистор открывается полностью, до состояния насыщения.

Через некоторое время ток в обмотках перестает нарастать и начинает снижаться (транзистор VT1 все это время полностью открыт). Уменьшается напряжение на обмотке II, и через конденсатор С2 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1. Он начинает закрываться, амплитуда напряжения в обмотках уменьшается еще сильней и меняет полярность на отрицательную.

Затем транзистор полностью закрывается. Напряжение на его коллекторе увеличивается и становится в несколько раз больше напряжения питания (индуктивный выброс), однако благодаря цепочке R5, С5, VD4 оно ограничивается на безопасном уровне 400...450 В. Благодаря элементам R5, С5 генерация нейтрализуется не полностью, и через некоторое время полярность напряжения в обмотках снова меняется (по принципу действия типичного колебательного контура). Транзистор снова начинает открываться. Так продолжается до бесконечности в цикличном режиме.

На остальных элементах высоковольтной части схемы собраны регулятор напряжения и узел защиты транзистора VT1 от перегрузок по току. Резистор R4 в рассматриваемой схеме выполняет роль датчика тока. Как только паде-ние напряжения на нем превысит 1...1,5 В, транзистор VT2 откроется и замк-нет на общий провод базу транзистора VT1 (принудительно закроет его). Конденсатор СЗ ускоряет реакцию VT2. Диод VD3 необходим для нормаль-ной работы стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения собран на одной микросхеме - регулируемом стабилитроне DА1.

Для гальванической развязки выходного напряжения от сетевого использует-ся оптрон VOL Рабочее напряжение для транзисторной части оптрона берет-ся от обмотки II трансформатора Т1 и сглаживается конденсатором С4. Как только напряжение на выходе устройства станет больше номинального, через стабилитрон DA1 начнет течь ток, светодиод оптрона загорится, сопротивле-ние коллектор-эмиттер фототранзистора VOL2 уменьшится, транзистор VT2 приоткроется и уменьшит амплитуду напряжения на базе VT1.

Он будет сла-бее открываться, и напряжение на обмотках трансформатора уменьшится. Если же выходное напряжение, наоборот, станет меньше номинального, то фототранзистор будет полностью закрыт и транзистор VT1 будет "раскачиваться" в полную силу. Для защиты стабилитрона и светодиода от перегрузок по току, последовательно с ними желательно включить резистор сопротивле-нием 100...330 Ом.

Налаживание
Первый этап: первый раз включать устройство в сеть рекомендуется через лампу 25 Вт, 220 В, и без конденсатора С1. Движок резистора R6 устанавли-вают в нижнее (по схеме) положение. Устройство включают и сразу отклю-чают, после чего как можно быстрей измеряют напряжения на конденсаторах С4 и Сб. Если на них есть небольшое напряжение (согласно полярности!), значит, генератор запустился, если нет генератор не работает, требуется поиск ошибки на плате и монтаже. Кроме того, желательно проверить тран-зистор VT1 и резисторы R1, R4.

Если все правильно и ошибок нет, но генератор не запускается, меняют мес-тами выводы обмотки II (или I, только не обоих сразу!) и снова проверяют работоспособность.

Второй этап: включают устройство и контролируют пальцем (только не за металлическую площадку для теплоотвода) нагрев транзистора VTI, он не должен нагреваться, лампочка 25 Вт не должна светиться (падение напряже-ния на ней не должно превышать пары Вольт).

Подключают к выходу устройства какую-нибудь маленькую низковольтную лампу, например, рассчитанную на напряжение 13,5 В. Если она не светится, меняют местами выводы обмотки III.

И в самом конце, если все нормально работает, проверяют работоспособность регулятора напряжения, вращая движок подстроечного резистора R6. После этого можно впаивать конденсатор С1 и включать устройство без лампы-токоограничителя.

