Меню

Радиоконструктор импульсный блок питания

Радиоконструктор импульсный блок питания

  • Усилители мощности
  • Светодиоды
  • Блоки питания
  • Начинающим
  • Радиопередатчики
  • Разное
  • Ремонт
  • Шокеры
  • Компьютер
  • Микроконтроллеры
  • Разработки
  • Обзоры и тесты
  • Обратная связь
  • Форум
    • Усилители мощности
    • Шокеры
    • Качеры, катушки Тэсла
    • Блоки питания
    • Светодиоды
    • Начинающим
    • Жучки
    • Микроконтроллеры
    • Устройства на ARDUINO
    • Программирование
    • Радиоприемники
    • Датчики и ИМ
    • Вопросы и ответы
  • Online расчёты
  • Умный дом
  • Видео
  • RSS
  • Приём статей
    • Усилители мощности
    • Светодиоды
    • Блоки питания
    • Начинающим
    • Радиопередатчики
    • Разное
    • Ремонт
    • Шокеры
    • Компьютер
    • Микроконтроллеры
    • Разработки
    • Обзоры и тесты
    • Обратная связь
  • Форум
    • Усилители мощности
    • Шокеры
    • Качеры, катушки Тэсла
    • Блоки питания
    • Светодиоды
    • Начинающим
    • Жучки
    • Микроконтроллеры
    • Устройства на ARDUINO
    • Программирование
    • Радиоприемники
    • Датчики и ИМ
    • Вопросы и ответы
  • Online расчёты
  • Умный дом
  • Видео
  • RSS
  • Приём статей
  • Мощный импульсный блок питания до 4кВт

    Этот проект является одним из самых долгих, который делал. Заказал блок питания один человек для усилителя мощности.

    Ранее никогда не довелось делать такие мощные импульсники стабилизированного типа, хотя опыт в сборке ИИП довольно большой. Проблем во время сборки было много. Изначально хочу сказать, что схема часто встречается в сети, а если точнее, то на сайте интервалка, но. схема изначально не идеальна, с ошибками и скорее всего ничего не заработает, если собрать точно по схеме с сайта.

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, схема

    В частности изменил схему подключения генератора, взял схему с даташита. Переделал узел питания управляющей цепи, вместо параллельно соединенных 2-х ваттных резисторов, задействовал отдельный ИИП 15 Вольт 2 Ампер, что дало возможность избавиться от многих хлопот.

    Заменил некоторые компоненты под свои удобства и все запустил по частям, настроив каждый узел отдельно.

    Несколько слов о конструкции блока питания. Это мощный импульсный сетевой блок питания по мостовой топологии, имеет стабилизацию выходного напряжения, защиту от кз и перегруза, все эти функции подлежат регулировке.

    Мощность в моем случае 2000 ватт, но схема без проблем позволит снять до 4000 ватт, если заменить ключи, мост и напичкать электролитов на 4000 мкФ. На счет электролитов — емкость подбирается исходя из расчета 1 ватт — 1мкФ.

    Диодный мост — 30 Ампер 1000 Вольт — готовая сборка, имеет свой отдельный обдув (кулер)

    Сетевой предохранитель 25-30 Ампер.

    Транзисторы — IRFP460, старайтесь подобрать транзисторы с напряжением 450-700 Вольт, с наименьшей емкостью затвора и с наименьшим сопротивлением открытого канала ключа. В моем случае эти ключи были единственным вариантом, хотя в мостовой схеме обеспечить заданную мощность они могут. Устанавливаются на общий теплоотвод, обязательно нужно изолировать их друг от друга, теплоотвод нуждается в интенсивном охлаждении.

    Реле режима плавного пуска — 30 Ампер с катушкой 12 Вольт. Изначально, когда блок подключается в сеть 220 Вольт пусковой ток на столь велик, что может спалить мост и еще много чего, поэтому режим плавного пуска для блоков питания такого ранга необходим. При подключении в сеть через ограничительный резистор (цепочка последовательно соединенных резисторов 3х22Ом 5 Ватт в моем случае) заряжаются электролиты. Когда напряжение на них достаточно велико, срабатывает блок питания управляющей цепи (15 Вольт 2 Ампер), который и замыкает реле и через последний подается основное (силовое) питание на схему.

    Трансформатор — в моем случае на 4-х кольцах 45х28х8 2000НМ, сердечник не критичен и все, что с ним связано придется рассчитать по специализированным программам, тоже самое с выходными дросселями групповой стабилизации.

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, ферритовые кольцаМощный импульсный блок питания до 4кВт, сердечник трансформатора

    Мой блок имеет 3 обмотки, все они обеспечивают двухполярное напряжение. Первая (основная, силовая) обмотка на +/-45 Вольт с током 20 Ампер — для запитки основных выходных каскадов (усилителя по току) УМЗЧ, вторая +/-55 вольт 1,5Ампер — для запитки дифф каскадов усилителя, третья +/-15 для запитки блока фильтров.

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформаторМощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформатор

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформаторМощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформатор

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформаторМощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформатор

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформаторМощный импульсный блок питания до 4кВт, трансформатор

    Генератор построен на TL494, настроен на частоту 80 кГц, дальше драйвера IR2110 для управления ключей.

