Схема источника питания: Источники питания

Содержание

Схема источника питания 12В, с током в нагрузке до 10 А

Радиолюбителю необходим безопасный источник питания от сети 220 В, с помощью которого можно налаживать и испытывать самостоятельно собранные электронные устройства, а также ремонтировать устройства промышленного изготовления. Такой источник питания при питании от осветительной сети 220 В должен поддерживать работу при токе в нагрузке до 10 А и иметь возможность резервного питания, чтобы обеспечить в случае необходимости бесперебойную работу. Это может потребоваться, например, в условиях сельской местности, когда напряжение в сети нестабильно или периодически отключается. На рис. ниже представлена электрическая схема источника питания, отвечающего всем этим требованиям.

Стабилизатор напряжения на транзисторе ѴТЗ и стабилитронах VD2—VD5 собран по классической схеме. Включение источника питания осуществляется «вручную» переключателем (тумблером) SB1. При подаче питания на реле К1 оно срабатывает и замыкает контактами К1.

1 цепь питания первичной обмотки трансформатора Т1. Выпрямленное диодным мостом VD1 напряжение поступает на стабилизатор источника, затем на усилитель тока на транзисторах VT1, ѴТ2 и далее к устройству нагрузки. Одновременно на автомобильную аккумуляторную батарею (АКБ), служащую в качестве источника резервного питания, поступает напряжение подзарядки через диод VD6 и ограничительный резистор R4. Небольшой ток подзарядки АКБ зависит от степени разряженности батареи, учитывая ее большую энергоемкость 55 А/ч, не выводит АКБ из строя даже при длительном (многосуточном) режиме ее подзарядки. При этом переключателем SB2 можно принудительно отключить АКБ от подзарядки.

В аварийном режиме (отсутствие напряжения осветительной сети 220 В) реле К1 обесточивается, и напряжение от источника резервного питания (АКБ) подается через замкнутые контакты 5 и 6 группы контактов К 1.2 реле К1, минуя стабилизатор напряжения, собранный на элементах VT1, ѴТ2, ѴТЗ, VD2, VD3, VD4, VD5, R2, R3. Для защиты источника от перенапряжения и короткого замыкания служат предохранители FU1 и FU2, установленные соответственно на входе и выходе источника питания.

Если необходимости в резервном питании нет, то аккумуляторную батарею не подключают, а используют устройство как стабилизированный мощный источник питания.

В налаживании источник питания не нуждается. Корпус устройства сделан из стеклотекстолита, но может быть выполнен и из другого диэлектрического материала.

Транзисторы VT1, ѴТ2 можно заменить на КТ808, КТ819 с любым буквенным индексом. Желательно применять эти транзисторы в металлическом корпусе с диаметром «шляпки» 23,5 мм. Их устанавливают на теплоотводы с площадью охлаждения не менее 100 см2, изолируя теплоотвод от корпуса устройства. Транзистор ѴТЗ можно заменить на КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом.

Трансформатор Т1 стандартный с выходной мощностью не менее 100 Вт должен обеспечивать переменное напряжение на вторичной обмотке (под нагрузкой) 14—16 В.

Это напряжение получают с выводов 7 и 16 трансформатора ТН-54-127/220, при этом должны быть установлены перемычки между выводами 8— 9, 10—11 и 13— 14. Первичная обмотка трансформатора Т1 — выводы 1 и 2.

АКБ— стандартная аккумуляторная батарея с номинальным напряжением 12 В. Реле К1 — на напряжение срабатывания 200— 220 В с двумя и более группами контактов и током коммутации не менее 3 А.

Сетевой предохранитель FU1 типа ВІІ-1-3, ПЦ-30-3 на ток 3 А. Предохранитель FU2 на ток 10 А типа ДПК-1-2. Диодный выпрямительный мост типа КЦ405А, КЦ407А или собранный из дискретных элементов — диодов Д231, Д242 с любым буквенным индексом. Диод VD6 можно заменить на КД202, КД213, КД258 с любым буквенным индексом и аналогичные. Стабилитроны VD2— VD5 желательно установить в соответствии с указанными на схеме. От их параметров зависит стабилизация и уровень выходного напряжения.

Конденсаторы C1, С2 типа К40-У9, К10-17 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 250 В. Оксидные конденсаторы типа К50-ЗБ, К50-24 или аналогичные. Постоянные резисторы R2, R3— типа МЛТ-0,5. Резисторы R1, R4 типа ПЭВ-10, ВЗР-10. Переключатели (тумблеры) SB1 и SB2 любые подходящие, например, ТВ2-1.

Литература: Андрей Кашкаров — Электронные самоделки

Схемотехника современных мощных источников питания

Введение

В последние годы на российском рынке силовой электроники появилось большое количество модульных вторичных источников питания как зарубежного, так и отечественного производства, которые позиционируются для применения в высоконадежных системах, таких как телекоммуникационное оборудование и аппаратура промышленной автоматики. Однако на практике зачастую оказывается, что эти изделия не отвечают современным требованиям надежности, а уровень схемотехнических решений находится на рубеже конца 80-х годов прошлого века. Это во многом объясняется спецификой нашего рынка: потребителю часто трудно понять, почему казалось бы похожие по электрическим характеристикам изделия разных фирм отличаются по цене в 2-4 раза.

Ответ на это вопрос он получает в первый год эксплуатации, когда появляется первая статистика отказов оборудования. В данной статье мы рассмотрим основные схемотехнические решения и сравним их эффективность с точки зрения минимизации потерь и увеличения надежности.

Структурная схема вторичных источников питания

Обобщенная структурная схема вторичных источников питания мощностью 500-2500 Вт, включающая в себя стандартный набор функциональных узлов, приведена на рис. 1. Каждый из этих узлов может быть реализован на основе различных схемных решений, что в итоге и будет определять как эффективность устройства, так и его надежность.

Рис. 1.

Вторичный источник питания содержит следующие основные узлы: входной сетевой фильтр, корректор коэффициента мощности (ККМ), инвертор, преобразующий постоянное напряжение с выхода ККМ в переменное на частоте преобразования, силовой трансформатор, выпрямитель, выходной фильтр, схему управления и дежурный источник питания, вырабатывающий ряд напряжений для питания остальных элементов схемы.

Некоторые производители с целью экономии не используют отдельный источник для питания внутренних цепей, вместо этого реализуют схему питания от дополнительных обмоток дросселя ККМ или силового трансформатора. Несмотря на кажущееся усложнение вторичных источников питания при питании его узлов от дополнительного источника, такое решение повышает надежность, поскольку система сохраняет управляемость в случае аварийных ситуаций в нагрузке или ККМ.

Хотя каждый из узлов вторичных источников питания, приведенных на рис. 1, вносит свой вклад в общие потери мощности, схемотехническое повышение эффективности возможно лишь в трех из них: ККМ, инвертор, выпрямитель. Снижение потерь в фильтрах и силовом трансформаторе относится больше к конструктивным решениям.

Рассмотрим варианты построения указанных узлов вторичных источников питания и проанализируем их эффективность с точки зрения потерь, стоимости и габаритов. В расчетах для примера будем рассматривать устройство со следующими параметрами:

мощность нагрузки 1000 Вт;
выходное напряжение 50 В;
ток нагрузки до 20 А;
первичное питание — однофазная сеть 220 В ±20%.

Корректор коэффициента мощности

Современные требования к уровню электромагнитных помех и гармоническому составу тока первичной сети требуют использования активной коррекции коэффициента мощности в источниках питания с преобразованием частоты.

Наибольшее распространение получили ККМ по схеме повышающего ШИМ-преобразователя (рис. 2) благодаря относительно низким потерям и простоте обеспечения постоянного потребления тока. Управление широтноимпульсным модулятором осуществляется сигналом, формируемым схемой управления таким образом, чтобы потребляемый ток по форме совпадал с выпрямленным напряжением.

Рис. 2.

Различают три основных метода управления ККМ: метод разрывных токов и его разновидность — «граничное» управление; метод управления по пиковому значению тока и управление по среднему значению тока [1]. Первые два метода применяются в ККМ малой и средней мощности (до 300 Вт) из-за большой амплитуды пульсаций тока, значительных электромагнитных помех, необходимости установки громоздких сетевых фильтров и невысокой точности коррекции [2].

Корректоры коэффициента мощности с управлением по среднему току свободны от указанных недостатков. Как правило, пиковое значение пульсаций тока дросселя выбирают в пределах 20% от среднего значения, а схема обратной связи по току имеет низкое усиление на частоте преобразования, что значительно повышает помехоустойчивость ККМ и точность отслеживания формы сигнала.

Существует три принципиальных подхода к реализации ККМ с управлением по среднему току: использование классической схемы, использование схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении (квазирезонансный ККМ, рис. 3) и применение карбид-кремниевого или арсенид-галлиевого диода Шоттки в классической схеме. Методика расчета потерь в каждом из вариантов схем ККМ приведена в одной из предыдущих публикаций автора [3]. На рис. 4 показана типовая диаграмма распределения потерь в активных компонентах схемы. Как видно из рисунка, наибольшая рассеиваемая мощность приходится на ключевой транзистор и диод. Потери в сетевом мостовом выпрямителе трудно поддаются снижению, уменьшение их за счет применения более мощных диодов не всегда оправдано, так как влечет за собой неадекватное увеличение габаритов и стоимости.

Рис. 3.

Рис. 4.

В классической схеме ККМ от 70 до 90% мощности рассеивания на ключевом транзисторе и кремниевом бустерном диоде приходится на динамические потери, из них почти 50% обусловлены эффектом обратного восстановления диода [3].

В отличие от кремниевых p-n диодов, выключение p-i-n диодов Шоттки не сопровождается процессом рассасывания заряда в n-области и ток обратного восстановления отсутствует. Существует лишь незначительный ток заряда емкости перехода, который не зависит от температуры и di/dt [3].

На рис. 5 показаны диаграммы распределения полной мощности потерь в диодах и ключевом транзисторе для трех типов полупроводников. Как следует из рисунка, простая замена кремниевого Ultra Fast диода на SiC-диод Шоттки Zero Recovery (Cree) позволяет снизить тепловую нагрузку почти вдвое. Применение GaAs диодов Шоттки дает выигрыш менее 20%. Это обусловлено тем, что GaAs не является полупроводником с большой шириной энергетической запрещенной зоны, поэтому максимальное напряжение, на которое может быть рассчитан диод, не превышает 300 В. Для получения 600-вольтовых приборов производители соединяют внутри корпуса последовательно два кристалла, что является причиной чрезвычайно большого прямого падения напряжения. Вследствие этого динамические потери снижаются, а статические резко возрастают.

Рис. 5.

Рис. 6.