Минимальное выходное напряжение составляет около 3 В (минимальное па-дение напряжения на выводах DA1 превышает 1,25 В, на выводах светодио-да-1,5В).
Если нужно меньшее напряжение, заменяют стабилитрон DA1 резистором сопротивлением 100...680 Ом. Следующим шагом настройки требуется уста-новка на выходе устройства напряжения 3,9...4,0 В (для литиевого аккумуля-тора). Данное устройство заряжает аккумулятор экспоненциально умень-шающимся током (от примерно 0,5 А в начале заряда до нуля в конце (для литиевого аккумулятора емкостью около 1 А/ч это допустимо)). За пару ча-сов режима зарядки аккумулятор набирает до 80 % своей емкости.

О деталях
Особый элемент конструкции - трансформатор.
Трансформатор в этой схеме можно использовать только с разрезным ферри-товым сердечником. Рабочая частота преобразователя довольно велика, поэтому для трансформаторного железа нужен только феррит. А сам преоб-разователь - однотактный, с постоянным подмагничиванием, поэтому сер-дечник должен быть разрезным, с диэлектрическим зазором (между его поло-винками прокладывают один-два слоя тонкой трансформаторной бумаги).

Лучше всего взять трансформатор от ненужного или неисправного анало-гичного устройства. В крайнем случае его можно намотать самому: сечение сердечника 3...5 мм2, обмотка I-450 витков проводом диаметром 0,1 мм, обмотка II-20 витков тем же проводом, обмотка III-15 витков прово-дом диаметром 0,6...0,8 мм (для выходного напряжения 4...5 В). При намот-ке требуется строгое соблюдение направления намотки, иначе устройство будет плохо работать, или не заработает совсем (придется прикладывать усилия при налаживании - см. выше). Начало каждой обмотки (на схеме) вверху.

Транзистор VT1 - любой мощностью 1 Вт и больше, током коллектора не менее 0,1 А, напряжением не менее 400 В. Коэффициент усиления по току Ь2ь должен быть больше 30. Идеально подходят транзисторы MJE13003, KSE13003 и все остальные типа 13003 любой фирмы. В крайнем случае, при-меняют отечественные транзисторы КТ940, КТ969. К сожалению, эти транзи-сторы рассчитаны на предельное напряжение 300 В, и при малейшем повы-шении сетевого напряжения выше 220 В они будут пробиваться. Кроме того, они боятся перегрева, т. е. требуется их установка на теплоотвод. Для транзи-сторов KSE13003 и МГС13003 теплоотвод не нужен (в большинстве случаев цоколевка - как у отечественных транзисторов КТ817).

Транзистор VT2 может быть любым маломощным кремниевым, напряжение на нем не должно превышать 3 В; это же относится и к диодам VD2, VD3. Конденсатор С5 и диод VD4 должны быть рассчитаны на напряжение 400...600 В, диод VD5 должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки. Диодный мост VD1 должен быть рассчитан на ток 1 А, хотя потребляемый схемой ток не превышает сотни миллиампер - потому что при включении происходит довольно мощный бросок тока, а увеличивать сопротивление ре-зистора Шдля ограничения амплитуды этого броска нельзя - он будет силь-но нагреваться.

Вместо моста VD1 можно поставить 4 диода типа 1N4004...4007 или КД221 с любым буквенным индексом. Стабилизатор DA1 и резистор R6 можно заме-нить на стабилитрон, напряжение на выходе схемы будет на 1,5 В больше напряжения стабилизации стабилитрона.

"Общий" провод показан на схеме только для упрощения графики, его нельзя заземлять и (или) соединять с корпусом устройства. Высоковольтная часть устройства должна быть хорошо изолирована.

Оформление
Элементы устройства монтируют на плате из фольгированного стеклотексто-лита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (использованным автором) является оформление платы устройства в корпус от ис-пользованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).

Источник : http://shemotehnik.ru

Название: Импульсные источники питания. Теоретические основы проектирования и руководство по практическому применению

Количество страниц: 272

Издательство: М.: ИД «Додэка-ХХI», nep. с англ., серия «Силовая электроника»

Год издания: 2008

Описание

Импульсные источники питания (ИИП) быстро идут на смену устаревшим линейным источникам питания благодаря своей высокой производительности, улучшенной стабилизации напряжения и малым габаритам. В книге подробно обсуждаются фундаментальные теоретические принципы и методы проектирования импульсных источников питания и приводятся сведения, знание которых не только поможет инженерам оптимизировать выбор серийных источников питания для своих проектов, но и позволит им разрабатывать собственные оригинальные схемы ИИП. Книга ориентирована на читателей, желающих глубже вникнуть в суть работы импульсных источников питания и их проектирования, не забираясь при этом в математические «дебри».

