Блок питания простой: Простой блок питания | Схема, описание работы, готовые модули.

Содержание

Как сделать простой регулируемый блок питания » Полезные самоделки

Как сделать простой регулируемый блок питания.

Когда собираю какую либо электронную самоделку, всегда появляется вопрос питания устройства. Сейчас многие применяю блок питания компьютера. У компьютерного блока питания есть ряд преимуществ: большие токи при фиксированных напряжениях, защита от короткого замыкания. Но так же есть и минусы, точней, неудобные моменты: напряжения имеют определенные значения, размер блока.

Решил я для себя сделать малогабаритный блок питания с регулировкой выходного напряжения. Габариты устройства выбрал минимально возможные.

Основные компоненты

Основой конструкции служит понижающий модуль из Китая. Цена у него довольно низкая и параметры неплохие. Имеется защита от короткого замыкания. Выдерживает ток около 2-х Ампер. Меня устраивает.

Для понижения сетевого напряжения применю трансформатор. Давно лежал без дела. У меня он на 17.9 Вольт и током около 1.7 Ампера.

Индикатором выходного напряжения служит вольтметр из Китая. Он маленький и довольно точный.

Клеммы применю от старого прибора. Они крепкие и мощные. Так же нашел провода с обжатыми наконечниками под отверстия 4 мм.

Выпрямлять переменное напряжение буду готовым диодным мостом. Сглаживать пульсации буду электролитическим конденсатором.

Для комфортной регулировки напряжения, резистор вынесу на корпус блока питания. Как же подобрал старенькую ручку для резистора.

Питать вольтметр буду от отдельного стабилизатора напряжения. Применил отечественный на 12 вольт. Если питать вольтметр от выходного напряжения, то индикация его загорается от 4 вольт. Блок же выдает напряжение ниже и отображение прибора будет отсутствовать.

Теперь о схеме. Схема простая и трудностей сборки возникнуть не должно.

Нарисовал максимально понятно.

Сборка блока питания

Для начала разбираем корпус трансформатора и вынимаем последний. К трансформатору припаиваем диодный мост и конденсатор.

Стабилизатор для питания вольтметра припаял и прикрутил к корпусу.

К понижающему модулю припаял провода с наконечниками, и выпаял резистор. Вместо резистора впаял провода.

На корпусе размечаем отверстия и вырезаем. Так же отверстия которые были ранее на блоке не дорабатываем практически.

Устанавливаем вольтметр и одну клемму.

Плату преобразователя устанавливаем в уголок около трансформатора. Регулировочный резистор припая и его буду ставить на шве корпуса. Вторую клемму тоже установлю на шов. При закрытии корпуса они зафиксируются надежно.

Выключатель питания установил на заднюю панель блока.

Плюсовую клемму подкрасил лаком для ногтей. Блок питания регулирует напряжение от 1.23 Вольта до 19 Вольт.

Такой вот компактный блок питания получился.

Сборку смотрим на видео:

для начинающих, сборка своими руками

Любой радиолюбитель в своей жизни не раз собирал блок питания для своих электронных устройств. Поэтому его устройство и принцип работы должен знать каждый, кто занимается электроникой.

Ведь собрав даже самый простой блок питания своими руками, начинающие радиолюбители получают такой восторг, потому что простой блок питания не требует никакой настройки и никакой регулировки, он сразу начинает работать.

Блоки питания бывают нескольких типов: трансформаторные, бестрансформаторные, импульсные.

Принципиальная схема БП

Трансформаторные блоки питания — самые простые и надежные блоки питания. Также из простых блоков питания они являются самыми безопасными по электробезопасности .

Простой трансформаторный блок питания состоит из: трансформатора, выпрямителя и фильтра. Если требуется более качественное стабилизированное питание, то устанавливается стабилизатор. Блоки питания будем рассматривать блоками. Внизу представлена принципиальная схема.

Трансформатор

На первичную обмотку трансформатора W1 (иногда её называют сетевой, так как она подключается к сети 220 вольт) поступает входное напряжение. При подаче на первичную обмотку переменное напряжение, в нашем случае — сетевое напряжение 220 В, по магнитопроводу будет протекать переменное электромагнитное поле. Если на магнитопроводе находится вторая обмотка, электромагнитное поле будет проходить и через вторичную обмотку W2. При этом во вторичной обмотки будет наводится электродвижущая сила, и на вторичной обмотке появится выходное напряжение. Со вторичной обмотки трансформатора выходит переменное, обычно пониженное напряжение для питания устройств напряжением 3,3 В, 5 В, 9 В, 12 В и 15 В и тд. Но бывают и повышающие трансформаторы, у них на входе напряжение ниже чем на выходе. Но мы будем рассматривать понижающие трансформаторы.

Мы возьмем трансформатор на выходе вторичной обмотки которой будет выходить 12 вольт.

Можно уже и таким блоком питания пользоваться, но только если для подключения лампы накаливания на 12 Вольт, ведь на выходе у нас переменное напряжение.

Диодный мост

Мы продолжим собирать простой блок питания своими руками. И для получения постоянного напряжения нам понадобится диодный мост, или по-другому его еще называют — диодный выпрямитель. Диодный мост служит для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки в постоянное, так как для питания устройств в основном используется постоянное напряжение.

Диодный мост собран на четырех диодах VD1 — VD4. Рассмотрим работу диодного моста за один период. В первом полупериоде ток протекает через обмотку трансформатора, VD3 и VD4 заперты, и ток проходит через диод VD1 и выходит с диода +12В на нагрузку На схеме нагрузкой служит светодиод VD5 подключенный через токоограничивающий резистор R1.

С диода VD1 ток проходит через токоограничивающий резистор R1, через светодиод VD5, проходит через диод VD2, и уходит на вторичную обмотку трансформатора. На этом первый полупериод завершен.

Второй полупериод проходит также через обмотку трансформатора, но в обратном направлении. С обмотки трансформатора ток протекает теперь через диод VD3. VD1 и VD2 заперты, и далее ток через токоограничивающий резистор R1 на светодиод VD5, далее ток протекает через диод VD4 и уходит на трансформатор.

Вот мы рассмотрели и второй полупериод работы диодного моста.После диода выходное напряжение выходит пульсирующим, можно посмотреть на рисунке ниже.

Таким пульсирующим напряжением уже можно подключать некоторые устройства, которые не бояться пульсаций, например для зарядки автомобильного или другого аккумулятора. Но для питания приемника, усилителя, светодиодной ленты, и тд., такой блок питания не пойдет, к нему на выход диодов надо подключить фильтр, сглаживающий пульсации.

Фильтрующий конденсатор

Без этого фильтра устройство, которое будет питаться от этого блока питания может работать нестабильно, или вообще не работать. Фильтром служат электролитические конденсаторы. У конденсаторов два вывода, плюсовой вывод длиннее минусового. Также возле минусового вывода на корпусе наносится знак «-«

Ниже на рисунке показана схема, и уровень пульсаций в каждой точке

В устройствах, где требуется ещё и стабильное напряжение без скачков, например в электронике с применением микроконтроллеров, добавляют в схему еще и стабилизатор напряжения.

Стабилизатор

Продолжаем улучшать наш простой блок питания своими руками. Для получения качественного и стабильного напряжения без малейших пульсаций, скачков, и просадки напряжения используют стабилизатор напряжения.

В качестве стабилизатора используют стабилитрон, или интегральный стабилизатор напряжения. Мы собрали схему блока питания для устройства, которое нуждается в стабилизированном источнике питания. Это устройство собрано на контроллере, и без стабильного напряжения оно работать не будет. При небольшом повышении напряжении контроллер сгорит. А при понижении напряжении устройство откажется работать. Вот для таких устройств и предназначен стабилизатор.

Вывод 1 интегрального стабилизатора — входное напряжение. Вывод 2 — общий (земля). Вывод 3 — выходит стабилизированное напряжение.

Максимум, что может выдать L7805 — ток в 1,5 А, поэтому надо рассчитывать остальные детали на ток более 1,5 А. Выход трансформатора выбираем на ток более 1,5 ампера и напряжением выше стабилизированного значения больше на два вольта. Например, для LM7812 с выхода трансформатора должно выходить 14 — 15 В, для LM7805 7 – 8 В. Но не забывайте, что эти стабилизаторы греются из-за внутреннего сопротивления. Чем больше перепад между входом и выходом, тем больше нагрев. Ведь лишнее напряжение эти стабилизаторы гасят на себе.

Интегральные стабилизаторы бывают с общим минусом LM78**, или с общим плюсом LM79**. На месте звездочек находятся цифры указывающие напряжение стабилизации. Например LM7905 — общий плюс, напряжение стабилизации -5 В. Еще один пример LM7812 — общий минус, напряжение стабилизации 12 В. А теперь посмотрим распиновку, или назначение выводов интегрального стабилизатора.

Стабилизированный блок питания на LM7805

На рисунке ниже представлена схема простого блока питания со стабилизатором.

На первичную обмотку трансформатора TV1 поступает сетевое напряжение 220 В. Со вторичной обмотки трансформатора выходит пониженное переменное напряжение от 7 до 8 вольт. Далее ток проходит через диодный мост, и на выходе моста получается выпрямленное напряжение. На конденсаторах С1 и С2 выпрямленное напряжение сглаживается.

На выходе стабилизатора LM7805 выходит стабилизированное напряжение 5 вольт. Далее на конденсатор сглаживающий импульсы. И вот уже выпрямленное и стабильное напряжение поступает на светодиод VD5 с токоограничивающим резистором. Светодиод служит индикатором напряжения.

Если требуется источник питания малой мощности, то можно рассмотреть как вариант- бестрансформаторный блок питания. Но это уже другая история.

Вам тоже будет интересно почитать

лучшие простые и сложные схемы и сборки

Автор Акум Эксперт На чтение 9 мин Просмотров 12к. Опубликовано 09.01.2020

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

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

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

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

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

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

Как работает импульсный блок питания

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

Схемы выпрямителей

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

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

Схема работы импульсного блока питания

Для управления и стабилизации напряжения на выходе источника питания используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и таким образом регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор. Обратная связь является отрицательной, то есть значения напряжения на ШИМ контроллере и на понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Так, при увеличении выходного напряжения растет также напряжение на контроллере. Благодаря отрицательной связи уменьшается напряжение на понижающем трансформаторе, а значит, и на выходе блока питания.