Альтернативным решением является применение схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении, упрощенная структурная схема которой показана на рис. 3. Управление такой схемой может быть реализовано на базе стандартного контроллера, например, UC2855A. У схемы имеется ряд существенных недостатков, один из которых — возникновение переходного процесса с удвоенной амплитудой отрицательной полярности, что приводит к трехкратному перенапряжению на VD3. Для устранения выбросов применяют одну из снабберных цепей — либо последовательную VD4-Rсн, как показано на рис. 3, либо последовательно с L2 включают насыщающийся дроссель. В последнем случае в сердечнике дросселя выделяется значительная мощность, что заставляет либо отводить от него тепло, либо использовать сердечник больших размеров. Это значительно снижает эффективность такой схемы.

На рис. 6 приведена диаграмма суммарных потерь и ориентировочная стоимость основных активных компонентов для трех рассмотренных вариантов ККМ. Наименьшие потери обеспечивает классическая схема корректора с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Квазирезонансная схема имеет на 30% больше потерь, при этом содержит в три раза больше активных компонентов, является наиболее дорогой и наименее надежной.

Таким образом, использование качественных стандартных контроллеров с управлением по среднему току в сочетании с SiC-диодом Шоттки и современным MOSFET с малым Rds on позволяет строить недорогие надежные и эффективные ККМ для рассматриваемого класса вторичных источников питания.

2.2. Преобразователь напряжения

Как и в случае с ККМ, существует три принципиальных подхода к реализации преобразователя напряжения: классический ШИМ с жестким переключением, квазирезонансный с фазовым управлением и резонансный с частотным регулированием.

Классический ШИМ-преобразователь (рис. 7) является наиболее простым и наименее эффективным. Транзисторы переключаются в жестком режиме, а при емкостном характере нагрузки выпрямителя — еще и при максимальном токе. Поскольку в схеме всегда присутствует паразитная последовательная индуктивность, включающая в себя индуктивность рассеивания силового трансформатора и монтажа, заряд выходной емкости транзисторов сопровождается выбросами напряжения, что требует установки снабберных цепей и приводит к дополнительным потерям. Если энергия, запасаемая в паразитных реактивностях, достаточно велика, существует опасность отпирания встроенных антипараллельных диодов ключевых MOSFET, что приводит к дополнительным потерям при их обратном восстановлении [4]. В общем случае, суммарные потери в ключах определяются выражением:

где I_sw — ток, протекающий через транзистор, R_on — сопротивление MOSFET в открытом состоянии, t_r, t_f— время нарастания и спада тока через транзистор, f_s — частота преобразования, C₂₂ — выходная емкость транзистора, V₀ — напряжение питания, Q_rr— заряд обратного восстановления антипараллельного диода.

Рис. 7.

Использование схемотехники квазирезонансного (рис. 8) или резонансного (рис. 9) переключения направлено на устранение в формуле (1) всех слагаемых, начиная со второго. Это достигается за счет уменьшения напряжения на ключевом транзисторе до нуля к моменту его открывания. Принципиальная разница состоит в том, что в квазирезонансном инверторе контур, формирующий траекторию переключения транзисторов, напрямую не участвует в процессе передачи энергии в нагрузку. В резонансном преобразователе формирующий контур является аккумулятором энергии, часть которой передается в нагрузку, а часть свободно циркулирует. Необходимым условием реализации режима резонансного переключения является наличие достаточной энергии, запасаемой в индуктивности формирующего контура к моменту переключения транзисторов инвертора:

Рис. 8.

Рис. 9.

Ток i_sw в квазирезонансном преобразователе прямо пропорционален току нагрузки вторичного источника питания, поэтому, начиная с некоторого минимального значения тока, условие (2) перестает выполняться и преобразователь переходит в режим жесткого переключения. В резонансном преобразователе ток i_sw равен контурному току и практически не зависит от величины нагрузки, что позволяет сохранить режим «мягкого» переключения даже на холостом ходу [5].

Принципиально отличаются и способы регулировки выходного напряжения вторичных источников питания. В квазирезонансном источнике питания применимо фазовое управление ключами [6], что позволяет осуществить регулировку методом ШИМ. В резонансном инверторе возможна только частотная регулировка. На рис. 10, 11 показаны графики типовых АЧХ и ФЧХ резонансного преобразователя. Из графиков можно сделать два принципиальных вывода: во-первых, для реализации резонансного переключения необходима работа на частоте выше резонансной, поскольку формирующий контур должен иметь индуктивное сопротивление; во-вторых, минимальная частота должна быть ограничена точкой максимума АЧХ (точка A рис. 10), поскольку ниже этой частоты теряется управляемость инвертором. На практике рабочую точку выбирают ниже максимума АЧХ, исходя из фиксированного коэффициента передачи контура (пунктирная линия, точка B).

Рис. 10.

Рис. 11.

Недостатком резонансного метода является снижение КПД при уменьшении нагрузки, поскольку потери в инверторе обусловлены контурным током, который практически не зависит от нагрузки. В квазирезонансном преобразователе КПД на холостом ходу тоже уменьшается, но из-за перехода инвертора в жесткий режим переключения. Поэтому по величине потерь оба варианта почти эквивалентны, однако по надежности, управляемости, простоте реализации и уровню электромагнитных помех резонансный преобразователь оказывается значительно эффективнее, чем ШИМ-ZVS. На рис. 12 показана диаграмма потерь в ключах при максимальной нагрузке для трех рассмотренных вариантов построения инверторов. Резонансный метод имеет несколько большие статические потери, чем ШИМ-ZVS. Они обусловлены большей величиной контурного тока, протекающего через транзисторы. В то же время оба метода позволяют снизить потери в ключах по сравнению с традиционным ШИМ почти на порядок.

Рис. 12.

Для реализации всех рассмотренных методов производятся стандартные контроллеры, обеспечивающие все необходимые функции управления.

Выходной выпрямитель

При разработке этой части схемы можно рассматривать два варианта: стандартный двухполупериодный выпрямитель на диодах Шоттки и синхронный выпрямитель на MOSFET с малым Rds on. В рассматриваемых вторичных источниках питания с относительно низкими выходными напряжениями (до 80 В) и большими токами определяющую роль играют статические потери. В таблице приведены типовые характеристики прямой проводимости современных диодов Шоттки и низковольтных MOSFET, а также максимальное выходное напряжение источника питания при использовании схемы выпрямления со средней точкой. На рис. 13 приведены зависимости прямых потерь в выпрямителях на диодах Шоттки и низковольтных MOSFET от тока нагрузки для различных выходных напряжений вторичных источников питания. Как следует из рисунка, при выходном напряжении 80 В выигрыш от применения синхронного выпрямления наблюдается при токе до 30 А, а при выходном напряжении до 16 В — более 100 А.

Рис. 13.

Таблица.

Реализация схем синхронного выпрямления зависит от типа инвертора. В случае инверторов ШИМ и ШИМ-ZVS достаточно обеспечить подачу импульсов управления на затворы транзисторов выпрямителя, по длительности и фазе синхронизированных с импульсами на затворах соответствующих транзисторов инвертора. Такой принцип реализован в стандартных контроллерах, совмещающих в себе ШИМ-ZVS и схему управления синхронным выпрямителем, например ISL6752 (Intersil).

Синхронное выпрямление в источниках питания с резонансным преобразователем реализуется несколько сложнее. Это связано с тем, что между моментами переключения транзисторов инвертора и синусоидальным выходным напряжением существует значительный фазовый сдвиг (рис. 11), который зависит от нагрузки (точнее, от частоты преобразования, которая изменяется при изменении нагрузки или при регулировке напряжения). Поэтому требуется синхронизировать схему выпрямления непосредственно от выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора. Один из вариантов принципиальной схемы такого синхронного выпрямителя показан на рис. 14. Поскольку схема питается от собственного выхода, она может быть использована в источниках питания с выходным напряжением более 15 В, что обусловлено необходимостью обеспечения требуемого уровня сигнала на затворах силовых транзисторов VT4, VT5. Напряжения питания обеспечивают линейные стабилизаторы на элементах VT1, VD1, R1, C1 (+15 В) и микросхеме DA1 (+5 В). На компараторах DA2, DA3 выполнены формирователи сигналов управления ключами. Для устранения гистерезиса в момент перехода напряжения через ноль в качестве опорного используется сигнал, отличный от нуля. Он формируется цепью R4, VD6, VD7. Величина опорного напряжения должна быть ниже прямого падения на встроенных диодах транзисторов VT4, VT5, чтобы не допускать их отпирания. На транзисторах VT2, VT3 собрана схема блокировки, предотвращающая одновременное открывание силовых транзисторов. Управление затворами VT4, VT5 осуществляется с помощью драйверов DA4, DA5. В источниках питания с выходным напряжением 60 В и током 20 А схема обеспечивает снижение потерь почти в 4 раза по сравнению с выпрямителем на диодах Шоттки, при этом занимает на печатной плате менее 9 см² (рис. 15, транзисторы VT4, VT5 расположены на другой стороне платы под схемой управления).

Рис. 14.

Рис. 15.

Результаты

У читателя возникает резонный вопрос: «Что же можно в итоге получить от схемотехнических «ухищрений», и на сколько возрастет стоимость конечного изделия?». Попробуем на него ответить.

Корректор коэффициента мощности

Как следует из рис. 6, оптимальным вариантом можно считать классическую схему с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Во-первых, можно использовать стандартный контроллер с управлением по среднему току. Во-вторых, значительное снижение тепловой нагрузки на силовые компоненты повышает надежность ККМ, что особенно важно в необслуживаемой аппаратуре. Следовательно, увеличение стоимости в основном определяется SiC-диодом Шоттки. Например, если вместо 15ETH06 (IR, ~$1) использовать CSD10060A (Cree, ~$9), то разница в стоимости составит всего $8.

Преобразователь

Возможность использования стандартного контроллера с частотным управлением для реализации резонансного преобразователя позволяет утверждать, что его стоимость практически эквивалентна стоимости классического ШИМ, также выполненного на базе стандартного контроллера. Дополнительные компоненты формирующего контура компенсируются отсутствием элементов снабберных цепей. При этом радикальное снижение тепловой нагрузки и отсутствие стрессовых коммутационных переходных процессов значительно повышают надежность этого узла вторичного источника питания.

Выпрямитель

Выбор схемы выпрямления в первую очередь определяется выходными параметрами вторичных источников питания. Если при требуемых напряжении и токе возможен значительный выигрыш при использовании синхронного выпрямления (рис. 13), то следует отдать предпочтение ему.

Стоимость компонентов схемы, приведенной на рис. 14, составляет около $20, диода Шоттки — около $3, а соотношение потерь — 1:4.

Рис. 16.

В заключение приведем графики зависимости КПД от мощности вторичного источника питания с выходным напряжением 60 В (рис. 16), построенных с использованием различных схемотехнических решений (без учета потерь в силовом трансформаторе и дросселе ККМ). Как видно из рисунка, хорошая схемотехника дает выигрыш 7-10%, а это около 80 Вт тепла на 1 кВт полезной мощности. Воспользоваться им можно по-разному: уменьшить габариты, отказаться от принудительного охлаждения, снизить тепловую нагрузку на силовые приборы для увеличения надежности и т. п. Цена такого увеличения эффективности ничтожна по сравнению с преимуществами, которые оно дает.