Особое внимание уделяется выбору соответствующих компонентов, таких, как дроссели и трансформаторы, с учётом обеспечения безопасной и надёжной работы схем ИИП. На примере предложенных автором оригинальных проектов иллюстрируются те или иные компромиссы, к которым непременно приходится прибегать при разработке импульсных источников питания. Рассматриваются как сетевые источники питания, так и преобразователи постоянного напряжения (DC/DC).
Книга охватывает все основные схемы импульсных источников питания, включая обратноходовые и прямоходовые преобразователи, мостовые, понижающие, повышающие и комбинированные схемы. В качестве примеров приведены практические схемы 220-вольтового сетевого импульсного источника питания и 110-вольтового источника бесперебойного питания.

Все мастера, занимающиеся ремонтом электронной аппаратуры, знают о важности наличия лабораторного блока питания, с помощью которого можно получать различные значения напряжения и тока для использования при зарядке устройств, питании, тестировании схем и т. д. В продаже имеется много разновидностей таких аппаратов, но опытным радиолюбителям вполне по силам изготовить лабораторный блок питания своими руками. Использовать для этого можно бывшие в употреблении детали и корпуса, дополнив их новыми элементами.

Простое устройство

Самый простой блок питания состоит всего из нескольких элементов. Начинающим радиолюбителям будет несложно разработать и собрать эти легкие схемы. Главный принцип – создать выпрямительную схему для получения постоянного тока. При этом уровень напряжения на выходе меняться не будет, он зависит от коэффициента трансформации.

Основные компоненты для схемы простого блока питания:

1. Понижающий трансформатор;
2. Выпрямительные диоды. Можно включить их по схеме моста и получить полноволновое выпрямление либо использовать полуволновое устройство с одним диодом;
3. Конденсатор для сглаживания пульсаций. Выбирается электролитический тип емкостью 470-1000 мкФ;
4. Проводники для монтажа схемы. Их поперечное сечение определяется величиной нагрузочного тока.

Для конструирования 12-вольтового БП нужен трансформатор, который понижал бы напряжение с 220 до 16 В, так как после выпрямителя напряжение немного уменьшается. Такие трансформаторы можно найти в бывших в употреблении компьютерных блоках питания или приобрести новые. Можно встретить рекомендации о самостоятельной перемотке трансформаторов, но на первых порах лучше обойтись без этого.

Диоды подойдут кремниевые. Для устройств небольших по мощности есть в продаже уже готовые мосты. Важно их правильно подсоединить.

Это основная часть схемы, пока еще не совсем готовая к использованию. Надо поставить дополнительно после диодного моста стабилитрон для получения лучшего выходного сигнала.

Получившееся устройство является обычным блоком питания без дополнительных функций и способно поддерживать небольшие нагрузочные токи, до 1 А. При этом возрастание тока может повредить компоненты схемы.

Чтобы получить мощный блок питания, достаточно в этой же конструкции установить один или более усилительных каскадов на транзисторных элементах TIP2955.

Важно! Для обеспечения температурного режима схемы на мощных транзисторах необходимо предусмотреть охлаждение: радиаторное или вентиляционное.

Регулируемый блок питания

Блоки питания с регулировкой по напряжению помогут решать более сложные задачи. Имеющиеся в продаже устройства различаются по параметрам регулирования, показателям мощности и др. и подбираются с учетом планируемого использования.

Простой регулируемый блок питания собирается по примерной схеме, представленной на рисунке.

Первая часть схемы с трансформатором, диодным мостом и сглаживающим конденсатором похожа на схему обычного БП без регулирования. В качестве трансформатора также можно использовать аппарат из старого блока питания, главное, чтобы он соответствовал выбранным параметрам по напряжению. Этот показатель для вторичной обмотки ограничивает регулирующий предел.