Схемы импульсных БП

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

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

Разновидности высокочастотного преобразователя

По конструкции высокочастотного преобразователя импульсные блоки питания делятся на две категории: однотактные и двухтактные. Двухтактные источники питания могут быть спроектированы по следующим схемам: с нулевой точкой (пушпульная), полумостовая и мостовая.

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

В результате ток в первичной цепи возрастает, а вместе с ним и магнитный поток. Ток во вторичной цепи отсутствует, так как диод препятствует его росту. На второй стадии ключ размыкается, и ток, проходящий через первичную обмотку, пропадает. Однако магнитный поток не может мгновенно исчезнуть, и во вторичной цепи индуцируется ЭДС, направленное в обратную сторону. Затем начинает протекать ток, который открывает диод. В результате энергия запасается на конденсаторе и поступает на нагрузку. На первом этапе на нагрузку подается энергия, запасенная конденсатором во время второго этапа. Рассматривая схемы, обратите внимание на точки около обмоток трансформатора — это точки начала обмоток, и для обратноходового преобразователя характерно именно такое подключение элементов.

Этапы работы обратноходового источника питания

Как собрать: пошаговая инструкция

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

Самый простой вариант маломощного импульсного блока питания

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

Импульсный БП на одном транзисторе

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

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

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

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

Готовый трансформатор стягиваем изолентой или скотчем.

Готовый трансформатор в сборе

Однотактный, обратноходовый импульсный блок питания

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

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

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

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

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

Схема однотактного, обратноходового импульсного блока питания

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

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

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

Мощный импульсный источник питания

Рассмотрим импульсный БП с выходной мощностью 300 Вт.

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

Схема мощного блока питания

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

Проверка конструкции

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

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

Схема проверки с помощью лампочки.

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

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

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

cxema.org — Самый простой импульсный блок питания

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О недостатках схемы:

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

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

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

Печатная плата тут

ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ

Начиниющие радиолюбители, которых большинство, для сборки регулированного блока питания выбирают схемы попроще. Такую схемку решил сделать и я, так как возможностей достать дорогие детали и настроить сложный БП вряд-ли получится.

Самое основное для любой конструкции корпус. Тут мне повезло досать нерабочий БП ATX от компьютера, куда и будет помещён будущий блок питания.

Разъёмы сзади для сети 220В оставил, а на место кулера прикрутил обычную розетку, так как их постоянно не хватает для массы моих электронных устройств. Короче лишней она не будет.

Печатная плата блока питания простейшая и изготовить её будет легко даже начинающим. В крайнем случае можно вырезать дорожки резаком, а не травить. Для защиты по максимальному току — а это обязательно должно быть в радиолюбительском блоке питания, выбрал схему электронного предохранителя с индикацией перегрузки на светодиоде.

Передняя панель блока питания изготавливается из пластика, текстолита или даже фанеры — кто на что богат. На ней будут крепиться стрелочные индикаторы — вольтметр и амперметр (как впоследствии стало понятно, что это намного лучше и удобней цифровой индикации), регулятор напряжения и кнопки включения и переключения режимов защиты. Я выбрал 0,1 и 1А, но можно расчитать резистор токовой защиты на любое значение.

Ещё на передней панели блока питания будут две клеммы для подключения проводов выхода БП.

Получается вот что-то уже похожее на блок питания. Трансформатор выбираем такой, чтоб он поместился в корпус. Так что если вы идёте его покупать на радиобазаре — сначала замеряйте габариты коробки.

Корпус обклеиваем самоклеющейся плёнкой или красим лаком.

Зелёный светодиод будет светиться при включении БП в сеть, а красный сигнализирует о срабатывании защиты от токовой перегрузки.

Здесь написано как рассчитать шунт для стрелочных индикаторов. А чтоб нанести на шкалу новые значения вольт и ампер, придётся раскрыть их корпуса и аккуратно наклеить бумажки с новыми значениями поверх старых.

Вот и всё. Отличный простой блок питания из подручных материалов полностью готов. Работа с ним в течении нескольких месяцев показала его высокую надёжность и простоту эксплуатации. Материал предоставил in_sane.

Форум по блокам питания

Форум по обсуждению материала ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ

Импульсный блок питания своими руками: принцип работы, схемы

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

Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

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

Упрощенная структурная схема аналогового БП

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

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

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

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

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

Импульсные устройства

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

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

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

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

Пример миниатюрных импульсных БП

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

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

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

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

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

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

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

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

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

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

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

Сильные и слабые стороны импульсных источников

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

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

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

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

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

Сфера применения

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

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

Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

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

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

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

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

ПРОСТОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЛАМПЫ

В этой статье Вы найдёте подробное описание процесса изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов. Можно изготовить и более мощные электронные трансформаторы, например на IR2153, а можно КУПИТЬ ГОТОВЫЙ и переделать под свои напряжения.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП), причем довольно компактный. Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного блока питания, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных энергосберегающих ламп, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Отличие схемы балласта энергосберегающей лампы от импульсного блока питания

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для преобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

Схема энергосберегающей лампы

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе балласта люминисцентной лампы с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Законченная схема импульсного блока питания

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность импульсного блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

БП с вторичной обмоткой прямо на каркас уже имеющегося дросселя

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

БП с дополнительным импульсным трансформатором

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Импульсный трансформатор для блока питания

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе блока питания, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60°C, а транзисторов – 42°C. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
Температура трансформатора – 60?С
Температура транзисторов – 42?С

Блок питания мощностью 100 Ватт

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Блок питания мощностью 100 Ватт

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз большие предельно-допустимые токи. Купить отдельно MJE13007 можно ЗДЕСЬ.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

Действующий стоваттный импульсный блок питания

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
Температура транзисторов – 75?C.
Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см?.
Температура дросселя TV1 – 45?C.
TV2 – 2000НМ (O28 х O16 х 9мм)

Выпрямитель

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.
2. Схема с нулевой точкой.

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

Пример.
Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

Будьте осторожны, берегитесь ожога!
Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65?С, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65?С, а транзисторов выше 80… 85?С.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП маломощный импульсный блок питания из подручных материалов своими руками

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

Схема импульсного блока питания

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

По материалам сайта http://www.ruqrz.com/

Для большей наглядности приведено несколько принципиальных схем ламп популярных производителей:

РЕМОНТ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

ОПИСАНИЕ И СХЕМА БОЛЕЕ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

Адрес администрации сайта: [email protected]

Самая простая схема источника питания

Эта схема источника питания проста в изготовлении и недорого. А для этого требуется всего 5 компонентов.

За свою жизнь я построил много схем, но на самом деле это первый раз, когда я построил схему источника питания с нуля.

Последним проектом, который я хотел создать, был сетевой адаптер с USB-разъемом для зарядки моего iPhone. Но сначала я хотел начать с создания простой схемы, которая преобразует напряжение сети 220 В или 110 В в 5 В.

Поскольку я нахожусь в Австралии, когда пишу это, а напряжение здесь 220 В, я построил его с расчетом на 220 В. Но вместо этого очень легко преобразовать его в 110 В, переключив одно соединение (или один компонент).

Осторожно: НЕ подключайте к электросети все, что вы делаете самостоятельно, если вы не на 100% уверены в том, что делаете. Неправильное действие может привести к серьезным повреждениям, даже к смерти. Используйте предоставленную здесь информацию на свой страх и риск.

Если вам нужна совершенно безопасная и чрезвычайно полезная схема питания, вам следует проверить это портативное зарядное устройство USB, которое я построил.Он даже включает в себя загружаемое пошаговое руководство о том, как его собрать самостоятельно.

Проектирование источника питания

Я хочу построить схему источника питания на базе регулятора напряжения LM7805, потому что это легко найти и просто использовать. Этот компонент даст стабильное выходное напряжение от 5 В до 1,5 А.

Я могу легко понять, как использовать LM7805, посмотрев на его техническое описание.

Из таблицы я нашел эту маленькую схему:

Выбор номиналов конденсатора

На изображении выше показан регулятор напряжения с цифрой 0.Конденсатор 33 мкФ на входе и 0,1 мкФ на выходе. Трудно найти хороший источник информации об этих значениях конденсаторов, но, согласно этим вопросам и ответам, в этих значениях нет ничего волшебного.

В сети есть много мнений по поводу этих конденсаторов. Некоторые предлагают конденсаторы 0,1 мкФ, другие — конденсаторы 100 мкФ. Некоторые предлагают использовать одновременно 0,1 мкФ и 100 мкФ.

Значения, которые вы должны использовать, зависят от множества факторов. Например, какой длины будут провода.Но эта статья о том, как построить простую схему блока питания, поэтому не будем усложнять. Наверное, подойдет практически любая емкость конденсатора. Возможно, он будет работать даже без конденсаторов.

Чтобы сделать выходное напряжение «немного стабильным», я собираюсь использовать на выходе конденсатор емкостью 1 мкФ. Я пропущу входной конденсатор, потому что конденсатор все равно будет в этом положении — просто продолжайте читать.

Преобразование из 220 В

В таблице данных также указано, что для правильной работы требуется от 7 до 25 В.Итак, мне нужно только добавить несколько компонентов, которые преобразуют 220 В (или 110 В) переменного тока в постоянное напряжение, которое остается между 7 и 25 В.

Это относительно просто. Я просто добавлю трансформатор, который преобразует напряжение, например, примерно до 12 В. Затем я подам это переменное напряжение в мостовой выпрямитель, чтобы его выпрямить.

И я использую большой конденсатор на выходе, чтобы постоянно поддерживать напряжение выше необходимых 7В. Это значение конденсатора не критично. Я видел много схем блоков питания, в которых используется 470 или 1000 мкФ, поэтому сейчас я попробую с 470 мкФ.