Источники питания

Электрические цепи можно разбить на два типа: активные и пассивные. Примерами активных цепей являются усилители и генераторы. Резистивные цепи (состоящие из резисторов), аттенюаторы и трансформаторы — это пассивные цепи. В отличие от пассивных цепей, которые начинают работать просто при их включении в электронную схему, активные цепи требуют подвода энергии постоянного тока. Эту энергию можно получить от батареи или сетевого источника питания.
Источник питания постоянного тока — это устройство, которое преобразует энергию переменного тока в энергию постоянного тока. Он обычно используется для преобразования напряжения электросети в напряжение постоянного тока различной величины.
В этой главе представлены только блок-схемы различных типов выпрямителей и дана их краткая характеристика. Более подробное изложение приведено в гл. 29.

Блок-схема

На рис. 10.1 показаны блок-схемы источников постоянного тока на основе однополупериодного (а) и двухполупериодного (б) выпрямителей. В качестве входного напряжения переменного тока обычно используется напряжение электросети. В обоих случаях первый каскад представляет собой выпрямитель (однополупериодный или двухполупериодный). Выходное напряжение выпрямителя состоит из двух составляющих: постоянной и довольно значительной переменной. Такое выходное напряжение называется пульсирующим, и оно, вообще говоря, непригодно для питания электронных схем постоянным током. Чтобы исключить переменную составляющую, применяется сглаживающий фильтр (фильтр нижних частот), который подавляет эту составляющую до уровня очень малых пульсаций и полностью пропускает постоянную составляющую. Частота пульсаций определяется типом используемого выпрямителя. В однополупериодном выпрямителе пульсации имеют ту же частоту, что и входное напряжение, на выходе двухполупериодного выпрямителя — вдвое выше.
Во многих источниках постоянного тока перед выпрямителем устанавливается трансформатор, преобразующий сетевое напряжение к требуемому уровню входного напряжения выпрямителя (рис. 10.2). Коэффициент трансформации используемого трансформатора определяет уровень выходного напряжения источника питания.

Рис. 10.1. Источники питания постоянного тока.

Рис. 10.2. Источник питания постоянного тока с трансформатором.

Нагрузочная характеристика

Выходное напряжение на выводах любого источника питания постоянного тока, включая и батареи, максимально в отсутствие нагрузки (напряжение холостого хода), то есть когда от источника не потребляется ток. При подаче тока в нагрузку это напряжение уменьшается из-за влияния внутреннего сопротивления источника питания. Зависимости величины выходного напряжения источника питания от величины тока нагрузки называется нагрузочной характеристикой (кривой) источника питания. Типичная нагрузочная характеристика показана на рис. 10.3.
Для улучшения нагрузочной характеристики источника питания, т. е. для поддержания выходного напряжения на постоянном уровне при увеличении тока нагрузки, применяются стабилизаторы, включаемые на выходе источника питания. Блок-схема стабилизированного источника питания показана на рис. 10.4.

Рис. 10.3. Нагрузочная характеристика

Рис. 10.4. Стабилизированный источник питания.

Инверторы и конверторы

Инвертор — это источник питания, который преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока (рис. 10.5), а конвертор обеспечивает преобразование уровней напряжения постоянного тока. По

Рис. 10.5.

По существу, конвертор — это инвертор с выпрямителем на выходе; последний преобразует выходное переменное напряжение генератора обратно в напряжение постоянного тока (рис. 10.6).

Рис. 10.6.

В видео рассказывается о типах выпрямительных схем в радиотехнике:

Добавить комментарий

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания

Схема современного лабораторного источника питания » Схемы электронных устройств

Каждый радиолюбитель знает как важно обеспечить свою лабораторию мощным источником питания.

Он должен обеспечивать высокую стабильность выходного напряжения в широком диапазоне напряжений и токов, и конечно-же иметь от перегрузок. К сожалению, большинство современных радиолюбительских изданий уделяют мало внимания этому вопросу.
И радиолюбители вынуждены обращаться к изданиям 10-15 летней давности. Элементная база используемая в этих конструкциях уже успела устареть, тогда как современные комплектующие позволяют решать аналогичные задачи гораздо проще, при этом, повышается и надежность устройства в целом.

Автор разработал лабораторный источник питания, в котором используется современная, но в то же время доступная, элементная база.

Технические характеристики:

1. Диапазон регулировки выходного напряжения, не менее ……………………………………. 0…27V.
2. Максимальный ток нагрузки…………… 5 А.
3. Коэффициент пульсаций выходного напряжения, не более…………………………………..0,003%.
4. Время срабатывания защиты, не более 0,1mS.

Принципиальная схема источника питания показана на рисунке 1. Схемотехническое решение стабилизатора — компенсационный стабилизатор последовательного типа, позволило достигнуть высоких показателей стабильности выходного напряжения.

Защита выполнена по триггерной схеме, что позволило избежать рассеивания на регулирующем элементе значительной мощность, и, таким образом, снизить возможность его теплового пробоя. Кроме того, протекание через аварийную нагрузку максимального тока способно привести к перегоранию печатных проводников и иным нежелательным последствиям.

Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1 до 32-35V и выпрямляется мостиком VD1-VD4. Конденсатор С1 большой емкости обеспечивает эффективное сглаживание пульсаций.

Для питания регулирующего узла и схемы защиты предусмотрены отдельные источники питания на интегральных стабилизаторах серии КР142 или их зарубежных аналогах серии L, применение последних предпочтительнее, так как они имеют меньшую массу и габариты. В связи с тем, что различные ИС имеют разные цоколевки, на рисунке 1 приведено условное обозначение их выводов, а ниже приводятся их цоколевки.

Микросхема А1 предназначена для питания ОУ A3 напряжением +30V, а А2 обеспечивает узел защиты (D1, U1) напряжением +15V. Источник опорного напряжения выполнен на прецизионным стабилитроне VD5, А3.1 — буферный повторитель. На ОУ A3.2 выполнен узел сравнения, на его инвертирующий вход подается напряжение с движка резистора R4, а на инвертирующий подается половина выходного напряжения с делителя R6-R7.

Благодаря такому решению появилась возможность использовать опорное напряжение вдвое меньше выходного, что позволяет применить широкодоступные низковольтные стабилитроны. ОУ A3.2 управляет регулирующим элементом, выполненным по схеме составного транзистора VT1, VT2.

В качестве мощного транзистора выбран КТ8101, что обеспечивает нахождение регулирующего элемента в области безопасной работы (т.е. рассеиваемая на коллекторе мощность ниже максимально допустимой) при любом режиме источника питания.

Узел защиты собран на микросхеме D1 по схеме RS-триггера. При подаче напряжения питания зарядный ток конденсатора С4 устанавливает триггер в единичное состояние, при этом транзистор VT3 открыт и пропускает ток в нагрузку.

Рисунок 2
Применение в устройстве защиты мощного (и недорогого) полевого транзистора фирмы Intersil позволило при простом управлении практически полностью отключать нагрузку от источника питания в аварийной ситуации. Получился полупроводниковый аналог предохранителя, а если быть точнее, автоматического выключателя.

Работает схема защиты следующим образом. При протекании тока свыше 5 А через резистор R11 на нем падает напряжение достаточное для открывания светодиода оптопары U1.1 (около 2 V). Вспышка светодиода открывает фототранзистор U1.2. При этом на нижнем, по схеме, входе RS-триггера D1.1-D1.2 появляется логический ноль, который устанавливает триггер в нулевое состояние.

Происходит закрывание транзистора VT3 и обесточивается нагрузка. Зажигается светодиод HL1, сигнализирующий о срабатывании защиты. Для повторного запуска источника питания требуется нажать на кнопку SB1 «Пуск».

Резервный источник питания | Микросхема

Схема представленного ниже резервного источника питания может найти разнообразное применение в радиолюбительской практике. Несмотря на то, что рассчитан он на малую силу тока нагрузки, прибор может потребоваться в схемах цифровой электроники для поддержания их питания в аварийный момент отключения электричества. В качестве источника напряжения в критический период используются обычные гальванические элементы или аккумуляторы.

Схема резервного источника питания состоит из трансформатора с выходным напряжением 10 вольт и током не ниже 0,5 ампера, выпрямительного моста на четырех диодах 1N4002 и электролитического конденсатора номиналом 1000 мкФ x 16 В. Далее следует стабилитрон 8V2, который управляет транзистором BD139. Выходное напряжение устройства стабилизируется до +7,5 вольт. Батареи резервного источника питания в количестве пяти штук с общим напряжением 7,5 вольт подключены последовательно с диодом D7. Они готовы включиться в работу в случае прерывания основного источника питания. Падение напряжения на D7 уменьшит выходное напряжение от аккумуляторной батареи до 7 вольт. Резистор R3 резервного источника питания имеет специальную функцию подзарядки батареи. Для получения фактического сопротивления R3 напряжение между аккумулятором и стабилитроном D6 делится на ток утечки, который может составлять порядка 0,7 мА.

Номиналы остальных радиоэлементов резервного источника питания следующие:
R1-2-3 = 1 кОм; С2 = 100 мкФ x 16 В; D7 = 1N4002.

Ну и ещё одна простая схемка резервного источника питания с применением реле.

Применение реле позволяет значительно повысить мощностные и силовые характеристики устройства.

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: Безопасность, защита

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

Импульсный источник питания
Двуполярный источник питания УМЗЧ

Бестрансформаторное сетевое питание

Схемы бестрансформаторного питания: с балластным резистором, с балластным конденсатором, с импульсным преобразователем

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“.

Сегодня мы рассмотрим несколько схем, предназначенных для питания радиолюбительских устройств без использования сетевого трансформатора – бестрансформаторные источники питания.
Сразу отмечу, что такие источники питания представляют определенную опасность для человека – неосторожное обращение и неминуемое поражение электрическим током. Такие схемы стоит применять только если обеспечивается их надежная изоляция и не требуется постоянное присутствие человека.
Кроме того, использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки.
Сегодня мы рассмотрим два типа таких схем:
– с балластным резистором
– с балластным конденсатором
Есть еще третий вариант – с импульсным AC/DC преобразователем, но они более сложны, и требуют применения специализированных микросхем.
Балластные резисторы и конденсаторы гасят излишек сетевого напряжения. Поэтому, резисторы должны быть большой мощности, а конденсаторы – должны быть пленочными (к примеру К73-17) и рабочим напряжением не менее 630 вольт.
Все схемы несложные, и особых пояснений не требуют.

Первая схема:

Диоды VD1-VD4 должны выдерживать обратное напряжение не ниже 400 вольт.
Резисторы R1, R2 – балластные для стабилитрона.
R3 – выбирается с учетом, чтобы выходное напряжение не изменялось при любом токе нагрузки.
С1, R3, С2 – фильтр сглаживающий пульсации.

Вторая схема:

Аналогично первой схеме, но параллельно включенные резисторы заменяются включенными последовательно.
RC фильтр заменен LC фильтром.
Максимально допустимый ток через дроссель должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки.

