Меню

Что такое двуполярный блок питания

Что такое двуполярный блок питания

В современной электронной технике широкое распространение получили операционные усилители. Данные электронные компоненты могут работать от однополярного напряжения, но более стабильная работа достигается применением двухполярного напряжения питания.

Двухполярное напряжение необходимо так же для питания большинства схем УМЗЧ и некоторых других. Двухполярный источник питания – это источник питания, который имеет, как правило, два выходных канала, напряжения которых равны по абсолютному значению, но имеют противоположную полярность относительно общей точки. Двухполярное питание имеет большое количество вариантов схемотехнического решения, рассмотрим некоторые из них. схема простого двухполярного источника

На рис. 1. показан двухполярный нестабилизированный источник питания. Отличительной особенностью данного источника питания является наличие двух выходных напряжений 12 и 15 вольт. Источник питания состоит из понижающего трансформатора, вторичная обмотка которого имеет средний вывод; двухполупериодных выпрямителей с выводом нулевой точки. Хотя внешне выпрямитель напоминает мостовой, но здесь два двухполупериодных выпрямителя с выводом нулевой точки. Один из них обеспечивает положительное напряжение на выходе, соответственно, второй – отрицательное. Напряжение 12 вольт получается снижением основного напряжения 15 вольт при помощи резисторов R1 и R2.

На рис.2. изображен простой двухполярный нестабилизированный источник питания. Отличие от схемы на рис. 1. в том, что в качестве трансформаторов применены ТВК110 – выходные трансформаторы кадровой развертки телевизоров. схема нестабилизированного двухполярного источникаПрименение двух ТВК110 позволяет быстро решить проблему вывода средней точки. Вторичные обмотки соединены последовательно. Точка соединения является общим выводом. Выходное напряжение одной величины – 15 вольт.

Схема на рис. 3. – это уже стабилизированный двухполярный источник питания. Главным отличием данной схемы от рассмотренных выше является наличие стабилизатора напряжения, точнее двух, так как схема двухполярная. Режимы работы регулирующего транзистора VT1 и стабилитрона VD2 задаются резистором R1. Транзисторы включены по схеме эммитерного повторителя. Напряжением пробоя стабилитрона VD2 задается потенциал базы транзистора VT1 относительно земли, что и определяет выходное напряжение. Аналогичным образом работает стабилизатор отрицательного напряжения. Единственное отличие данных стабилизаторов в проводимости транзисторов. схема стабилизированного двухполярного источника

Случаются ситуации, когда требуется возможность изменения выходного напряжения источника питания. Для этого применяют регулируемые двухполярные источники питания. Один из вариантов таких источников питания представлен схемой на рис.4. Особенностью данной схемы является не только возможность регулировки напряжений, но и то, что стабилизатор напряжения собран на интегральных микросхемах КР142ЕН12А и КР142ЕН18А. Микросхема КР142ЕН12А – это трехвыводной стабилизатор положительного напряжения с возможностью питания электронных устройств током до 1,5 ампера в диапазоне напряжений от 1.5 до 37 вольт. Микросхема КР142ЕН18А аналогична КР142ЕН12, только применяется для стабилизации отрицательных напряжений. Резисторы R1, R2 и R3, R4 являются регулируемыми делителями напряжения, применение которых позволяет регулировать выходное напряжение. Конденсаторы С3 и С6 необходимы для снижения уровня фона при минимальных выходных напряжениях. схема двухполярного источника на интегральных стабилизаторах

Иногда возникает необходимость в питании устройств от автономных двухполярных источников питания. Возможные схемы, для применения в таких случаях, показаны на рисунках 5 и 6. Два соединенных последовательно стабилитрона образуют делитель напряжения. Средняя точка этого делителя заземляется. Отличия схем в том, что в первой можно применить две батарейки типа «Крона», во второй применяется аккумулятор.

Надеюсь, что теперь не будет секретом, как сделать двухполярное питание.

Источник



Двухполярный блок питания из готовых китайских модулей dc-dc step down LM2596

Я купил на Aliexpress модули LM2596, как на фото выше. Хотя на сайте были показаны твердотельные конденсаторы на напряжение 50 В, конденсаторы обычные, а половина модулей с конденсаторами на напряжение 16 В.