Схема блока питания

Итак, итоговая схема выглядит так:

Список запчастей

Часть	Значение	Описание
Т1	220 В (или 110 В) до 12 В	Трансформатор
DB1		Выпрямитель с диодным мостом
C1	470 мкФ (20 В и выше)	Конденсатор
C2	1 мкФ (10 В и выше)	Конденсатор
U1	7805	Регулятор напряжения

Общая стоимость комплектующих около 12-15 долларов.Самый дорогой компонент — трансформатор (около 10 долларов).

Поиск компонентов для цепи

Когда я не уверен, как выбрать компоненты для схемы, я обычно хожу в интернет-магазины электроники для любителей и смотрю на их варианты. В этих магазинах обычно есть компоненты, которые должны работать от стандартного блока питания без каких-либо особых требований.

В Австралии Jaycar — хороший вариант.

Быстрый поиск «трансформатора» на Jaycar дает мне несколько вариантов.Входное напряжение должно быть около 220 В, а выходное — около 12 В. После быстрого просмотра их вариантов и цен я остановился на этом:
https://www.jaycar.com.au/12-6v-ct-7va-500ma-centre-tapped-type-2853-transformer/p / MM2013

Трансформатор имеет центральный отвод на выходной стороне, который я могу игнорировать.

Это на 220В. Если вы живете в стране с напряжением 110 В, в магазинах вашей страны, вероятно, найдется подходящая версия. Щелкните здесь, чтобы просмотреть мой список интернет-магазинов.

Тогда мне нужен выпрямитель. Мы можем использовать 4 силовых диода (например, 1N4007) или мостовой выпрямитель (который состоит из четырех диодов, встроенных в один компонент). Самый дешевый вариант, который появляется при поиске мостового выпрямителя на Jaycar, — это:
https://www.jaycar.com.au/w04-1-5a-400v-bridge-rectifier/p/ZR1304

Готовая схема

Это простая схема для пайки на макетной плате. Вот прототип, который я построил:

Напоминание: не подключайте к электросети все, что вы построили самостоятельно, если вы не на 100% уверены в том, что делаете.Используйте предоставленную здесь информацию на свой страх и риск.

Вы его построили?

Вы построили эту схему? Какой у вас опыт? С чем вы боролись? Расскажите в комментариях ниже, как все прошло.

Designing Simple Power Supply Circuits

В статье подробно рассказывается, как спроектировать и построить простую схему источника питания, начиная с базовой конструкции и заканчивая достаточно сложным источником питания с расширенными функциями.

Блок питания незаменим

Будь то новичок в области электроники или опытный инженер, всем необходим этот незаменимый элемент оборудования, называемый блоком питания.

Это связано с тем, что никакая электроника не может работать без питания, а точнее, низковольтного источника постоянного тока, а блок питания — это устройство, которое специально предназначено для выполнения этой цели.

Если это оборудование так важно, всем в этой области необходимо изучить все мельчайшие подробности этого важного члена электронного семейства.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему источника питания, сначала простейшую, вероятно, для новичков, которые сочтут эту информацию чрезвычайно полезной.
Базовая схема источника питания потребует трех основных компонентов для обеспечения желаемых результатов.
Трансформатор, диод и конденсатор. Трансформатор — это устройство, которое имеет два набора обмоток, одна первичная, а другая вторичная.

Сеть 220 В или 120 В подается на первичную обмотку, которая передается на вторичную обмотку, чтобы создать там более низкое наведенное напряжение.

Низкое пониженное напряжение, доступное на вторичной обмотке трансформатора, используется для предполагаемого применения в электронных схемах, однако, прежде чем это вторичное напряжение может быть использовано, его необходимо сначала выпрямить, что означает, что напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток. первый.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 вольт, то полученные 12 вольт от вторичной обмотки трансформатора будут 12 вольт переменного тока через соответствующие провода.

Электронная схема никогда не может работать с переменным током, поэтому это напряжение должно быть преобразовано в постоянное.

Диод — это одно устройство, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный, существует три конфигурации, с помощью которых могут быть сконфигурированы основные конструкции источника питания.

Вы также можете узнать, как разработать настольный источник питания

Использование одного диода:

Самая простая и грубая форма конструкции источника питания — это тот, который использует один диод и конденсатор.Поскольку один диод будет выпрямлять только один полупериод сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой конденсатор выходного фильтра для компенсации вышеуказанного ограничения.

Фильтрующий конденсатор гарантирует, что после выпрямления на участках падения или убывания результирующей схемы постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполняются и покрываются накопленной энергией внутри конденсатора.

Вышеупомянутая компенсация за счет накопленной энергии конденсаторов помогает поддерживать чистый и свободный от пульсаций выход постоянного тока, что было бы невозможно только с помощью одних диодов.

Для конструкции источника питания с одним диодом вторичная обмотка трансформатора должна иметь только одну обмотку с двумя концами.

Однако вышеупомянутая конфигурация не может считаться эффективной конструкцией источника питания из-за ее грубого полуволнового выпрямления и ограниченных возможностей формирования выходного сигнала.

Использование двух диодов:

Использование пары диодов для создания источника питания требует трансформатора с центральной вторичной обмоткой с ответвлениями. На схеме показано, как диоды подключаются к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и обрабатывают обе половины сигнала переменного тока и производят двухполупериодное выпрямление, используемый метод неэффективен, потому что в любой момент используется только одна половина обмотки трансформатора. Это приводит к плохому насыщению сердечника и ненужному нагреву трансформатора, что делает этот тип конфигурации источника питания менее эффективной и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это лучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания с точки зрения процесса выпрямления.

Умное использование четырех диодов делает работу очень простой, достаточно всего лишь одной вторичной обмотки, насыщение сердечника идеально оптимизировано, что приводит к эффективному преобразованию переменного тока в постоянный.

На рисунке показано, как создается двухполупериодный выпрямленный источник питания с использованием четырех диодов и конденсатора фильтра с относительно низким номиналом.

Этот тип диодной конфигурации широко известен как мостовая сеть. Возможно, вы захотите узнать, как построить мостовой выпрямитель.

Все вышеперечисленные конструкции источников питания обеспечивают выходы с обычным регулированием и поэтому не могут считаться идеальными, они не обеспечивают идеальных выходов постоянного тока и поэтому нежелательны для многих сложных электронных схем. Кроме того, эти конфигурации не включают в себя функции управления переменным напряжением и током.

Однако вышеупомянутые функции могут быть просто интегрированы в вышеупомянутые конструкции, а не в последнюю двухполупериодную конфигурацию источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Использование IC LM317 или LM338:

IC LM 317 — универсальное устройство, которое обычно объединяется с источниками питания для получения хорошо регулируемых и регулируемых выходов напряжения / тока. Несколько примеров схем источника питания, использующих эту микросхему

Поскольку указанная выше микросхема может поддерживать максимум 1,5 А, для более высоких выходных токов можно использовать другое аналогичное устройство, но с более высокими номиналами. IC LM 338 работает точно так же, как LM 317, но может выдерживать ток до 5 ампер.Ниже показан простой дизайн.

Для получения фиксированных уровней напряжения ИС серии 78ХХ могут использоваться с описанными выше схемами источника питания. ИС 78XX подробно описаны для вашего обращения.

В настоящее время бестрансформаторные источники питания SMPS становятся фаворитами среди пользователей благодаря их высокой эффективности, высокой мощности, обеспечивающей функции при удивительно компактных размерах.
Хотя создание схемы источника питания SMPS в домашних условиях, безусловно, не для новичков в этой области, инженеры и энтузиасты, обладающие всесторонними знаниями в этой области, могут заняться построением таких схем в домашних условиях.

Вы также можете узнать об аккуратной конструкции блока питания с переключателем режимов.

Есть несколько других форм источников питания, которые могут быть построены даже начинающими любителями электроники и не требуют трансформаторов. Хотя эти типы цепей питания очень дешевы и просты в изготовлении, они не могут поддерживать большой ток и обычно ограничиваются 200 мА или около того.

Конструкция бестрансформаторного источника питания

В следующих двух публикациях обсуждаются две концепции вышеупомянутых схем безтрансформаторного источника питания:

С использованием высоковольтных конденсаторов,

С помощью Hi-End ICs и FET

Обратная связь от одного из преданных читателей этого блога

Уважаемый Swagatam Majumdar,

Я хочу сделать блок питания для микроконтроллера и его зависимых компонентов…

Я хочу получить стабильный выход + 5В и + 3,3В от блока питания, я не уверен в возрасте усилителя, но я думаю, что всего 5А должно быть достаточно, также будет 5V Mouse и 5V Клавиатура, 3 микросхемы SN74HC595 и 2 SRAM по 512 Кб … Так что я действительно не знаю, к какому возрасту усилителя нужно стремиться ….

Думаю, 5 А достаточно? использовать и какие ДИОДЫ использовать? Я выбрал трансформатор после того, как прочитал где-то в Интернете, что мостовой выпрямитель вызывает ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ на 1.4V в целом и в вашем блоге выше вы заявляете, что мостовой чтец вызовет повышение напряжения? …

ТАК Я не уверен (в любом случае не уверен, что я новичок в электронике) ….. ПЕРВЫЙ трансформатор, который я выбрал был этот. Пожалуйста, посоветуйте мне, какой из них ЛУЧШЕ для моих нужд и какие ДИОДЫ тоже использовать …. Я хотел бы использовать блок питания для платы, очень похожей на эту ….

Пожалуйста, помогите мне и подскажите лучший способ сделать подходящий сетевой блок питания 220/240 В, который дает мне СТАБИЛЬНЫЕ 5 В и 3,3 В для использования с моим дизайном.Заранее спасибо.

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи питания

Здравствуйте, вы можете добиться этого, просто используя микросхему 7805 для получения 5 В и добавив пару диодов 1N4007 к этим 5 В для получения примерно 3,3 В.

5 А выглядит слишком высоко, и я не думаю, что вам потребуется такой высокий ток, если только вы не используете этот источник питания с внешним каскадом драйвера, несущим более высокие нагрузки, такие как светодиод высокой мощности или двигатель и т. Д.