Третья схема:
Классическая схема источника питания с балластным конденсатором С1.
Резистор R1 – обязательный в подобных схемах, ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2.
Резистор R2 разряжает конденсатор С1 при выключении от сети.
Сборку диодов VD1.1 и VD1.2 можно заменить на 1N4004…1N4007.
Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, С3 – устраняет ВЧ-помехи.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Четвертая схема:
Стабилитроны VD3 и VD4 – выполняют предварительное ограничение напряжения и должны быть повышенной мощности (1-3 ватта).

Пятая схема:
Двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией включения.
Резистор R3 определяет ток в нагрузке.
Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона и тока нагрузки.

Шестая схема:
Двухполярный источник питания
Для полной симметрии схемы необходим одинаковый ток нагрузки по цепям +5 вольт и -5 вольт.

Седьмая схема:
Разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех.
Подойдет для питания микроконтроллера или управления тиристором.
Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне 5,6 вольт, диоды VD2 и VD3 снижают его до +4,8 … +5 вольт.

Восьмая схема:
Получение двух напряжений от источника питания.
Суммарный ток нагрузки состоит из токов двух каналов.
При значительных колебаниях тока нагрузки стабилизатор следует выбирать повышенной мощности.

Девятая схема:

Вместо одного, применяются два балластных конденсатора, что позволяет выбирать их с меньшим рабочим напряжением.

Ну а напоследок, все-таки приведу одну схему импульсного бестрансформаторного преобразователя напряжения:

Типовая схема включения импульсного AC/DC преобразователя напряжения на специализированной микросхеме фирмы ROHM.

Переменный источник питания высокого напряжения 0-300 В

Вот схема переменного высокого напряжения постоянного тока, в которой мы можем настроить выходное напряжение от 0 до 311 В постоянного тока, и она защищает ток сверх предела, который мы определяем на уровне около 100 мА.

Вам могут понравиться эти
LM338 5A Регулирующий регулятор Увеличенный срок службы при высоком токе при том же напряжении от 1,25 до 30 В.

На схеме вы можете видеть, что T1 — это сетевой трансформатор с соотношением 1: 1 по соображениям безопасности, а также снижает шумовой сигнал.

Затем сетевое напряжение с T1 выпрямляется до постоянного напряжения с помощью мостового диода D1-D4. Мы используем № 1N4007, который выдерживает напряжение 1000 В при токе 1 А, и это постоянное напряжение фильтруется через конденсатор C1 — 220 мкФ 400 В быть электролитическими типами больших размеров, падение напряжения на C1 составляет около 311 В постоянного тока.

Силовой полевой МОП-транзистор Q1 управляет токовым выходом, с помощью резистора R3 — 500 кОм регулирует вывод затвора напряжения Q1.

Доступен стабилитрон ZD1-12V для предотвращения перенапряжения на выводе затвора Q2, если его нет, когда высокое напряжение Q2 может быть повреждено.

Транзистор Q2-BC337 и шунтирующий резистор R2 — 3,3 Ом добавлены в качестве ограничителя тока. Когда токовый выход слишком увеличен, Q2 немедленно остановит вывод затвора Q1, который будет защищать более высокий токовый выход. Степень R3 определяется тестированием в этой схеме, которое зависит от коэффициента усиления транзистора или значения hFE, поэтому вам может потребоваться настроить значение R2

Примечание : Q1 должен содержать радиатор большого размера, он будет иметь мощность около 311 В x 100 мА = 31 Вт. Вы можете использовать полевой МОП-транзистор Q1, имеющий несколько номеров: N-канальный, режим улучшения, Vds = 400 В, Id = 10.5A, например: IRF740, BUZ326 и т. Д.
Выходное сопротивление источника питания определяется бета-степенью Q1, таким образом, полное сопротивление большого МОП-транзистора ниже, чем выходное сопротивление.

Эта схема работает хорошо, как показано на видео ниже:

Спасибо

Кроме того, вы можете увидеть другую схему высоковольтного питания. ниже…

3 идеи схем питания высокого напряжения
Схема преобразователя постоянного тока с 12 В на 300 В

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Основы питания

Части блока питания

В идеале блок питания постоянного тока (обычно называемый блоком питания), получающий питание от сети переменного тока, выполняет ряд задач:

1. Он изменяет (в большинстве случаев снижает) уровень подачи до значения, подходящего для управления цепью нагрузки.
2. Он вырабатывает постоянный ток от сети (или сети) синусоидального переменного тока.
3. Предотвращает появление переменного тока на выходе источника питания.
4. Это гарантирует, что выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне, независимо от изменений:

а. Напряжение питания переменного тока на входе питания.
г. Ток нагрузки, поступающий с выхода источника питания.
г. Температура.

Для этого базовый блок питания имеет четыре основных этапа, показанных на рис. 1.0.1.

Рис. 1.0.1 Блок-схема источника питания

Источники питания

за последнее время значительно повысили надежность, но, поскольку они должны выдерживать значительно более высокие напряжения и токи, чем любая или большая часть питаемых ими схем, они часто наиболее подвержены отказу любой части электронной системы.

Современные источники питания также значительно усложнились и могут обеспечивать очень стабильные выходные напряжения, контролируемые системами обратной связи. Многие цепи питания также содержат автоматические цепи безопасности для предотвращения опасного перенапряжения или перегрузки по току.

Силовые модули на Learnabout-electronics поэтому знакомят с многими методами, используемыми в современных источниках питания, изучение которых важно для понимания электронных систем.

Предупреждение

Если вы планируете построить или отремонтировать источник питания, особенно тот, который питается от сети (линейного) напряжения, модули источника питания на этом сайте помогут вам понять, сколько часто встречающихся схем работает.Однако вы должны понимать, что напряжения и токи, присутствующие во многих источниках питания, в лучшем случае опасны и могут присутствовать даже при выключенном источнике питания! В худшем случае высокое напряжение, присутствующее в источниках питания, может, и время от времени, УБИТЬ.

Информация, представленная на этом сайте, не только даст вам квалификацию для безопасной работы с источниками питания. Вы также должны обладать навыками и оборудованием для безопасной работы и полностью осознавать местные проблемы здоровья и безопасности.

Пожалуйста, действуйте ответственно, автор этой информации и владельцы этого сайта не несут никакой ответственности или обязательств за любой ущерб или травмы, причиненные людям или любым третьим лицам, имуществу или оборудованию в результате использования или неправильного использования информации, представленной на веб-сайты learnabout-electronics.

Блок-схема регулируемого источника питания

, принципиальная электрическая схема, рабочая

ВВЕДЕНИЕ

Почти все основные бытовые электронные схемы нуждаются в нерегулируемом переменном токе для преобразования в постоянный постоянный ток для работы электронного устройства.Все устройства будут иметь определенный лимит питания, и электронные схемы внутри этих устройств должны обеспечивать постоянное напряжение постоянного тока в пределах этого лимита. Этот источник постоянного тока регулируется и ограничивается по напряжению и току. Но питание от сети может быть нестабильным и может легко вывести из строя электронное оборудование, если оно не будет должным образом ограничено. Эта работа по преобразованию нерегулируемого переменного тока (AC) или напряжения в ограниченный постоянный ток (DC) или напряжение, чтобы сделать выход постоянным независимо от колебаний на входе, выполняется регулируемой схемой источника питания.

Все активные и пассивные электронные устройства будут иметь определенную рабочую точку постоянного тока (точка Q или точка покоя), и эта точка должна достигаться источником питания постоянного тока.

Источник питания постоянного тока практически преобразован в каждую ступень электронной системы. Таким образом, общим требованием для всех этих фаз будет источник питания постоянного тока. Все системы с низким энергопотреблением могут работать от аккумулятора. Но в устройствах, долгое время эксплуатируемых, батареи могут оказаться дорогостоящими и сложными. Лучше всего использовать нерегулируемый источник питания — комбинацию трансформатора, выпрямителя и фильтра. Схема представлена ниже.

Нерегулируемый источник питания — схема

Как показано на рисунке выше, небольшой понижающий трансформатор используется для понижения уровня напряжения в соответствии с потребностями устройства. В Индии доступен источник питания 1 Ø на 230 вольт. На выходе трансформатора пульсирующее синусоидальное переменное напряжение преобразуется в пульсирующее постоянное с помощью выпрямителя.Этот выходной сигнал подается на схему фильтра, которая уменьшает пульсации переменного тока и пропускает компоненты постоянного тока. Но есть определенные недостатки в использовании нерегулируемого источника питания.

Недостатки нерегулируемого источника питания

1. Плохое регулирование — При изменении нагрузки выходная мощность не кажется постоянной. Выходное напряжение изменяется на большую величину из-за значительного изменения тока, потребляемого от источника питания. В основном это связано с высоким внутренним сопротивлением блока питания (> 30 Ом).

2. Основные отклонения в сети переменного тока — Максимальные отклонения в сети переменного тока составляют плюс-минус 6% от его номинального значения. Но в некоторых странах это значение может быть выше (180–280 вольт). Когда значение выше, выходное напряжение постоянного тока будет сильно отличаться.

3. Изменение температуры — Использование полупроводниковых приборов в электронных устройствах может вызвать колебания температуры.

Эти колебания выходного постоянного напряжения могут вызывать неточную или неустойчивую работу или даже выход из строя многих электронных схем.Например, в генераторах частота будет сдвигаться, выход передатчиков будет искажаться, а в усилителях рабочая точка будет сдвигаться, вызывая нестабильность смещения.

Все вышеперечисленные проблемы решаются с помощью регулятора напряжения , который используется вместе с нерегулируемым источником питания. Таким образом, пульсации напряжения значительно снижаются. Таким образом, источник питания становится регулируемым.

Внутренняя схема регулируемого источника питания также содержит определенные цепи ограничения тока, которые помогают цепи питания не перегорать из-за непреднамеренных цепей.В настоящее время во всех источниках питания используется микросхема IC для уменьшения пульсаций, улучшения регулирования напряжения и расширения возможностей управления. Также доступны программируемые источники питания для удаленного управления, что полезно во многих случаях.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Регулируемый источник питания — это электронная схема, которая предназначена для обеспечения постоянного постоянного напряжения заданного значения на клеммах нагрузки независимо от колебаний сети переменного тока или колебаний нагрузки.

Регулируемый источник питания — блок-схема

Регулируемый источник питания по существу состоит из обычного источника питания и устройства регулирования напряжения, как показано на рисунке. Выход из обычного источника питания подается на устройство регулирования напряжения, которое обеспечивает конечный выход. Выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного переменного напряжения или выходного тока (или тока нагрузки).

На приведенном ниже рисунке показана полная схема стабилизированного источника питания с последовательным транзисторным стабилизатором в качестве регулирующего устройства.Подробно объясняется каждая часть схемы.

Трансформатор

Понижающий трансформатор используется для понижения напряжения от входного переменного тока до требуемого напряжения электронного устройства. Это выходное напряжение трансформатора настраивается путем изменения коэффициента трансформации трансформатора в соответствии со спецификациями электронного устройства. Вход трансформатора составляет 230 В переменного тока, выход подается на полную мостовую схему выпрямителя.