Это трудно назвать стабилизатором.

Можно подумать, что достаточно взять трансформатор, диодный мост, подключить к ним модуль, и перед нами стабилизатор с выходным напряжением 3…30 В и током до 2 А (кратковременно до 3 А).

Я так и сделал. Без нагрузки всё было хорошо. Трансформатор с двумя обмотками по 18 В и обещанным током до 1,5 А (провод на глаз был явно тонковат, так оно и оказалось).
Мне нужен был стабилизатор +-18 В и я выставил нужное напряжение.

При нагрузке 12 Ом ток 1,5 А, вот осциллограмма, 5 В /клетка по вертикали.

Это трудно назвать стабилизатором.

Причина проста и понятна: конденсатор на плате 200 мкФ, он служит только для нормальной работы DC-DC преобразователя. При подаче на вход напряжения от лабораторного блока питания, всё было нормально. Выход очевиден: надо питать стабилизатор от источника с малыми пульсациями, т. е. добавить после моста ёмкость.

Борьба с пульсациями

Вот напряжение при нагрузке 1,5 А на входе модуля без дополнительного конденсатора.

Увеличенная ёмкость на входе

С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).

Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.

Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.

Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц.

LC-фильтр на выходе

Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.

Читайте также:  Блок питания для глубинного насоса

На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.

Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.

Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.

Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.

Итоговая схема включения модулей LM2596

Схема проста и очевидна.

При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.

При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.

Монтаж

Для монтажа модуля я применил самодельные «стойки» из луженого провода диаметром 1 мм.

Это обеспечило удобный монтаж и охлаждение модулей. Стойки можно сильно нагревать при пайке, они не сместятся в отличие от простых штырей. Эта же конструкция удобна, если надо припаять к плате внешние провода – хорошая жесткость и контакт.
Плата позволяет легко заменить при необходимости модуль DC-DC.

Общий вид платы с дросселями от половинок какого-то ферритового сердечника (индуктивность не критична).

Несмотря на крошечные размеры модуля DC-DC, общие размеры платы получились соизмеримыми с платой аналогового стабилизатора.

Выводы

1. Необходим трансформатор с сильноточной вторичной обмоткой или с запасом по напряжению, в этом случае ток нагрузки может превышать ток обмотки трансформатора.

2. При токах порядка 2 А и более желателен небольшой теплоотвод на диодный мост и микросхему 2596.

3. Конденсатор питания желателен большой ёмкости, это благоприятно сказывается на работе стабилизатора. Даже крупная и качественная ёмкость немного нагревается, следовательно желательно малое ESR.

4. Для подавления пульсаций с частотой преобразования, LC фильтр на выходе необходим.

5. Данный стабилизатор имеет явное преимущество перед обычным компенсационным в том, что может работать в широком диапазоне выходных напряжений, при малых напряжениях можно получить на выходе ток больше, чем может обеспечить трансформатор.

6. Модули позволяют сделать блок питания с неплохими параметрами просто и быстро, обойдя подводные камни изготовления плат для импульсных устройств, то есть хороши для начинающих радиолюбителей.

Источник

Двухполярный блок питания

Двухполярный блок питания часто используется для питания операционных усилителей и выходных каскадов мощных усилителей низкой частоты (audio). Так же двухполярное напряжение используется в компьютерных блоках питания.

Схема двухполярного блока питания

Схема двухполярного питания

На данном рисунке изображена простейшая схема двухполярного блока питания. Допустим, вторичная обмотка трансформатора выдаёт переменное напряжение 12.6 вольт. Конденсатор C1 заряжается положительным напряжением через диод VD1 во время положительного полупериода, а конденсатор C2 заряжается отрицательным напряжением через диод VD2 во время отрицательного полупериода. Каждый из конденсаторов будет заряжаться до напряжения 17.8 вольт (12.6 * 1.41). Полярности обоих конденсаторов противоположны относительно «земли» (общего вывода).

В данном блоке питания сохраняются проблемы однополупериодных выпрямителей. Т.е. ёмкость конденсаторов должна быть довольно приличной.

На следующем рисунке показана схема двухполярного блока питания, использующего диодный мост и удвоенную вторичную обмотку трансформатора с отводом от середины как общий вывод.