Итак, я Я уверен, что ваше требование может быть легко выполнено с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU с помощью описанной выше процедуры вы можете использовать 0-9 В или 0-12 В с током 1 ампер, диоды могут быть 1N 4007 x 4 контакта

Диоды упадут на 1,4 В, когда на входе будет постоянный ток, но когда это будет AC как от трафарета, то выход будет увеличен в 1,21 раза.

Обязательно используйте конденсатор 2200 мкФ / 25 В после моста для фильтрации.

Надеюсь, эта информация просветит вас и ответит на ваши вопросы.

На изображении выше показано, как получить 5 В и 3.Постоянная 3В от заданной цепи питания.

Как получить переменное напряжение 9 В от IC 7805

Обычно IC 7805 рассматривается как фиксированный стабилизатор напряжения 5 В. Однако с помощью простого обходного пути ИС можно превратить в схему переменного регулятора напряжения от 5 В до 9 В, как показано выше.

Здесь мы видим, что предустановка на 500 Ом добавлена к центральному контакту заземления ИС, что позволяет ИС выдавать повышенное выходное значение до 9 В с током 850 мА.Предустановку можно отрегулировать для получения выходных сигналов в диапазоне от 5 В до 9 В.

Чтобы получить повышенное выходное напряжение от микросхемы 7812, вы можете обратиться к этому сообщению!

Создание фиксированной схемы регулятора 12 В

На приведенной выше диаграмме мы можем увидеть, как можно использовать обычную микросхему регулятора 7805 для создания фиксированного регулируемого выхода 5 В.

В случае, если вы хотите получить фиксированный регулируемый источник питания 12 В, ту же конфигурацию можно применить для получения требуемых результатов, как показано ниже:

12 В, 5 В регулируемый источник питания

Теперь предположим, что у вас есть схемы, которые нуждаются в двойное питание в диапазоне фиксированных напряжений 12 В и регулируемых источников питания 5 В.

Для таких приложений описанная выше конструкция может быть просто изменена с помощью микросхемы 7812, а затем микросхемы 7805 для получения требуемых выходных регулируемых источников питания 12 В и 5 В вместе, как показано ниже:

Проектирование простого двойного источника питания

Во многих схемах, особенно в тех, которые используют операционные усилители, двойной источник питания становится обязательным для включения питания +/- и заземления в цепи.

Проектирование простого двойного источника питания на самом деле включает только источник питания с центральным отводом и мостовой выпрямитель, а также пару конденсаторов фильтров высокой емкости, как показано ниже:

Однако для достижения регулируемого двойного источника питания с желаемым уровнем двойное напряжение на выходе — это то, что обычно требует сложной конструкции с использованием дорогостоящих ИС.

Следующая конструкция показывает, насколько просто и дискретно можно сконфигурировать двойной источник питания с использованием нескольких BJT и нескольких резисторов.

Здесь Q1 и Q3 настроены как проходные транзисторы эмиттерного повторителя, которые определяют величину тока, которая может проходить через соответствующие выходы +/-. Здесь оно составляет около 2 ампер.

Выходное напряжение на соответствующих двойных шинах питания определяется транзисторами Q2 и Q4 вместе с их базовым резистивным делителем.

Уровни выходного напряжения можно соответствующим образом регулировать и настраивать, регулируя значения делителей потенциала, образованных резисторами R2, R3 и R5, R6.

Двойной источник питания с одним операционным усилителем

Если в вашей цепи остался дополнительный операционный усилитель, который требует двойного источника питания от одного источника, то, возможно, можно попробовать следующий простой двойной источник питания из конфигурации с одним операционным усилителем.

Резисторы R1 и R2 работают как высокоомные, и, следовательно, экономичный делитель напряжения.Операционный усилитель гарантирует, что искусственный потенциал земли всегда идентичен потенциалу между переходом R1 и R2. Соединение между R1 и R2 устанавливает взаимосвязь между парой выходных напряжений; если R1 и R2 имеют одинаковое значение, точно такое же будет обеспечено для обоих выходных напряжений, которые будут совершенно симметричными.

Это позволяет нам получить наиболее желаемую особенность схемы, а именно то, что соединение R1 / R2 не зависит от напряжения батареи! Дополнительным преимуществом этого активного делителя потенциала является то, что (в отличие от основной цепи резисторного делителя) он хорошо подстраивается к изменяющимся токам нагрузки, движущимся к линии заземления и от нее, особенно в отношении ситуаций с несимметричным током нагрузки.Вероятно, вы можете подумать об использовании разных вариантов операционных усилителей для этой схемы. 3140 и 324, как правило, являются фантастическим выбором, несмотря на то, что напряжение батареи составляет всего 4,5 В. Имейте в виду, что максимальное напряжение, которое могут выдерживать эти микросхемы, составляет не более 30 В, а максимальный ток нагрузки, который может быть переносимость операционного усилителя также будет зависеть от типа операционного усилителя.

Проектирование источника питания LM317 с фиксированными резисторами

Чрезвычайно простой источник напряжения / тока на основе LM317T, который можно использовать для зарядки никель-кадмиевых элементов или в любое время, когда необходим практический источник питания, показан ниже.

Это несложное предприятие для новичка, которое может быть сконструировано для использования со съемным сетевым адаптером, обеспечивающим нерегулируемый постоянный ток. выход. IC1 на самом деле представляет собой регулируемый регулятор типа LM317T.

Поворотный переключатель S1 выбирает настройку (постоянный ток или постоянное напряжение) вместе со значением тока или напряжения. Регулируемое напряжение может быть получено на SK3, а ток — на SK4.

Обратите внимание на наличие регулируемой настройки (положение 12), которая позволяет настраивать переменное напряжение с помощью потенциометра VR1.

Номиналы резисторов должны быть изготовлены из ближайших возможных фиксированных значений, при необходимости размещенных последовательно.

Резистор R6 рассчитан на 1 Вт, а R7 на 2 Вт, хотя оставшаяся часть может составлять 0,25 Вт. Стабилизатор напряжения IC1 317 должен быть установлен на некотором радиаторе, размер которого определяется необходимыми входными и выходными напряжениями и токами.

ОСНОВЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ — Электроника с длиной волны

Теория нерегулируемых источников питания

Поскольку нерегулируемые источники питания не имеют встроенных регуляторов напряжения, они обычно предназначены для выработки определенного напряжения при определенном максимальном выходном токе нагрузки.Обычно это блочные настенные зарядные устройства, которые превращают переменный ток в небольшую струйку постоянного тока и часто используются для питания таких устройств, как бытовая электроника. Они являются наиболее распространенными адаптерами питания и получили прозвище «настенная бородавка».

Выходное напряжение постоянного тока зависит от внутреннего понижающего трансформатора напряжения и должно быть максимально приближено к току, необходимому для нагрузки. Обычно выходное напряжение уменьшается по мере увеличения тока, подаваемого на нагрузку.

При использовании нерегулируемого источника питания постоянного тока выходное напряжение зависит от размера нагрузки.Обычно он состоит из выпрямителя и конденсатора сглаживания, но без регулятора для стабилизации напряжения. Он может иметь цепи безопасности и лучше всего подходит для приложений, не требующих точности.

Рисунок 4: Блок-схема — нерегулируемая линейная подача

Преимущества нерегулируемых источников питания в том, что они долговечны и могут стоить недорого. Однако их лучше всего использовать, когда точность не является требованием. Они имеют остаточную пульсацию, аналогичную показанной на рисунке 3.

ПРИМЕЧАНИЕ: Wavelength не рекомендует использовать нерегулируемые источники питания с какими-либо из наших продуктов.

Теория регулируемых источников питания

Стабилизированный источник питания постоянного тока — это, по сути, нерегулируемый источник питания с добавлением регулятора напряжения. Это позволяет напряжению оставаться стабильным независимо от величины тока, потребляемого нагрузкой, при условии, что предварительно определенные пределы не превышаются.

Рисунок 5: Блок-схема — Регулируемая поставка

В регулируемых источниках питания схема непрерывно производит выборку части выходного напряжения и регулирует систему, чтобы поддерживать выходное напряжение на требуемом уровне.Во многих случаях включается дополнительная схема для обеспечения ограничений по току или напряжению, фильтрации шума и регулировки выхода.

Линейный, переключаемый или аккумуляторный?

Существует три подгруппы регулируемых источников питания: линейные, переключаемые и аккумуляторные. Из трех основных конструкций регулируемых источников питания линейная — наименее сложная система, но коммутируемое и батарейное питание имеет свои преимущества.

Линейный источник питания
Линейный источник питания используется, когда наиболее важным является точное регулирование и устранение шума.Хотя они не являются наиболее эффективными источниками питания, они обеспечивают лучшую производительность. Название происходит от того факта, что они не используют переключатель для регулирования выходного напряжения.

Линейные источники питания доступны в течение многих лет, и их использование широко распространено и надежно. Они также относительно бесшумны и коммерчески доступны. Недостатком линейных источников питания является то, что они требуют более крупных компонентов, следовательно, они больше и рассеивают больше тепла, чем импульсные источники питания.По сравнению с импульсными источниками питания и батареями они также менее эффективны, иногда демонстрируя лишь 50% эффективности.

Импульсный источник питания
Импульсный источник питания (SMPS) сложнее сконструировать, но он отличается большей универсальностью по полярности и при правильной конструкции может иметь КПД 80% и более. Хотя в них больше компонентов, они меньше и дешевле, чем линейные источники питания.

Рисунок 6: Блок-схема — Регулируемое импульсное питание

Одно из преимуществ коммутируемого режима — меньшие потери на коммутаторе.Поскольку SMPS работают на более высоких частотах, они могут излучать шум и создавать помехи для других цепей. Необходимо принять меры по подавлению помех, такие как экранирование и соблюдение протоколов компоновки.

Преимущества импульсных источников питания заключаются в том, что они, как правило, небольшие и легкие, имеют широкий диапазон входного напряжения и более высокий диапазон выходного напряжения и намного более эффективны, чем линейные источники питания. Однако SMPS имеет сложную схему, может загрязнять сеть переменного тока, является более шумным и работает на высоких частотах, требующих уменьшения помех.