Как работает схема:

1. Выпрямленное напряжение выходит к стабилитрону, который определяет максимальную величину U (можно взять на 15 В). Ограниченные параметры этих деталей по току требуют установки в схему транзисторного усилительного каскада;
2. Резистор R2 является переменным. Меняя его сопротивление, можно получить разные величины выходного напряжения;
3. Если регулировать также ток, то второй резистор устанавливается после транзисторного каскада. В данной схеме его нет.

Если требуется другой диапазон регулирования, надо установить трансформатор с соответствующими характеристиками, что потребует также включения другого стабилитрона и т. д. Для транзистора необходимо радиаторное охлаждение.

Измерительные приборы для простейшего регулируемого блока питания подойдут любые: аналоговые и цифровые.

Соорудив регулируемый блок питания своими руками, можно применять его для устройств, рассчитанных на различные значения рабочего и зарядного напряжения.

Двухполярный блок питания

Устройство двуполярного блока питания более сложное. Заниматься его конструированием могут опытные электронщики. В отличие от однополярных, такие БП на выходе обеспечивают напряжение со знаком «плюс» и «минус», что необходимо при питании усилителей.

Хотя изображенная на рисунке схема является простой, ее исполнение потребует определенных навыков и знаний:

1. Потребуется трансформатор со вторичной обмоткой, разделенной на две половины;
2. Одними из главных элементов служат интегральные транзисторные стабилизаторы: КР142ЕН12А – для прямого напряжения; КР142ЕН18А – для обратного;
3. Для выпрямления напряжения используется диодный мост, можно его собрать на отдельных элементах или применить готовую сборку;
4. Резисторы с переменным сопротивлением участвуют в регулировании напряжения;
5. Для транзисторных элементов обязательно монтировать радиаторы охлаждения.

Двухполярный лабораторный блок питания потребует установки также контролирующих приборов. Сборка корпуса производится в зависимости от габаритов устройства.

Защита блока питания

Самый простой метод защиты БП – установка предохранителей с плавкими вставками. Есть предохранители с самостоятельным восстановлением, не требующие замены после перегорания (их ресурс ограничен). Но они не обеспечивают полноценной гарантии. Зачастую происходит повреждение транзистора до перегорания предохранителя. Радиолюбители разработали различные схемы с применением тиристоров и симисторов. Варианты можно найти в сети.

Для изготовления кожуха устройства каждый мастер использует доступные ему способы. При достаточном везении можно найти готовое вместилище для прибора, но все равно придется менять конструкцию фронтальной стенки, чтобы поместить туда контролирующие приборы и регулирующие ручки.

Некоторые идеи для изготовления:

1. Измерить габариты всех компонентов и вырезать стенки из алюминиевых листов. На фронтальной поверхности нанести разметку и проделать необходимые отверстия;
2. Скрепить конструкцию уголком;
3. Нижнее основание БП с мощными трансформаторами должно быть усилено;
4. Для внешней обработки прогрунтовать поверхность, покрасить и закрепить лаком;
5. Схемные компоненты надежно изолируются от внешних стенок во избежание появления напряжения на корпусе при пробое. Для этого возможно проклеить стенки изнутри изолирующим материалом: толстым картоном, пластиком и т. д.

Многие устройства, особенно большой мощности, требуют установки охлаждающего вентилятора. Его можно сделать с функционированием в постоянном режиме либо изготовить схему автоматического включения и выключения по достижении заданных параметров.

Схема реализуется установкой термодатчика и микросхемы, обеспечивающей управление. Чтобы охлаждение было эффективным, необходим свободный доступ воздуха. Значит, задняя панель, около которой монтируют кулер и радиаторы, должна иметь отверстия.

Важно! Во время сборки и ремонта электротехнических устройств надо помнить об опасности поражения электрическим током. Конденсаторы, находившиеся под напряжением, разряжать обязательно.

Собрать качественный и надежный лабораторный блок питания своими руками возможно, если использовать исправные компоненты, четко просчитывать их параметры, пользоваться проверенными схемами и необходимыми приборами.

Видео