Узнать больше: Трансформаторы

Схема двухполупериодного выпрямителя

FWR состоит из 4 диодов, которые выпрямляют выходное переменное напряжение или ток транзистора до эквивалентной величины постоянного тока. Как следует из названия, FWR выпрямляет обе половины входного переменного тока. Выпрямленный выход постоянного тока подается на вход схемы фильтра.

Подробнее: полноволновой выпрямитель и полуволновой выпрямитель

Цепь фильтра

Схема фильтра используется для преобразования выходного сигнала постоянного тока с высокой пульсацией FWR в содержимое постоянного тока без пульсаций. Фильтр ∏ используется для устранения пульсаций сигналов.

Подробнее: схемы фильтров

Вкратце

Напряжение переменного тока, обычно 230 В, _{действующее значение}, подключено к трансформатору, который преобразует это напряжение переменного тока в уровень для желаемого выхода постоянного тока.Затем мостовой выпрямитель выдает двухполупериодное выпрямленное напряжение, которое сначала фильтруется ∏ (или C-L-C) фильтром для создания постоянного напряжения. Результирующее постоянное напряжение обычно имеет некоторую пульсацию или колебания переменного напряжения. Схема регулирования использует этот вход постоянного тока для обеспечения постоянного напряжения, которое не только имеет гораздо меньшее напряжение пульсаций, но также остается постоянным, даже если входное напряжение постоянного тока несколько изменяется или нагрузка, подключенная к выходному напряжению постоянного тока, изменяется. Стабилизированный источник постоянного тока доступен через делитель напряжения.

Регулируемый источник питания — схема

Часто для работы электронных схем требуется более одного напряжения постоянного тока. Один источник питания может обеспечивать любое необходимое напряжение за счет использования делителя напряжения (или потенциала), как показано на рисунке. Как показано на рисунке, делитель потенциала представляет собой резистор с одним ответвлением, подключенный к выходным клеммам источника питания. Резистор с ответвлениями может состоять из двух или трех резисторов, подключенных последовательно через источник питания.Фактически, резистор утечки также может использоваться в качестве делителя потенциала.

Характеристики источника питания

Качество источника питания определяется различными факторами, такими как напряжение нагрузки, ток нагрузки, регулировка напряжения, регулировка источника, выходное сопротивление, подавление пульсаций и т. Д. Некоторые характеристики кратко описаны ниже:

1. Регулировка нагрузки — Регулировка нагрузки или эффект нагрузки — это изменение регулируемого выходного напряжения, когда ток нагрузки изменяется с минимального на максимальное значение.

  Регулировка нагрузки = V без нагрузки - V полная нагрузка

В без нагрузки относится к напряжению нагрузки без нагрузки

Vfull-load относится к напряжению нагрузки при полной нагрузке.

Из приведенного выше уравнения мы можем понять, что при отсутствии нагрузки сопротивление нагрузки бесконечно, то есть выходные клеммы разомкнуты. Полная нагрузка возникает, когда сопротивление нагрузки имеет минимальное значение, при котором регулирование напряжения теряется.

 Регулировка нагрузки % = [(Vno-load - Vfull-load) / Vfull-load] * 100

2. Минимальное сопротивление нагрузки — Сопротивление нагрузки, при котором источник питания выдает номинальный ток полной нагрузки при номинальном напряжении, называется минимальным сопротивлением нагрузки.

  Минимальное сопротивление нагрузки = Полная нагрузка / Полная нагрузка

Значение тока полной нагрузки при полной нагрузке никогда не должно увеличиваться, чем указано в паспорте источника питания.

3. Регулирование источника / линии — На блок-схеме входное линейное напряжение имеет номинальное значение 230 В, но на практике здесь наблюдаются значительные колебания сетевого напряжения переменного тока.Поскольку это сетевое напряжение переменного тока является входом для обычного источника питания, отфильтрованный выход мостового выпрямителя почти прямо пропорционален сетевому напряжению переменного тока.

Регулировка источника определяется как изменение регулируемого выходного напряжения для заданного диапазона ложного напряжения.

4. Выходное сопротивление — Стабилизированный источник питания представляет собой очень жесткий источник постоянного напряжения. Это означает, что выходное сопротивление очень маленькое. Несмотря на то, что внешнее сопротивление нагрузки меняется, напряжение нагрузки почти не изменяется.Идеальный источник напряжения имеет нулевое выходное сопротивление.

5. Подавление пульсаций — Регуляторы напряжения стабилизируют выходное напряжение от изменений входного напряжения. Пульсация эквивалентна периодическому изменению входного напряжения. Таким образом, регулятор напряжения ослабляет пульсации, возникающие при нерегулируемом входном напряжении. Поскольку в регуляторе напряжения используется отрицательная обратная связь, искажение уменьшается в тот же раз, что и коэффициент усиления.

Какие они? (Плюс принципиальная схема)

Что такое регулируемый источник питания?

Регулируемый источник питания преобразует нерегулируемый переменный ток (переменный ток) в постоянный постоянный ток (постоянный ток). Регулируемый источник питания используется для обеспечения того, чтобы выходной сигнал оставался постоянным даже при изменении входа.

Стабилизированный источник питания постоянного тока также известен как линейный источник питания, он представляет собой встроенную схему и состоит из различных блоков.

Регулируемый источник питания принимает входной переменный ток и обеспечивает постоянный выход постоянного тока. На рисунке ниже показана блок-схема типичного стабилизированного источника постоянного тока.

Основные строительные блоки регулируемого источника питания постоянного тока следующие:

Понижающий трансформатор
Выпрямитель
Фильтр постоянного тока
Регулятор

(Обратите внимание, что у наших MCQ цифровой электроники много электрические вопросы, относящиеся к этим темам)

Работа регулируемого источника питания

Понижающий трансформатор

Понижающий трансформатор понижает напряжение в сети переменного тока до необходимого уровня. Коэффициент трансформации трансформатора регулируется таким образом, чтобы получить необходимое значение напряжения. Выход трансформатора используется как вход в схему выпрямителя.

Выпрямитель

Выпрямитель — это электронная схема, состоящая из диодов, которая выполняет процесс выпрямления. Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения или тока в соответствующую постоянную (постоянную) величину. На вход выпрямителя подается переменный ток, а на выходе — однонаправленный пульсирующий постоянный ток.

Хотя технически можно использовать однополупериодный выпрямитель, его потери мощности значительны по сравнению с двухполупериодным выпрямителем. Таким образом, двухполупериодный выпрямитель или мостовой выпрямитель используется для выпрямления обоих полупериодов переменного тока (двухполупериодное выпрямление). На рисунке ниже показан двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Мостовой выпрямитель состоит из четырех диодов с p-n переходом, подключенных, как показано выше. В положительном полупериоде питания напряжение, наведенное на вторичной обмотке электрического трансформатора i.е. ВМН положительный. Следовательно, точка E положительна относительно F. Следовательно, диоды D ₃ и D ₂ смещены в обратном направлении, а диоды D ₁ и D ₄ смещены в прямом направлении. Диод D ₃ и D ₂ будет действовать как разомкнутые переключатели (практически есть некоторое падение напряжения), а диоды D ₁ и D ₄ будут действовать как замкнутые переключатели и начнут проводить ток. Следовательно, выпрямленный сигнал появляется на выходе выпрямителя, как показано на первом рисунке.Когда напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, то есть VMN, отрицательно, D ₃ и D ₂ смещены в прямом направлении, а два других смещены в обратном направлении, и на входе фильтра появляется положительное напряжение.

Фильтрация постоянного тока

Выпрямленное напряжение выпрямителя представляет собой пульсирующее напряжение постоянного тока с очень высокой степенью пульсации. Но мы не хотим этого, мы хотим, чтобы сигнал постоянного тока был чистым, без пульсаций. Следовательно, используется фильтр. Используются различные типы фильтров, такие как конденсаторный фильтр, LC-фильтр, входной фильтр дросселя, фильтр π-типа.На рисунке ниже показан конденсаторный фильтр, подключенный вдоль выхода выпрямителя, и результирующая форма выходного сигнала.

Когда мгновенное напряжение начинает увеличивать заряд конденсатора, он заряжается, пока форма волны не достигнет своего пикового значения. Когда мгновенное значение начинает уменьшаться, конденсатор начинает экспоненциально и медленно разряжаться через нагрузку (в данном случае вход регулятора). Следовательно, получается почти постоянное значение постоянного тока с очень меньшим содержанием пульсаций.

Регламент

Это последний блок в регулируемом источнике постоянного тока.Выходное напряжение или ток будут изменяться или колебаться при изменении входа от сети переменного тока или из-за изменения тока нагрузки на выходе регулируемого источника питания или из-за других факторов, таких как изменения температуры. Эту проблему можно устранить с помощью регулятора. Регулятор будет поддерживать постоянный выход даже при изменениях на входе или любых других изменениях. В зависимости от их применения можно использовать последовательный стабилизатор на транзисторах, стабилизаторы с постоянной и регулируемой интегральной схемой или стабилитрон, работающий в стабилитроне.Такие микросхемы, как 78XX и 79XX (например, IC 7805), используются для получения фиксированных значений напряжений на выходе.

С помощью таких микросхем, как LM 317 и 723, мы можем регулировать выходное напряжение до необходимого постоянного значения. На рисунке ниже показан регулятор напряжения LM317. Выходное напряжение можно регулировать, регулируя значения сопротивлений R ₁ и R ₂. Обычно конденсаторы связи емкостью от 0,01 мкФ до 10 мкФ необходимо подключать на выходе и входе для устранения входного шума и переходных процессов на выходе.В идеале, выходное напряжение равно

На рисунке выше показана полная схема стабилизированного источника питания + 5В постоянного тока.

Учебное пособие по источникам питания — SMPS

БЛОК-СХЕМА И ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------->

Источник питания в целом представляет собой устройство, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем.В процессе он изменяет энергетические характеристики в соответствии с конкретными требованиями. Практически каждое электронное оборудование требует преобразования энергии в той или иной форме. Типовой блок питания (БП) выполняет следующие основные функции:

Изменение вида электроэнергии. Например, электричество из сети передается в виде переменного тока, в то время как электронные схемы нуждаются в постоянном токе низкого уровня;
. Номинальное сетевое напряжение варьируется во всем мире от 100 до 240 В переменного тока и обычно плохо регулируется, в то время как для печатных плат обычно требуются хорошо стабилизированные фиксированные напряжения;
Защитная изоляция. В большинстве случаев низковольтные выходы должны быть изолированы от входа.

Кстати, термин «блок питания» не самый адекватный. Блок питания, конечно, не «подает» питание (за исключением коротких периодов времени, когда он работает от внутренней памяти), он только преобразует его. Его типичное применение — преобразование переменного тока электросети в требуемую регулируемую шину (и) постоянного тока. В зависимости от режима работы полупроводников преобразователи могут быть линейными или переключаемыми.