Аккумуляторный
Аккумуляторный источник питания — это третий тип источника питания, по сути, мобильный накопитель энергии. Питание от батарей производит незначительный шум, мешающий работе электроники, но теряет емкость и не обеспечивает постоянного напряжения по мере разряда батарей. В большинстве случаев, когда используются лазерные диоды, батареи являются наименее эффективным методом питания оборудования. Для большинства аккумуляторов трудно подобрать правильное напряжение для нагрузки. Использование аккумулятора, мощность которого может превышать внутреннюю рассеиваемую мощность драйвера или контроллера, может повредить ваше устройство.

Выбор источника питания

При выборе блока питания необходимо учитывать несколько требований.
Требования к мощности нагрузки или цепи, включая
Функции безопасности, такие как ограничения напряжения и тока для защиты нагрузки.
Физический размер и эффективность.
Помехозащищенность системы.

Источник питания

— обзор

4.1 Первичный источник питания

Хотя источник питания может означать трансформатор, аккумулятор или выпрямительный фильтр с или без схемы зарядки, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), инженеры по аварийной сигнализации обычно применяют этот термин к компонентам как группе.В большинстве резервных источников питания в качестве вторичного источника питания используются аккумуляторные батареи.

Источник питания начинается с понижающего трансформатора, который преобразует его 240 В переменного тока в напряжение 12–18 В переменного тока, используемое в большинстве систем охранной сигнализации. Трансформатор — это устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой, то есть без прямого соединения между ними. В своей простейшей форме трансформатор состоит из отдельных первичной и вторичной обмоток на общем сердечнике из ферромагнитного материала, такого как железо.Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, результирующий магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке; индуцированное напряжение, вызывающее протекание тока во внешней цепи. В случае понижающего трансформатора вторичная сторона будет иметь меньшее количество обмоток. От этого трансформатора питание по двухпроводному кабелю поступает в схему выпрямителя и фильтра, где переменный ток преобразуется в постоянный. Цепь зарядки будет содержаться в блоке питания, так что резервная батарея может постоянно заряжаться, пока присутствует переменный ток.

Источник питания всегда должен быть регулируемым по напряжению и поддерживать фиксированное выходное напряжение в диапазоне нагрузок и зарядных токов. Компоненты микропроцессора, особенно интегральные схемы, предназначены для работы при определенных напряжениях и не особенно устойчивы к колебаниям. Низкое напряжение заставляет компоненты пытаться потреблять избыточную мощность, что еще больше снижает их допуск, в то время как более высокое напряжение может их разрушить. По этим причинам напряжение следует измерять на источнике и еще раз на входных клеммах точки оборудования.

Решающим фактором при выборе источника питания является определение нагрузки, которую он должен поддерживать. Первым делом необходимо установить, сколько мощности потребуют все энергопотребляющие устройства, подключенные к источнику питания. Затем рассчитывается промежуток времени, в течение которого резервный источник питания должен обеспечивать систему в случае потери основного питания.

Основным источником электроэнергии является подача электроэнергии в здание, которая будет поддерживать систему в течение большей части времени. Вторичный источник питания — это система поддержки в случае отказа основного источника питания, т.е.е. батареи. Системы, которые нас интересуют, будут, как правило, питаться от трансформаторной / выпрямленной сети и перезаряжаемых вторичных ячеек через блок питания или источник бесперебойного питания (ИБП). Другие системы электропитания могут включать трансформатор / выпрямленный источник питания плюс неперезаряжаемые (первичные) элементы или только первичные элементы, но эти два типа менее широко используются. Отсюда следует, что сигнализация вторжения в значительной степени зависит от электросети, которая должна быть источником, который:

•: не будет легко отключен;
•: никогда не изолирован;
•: от непереключаемой ответвления с предохранителем;
•: без скачков напряжения или тока;
•: подается непосредственно на панель управления, а не через выключатель, вилку и розетку или удаленный ответвитель, который может выйти из строя или отключиться.

Трансформатор должен быть установлен в закрытом положении и вентилироваться, и его нельзя ставить на легковоспламеняющиеся поверхности. Трансформаторы находятся внутри самой панели управления или на конечной станции, если в системе используются независимые удаленные клавиатуры. В тех же пределах находятся выпрямитель и зарядное устройство. В системе будет либо зарядное устройство (BCU), либо ИБП.

ИБП обладает большей способностью подавлять помехи и скачки напряжения в электросети, и он, как правило, широко используется в компьютерных источниках питания с резервными системами.Основными требованиями к зарядному устройству являются следующие:

•: оно может полностью зарядить все батареи в течение 24 часов при сохранении нагрузки на систему;
•: он имеет внутренние предохранители, первичные и вторичные;
•: свободно плавающий и включает звуковые и видимые признаки неисправности.
•: включает триггер напряжения для активации дистанционной сигнализации отказа;
•: предусмотрена тамперная защита крышки;
•: имеет защиту от короткого замыкания с заземленным минусом на вторичной обмотке постоянного тока.

Как указывалось ранее, ИБП имеет лучшую защиту от помех с усилением записи и мониторинга. Он также должен иметь безопасный изолирующий трансформатор и иметь указанную мощность плюс требования к перезарядке при любой комбинации номинального напряжения питания и частоты питания при температурах от –10 до 40 ° C.

ИБП дополнительно будет иметь полностью выпрямленный трансформатор с низкой тепловой мощностью, твердотельный регулятор напряжения, линейный регулятор тока и высокотемпературный выключатель с непрерывным мониторингом цепи аварийной сигнализации низкого напряжения.Сетевые фильтры подавления используются для устранения кратковременных скачков высокого напряжения. BS 4737 требует следующих ИБП:

•: , чтобы они имели достаточную мощность и скорость перезарядки, чтобы справиться с любой длительной сетевой изоляцией основного источника питания, связанной с работами, выполняемыми для пожарной безопасности, нормальной изоляцией или нормальной работой на электрические услуги;
•: , что они расположены там, где обслуживание может быть легко выполнено;
•: , чтобы была обеспечена достаточная вентиляция, чтобы предотвратить накопление газа на вентилируемой батарее, которое может вызвать повреждение или травму;
•: , чтобы они не подвергались воздействию коррозионных условий и чтобы элементы были полностью закреплены, чтобы предотвратить их падение или разливание;
•: , что на агрегатах должна быть указана дата установки.

Прежде чем рассматривать типы вторичного источника питания, используемые в зоне охранной сигнализации, учащийся может пожелать уделить некоторое внимание проверке сетевого питания и испытаниям, которые должны быть выполнены, чтобы подтвердить его приемлемость. Эти испытания варьируются от визуальных проверок повреждений кабеля до требований к электрической проверке и рассматриваются в главе 8.

1. Простая схема источника питания — EE223

Введение:

Первое, что нам нужно сделать, это создать схему источника питания.Мы собираемся использовать 9-вольтовую батарею для питания наших цепей. Этот эксперимент устанавливает базовую схему источника питания с простым светодиодным индикатором питания.

Видео

Дополнительные примечания:

Регулятор напряжения

Регулятор напряжения — довольно сложное, но простое в использовании устройство, которое принимает переменное входное напряжение и выдает постоянное напряжение на более низком уровне, чем входное напряжение. Например, в наших схемах мы будем использовать батарею 9 В, а наш регулятор 5 В выбран для вывода постоянного напряжения 5 Вольт.На Рисунке 1 показан регулятор напряжения LM7805, который мы будем использовать — техническое описание LM78XX прилагается к этому документу. Существуют также версии на 12 В (LM7812) и 15 В (LM7815), отсюда и обозначение LM78XX.

Как видно на рисунке 1 (и в прилагаемом техническом описании), контакт на левой стороне (слева) — это источник напряжения в (при 500 мА он принимает примерно от 8 В до 20 В) и будет выводить на выход . на правой стороне в диапазоне от 4,8 В до 5,2 В, так что максимально близко к 5 В, что требуется для наших схем.Средний штифт должен быть подключен к заземляющей шине. Алюминиевая пластина в задней части регулятора напряжения предназначена для отвода тепла. Отверстие позволяет нам прикрутить его к радиатору, что позволит нам выводить большие токи, до 1 А с установленным подходящим радиатором. Этот регулятор даст нам хорошее и чистое стабильное питание 5 В, идеально подходящее для управления микросхемами TTL, используемыми в этом модуле.

Рисунок 1. A Регулятор напряжения LM7805

Если наша батарея разряжается, возможно, что наша батарея на 9 В не соответствует минимуму ~ 8 В, необходимому для управления регулятором напряжения LM7805.Если бы это произошло, мы могли бы использовать регулятор напряжения L ow- D rop o ut (LDO), которому может потребоваться всего 6 В для работы регулятора 5 В.

В ваш комплект входит стабилизатор напряжения LDO — регулятор напряжения Fairchild KA7805ETU 5V 1A LDO (см. Техническое описание внизу этой страницы).

Конденсаторы развязки

Связь часто является нежелательной взаимосвязью между двумя частями схемы из-за разделения соединений источника питания.Это соотношение означает, что если одна часть схемы внезапно потребует большой ток, на другую часть схемы будет влиять шум. Небольшой конденсатор, известный как разделительный конденсатор, действует как накопитель энергии, который удаляет сигналы, подобные переменному току (пульсации), которые могут присутствовать в нашем источнике постоянного тока.

Рисунок 2. Конденсатор 100 нФ — на поверхности будет написано 104

На рис. 2 показан керамический конденсатор емкостью 100 нФ (0,1 мкФ), который подходит для нашей схемы.Это значение можно использовать в качестве общего практического правила, но для коммерческих проектов вам следует тщательно выбирать это значение.

Нумерация конденсаторов достаточно проста. К сожалению, нумерация керамических конденсаторов может быть очень маленькой. Нумерация следующая:

Первое число — это 1-я цифра номинала конденсатора
Второе число — 2-я цифра номинала конденсатора
Третье число — это количество нулей, где значение конденсатора находится в пФ (пикофарады)
Другие буквы можно игнорировать, но они обозначают допуск и номинальное напряжение конденсатора.