Двухполупериодный двухполярный блок питания

В данной схеме используется двухполупериодное выпрямление при котором можно использовать конденсаторы фильтра меньшей емкости при том же токе нагрузки. Но, чтобы получить то же напряжение, что и в предыдущей схеме, нам необходимо иметь обмотку на двойное напряжение, т.е. 12.6 х 2 = 25.2 вольта, с отводом от середины.

Стабилизированный двухполярный блок питания

Наибольшую ценность представляют стабилизированные двухполярные блоки питания. Именно они применяются в audio усилителях. Такие блоки состоят из двух стабилизированных блоков. Один из них стабилизирует положительное напряжение, а второй — отрицательное относительно общего вывода. Схема такого блока показана на следующем рисунке.

Стабилизированный двухполярный блок питания

При использовании стабилизаторов 7805 и 7905 такой блок будет выдавать стабилизированное двухполярное напряжение ±5В.

Источник

Термины: Источник питания 2-полярный. Качество технического решения блока питания измерительной системы

Источник питания 2-полярный

Часто употребляемый термин 2-полярный источник питания подразумевает по сути два источника напряжения U1 и U2, включенных последовательно, как показано на рисунке. Необходимость применения такого источника для питания различных устройств, как правило, объясняется тем, что данное устройство должно работать в 2-полярном диапазоне напряжений питания (от V- до V+) относительно общего провода V0, при этом токи потребления по цепям питания в общем случае не равны (I + ≠ I — ), и ток по общему проводу (V) будет равен I + — I — .

По своей электрической эквивалентной схеме 2-полярный источник питания аналогичен дифференциальному выходу напряжения.

В практическом случае при образовании 2-полярного источника питания из 1-полярных следует учитывать, что не каждые блоки питания поддерживают последовательные соединения выходов, и не для каждых блоков питания будет корректно использовать любую его выходную цепь в качестве, возможно, заземлённой цепи общего провода. Эти особенности связаны не только с требованиями к изолированности выходов блоков питания, соединяемых последовательно, но и с требованиями изоляции выхода относительно его собственной цепи «корпус», а также к симметричному устройству цепей помехоподавляющих фильтров по отношению к обоим полюсам его выхода (ниже мы рассмотрели один из показательных примеров на эту тему). Естественно, применяя готовые 1-полярные блоки питания нужно, прежде всего, руководствоваться сведениями из их документации о возможности образования последовательного соединения их выходов при параллельном соединении их входов.

Читайте также:  Akai lta 32c904 блок питания

Применяя множественные схемы соединения выходов импульсных источников питания, следует также учитывать, вероятно, разные пороги и время включения — выключения этих устройств. Данная проблема, естественно, не существует при применении одного блока питания с многополярным выходом.

В технической литературе встречаются случаи 2-полярных источников напряжения, на которые накладываются эксплуатационные требования симметричности токов потребления I + и I — . Независимо от технических причин подобных требований это означает, что данные 2-полярные источники имеют некую иную эквивалентную электрическую схему по отношению к вышеприведённой, поскольку в схеме должен учитываться фактор взаимовлияния цепей тока I + и I — или взаимовлияния самих источников напряжения U1 и U2. И, безусловно, данное взаимовлияние делает подобные 2-полярные источники напряжения неполноценными. В то же время для истинных двуполярных источников напряжения симметричность тока потребления никогда не оговаривается, и каждый полюс этого источника может быть использован как независимый однополярный источник напряжения соответствующего знака относительно общего провода этих источников.

Качество технического решения блока питания измерительной системы.

Типично двуполярные схемы питания используются для питания аналоговых трактов, предусилителей, располагающихся как внутри корпуса измерительного устройства, так и вне его. В последнем случае это может быть, например, выносной датчик, получающий двуполярное питание от измерительного устройства, и задача выбора качественного технического решения двуполярного блока питания (БП) для подобной задачи нередко возлагается на инженера-интегратора измерительной системы. Ниже мы попытаемся изложить основные аспекты этой непростой задачи, поскольку при ближайшем рассмотрении её электрофизического смысла, мы непременно сталкиваемся с вопросами электросовместимости устройств.