ЧТО ТАКОЕ SMPS

SMPS расшифровывается как импульсный блок питания.В таком устройстве электронные компоненты управления мощностью непрерывно «включаются» и «выключаются» с высокой частотой, чтобы обеспечить передачу электроэнергии через компоненты накопителя энергии (катушки индуктивности и конденсаторы). Изменяя рабочий цикл, частоту или относительную фазу этих переходов, можно управлять средним значением выходного напряжения или тока. Диапазон рабочих частот коммерческих блоков питания обычно варьируется от 50 кГц до нескольких МГц (см.

Подробнее о выборе частоты). На рынке имеется множество стандартных источников питания переменного и постоянного тока, которые могут удовлетворить практически любое применение.Существует также множество модулей DC-DC, которые вы можете использовать в качестве строительных блоков для построения архитектуры вашей системы и которые можно рассматривать как компоненты. Поэтому в настоящее время большинство производителей электроники не разрабатывают свои блоки питания самостоятельно — они либо покупают их в готовом виде, либо заказывают услуги по проектированию и производству у ODM.
Ниже представлена принципиальная принципиальная схема типичного автономного ИИП. Это руководство познакомит вас с его основными операциями.

КАК РАБОТАЕТ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (SMPS)

Электропитание переменного тока сначала проходит через предохранители и сетевой фильтр.Затем он выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем. Выпрямленное напряжение затем подается на предварительный регулятор коррекции коэффициента мощности (PFC), за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный ток. Большинство компьютеров и небольших устройств используют входной разъем типа IEC. Что касается выходных разъемов и распиновки, за исключением некоторых отраслей, таких как ПК и CompactPCI, в целом они не стандартизированы и оставляются на усмотрение производителей.

F1 и F2, показанные слева на принципиальной схеме, являются предохранителями.О них знают все, но у некоторых складывается впечатление, что предохранитель срабатывает сразу после того, как приложенный ток превышает его номинал.

Если бы это было так, ни один блок питания не работал бы из-за кратковременных пусковых токов. На самом деле предохранитель предназначен для физического размыкания цепи, когда ток, протекающий через него, превышает его номинал в течение определенного периода времени . Это время очистки зависит от степени перегрузки и является функцией I ² t .Из-за этой задержки предохранители не всегда защищают электронные компоненты от катастрофического отказа, вызванного некоторыми неисправностями. Их основная цель — защитить входящую линию от перегрузки и перегрева, избежать срабатывания внешнего автоматического выключателя и предотвратить возгорание, которое может быть вызвано компонентами, вышедшими из строя в результате короткого замыкания.
Фильтр нижних частот EMI предназначен для снижения до приемлемого уровня высокочастотных токов, возвращающихся в сеть переменного тока. Это необходимо для предотвращения помех другим устройствам, подключенным к той же электропроводке.Существует ряд стандартов (например, EN55022 для оборудования информационных технологий), которые регулируют максимальный уровень электромагнитных помех.
За фильтром следует выпрямитель, который преобразует биполярные формы сигналов переменного тока в униполярные пульсирующие. Он имеет четыре диода в виде моста для обеспечения одинаковой полярности выхода для обеих полярностей входа.

Предварительный регулятор PFC

. Выпрямленное входное напряжение подается на следующий каскад, основная цель которого — увеличить коэффициент мощности (PF).

По определению, коэффициент мощности — это соотношение между ваттами и вольт-амперами. При этом преобразователь PFC обычно повышает напряжение до 370-400 В постоянного тока и обеспечивает регулируемое звено постоянного тока. Существуют также конструкции, в которых «повышающий» выход следует за пиком входного переменного напряжения, а не фиксируется, или где понижающий преобразователь используется вместо повышающего.

Существует два основных типа схем коррекции коэффициента мощности — активные и пассивные. Ниже представлена блок-схема активного каскада PFC. Вот как это работает. Контроллер PFC контролирует как напряжение на измерительном резисторе, так и напряжение Vboost .Регулируя «Vboost», он одновременно контролирует форму входного тока, так что он находится в фазе с сетевым переменным током и повторяет свою форму волны. Без этого ток будет подаваться на SMPS короткими импульсами высокого уровня с высоким содержанием гармоник. Гармоники не передают реальной энергии нагрузке, но вызывают дополнительный нагрев в проводке и распределительном оборудовании. Они также снижают максимальную мощность, которую можно получить от стандартной настенной розетки, поскольку автоматические выключатели рассчитаны на электрический ток, а не на ватты.Существуют различные правила , которые ограничивают содержание входных гармоник, например EN61000-3-2 (для оборудования, подключенного к низковольтным распределительным сетям общего пользования) или DO-160 (для бортового оборудования). Чтобы удовлетворить эти требования, вы должны использовать метод коррекции коэффициента мощности: устройство с высоким коэффициентом мощности потребляет почти синусоидальный ток от источника (на синусоидальном входе). Это автоматически приводит к низкому содержанию гармоник. В настоящее время не существует обязательных международных стандартов, конкретно регулирующих коэффициент мощности электронного оборудования, но существуют различные национальные и отраслевые стандарты, а также программы добровольного стимулирования.Например, программы 80 PLUS® и Energy Star® требовали, чтобы компьютеры демонстрировали коэффициент мощности> 0,9 при номинальной нагрузке. Вы можете прочитать больше об активной коррекции коэффициента мощности в этом руководстве по коррекции коэффициента мощности.
Вышеупомянутые стандарты также определяют минимальную эффективность определенных классов электронных устройств. Эффективность блока питания по определению — это соотношение между значениями выходной и входной мощности: Эффективность = Pout / Pin . Обратите внимание, что, поскольку Pin = VA * PF и поскольку у любой реальной активной цепи коэффициент PF <1, вы не можете просто умножить входные вольты и амперы - для измерения Pin вам понадобится настоящий ваттметр.

Последующий преобразователь постоянного тока в постоянный работает от выхода PFC, генерирует набор шин постоянного тока, необходимых для нагрузки, и обычно также обеспечивает изоляцию входа и выхода. В преобразователях постоянного тока используется ряд топологий. На приведенной выше блок-схеме изображен изолирующий прямой преобразователь. В большинстве низковольтных неизолированных преобразователей используются понижающие стабилизаторы (однофазные или многофазные с чередованием). Также существует большое количество ИС с ШИМ, подходящих для каждой из этих топологий. Выбор правильной топологии питания зависит от конкретных требований к продукту (включая факторы стоимости и времени).

Наконец, вспомогательное питание обеспечивает «смещение» для всех схем управления. Он также может обеспечивать отдельное резервное напряжение (SBV), которое остается активным, когда блок PS выключается по любой причине. В сегодняшних компьютерных источниках питания SBV 5 В постоянного тока является стандартной функцией.

Если вы хотите изучить практическое проектирование блоков питания, вы можете начать с книг для семинаров Unitrode, где вы можете найти исчерпывающую коллекцию руководств по источникам питания, практических схематических диаграмм и руководств.

ССЫЛКИ :
Источники питания Spice моделирования и практические разработки;
Справочное руководство SMPS с указаниями по применению основных регуляторов.

Часть 3: Линейный источник питания

Почти с тех пор, как было электричество, были линейные источники питания, но иногда одного не хватало.

Для некоторых проектов требуется более одного напряжения, и иногда второе напряжение должно быть отрицательным по отношению к первому. Одна из причин этого заключается в том, что напряжение около 0 В невозможно контролировать, если оно также является вашим самым отрицательным напряжением. Инструментальные и звуковые усилители, которые усиливают истинное напряжение AC , также требуют протекания тока в обоих направлениях, что требует истинного источника питания с двойной полярностью.

Одно из решений — купить два коммерческих источника питания и, убедившись, что они оба не зависят от реальной земли, соединить их вместе с общим напряжением.

Использование двух источников питания позволяет экспериментатору увидеть, что произойдет, если два напряжения изменятся независимо друг от друга, как это может случиться с устройством с батарейным питанием, когда батарея на одной стороне источника питания разряжается раньше, чем на другой стороне.

Таким образом, хотя двойной источник питания с фиксированным напряжением и линейной стабилизацией хорош для производства, иногда лабораторный источник питания должен иметь возможность управлять напряжением независимо; а в других случаях управляются вместе.

В этом месяце мы рассмотрим некоторые из этих требований и основу проекта, чтобы выполнить все это.

Хотя операционный усилитель (операционный усилитель) может использоваться с одним напряжением питания, в некоторых проектах требуется, чтобы на операционный усилитель подавалось два напряжения: одно над землей и одно под землей (т. Е. Отрицательное напряжение).

Один из способов — использовать две батареи 9 В , соединенные одной положительной клеммой с землей, а другой отрицательной клеммой с массой.Вместе две батареи будут вырабатывать 18 В на двух батареях и питать операционный усилитель +/- 9 В постоянного тока на землю для портативного использования. [1] показывает, как можно использовать два обычных источника питания, соединенных вместе, чтобы сформировать источник питания с двумя шинами.

Два напряжения должны быть одинаковыми, но с противоположной полярностью. Чтобы добиться этого с помощью линейных регуляторов, производители IC имеют как положительные, так и отрицательные регуляторы, такие как дополнительные устройства LM7805 / LM7905. Обширная серия включает +/- 9 В, +/- 12 В, +/- 15 В, +/- 18 В и даже +/- 24 В.Вы, вероятно, больше знакомы с LM7805, у которого есть партнер, LM7905.

Первые две буквы обозначают предпочтения производителя, например «LM», что означает «линейный монолитный». Другие устройства могут использовать мкА, ВКЛ и т. Д. Все числа имеют формат 78xx, положительный регулятор напряжения или 79xx, регулятор отрицательного напряжения, где «xx» представляет напряжение устройств, LM7818 будет, например, положительным регулятором 18 В .

Схема, показанная здесь [2] , полезна для операционных усилителей и устройств, требующих +/- 12 В постоянного тока, в проекте с минимальным количеством деталей, который может быть добавлен при необходимости.Светодиод , светодиод и балластный резистор могут быть размещены на входе LM7812 и на входе LM7912, чтобы указать исходную мощность на входе, или два светодиода и балластные резисторы, добавленные на каждом выходе, чтобы указать, что выходная мощность доступна.

Регуляторы имеют внутреннюю защиту от перегрузки по току и перегрева, поэтому нет необходимости добавлять дополнительную защиту в схему; хотя предохранитель 2 A может быть добавлен в каждый из входов переменного тока, но не заземлен! Все зависит от того, для чего вы используете схему и что вы действительно защищаете.

Наш следующий шаг на пути к полезному лабораторному источнику питания — это источник питания с двойной полярностью и переменным напряжением обоих типов. Мы будем использовать дополнительную пару регуляторов: LM317 и LM 337. Таблицы данных легко доступны в Интернете и их легко найти.

Первое, что следует отметить в отношении двух регуляторов, — это разные соединения. Хотя люди, использующие эти регуляторы, вероятно, могли бы договориться о том, какие контакты должны быть какими, очень вероятно, используя LM7805 в качестве вероятной модели, у дизайнеров, по-видимому, была веская причина не делать их одинаковыми и не делать их симметричными, зеркальными или , ну все, что можно утверждать как преднамеренное.Иди разберись!