Так, например:

104 = 100000 пФ = 100 нФ

102 = 1000 пФ = 1 нФ

472 = 4700 пФ = 4,7 нФ

Мы используем батарею на 9 В, и наши схемы будут нормально работать без разделительного конденсатора; однако рекомендуется иметь его там, если вы планируете управлять своей схемой от подключаемого сетевого трансформатора. Пока ваш мультиметр будет показывать постоянное значение прибл. 5 В для нашего питания от подключаемого трансформатора через регулятор напряжения, это среднее значение для очень многих образцов.Если вы исследуете форму сигнала с помощью осциллографа, вы увидите значительный шум, который окажет странное влияние на микросхемы в схемах, которые мы должны исследовать.

Светоизлучающий диод (LED)

Светоизлучающий диод (LED) — это источник света на основе полупроводника, который традиционно использовался в качестве световой индикации состояния во всех типах устройств. Сегодня мощные светодиоды используются в автомобильных фарах, задних фонарях для мониторов и даже вместо ламп накаливания для общего освещения (например.грамм. домашнее освещение, светофоры и т. д.) благодаря их чрезвычайно высокой эффективности. Мы собираемся использовать в наших схемах светодиоды с очень низким энергопотреблением, как правило, для индикации того, является ли состояние истинным или ложным. В комплект входят светодиоды нескольких цветов, но все они имеют схожие электрические свойства.

Рисунок 3 (a) Обозначение светодиода и (b) Фактический светодиод с указанием полярности

Символ светодиода показан на рисунке 3 (a). Анод (+) обычно подключается к более положительному источнику, чем катод (-).На рисунке 3 (b) показан светодиод, у которого одна ножка длиннее другой. Более длинная ветвь — это анод (+), а более короткая — катод (-). Пластиковая оболочка светодиода часто имеет плоский край, что указывает на отрицательную ножку светодиода.

К нашим светодиодам предъявляются определенные требования. Для них требуется максимальное напряжение 3 В и рабочий ток 20 мА. Светодиод не имеет значительного сопротивления, поэтому, если мы подключим светодиод к источнику питания 5 В, мы превысим требования к напряжению и току (это должно быть нормально в течение коротких периодов времени).Однако для этого нам понадобится резистор. Итак, если у нас напряжение 5 В, и мы хотим, чтобы на светодиоде было падение 3 В, мы хотели бы, чтобы на нашем последовательном резисторе падали 2 В. Мы также хотели бы ограничить ток до 20 мА, поэтому нам нужен резистор номиналом:

R = V / I (поскольку V = IR, закон Ома)

R = 2 В / 0,02 A = 100 Ом

Итак, наша схема для зажигания светодиода будет выглядеть, как показано на рисунке 4. Здесь мы размещаем наш резистор последовательно со светодиодом. Резистор пропускает через светодиод ток 20 мА и имеет падение напряжения 2 В, тем самым ограничивая напряжение на светодиоде до 3 В, что соответствует требованиям спецификации.

Рисунок 4 . Схема светодиодов, соответствующая свойствам наших светодиодов

Наконец, демонстрация использования транзистора.

В этой простой схеме мы хотим продемонстрировать использование транзистора. В этой схеме используется NPN-транзистор с высоким коэффициентом усиления, а вход затвора находится в воздухе. Пожалуйста, измените эту схему, пока не будете уверены в использовании транзистора.

Продвинутый:

Хотя это и не является явной частью этого эксперимента, вас также может заинтересовать, как мы могли бы подключить сетевой блок питания к нашей макетной плате, и дополнительные схемы, которые можно использовать для обеспечения качественного источника питания. :

Руководство по основам импульсного источника питания

Аннотация: Импульсные источники питания — популярный, а иногда и необходимый выбор для преобразования энергии постоянного тока в постоянный.Эти схемы предлагают явные преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными методами преобразования энергии постоянного тока. В этой статье представлен краткий обзор преимуществ и недостатков импульсных источников питания, а также предлагается простой обзор их работы и теории.

Эта статья также была опубликована в Maxim’s Engineering Journal, vol. 61 (PDF, 440кБ).

Учитывая, что многие электронные устройства требуют нескольких уровней постоянного напряжения, разработчикам нужен способ преобразования стандартных потенциалов источника питания в напряжения, определяемые нагрузкой.Преобразование напряжения должно быть универсальным, эффективным и надежным процессом. Импульсные источники питания (SMPS) часто используются для обеспечения различных уровней выходной мощности постоянного тока, необходимых для современных приложений, и незаменимы для создания высокоэффективных и надежных систем преобразования мощности постоянного тока в постоянный.

Почему SMPS?

Большинство электронных нагрузок постоянного тока питаются от стандартных источников питания. К сожалению, стандартные напряжения источника могут не соответствовать уровням, требуемым микропроцессорами, двигателями, светодиодами или другими нагрузками, особенно когда напряжение источника не регулируется.Устройства с батарейным питанием являются яркими примерами проблемы: типичное напряжение стандартной батареи Li + или NiMH либо слишком высокое / низкое, либо слишком сильно падает во время разряда для использования в обычных приложениях.

Универсальность

К счастью, универсальность SMPS решает проблему преобразования стандартного напряжения источника в пригодное для использования заданное выходное напряжение. Существует множество топологий SMPS, которые классифицируются по фундаментальным категориям — эти источники питания повышают, понижают, инвертируют или даже повышают и понижают входное напряжение.В отличие от линейных регуляторов, которые могут только понижать входное напряжение, SMPS привлекательны тем, что можно выбрать топологию, подходящую практически для любого выходного напряжения.

Настройка

Кроме того, современные ИС SMPS спроектированы с различными уровнями интеграции, что позволяет инженеру выбирать среди топологий с более или менее стандартными функциями SMPS, внесенными в ИС. Поступая таким образом, производители облегчают проектирование широко используемых источников питания для конкретных приложений или предлагают инженерам базовые ИС SMPS для индивидуальных проектов, тем самым повышая универсальность этих широко используемых устройств.

КПД

Инженеры также сталкиваются с другой распространенной проблемой — как эффективно преобразовать мощность постоянного тока. Например, часто требуется понизить входное напряжение для достижения более низкого выходного напряжения. Простым решением является использование линейного регулятора, поскольку для этого устройства требуется всего несколько конденсаторов и адекватное управление температурой. Однако там, где такая простота заканчивается, начинается неэффективность — даже до неприемлемых уровней, если разность напряжений велика.

КПД линейного регулятора напрямую зависит от мощности, падающей на его проходной транзистор.Это падение мощности может быть значительным, поскольку рассеиваемая мощность равна I _LDO × (V _IN — V _OUT). Например, при понижении нагрузки 100 мА от батареи 3,6 В до выхода 1,8 В на линейном регуляторе падает 0,18 Вт. Это падение мощности дает низкий КПД 50%, что сокращает срок службы батареи на 50% (при условии идеальной работы).

Понимая эту потерю эффективности, добросовестный инженер стремится найти улучшенное решение, и именно здесь SMPS выделяется.Хорошо спроектированный SMPS может достичь КПД 90% или более, в зависимости от уровней нагрузки и напряжения. Как и в предыдущем примере, при использовании понижающего ИИП типа Рис. 1 вместо линейного регулятора наблюдается КПД 90%. Это повышение эффективности на 40% по сравнению с линейным регулятором. Преимущество понижающего SMPS очевидно, и аналогичный или более высокий КПД наблюдается в других топологиях SMPS.

Рис. 1. MAX8640Y используется в простой понижающей цепи SMPS.

Хотя высокий КПД является основным преимуществом конструкций SMPS, другие преимущества, естественно, возникают как прямой результат минимизации потерь мощности. Например, в SMPS наблюдается уменьшенный тепловой след по сравнению с его менее эффективными аналогами. Это преимущество означает снижение требований к управлению температурным режимом. Кроме того, что более важно, срок службы увеличивается за счет повышения надежности, поскольку компоненты не подвергаются чрезмерному нагреву, как это было бы в менее эффективной системе.

Топологии SMPS и теория преобразования

Как упоминалось в предыдущем разделе, SMPS могут преобразовывать входное напряжение постоянного тока в другое выходное напряжение постоянного тока в зависимости от топологии схемы. Хотя в мире инженерии используется множество топологий SMPS, три из них являются фундаментальными и встречаются чаще всего. Эти топологии (см. , рис. 2, ) классифицируются в соответствии с их функцией преобразования: понижающие (понижающие), повышающие (повышающие) и повышающие / понижающие (понижающие-повышающие или инверторные).Пути заряда / разряда индуктора, показанные на диаграммах на Рисунке 2, обсуждаются в следующих параграфах.

Рис. 2. Понижающий, повышающий и понижающий-повышающий составляющие составляют основные топологии SMPS.

Все три основные топологии включают переключатель MOSFET, диод, выходной конденсатор и катушку индуктивности. МОП-транзистор, который является активно управляемым компонентом в схеме, подключен к контроллеру (не показан). Этот контроллер подает прямоугольный сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на затвор полевого МОП-транзистора, тем самым включая и выключая устройство.Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, контроллер определяет выходное напряжение SMPS и изменяет рабочий цикл (D) прямоугольного сигнала, определяя, как долго полевой МОП-транзистор остается включенным в течение каждого периода переключения (T _S). Значение D, которое представляет собой отношение времени включения прямоугольной волны к периоду ее переключения (T _ON / T _S), напрямую влияет на напряжение, наблюдаемое на выходе SMPS. Эта взаимосвязь проиллюстрирована в уравнениях 4 и 5.

Состояния включения и выключения полевого МОП-транзистора делят схему SMPS на две фазы: фазу заряда и фазу разряда, каждая из которых описывает передачу энергии катушки индуктивности (см. петли на рисунке 2).Энергия, накопленная в катушке индуктивности во время фазы зарядки, передается выходной нагрузке и конденсатору во время фазы разряда. Конденсатор поддерживает нагрузку, пока индуктор заряжается, и поддерживает выходное напряжение. Эта циклическая передача энергии между элементами схемы поддерживает выходное напряжение на должном уровне в соответствии с ее топологией.