Рассмотрим типичный пример проблемного включения пары блоков питания Mean Well серии DR-45 в двуполярную схему включения выходов.

Блок-схемы этих БП скопированы из документации производителя [1].

Двуполярную схему включения выходов этих БП нельзя назвать корректной (использована блок-схема Mean Well DR-45, дважды скопированная из документации производителя [1], синим цветом показаны соединения в двуполярную схему). В блок-схеме Mean Well DR-45 цепь –V связана конденсатором фильтра с цепью защитного заземления FG, а +V – управляемый выход БП, что требует использовать цепь –V только в роли цепи общего провода в системе. Но в двуполярной схеме для БП с выходом отрицательного напряжения (нижний по приведённой схеме) это требование не соблюдается. Это может привести к повышенному шуму в канале обратной связи этого БП из-за того, что на DETECTION CIRCUIT этого БП будут влиять не только ток нагрузки, но и ток I1. Токи I1, I2 (показаны красным) – это перераспределённые переменные токи, вызванные практически всегда присутствующим переменным напряжением скоростных помех между FG (цепью защитного заземления) и V (общим проводом цепи нагрузки).

Вторая проблема некорректности такой схемы заключается в том, то цепь V в измерительных системах, как правило, относится к цепи сигнального заземления, которая должна быть связана с цепью защитного заземления (FG) не более, чем в одной точке ([2]). Но путь тока I2 (через конденсатор фильтра), а затем через выходное сопротивление нижнего по схеме БП, образует второй путь связи FG и V по переменному току высокой частоты, что, несомненно, внесёт высокочастотные помехи в измерительную систему.

Третья проблема (использования такого решения для питания аналоговых трактов измерительных устройств) заключается в том, что аналоговые тракты (высокочувствительные усилители) типично требуют электромагнитной независимости от внешних цепей. Иначе говоря, практически любой инородный путь тока, помимо собственных токов питания и токов передачи сигнала аналогового тракта, в той или иной степени, будет оказывать негативное влияние на аналоговый тракт. Примером такого негативного влияния может стать путь импульсных токов через собственную ёмкость гальваноразвязки БП, в данном случае, путь тока относительно клеммы защитного заземления (FG) через ёмкости фильтров БП. Этот ток, не относящийся ни к току питания аналогового тракта, ни к току передачи сигнала, будет носить характер инородного высокочастотного (в данном случае 100 кГц – частота преобразования Mean Well DR-45) сквозного тока по цепи общего провода аналогового тракта, что явно усложнит задачу качественных измерений на фоне столь негативного фактора влияния.

О четвёртой проблеме таких БП говорит сам их производитель [1]:

По сути, это означает, что этот БП в принципе не является законченным устройством с требуемыми для измерительных систем гарантированно хорошими характеристиками электромагнитной совместимости ЭМС. Это означает, что эти БП предназначены для применения в качестве локальных узлов питания внутри конечного оборудования (и уж точно не для питания внешних датчиков!). Это также означает, что инженеру в конечном оборудовании ещё придётся предусмотреть, как минимум, внешние цепи конденсаторов вторичной цепи этого БП, а как максимум, усомниться в качестве внутреннего сетевого фильтра в первичной цепи этого БП (как важнейшем звене обеспечения хорошей ЭМС в конечном оборудовании с сетевым питанием) и отдельно исследовать этот вопрос (хотя бы путём разборки образца и визуальным осмотром его компонентов).

Читайте также:  Блок питания чем выше мощность

Пятая проблема использования такого технического решения – это некогерентность частот преобразования используемых БП. Это влечёт за собой глубокую нестационарность электромагнитной обстановки внутри оборудования с такими БП из-за влияния температурной нестабильности близких частот преобразования не синхронизированных БП. Эта нестационарность имеет опасность статистически редких совпадений фаз частот преобразования БП, при которых в редких случаях могут проявиться плохо диагностируемые проблемы (как метрологические, так и проблемы сбоев оборудования, особенно в случае большого количества не синхронизированных БП в системе), могут возникнуть проблемы с повторяемостью технических характеристик оборудования из-за индивидуального разброса частот преобразования используемых БП.