На рисунке ниже показана распиновка LM317 и LM337. Контакты LM317 расположены слева направо, если смотреть на маркированную поверхность: регулировочный штифт, выходной контакт и входной контакт. Есть разумные конструктивные соображения, чтобы сделать такое расположение разумным. Выходной транзистор, возможно, подключенный как к центральному контакту, так и к креплению радиатора, вероятно, обеспечит лучший отвод тепла.

Почему тогда LM337 имеет контакты как Регулировка, Вход, Выход? Может быть, кто-нибудь сможет аргументировать это, но я считаю, что это плохой инженерный дизайн.Это все равно, что позволить художникам взять верх. Вместо того, чтобы делать зеркальное отображение PCB для версии положительной печатной платы с отрицательной полярностью, отрицательная сторона печатной платы должна быть спроектирована отдельно. Кроме того, печатная плата проста. Для регулировки каждой полярности можно использовать два отдельных электролизера, или можно подключить два электролизера для одновременной регулировки обоих электролизеров, при условии, что вы понимаете, что напряжения будут совпадать только с тем, что вы используете.

Скрытая настройка, которая использовалась в некоторых довольно дорогих старых источниках питания, заключается в том, чтобы поместить горшок меньшего размера, составляющий одну десятую сопротивления основных горшков, между двумя (объединенными) горшками, при этом дворник должен заземляться. Обычно он обозначается как «Fine Volt Adjust», «Balance Adjust» или аналогичный.

Здесь у нас есть один вариант [4] с потенциометром 100 Ом , соединяющим дворники двух потенциометров с общей землей. Независимо от того, объединены ли две потенциометры напряжения в группу или нет, потенциометр точной балансировки должен обеспечивать достаточную регулировку, чтобы сбалансировать напряжения любой полярности с одним и тем же значением.

Регулировка потенциометра приводит к увеличению напряжения на одной полярности и падению напряжения на другой.Небольшая настройка, и вы подобрали напряжения. Неприятность для лаборанта, но простой дешевый трюк для любителей.

Схема [5] имеет ту же схему регулирования, что и раньше, но с добавлением операционного усилителя, который выполняет отслеживание, поэтому требуется только один регулировочный потенциометр. Конечно, можно добавить второй горшок и переключатель, чтобы при необходимости можно было регулировать отдельно.

Трансформатор подает источник переменного тока с центральным отводом на входной разъем, который показан как винтовые разъемы; но можно использовать любую форму соединения с соответствующей изоляцией и номинальным током.Самым простым способом провода от трансформатора можно было припаять прямо к печатной плате.

Хотя прямой подход позволяет сэкономить на деталях и снижает риск плохого соединения или потери соединения, он становится проблемой для обслуживания. Печатную плату можно «распаять» и «спаять» столько раз, прежде чем медная дорожка печатной платы отслоится от платы. Для новичков пайка с первого раза может иметь заметную частоту отказов.

Заземление идет непосредственно к выходному заземлению, которое является не только надежной точкой отсчета, но и помогает гарантировать, что напряжение в этой точке известно.Хотя он не всегда подключается напрямую к земле, «заземлению» электрического распределения, он часто подключается через резистор в диапазоне килоОм или через конденсатор емкостью 600 В 1 мкФ, чтобы помочь заземлить любой RF или даже аудиосистему. помехи, которые попадают в цепь.

Большинство техников по приборам и даже электриков рассказывают о том, как их укусил якобы заземленный провод. Так что это хорошая практика — следовать правилу Малдера: «никому не доверять».

Каждая сторона обмотки с центральным отводом проходит через диодный мост к необработанным положительным и отрицательным шинам.Два диода подключили катод к катоду к положительной шине, а оставшиеся два подключили анод к аноду к отрицательной шине.

Ток проходит в направлении стрелки в каждом символе диода, и если две полярности нагрузки равны (т. Е. При одинаковом токе нагрузки), ток не будет проходить по дорожке заземления. Однако, если одна нагрузка становится разомкнутой, ток нагрузки оставшейся нагрузки будет проходить по заземляющей дорожке. Следовательно, все три дорожки должны быть рассчитаны на ток полной нагрузки источника питания.

Диоды вызывают падение 0,6 В, которое необходимо вычесть из пикового напряжения обмотки трансформатора, по одному прямому напряжению диода на каждую сторону.

Обмотки трансформатора также имеют сопротивление, 0,2 Ом согласно моему мультиметру, но в настоящее время у меня нет подходящего Омметра с низким сопротивлением. Однако при 0,2 Ом (расчетное?) И максимальном токе 1,5 А будет падение 0,3 В на обмотку.

Трансформатор, который я привез домой из Jaycar, тороидальный, с высоким КПД, мощностью 160 ВА, что означает 160 Вольт-Ампер, НЕ Ватт.Трансформаторы и двигатели переменного тока могут указывать максимальную мощность в ваттах, но номинальная мощность в ВА является более важной из двух.

Vrms для моего трансформатора измеряется при 12,48 В переменного тока в заданный день в заданном месте (т. Е. Напряжение зависит от факторов, которые я не могу контролировать, но в основном это напряжение на моем GPO в любое заданное время дня). Поэтому я могу ожидать 160 ВА / 12,48 В переменного тока = 12,82 А полного тока от двух обмоток. Это намного больше, чем мне нужно 1,5 А на каждую сторону, но у него есть много резерва для других дополнений к предлагаемому мной источнику питания для рабочего места.

Обычная ошибка любителей рассчитать минимальный компонент для работы и попытаться заставить ее делать больше, чем она предназначена. Другой трансформатор, имеющий половину мощности, вероятно, стоит всего на несколько долларов меньше.

Этот трансформатор будет обеспечивать +/- 12,48 В (среднеквадратичное) или 17,65 В пиковое, минус 0,6 В падение на диоде, или ~ 17 В постоянного тока с полным сглаживанием (или ~ 34 В постоянного тока, если обе полярности используются последовательно для более высокого напряжения).

C1 и C2 — электролитические конденсаторы, подключенные к положительному и отрицательному источнику питания соответственно.Их задача — уменьшить пульсацию до значения, которое можно контролировать с помощью регуляторов, не вызывая пульсации на выходе. Это обманчиво легко сделать без нагрузки, поэтому ток нагрузки является одним из важных факторов, определяющих требуемую емкость. Для данного упражнения максимальный ток можно принять равным 1,5 А.

Частота также определяет требования к емкости, как и максимально допустимые пульсации напряжения. Для двухполупериодного источника питания в системе 50 Гц «время» будет не более одного полупериода, половина x 1/50 Гц = 10 мс .

Некоторые инженеры предпочитают использовать частоту пульсаций, которая для двухполупериодной выпрямленной синусоидальной волны составляет 2 x f или 100 Гц в Австралии и других странах с частотой 50 Гц.

Наконец, низкие пульсации напряжения позволяют использовать более высокое выходное напряжение. Будем надеяться на пульсацию 1В и посмотрим, как пойдут расчеты.

Из предыдущего столбца емкость определяется по формуле:

C = It / V

, где «C» — емкость в фарадах, «t» — время в секундах, а «V» — максимально допустимое напряжение пульсации.

Следовательно: C = 1,5 A x 0,01 с / 1 В = 15 000 мкФ или 15 мФ.

Примечание. Термин мФ используется редко; однако до того, как термин «микрофарад» был принят, термин «ммФ» (милли-милли-Фарад) использовался даже на корпусах конденсаторов, вместо того чтобы принимать метрическую систему «мкФ».

Те, кто предпочитает использовать частоту пульсаций, вычислили бы это, используя:

C = I / 2fV, = 1,5 / (2 x 50 x 1) = 15 мФ.

Мне не нужен источник питания 1,5 А и не полное доступное напряжение, и поскольку конденсатору требуется некоторое время для зарядки, период 10 мс в любом случае будет несколько меньше, даже при полном токе.Таким образом, хотя 15000 мкФ считается оптимальным, я использовал 4700 мкФ в своем источнике питания и указал 2200 мкФ как подходящие для этой схемы для экспериментов с операционными усилителями.

Один из моих прошлых источников питания был построен с использованием параллельного подключения 10 x 10 000 мкФ для любительского радиоприемопередатчика, поэтому возможны батареи большой емкости. Я предлагаю оставить вокруг них немного места и обеспечить приток воздуха для вентиляции и охлаждения конденсаторов. Они нагреваются под нагрузкой, и если они превышают рекомендуемые пределы температуры (т.например, температура), они могут выделять электролит — иногда даже взрывоопасно.

Также помогает иметь небольшое сопротивление последовательно с каждым конденсатором, чтобы побудить их делить ток. Десять резисторов с сопротивлением 1 Ом, подключенных параллельно, имеют сопротивление всего 0,1 Ом, и это также помогает сгладить пульсации.

C3 и C4, с C7 и C8 защищают регулятор IC от всплесков и EMI шума, который может усиливаться внутренней схемой регулятора; они помогают защитить схему от помех.

Два регулятора имеют разные выводы, поэтому не пытайтесь копировать верхнюю и нижнюю стороны печатной платы. Каждая ИС имеет вход, выход и регулировочный штифт, который легко подключается к входу трансформатора, а выход — к клеммам нагрузки.

Мы также разрешили для D5 и D6 диод от выхода обратно ко входу каждой полярности IC, чтобы защитить IC от индуктивных нагрузок и внезапной потери входной мощности. Они являются необязательной, но дешевой страховкой, просто обратите внимание на их полярность и ориентацию.

D9 и D10 имеют аналогичное назначение, на этот раз защищая регулировочные штырьки каждой ИС от чрезмерных и / или обратных напряжений. Это маловероятно, но и дешево включить.

IC1, LM317, регулируется потенциометром 2 кОм , хотя можно использовать 1 кОм, пока регулятор Adj. Контакт может получить от делителя напряжения 50 мкА мин без нагрузки цепи смещения, вызывая изменения напряжения.

Предполагая, что максимальное выходное напряжение составляет 15 В, чего я, вероятно, не достигну при выборе трансформатора, поскольку напряжение на головке регулятора может быть равно 2.5В при полной нагрузке. Расчетный ток через потенциометр 2 кОм будет равен I = V / R = (15–1,25) / 2 000 = 6,875 мА, что немного ниже рекомендованного 10 мА; и R1 тогда будет R = V / I = 1,25 В / 6,875 мА = 182 Ом. Поэтому мы будем использовать 180 Ом для R1 и 2000 Ом для VR1.

Для питания с двумя переменными параметрами без отслеживания, мы использовали бы те же значения для R2 и VR2, а также оставим R2 = 180 Ом для версии с отслеживанием. В схеме, которую мы представили, можно добавить переключатель SW1 для переключения между элементами управления двойным выходом и элементами управления слежением.

SW1 не следует менять при подключенной нагрузке, так как на выходе может произойти скачок напряжения до максимума.