Катушка индуктивности играет центральную роль в передаче энергии от источника к нагрузке во время каждого цикла переключения. Без него SMPS не работал бы при переключении MOSFET.Энергия (E), запасенная в катушке индуктивности (L), зависит от ее тока (I):

Следовательно, изменение энергии в катушке индуктивности измеряется по изменению ее тока (ΔI _L), что связано с к напряжению, приложенному к нему (V _L) в течение определенного периода времени (ΔT):

(ΔI _L) является линейным нарастанием, поскольку постоянное напряжение подается на катушку индуктивности во время каждой фазы переключения ( Рисунок 3 ). Напряжение катушки индуктивности во время фазы переключения можно определить, выполнив петлю напряжения Кирхгофа, уделяя особое внимание полярности и соотношениям V _IN / V _OUT.Например, напряжение индуктора повышающего преобразователя во время фазы разряда составляет — (V _OUT — V _IN). Поскольку V _OUT> V _IN, напряжение на катушке индуктивности отрицательное.

Рисунок 3. Характеристики напряжения и тока подробно описаны для установившегося индуктора.

Во время фазы заряда полевой МОП-транзистор включен, диод смещен в обратном направлении, и энергия передается от источника напряжения к катушке индуктивности (рис. 2). Ток в индукторе нарастает, потому что напряжение V _L положительное.Кроме того, выходная емкость передает энергию, накопленную в предыдущем цикле, на нагрузку, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение. Во время фазы разряда полевой МОП-транзистор отключается, а диод становится смещенным в прямом направлении и, следовательно, проводит ток. Поскольку источник больше не заряжает катушку индуктивности, клеммы катушки индуктивности меняют полярность, поскольку она разряжает энергию на нагрузку и пополняет выходной конденсатор (рис. 2). Ток катушки индуктивности снижается по мере передачи энергии в соответствии с тем же соотношением передачи, указанным ранее.

Циклы заряда / разряда повторяются и поддерживают установившееся состояние переключения. Во время перехода схемы в установившееся состояние ток индуктора нарастает до своего конечного уровня, который представляет собой суперпозицию постоянного тока и нарастающего переменного тока (или пульсирующего тока индуктора), возникающего во время двух фаз схемы (рисунок 3). Уровень постоянного тока связан с выходным током, но зависит от положения катушки индуктивности в цепи SMPS.

Импульсный ток должен отфильтровываться SMPS, чтобы подавать на выход истинный постоянный ток.Это фильтрующее действие осуществляется выходным конденсатором, который мало противодействует высокочастотному переменному току. Нежелательная пульсация выходного тока проходит через выходной конденсатор и поддерживает заряд конденсатора, пока ток проходит на землю. Таким образом, выходной конденсатор также стабилизирует выходное напряжение. Однако в неидеальных приложениях эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора вызывает пульсации выходного напряжения, пропорциональные току пульсаций, протекающему через него.

Таким образом, энергия передается между источником, катушкой индуктивности и выходным конденсатором для поддержания постоянного выходного напряжения и питания нагрузки. Но как передача энергии ИИП определяет коэффициент преобразования выходного напряжения? Это соотношение легко вычислить, если понимать установившееся состояние применительно к периодическим сигналам.

Чтобы быть в устойчивом состоянии, переменная, повторяющаяся с периодом T _S, должна быть равна в начале и в конце каждого периода.Поскольку ток катушки индуктивности является периодическим из-за фаз заряда и разряда, описанных ранее, ток катушки индуктивности в начале периода ШИМ должен равняться току катушки индуктивности в конце. Это означает, что изменение тока индуктора во время фазы заряда (ΔI _CHARGE) должно соответствовать изменению тока индуктора во время фазы разряда (ΔI _DISCHARGE). Приравнивая изменение тока индуктора для фаз заряда и разряда, достигается интересный результат, который также называют правилом вольт-секунды:

Проще говоря, произведение напряжения индуктора на время во время каждой фазы цепи равно .Это означает, что, наблюдая за схемами SMPS на Рисунке 2, можно без особых усилий найти идеальные установившиеся отношения преобразования напряжения / тока. Для понижающей схемы петля напряжения Кирхгофа вокруг цепи фазы заряда показывает, что напряжение индуктора является разницей между V _IN и V _OUT. Аналогично, напряжение индуктора во время цепи фазы разряда составляет -V _OUT. Используя правило вольт-секунды из уравнения 3, определяется следующий коэффициент преобразования напряжения:

Кроме того, входная мощность (P _IN) равна выходной мощности (P _OUT) в идеальной схеме.Таким образом, коэффициент преобразования тока находится:

Из этих результатов видно, что понижающий преобразователь снижает V _IN в D раз, в то время как входной ток является D-кратным току нагрузки. В таблице 1 перечислены коэффициенты преобразования для топологий, изображенных на рисунке 2. Как правило, все коэффициенты преобразования SMPS можно найти с помощью метода, используемого для решения уравнений 3 и 5, хотя сложные топологии могут быть более трудными для анализа.

Таблица 1.Коэффициенты преобразования SMPS

Топология	Коэффициент преобразования напряжения	Коэффициент преобразования тока
Понижающий	В _ВЫХ / V _ВХОД = D	I _IN / I _OUT = D
Повышение	В _ВЫХ / V _ВХОД = 1 / (1 — D)	I _IN / I _OUT = 1 / (1 — D)
Повышение / понижение	В _ВЫХ / V _ВХОД = D / (1 — D)	I _IN / I _OUT = D / (1 — D)

Недостатки и недостатки ИИП

Конечно, высокий КПД, обеспечиваемый ИИП, имеет свои недостатки.Возможно, наиболее часто упоминаемая проблема импульсных преобразователей — это их склонность к излучению электромагнитных помех (EMI) и кондуктивным шумам. Электромагнитное излучение вызывается быстрыми переходами сигналов переключения тока и напряжения, которые существуют в цепях SMPS. Быстро меняющиеся напряжения в узле индуктора вызывают излучаемые электрические поля, в то время как токи быстрого переключения в контурах заряда / разряда создают магнитные поля. Однако кондуктивный шум распространяется на входные и выходные цепи, когда входные / выходные емкости SMPS и паразитные характеристики печатной платы представляют более высокие импедансы для коммутирующих токов.К счастью, правильное размещение компонентов и компоновка печатной платы могут успешно бороться с электромагнитными помехами и снижать уровень шума. SMPS

также могут быть довольно сложными и требовать дополнительных внешних компонентов, что может привести к увеличению общей стоимости источника питания. К счастью, большинство производителей ИС SMPS предоставляют подробную литературу не только о работе устройства, но и о правильном выборе внешних компонентов. Кроме того, высокий уровень интеграции в современные ИС SMPS может уменьшить количество требуемых внешних компонентов.

Несмотря на эти проблемы, SMPS широко используются во многих приложениях. С недостатками можно справиться, а эффективность и универсальность, получаемые от их использования, очень желательны и часто требуются.

Как работают блоки питания | ОРЕЛ

Блоки питания

составляют основу всех наших электронных устройств и обеспечивают согласованную схему работы там, где это больше всего необходимо. В современной электронике, такой как компьютеры и другие чувствительные к данным устройства, питание должно работать безупречно, а единичный отказ может означать потерю работы и данных.Но, как разработчики электроники, мы обычно оставляем свои соображения по поводу источников питания на потом, часто беря заранее подготовленный схемный блок, который, как мы знаем, уже работает. В конце концов, нам просто нужен выход 5 В, верно? Оказывается, под капотом творится еще много всего.

Источники питания от 10000 футов

Большинство источников питания получают питание от сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток, пригодный для использования в электронных устройствах. Во время этого процесса источник питания выполняет несколько ролей, в том числе:

Преобразование переменного тока из сети в устойчивый постоянный ток
Предотвращение воздействия переменного тока на выход источника постоянного тока
Поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения

Чтобы осуществить все это преобразование, типичный источник питания будет использовать несколько общих компонентов, включая трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный начинается с переменного тока, который возникает в розетке в виде синусоидальной волны. Этот сигнал переменного тока колеблется между отрицательным и положительным напряжением до шестидесяти раз в секунду.

Сигнал синусоидальной формы переменного тока. (Источник изображения)

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, чтобы удовлетворить требованиям напряжения источника питания. После понижения напряжения выпрямитель превратит синусоидальную форму волны переменного тока в набор положительных провалов и пиков.

Выпрямление удаляет отрицательную сторону сигнала переменного тока, оставляя только положительный выход. (Источник изображения)

На этом этапе все еще есть колебания в форме волны переменного тока, поэтому для сглаживания переменного напряжения в пригодный для использования источник постоянного тока используется фильтр.

Применение фильтра с резервуарным конденсатором удаляет агрессивные пики и впадины в нашей форме волны. (Источник изображения)

Теперь, когда переменный ток преобразован в пригодный для использования постоянный ток, некоторые источники питания будут дополнительно устранять любые колебания в форме волны с помощью регулятора.Этот регулятор будет обеспечивать стабильный выход постоянного тока независимо от изменений входного переменного напряжения.

Это краткий обзор процесса. Независимо от того, какой блок питания вы смотрите, в нем всегда будет как минимум три основных компонента — трансформатор, выпрямитель и фильтр. Регуляторы могут использоваться или не использоваться в зависимости от того, является ли источник питания нерегулируемым или регулируемым (подробнее об этом позже).

Детали блока питания

Трансформатор

В качестве первой линии защиты трансформатор выполняет работу по понижению входящего переменного тока от сети до уровня напряжения, с которым может справиться нагрузка источника питания.Трансформаторы также могут повышать напряжение, но в этой статье мы сосредоточимся на тех, которые понижают напряжение для низковольтных электронных устройств постоянного тока.

Внутри трансформатора находятся две обмотки катушки, физически отделенные друг от друга. Первая обмотка принимает переменный ток от сети, а затем электромагнитно соединяется со второй обмоткой, чтобы провести необходимое переменное напряжение во вторичной обмотке. Сохраняя эти две обмотки физически разделенными, трансформатор может изолировать напряжение сети переменного тока от выхода цепи питания.