Надеемся, что на разобранном выше примере мы смогли показать инженеру-системному интегратору некоторые неочевидные проблемы применения импульсных БП для питания измерительных устройств. Учёт этих проблем на ранней стадии проектирования системы позволит инженеру более адекватно выстроить критерии выбора технического решения блока питания измерительной системы.

Источник

Двухполярное напряжение от сетевого блока питания

Сейчас в магазинах имеется очень широкий ассортимент сетевых блоков питания для портативной или другой аппаратуры. Есть блоки на самое разное напряжение, ток нагрузки и т.д. Таким образом, зачастую уже нет необходимости радиолюбителю самостоятельно делать блок питания для очередной самоделки, купить готовый блок дешевле, чем «железо» с каркасом для трансформатора.

Двухполярное напряжение от сетевого блока питания

Блоки питания, так называемые, сетевые адаптеры, бывают сейчас двух типов, импульсные и трансформаторные, про регулируемый источник питания читайте здесь.

Импульсные чаще всего это блоки с выходным напряжение 5V для питания и зарядки сотовых телефонов и другой техники, именуемой «гаджетами». Остальные же, на 3V, 6V, 9V, 12V чаще всего сделаны по трансформаторной схеме, вот о них и пойдет здесь речь. Впрочем, отличить трансформаторный «сетевой адаптер» от импульсного очень просто, по весу. Трансформаторный всегда тяжелее, да и крупнее, обычно.

И так, вернемся к мысли, изложенной вначале, делать блок питания необязательно, дешевле купить готовый. Совершенно верно, и выбрать можно на любое нужное напряжение, да и бывают с регулируемым выходным напряжением (переключателем отводов вторичной обмотки), но все же, есть одна проблема у них всех выходное напряжение всегда однополярное. А что делать, если нужно питать схему на операционных усилителях, для которой необходимо двуполярное напряжение? Конечно, можно купить два одинаковых блока питания… но можно относительно просто и стандартный однополярный переделать в двуполярный. Причем, без переметки трансформатора.

Сетевые адаптеры на силовом трансформаторе обычно выполнены по одной из двух схем. На рисунке 1 показана наиболее популярная схема. Она состоит из маломощного силового трансформатора Т1, выпрямительного моста (обычно на диодах 1N4004 или 1N4002) и сглаживающего пульсации электролитического конденсатора С1. Казалось бы, чтобы от этой схемы получить полноценное двуполярное напряжение, нужно как минимум перемотать вторичную обмотку трансформатора. На самом деле есть более простое решение. Просто нужно отказаться от двухполупериодного выпрямления в пользу одно полупериодного.

Конечно, в этом случае выходной ток будет существенно ниже, но если требуется питать относительно маломощную нагрузку (потребляющую не более четверти тока, указанного на корпусе сетевого адаптера), такой вариант может быть оптимальным решением. На рисунке 2 показаны изменения в схеме. Нужно убрать два диода, и добавить один конденсатор. Теперь, положительная полуволна заряжает С1, а отрицательная С2. На выходе будет двуполярное постоянное напряжение.

Вторая схема (рис.З) встречается реже, но тоже присутствует. Её отличие в том. что у силового трансформатора есть вторичная обмотка двойного числа витков, с отводом от середины. Эта схема позволяет сделать выпрямитель по двух полупериодной схеме на двух диодах, вместо четырех диодов в схеме с вторичной обмоткой без отвода. Достоинство такой схемы в том, что у неё уже есть трансформатор с двойной вторичной обмоткой. И это позволяет сделать хороший двухполярный источник питания с двухполупериодным выпрямителем.

Изменения в схеме показаны на рис.4. Между концами концами вторичной обмотки включаем выпрямительный мост, а отвод берем как нулевой провод. Таким образом, добавляем еще один конденсатор и два диода. Схема на рисунке 4 существенно лучше схемы, показанной на рисунке 2, однако, когда нет выбора, остается довольствоваться тем, что есть…

К тому же. схема на рисунке 2 больше подходит для переделки в двухполярный, блока питания с переключаемым выходным напряжением. Ведь, в таких блоках питания переключение выходного напряжение осуществляется переключением отводов вторичной обмотки. Следующий этап переделки это, конечно же, замена выходного кабеля на трехпроводной, ну и распайка соответствующего разъема (если предполагается разъемное подключение к нагрузке)

Источник