Завершая схему, пока без отслеживания, C7 и C8 часто включаются в блоки питания в качестве своего рода финального фильтра. Во-первых, они помогают еще больше сгладить напряжение на нагрузке, но они также помогают устранить колебания нагрузки в цепи питания. Они могут быть намного больше, 1000 мкФ или более, но мы использовали только 100 мкФ и предполагаем, что они не требуются, если нагрузка постоянная и без пульсаций нагрузки.

Это оставляет нам следящий усилитель, использующий LM741, вместо него можно использовать другие операционные усилители, такие как TL071, LF351 и т. Д. LM741 имеет конденсатор на каждом выводе питания по 10 мкФ. Остальные требуемые компоненты — это три резистора: R3, R4 и R5.

R3 соединяет LM741 неинвертирующий вход, контакт 3, на землю в качестве ссылки. В идеале R3 должен быть равен R4 и R5, включенным параллельно, что составляет 5 кОм, поскольку мы использовали 10 кОм для R4 и R5. Схема показывает R3 как 5k1, что является ближайшим доступным стандартным значением.

R4 и R5 включены последовательно через выходы + ve и -ve, и если они точно равны по сопротивлению, и два выхода точно равны по напряжению, но имеют противоположную полярность, тогда центральное соединение между R3 и R4 будет представлять 0 В на инвертирующий вход LM741; и его выход, если бы он не был подключен к R2, был бы 0В.

При подключении к R2, выход LM741 будет только 0 В, если на выходе обоих регуляторов будет 1,25 В противоположной полярности.

Если положительное напряжение было 6.25 В, что означает, что напряжение на регулировочном штыре LM317 составляло 5 В, тогда любое напряжение меньше -6,25 В на выходе -ve приведет к тому, что R4 и R5 сделают инвертирующий контакт LM741 более положительным, чем 0 В.

Выход LM741 станет более отрицательным из-за инвертирующего входа, пока выход LM741 не станет -5 В, что заставит LM337 генерировать -6,25 В на выходе -ve. В этот момент инвертирующий и неинвертирующий контакты будут равны, а выход LM741 будет стабильным.

Если изменения нагрузки привели к тому, что выходное напряжение LM337 станет более отрицательным, инвертирующий вход LM741 станет слишком отрицательным, что приведет к тому, что выход LM741 станет более положительным, пока снова выход + ve не станет равным выходу -ve.

Изменение напряжения на LM317 путем регулировки VR1 заставит LM337 следовать за LM317 с отрицательным выходом того же напряжения.

Хотя цель серии статей «Класс» — помочь вам понять, как работает электроника, мы также хотим поделиться достаточной информацией, чтобы вы могли применить эти методы самостоятельно.Однако вы должны знать, что коммерческие источники питания часто имеют необъяснимую схему, которая иногда кажется только для усложнения схемы.

Я полагаю, что добавленная схема вносит определенный вклад при определенных обстоятельствах, но в большинстве случаев коммерческие схемы действительно содержат больше деталей, чем схемы для хобби. Например, конденсатор на VR1 сделает напряжение на VR1 более стабильным, но при регулировке VR1 емкость допускает очень небольшую задержку, измеряемую в миллисекундах, что позволяет LM741 «идти в ногу со временем».Иногда простой и дешевый блок питания можно модифицировать, чтобы добиться большего, чем предполагалось. Некоторые блоки питания были построены на основе зарядных устройств, но современные зарядные устройства — совсем другое дело.

Часто существуют модификации для коммерческого снаряжения, чтобы помочь снаряжению работать в соответствии с более высокими стандартами, с большей точностью, контролем или управляемостью. Иногда моды позволяют использовать коммерческое оборудование для других целей. Просто убедитесь, что мод хорошо задокументирован, и что вы понимаете, что делается и почему.

Мы не создали проект этого блока питания просто потому, что уже существует множество дешевых коммерческих блоков питания. К тому времени, когда вы соберете корпус, трансформатор, печатную плату, полную компонентов, вольтметр и амперметр, клеммы и проводку, переключатели и ручки, и, без сомнения, другие затраты, о которых я не думал, вы потратите больше, чем может стоить разумный источник питания. купить с полки. Однако, если вам нужен специальный источник питания для определенной цели, и вы не можете просто взять его по дороге домой, приятно знать, что вы можете не только построить что-то, что работает, но также диагностировать неисправности и исправить их. или расширить его функциональность, не теряя контроля.

Часть 1

Часть 2

Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности

В некоторых приложениях использования одного источника питания может быть недостаточно для обеспечения мощности, необходимой для нагрузки. Причины использования нескольких источников питания могут включать избыточную работу для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо следить за тем, чтобы все источники питания обеспечивали сбалансированную подачу питания.

Источники питания, подключенные для резервирования

Резервные источники питания — это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединены для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности. Резервные конфигурации обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания при отказе одного из основных источников питания. Поскольку отбор тока нагрузки создает нагрузку на компоненты в источнике питания, высокая надежность в системе достигается, когда ток не потребляется от резервных источников до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников питания.

Источники питания A и B аналогичны; Vout и максимальный Iout одинаковые
Напряжение нагрузки равно напряжению питания
Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника
Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке

Источники питания с параллельно подключенными выходами

Обычная топология, используемая для увеличения выходной мощности, заключается в параллельном подключении выходов двух или более источников питания.В этой конфигурации каждый источник питания обеспечивает необходимое напряжение нагрузки, а параллельное подключение источников увеличивает доступный ток нагрузки и, следовательно, доступную мощность нагрузки.

Эту топологию можно успешно реализовать, но есть много соображений для обеспечения эффективности конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительны источники питания с внутренними цепями, поскольку внутренние цепи улучшают эффективность распределения тока. Если источники питания, используемые в приложении для разделения тока, не имеют внутренних цепей разделения, необходимо использовать внешние методы, которые могут быть менее эффективными.

Основная проблема заключается в том, насколько равномерно ток нагрузки распределяется между источниками питания. Распределение тока нагрузки зависит как от конструкции источников питания, так и от конструкции внешней цепи и проводников, используемых для параллельного соединения выходов источников питания. Почти всегда при параллельном подключении используются одинаковые блоки питания из-за проблем, связанных с эффективной настройкой блоков питания. Однако можно настроить источники питания параллельно с согласованными выходными напряжениями и несовпадающими максимальными выходными токами.

Более подробное обсуждение параллельного подключения источников питания можно найти в нашем техническом документе Current Sharing with Power Supplies.

Источники питания A и B должны иметь одинаковый Vout; Максимум Iout может быть разным
Напряжение нагрузки равно напряжению питания
Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников
Цепи контроля тока уравновешивают ток нагрузки между источниками питания

Источники питания с последовательными выходами

Другой вариант увеличения мощности, подаваемой на нагрузку, — это соединение выходов нескольких источников питания последовательно, а не параллельно. Некоторые из преимуществ использования последовательной топологии включают в себя: почти идеальное использование подачи питания между источниками, отсутствие необходимости в конфигурации или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию конструкций приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном подключении выходов источников питания каждый источник обеспечивает необходимое напряжение, а ток нагрузки распределяется между источниками. Для сравнения, когда выходы источников питания соединены последовательно, каждый источник обеспечивает требуемый ток нагрузки, а выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, будет представлять собой комбинацию последовательно включенных источников.

Следует отметить, что когда блоки питания сконфигурированы с последовательным подключением выходов, источники питания не обязательно должны иметь аналогичные выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен наименьшим допустимым током нагрузки любого из источников в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников в цепочке.

Есть несколько ограничений, налагаемых на источники питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом.Одним из ограничений является то, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации. Это напряжение смещения обычно не является проблемой, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут быть суммированы на выходах других источников. Второе ограничение заключается в том, что выход источника питания может подвергаться обратному напряжению, если выход неактивен, когда активны остальные выходы в цепочке. Проблема обратного напряжения может быть легко решена путем размещения диода с обратным смещением на выходе каждого источника питания.Номинальное напряжение пробоя диода должно быть больше, чем выходное напряжение отдельного источника питания, а номинальный ток диода должен быть больше, чем максимальный номинальный выходной ток любого источника питания в последовательной цепочке.

Источники питания A и B могут иметь разные максимальные значения Vout и Iout
Напряжение нагрузки равно сумме выходных напряжений питания
Максимальный ток нагрузки равен наименьшему из максимального выходного тока любого источника
Диоды обратного смещения защищают выходы источников питания

Сводка

Источники питания, подключенные параллельно:

Плохое использование мощности из-за допуска управления разделением тока между источниками
Требуется специальная цепь для управления разделением тока между источниками
Чувствительность к конструкции и конструкции проводников, соединяющих источники питания параллельно
Наиболее простая конструкция с аналогичными блоками питания

Источники питания, подключенные последовательно:

Эффективное использование мощности ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника
Нет необходимости в цепях для управления распределением напряжения или тока между источниками
Отсутствие чувствительности к конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания в серии
Простая конструкция с любой комбинацией источников питания

Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном подключении выходов, другое решение может заключаться в последовательном соединении выходов нескольких источников питания. У поставщиков блоков питания, таких как CUI, есть технический персонал, который может помочь настроить приемлемое решение для этих и других проблем, связанных с применением блоков питания.

Категории: Основы , Выбор продукта

Дополнительные ресурсы

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.com

Схема источника питания 12В, с током в нагрузке до 10 А

Схемотехника современных мощных источников питания

Введение

Структурная схема вторичных источников питания

Корректор коэффициента мощности

Выходной выпрямитель

Результаты

Корректор коэффициента мощности

Преобразователь

Выпрямитель

Источники питания

Добавить комментарий

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания

Читайте также

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором

Список использованной литературы и некоторых источников

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ

Список источников

2.13. Структурные и функциональные схемы

Перечень использованных источников РГА ВМФ

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания

1.

Ил-18 Схемы

СХЕМЫ Бе-103

СХЕМЫ

10.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Схема современного лабораторного источника питания » Схемы электронных устройств

Резервный источник питания | Микросхема

Бестрансформаторное сетевое питание

Переменный источник питания высокого напряжения 0-300 В

Кроме того, вы можете увидеть другую схему высоковольтного питания. ниже…

Основы питания

Части блока питания

Рис. 1.0.1 Блок-схема источника питания

Предупреждение

, принципиальная электрическая схема, рабочая

Недостатки нерегулируемого источника питания

Какие они? (Плюс принципиальная схема)

Что такое регулируемый источник питания?

Работа регулируемого источника питания

Понижающий трансформатор

Выпрямитель

Фильтрация постоянного тока

Регламент

Учебное пособие по источникам питания — SMPS

БЛОК-СХЕМА И ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ

ЧТО ТАКОЕ SMPS

КАК РАБОТАЕТ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (SMPS)

Предварительный регулятор PFC

Часть 3: Линейный источник питания

Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности

Источники питания, подключенные для резервирования

Источники питания с параллельно подключенными выходами

Источники питания с последовательными выходами

Сводка

Дополнительные ресурсы

Оставить комментарийОтменить комментарий