Две физически разделенные катушки в трансформаторе проводят через электромагнитную связь. (Источник изображения)

Выпрямитель

После того, как переменный ток понижается трансформатором, выпрямитель должен преобразовать форму волны переменного тока в необработанный формат постоянного тока. Это достигается одним или несколькими диодами в полуволновой, полноволновой или мостовой конфигурации.

Полуволновое выпрямление

В этой конфигурации один выпрямительный диод используется для извлечения постоянного напряжения из половины цикла формы сигнала переменного тока.В результате у источника питания остается половина выходного напряжения, которое он мог бы получить от полной формы волны переменного тока при Vpk x 0,318. Half Wave — это самая дешевая конфигурация для проектирования, она идеальна для не требовательного использования энергии и обычно оставляет наибольшую пульсацию выходного напряжения.

Полуволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Полноволновое выпрямление

В этой конфигурации два выпрямительных диода используются для выделения двух полупериодов входящего сигнала переменного тока.Этот процесс обеспечит двойное выходное напряжение полуволнового выпрямления при Vpk x 0,637. Хотя эта конфигурация более дорогая в разработке, чем полуволновая, поскольку для нее требуется трансформатор с центральным отводом, она имеет дополнительное преимущество в виде улучшенного сглаживания пульсаций переменного тока.

Полноволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Ректификация моста

В этой конфигурации используются четыре диода, расположенных в виде моста для достижения полноволнового выпрямления без использования трансформатора с центральным отводом.Это обеспечит то же выходное напряжение, что и Full Wave при Vpk x 0,637 с диодами, которым требуется только половина их обратного напряжения пробоя. В течение каждого полупериода два противоположных диода проводят ток, что обеспечивает полную форму волны переменного тока в конце полного цикла.

Мостовое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала, как для полной волны. (Источник изображения)

Фильтр

Теперь, когда у нас преобразовано напряжение переменного тока, задача фильтра устраняет любые пульсации переменного тока в выходном напряжении, оставляя плавное постоянное напряжение.Зачем устранять рябь? Если они попадут на выход источника питания, они могут повредить нагрузку и потенциально вывести из строя всю вашу схему. В фильтрах используются два основных компонента: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот.

Резервуарный конденсатор

Электролитический конденсатор большой емкости используется для временного хранения выходного тока, подаваемого выпрямительным диодом. При зарядке этот конденсатор может обеспечивать выходной постоянный ток в промежутках времени, когда выпрямительный диод не проводит ток.Это позволяет источнику питания поддерживать стабильный выход постоянного тока на протяжении циклов включения / выключения источника питания.

Здесь вы можете увидеть разницу в выходном сигнале с крышкой резервуара и без нее. (Источник изображения)

Фильтр низких частот

Вы можете сделать схему источника питания только с емкостным конденсатором, но добавление фильтра нижних частот дополнительно устраняет пульсации переменного тока, которые проходят через емкостной конденсатор. В большинстве базовых источников питания вы не найдете фильтров нижних частот, поскольку для них требуются дорогие индукторы с ламинированным или тороидальным сердечником.Однако в современной электронике с импульсным источником питания вы обнаружите, что фильтры нижних частот используются для устранения пульсаций переменного тока на более высоких частотах.

При добавлении в схему источника питания емкостного конденсатора и фильтра нижних частот можно удалить более 95% пульсаций переменного тока. Это позволит вам поддерживать стабильное и чистое выходное напряжение, которое соответствует пику исходной входной волны переменного тока.

Регулятор

В регулируемых источниках питания будет добавлен регулятор для дальнейшего сглаживания постоянного напряжения и обеспечения стабильного выходного сигнала независимо от изменений входных уровней.Это улучшенное регулирование также увеличивает сложность и стоимость питания схемы. Вы найдете регуляторы в двух различных конфигурациях: в виде шунтирующего регулятора или последовательного регулятора.

Шунтирующий регулятор

В этой конфигурации регулятор подключен параллельно нагрузке, что обеспечивает постоянное протекание тока через регулятор до попадания в нагрузку. Если ток нагрузки увеличивается или уменьшается, шунтирующий регулятор будет либо уменьшать, либо увеличивать свой ток, чтобы поддерживать постоянное напряжение и ток питания.

Шунтовые регуляторы подключаются параллельно нагрузке. (Источник изображения)

Регулятор серии

В этой конфигурации последовательный регулятор подключен последовательно с нагрузкой, которая обеспечивает переменное сопротивление. Этот регулятор будет последовательно измерять входящее напряжение нагрузки, используя систему отрицательной обратной связи. Если напряжение на образце повышается или падает, то последовательный регулятор либо понижает, либо увеличивает свое сопротивление, позволяя большему или меньшему току проходить через нагрузку.

Регуляторы серии

добавляют переменное сопротивление к управляющему току. (Источник изображения)

Типы источников питания

В типовых источниках питания переменного и постоянного тока используются некоторые или все вышеперечисленные компоненты в своей схеме в качестве нерегулируемого или регулируемого источника питания. Тип источника питания, который вы используете в своем электронном проекте, зависит от уникальных требований вашего дизайна.

Нерегулируемые блоки питания

Эти блоки питания не имеют регулятора напряжения и выдают только заданное напряжение при максимальном выходном токе.Здесь выход постоянного напряжения связан с внутренним трансформатором напряжения, и выходное напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от токового выхода нагрузки. Эти блоки питания известны своей прочностью и недорого, но не обеспечивают достаточной точности для чувствительных к мощности электронных устройств.

Нерегулируемые блоки питания

содержат все стандартные компоненты, кроме регулятора.

Регулируемые блоки питания

Регулируемые блоки питания включают в себя все основные компоненты нерегулируемого источника питания с добавлением регулятора напряжения.Следует отметить три конфигурации блока питания регулятора:

Линейный источник питания . В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор для управления выходными напряжениями в определенном диапазоне. Хотя эти блоки питания не самые эффективные и выделяют много тепла, они известны своей надежностью, минимальным электрическим шумом и широкой коммерческой доступностью.

Типовая схема линейного питания. (Источник изображения)

Импульсный источник питания .В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор, который включается / выключается для подачи напряжения на выходной накопительный конденсатор. Режимы переключения обычно меньше и легче, чем линейные источники питания, предлагают широкий диапазон выходных сигналов и более эффективны. Однако они требуют сложной схемы, генерируют больше шума и требуют подавления помех для своих высокочастотных операций.

Здесь мы видим добавленную сложность в схеме переключения режимов. (Источник изображения)

Аккумуляторный блок питания .Эта конфигурация действует как накопитель энергии и обеспечивает постоянный поток постоянного тока к электронному устройству. По сравнению с линейными и импульсными источниками питания, батареи являются наименее эффективным методом питания устройств, и их также трудно сопоставить с правильным напряжением в нагрузке. Тем не менее, батареи имеют то преимущество, что они служат источником питания, когда сеть переменного тока недоступна, и не создают электрических помех.

При выборе источника питания для вашего следующего проекта электроники обратите внимание на следующие преимущества и недостатки нерегулируемых и регулируемых источников питания:

Нерегулируемый

Регулируемый

Преимущества:

Простая схема
Надежный и экономичный

Недостатки

Напряжение зависит от тока нагрузки
Идеально подходит для устройств, работающих с фиксированным выходным током / напряжением

Преимущества

Постоянное напряжение
Более высокое качество
Лучшая фильтрация шума
Регулируемое выходное напряжение / ток

Недостатки

Требуется более сложная схема
Дороже

При выборе между линейным, импульсным или аккумуляторным блоком питания учитывайте следующее:

Регулируемые блоки питания

Линейный

Режим переключения

Аккумулятор

Преимущества

Стабильно и надежно
Меньше электрических шумов
Хорошая регулировка линии и нагрузки

Недостатки

Низкий КПД <50%
Требуются радиаторы большего размера
Крупные компоненты и тяжелые
Дорого

Преимущества

Маленький размер и легче
Широкий диапазон входного напряжения
Высокая эффективность
Дешевле по сравнению с линейным

Недостатки

Требуется более сложная схема
Может загрязнять сеть переменного тока
Более высокий уровень шума

Преимущества

Не требует доступа к сети переменного тока
Портативный источник питания

Недостатки

Фиксированное входное напряжение
Фиксированный срок службы
Выходное напряжение падает из-за использования резервов энергии

Технические характеристики блока питания, о которых необходимо знать

Выбирая готовую схему источника питания вместо того, чтобы разрабатывать свою собственную, необходимо знать несколько спецификаций.К ним относятся:

Выходной ток . Это максимальный ток, который блок питания может подавать на нагрузку.
Регулятор нагрузки . Это определяет, насколько хорошо регулятор может поддерживать постоянный выходной сигнал при изменении тока нагрузки, обычно измеряемого в милливольтах (мВ) или максимальном выходном напряжении.
Шум и пульсация . Они измеряют нежелательные электронные помехи и колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный, обычно измеряемые в размахе напряжения для импульсных источников питания.
Защита от перегрузки . Это функция безопасности, которая отключит источник питания в случае короткого замыкания или перегрузки по току.
Эффективность . Это соотношение мощности, преобразованной из сети переменного тока в постоянный. Высокоэффективные системы, такие как импульсные блоки питания, могут достичь 80% -ного КПД, снизить нагрев и сэкономить энергию.

Последовательное преобразование

Источники питания

обеспечивают стабильную основу питания всех наших электронных устройств, будь то ваш компьютер, смартфон или телевизор, этот список можно продолжать.Независимо от того, какой тип источника питания вы используете или разрабатываете, все они включают в себя несколько основных компонентов для преобразования сети переменного тока в постоянный постоянный ток (DC). Трансформатор сначала понижает напряжение, которое затем выпрямляется в необработанный формат постоянного тока. Затем он фильтруется и регулируется, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение для стабильного выходного сигнала. При разработке собственной схемы источника питания рассчитывайте использовать эти основные компоненты вместе с уникальными характеристиками мощности для вашей конструкции, чтобы обеспечить постоянный выход постоянного тока в любое время дня.

Нужен разъем питания для вашего будущего проекта по разработке электроники? У нас есть масса бесплатных библиотек! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!