    Трансформатор тока намотан на кольце 2000НМ 20х12х6 — вторичная обмотка намотана проводом МГТФ 0,3мм и состоит из 2х45 витков.
    В выходной части все стандартно, в качестве выпрямителя для основной силовой обмотки задействован мост из диодов KD2997 — с током 30 ампер. Мостом для обмотки 55 вольт стоят диоды UF5408, а для маломощной обмотки 15 Вольт — UF4007. Использовать только быстрые или ультрабыстрые диоды, хотя и можно обычные импульсные диоды с обратным напряжением не менее 150-200 Вольт (напряжение и ток диодов зависит от параметров обмотки).

    Конденсаторы после выпрямителя стоят на 100 Вольт (с запасом), емкость 1000мкФ, но разумеется на самой плате усилителей будут еще.

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Устранение неполадок начальной схемы.

    Приводить свою схему не буду, поскольку она мало чем отличается от указанной. Скажу только, что в схеме 15 вывод ТЛ отцепляем от 16 и припаиваем к 13/14 выводам. Дальше убираем резисторы R16/19/20/22 2 ватт, и питаем узел управления отдельным блоком питания 16-18 Вольт 1-2 ампер.

    Резистор R29 заменяем на 6,8-10кОм. Исключаем из схемы кнопки SA3/SA4 (ни в коем случае не замкнуть их! будет бум!). R8/R9 заменяем — при первом же подключении они выгорят, поэтому заменяем на резистор 5 ватт 47-68Ом, можно использовать несколько последовательно соединенных резисторов с указанной мощностью.

    R42 — заменяем на стабилитрон с нужным напряжением стабилизации. Все переменные резисторы в схеме очень советую использовать многооборотного типа, для наиболее точной настройки.

    Минимальная грань стабилизации напряжения 18-25 Вольт, дальше уже пойдет срыв генерации.

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Мощный импульсный блок питания до 4кВт, платаМощный импульсный блок питания до 4кВт, плата

    Во многих источниках упомянули, что данный блок не включается без нагрузки — но это не так! Он очень даже хорошо запускается и на всех обмотках есть напряжение.

    Никогда не выставляйте максимальное выходное напряжения — блок может в нагруженном состоянии издавать свист — на своем опыте понял, что это полностью безопасно, но неприятно.

    Источник

    

    Мощный импульсный блок питания на 12 В своими руками

    Доброго времени суток дорогие друзья, в этой статье хочу поделиться с вами своим опытом по созданию импульсных источников питания. Речь пойдет о том как собрать своими руками импульсный источник питания на микросхеме IR2153.
    Микросхема IR2153 представляет собой высоковольтный драйвер затвора, на ней строят много различных схем, блоки питания, зарядные устройства и т. д. Напряжение питания варьируется от 10 до 20 вольт, рабочий ток 5 мА и рабочую температуру до 125 градусов Цельсия.
    Начинающие радиолюбители побаиваются собрать свой первый импульсный блок питания, очень часто прибегают к трансформаторным блокам. Я в свое время тоже опасался, но все таки собрался и решил попробовать, тем более что деталей было достаточно для его сборки. Теперь поговорим не много о схеме. Это стандартный полумостовой источник питания с IR2153 на борту.

    Детали

    Диодный мост на входе 1n4007 или готовая диодная сборка рассчитанная на ток не менее 1 А и обратным напряжением 1000 В.
    Резистор R1 не менее двух ватт можно и 5 Ватт 24 кОм, резистор R2 R3 R4 мощностью 0,25 Ватт.
    Конденсатор электролитический по высокой стороне 400 вольт 47 мкф.
    Выходной 35 вольт 470 – 1000 мкФ. Конденсаторы фильтра пленочные рассчитанные на напряжение не менее 250 В 0,1 — 0,33 мкФ. Конденсатор С5 – 1 нФ. Керамический, конденсатор С6 керамический 220 нФ, С7 пленочный 220 нФ 400 В. Транзистор VT1 VT2 N IRF840, трансформатор от старого блока питания компьютера, диодный мост на выходе полноценный из четырех ультрабыстрых диодах HER308 либо другие аналогичные.
    В архиве можно скачать схему и плату:

    Печатная плата изготовлена на куске фольгированного одностороннего стеклотекстолита методом ЛУТ. Для удобства подключения питания и подключения выходного напряжения на плате стоят винтовые клемники.

    Источник

    Как работает простой и мощный импульсный блок питания

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

    Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

    Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

    БП на основе силового трансформатора

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

    Читайте также:  Как разобрать блок питания телефона huawei

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

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

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

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

    Импульсные устройства

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

    Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

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

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

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

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

    Как работает инвертор?

    ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

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

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

    Алгоритм работы устройства следующий:

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

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

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

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

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

    Сильные и слабые стороны импульсных источников

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

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

    К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

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

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

    Сфера применения

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

    • различные виды зарядных устройств;

    Собираем импульсный БП своими руками

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

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

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

    Дмитрий, спасибо за Вашу работу. Ваше время, наши познания))) Вопрос. Можно ли построить ATX бп от питания 12В на автогенираторе собранном на IRFZ44. Схему … Читать ещё

    Дмитрий, спасибо за Вашу работу. Ваше время, наши познания)))
    Вопрос. Можно ли построить ATX бп от питания 12В на автогенираторе собранном на IRFZ44. Схему приложить к сожалению не могу. Но я так понимаю, что частота открывания каждого ключа реализована закрытием антагониста. Возможно ли включить в цепь генератора обратную связь? Спасибо ещё раз!)))

    Сайт понравился. Но вот такой вопрос, все изложено прекрасно, но мы живем в такое время, когда редко кого заинтересует самостоятельная сборка электронного устр… Читать ещё

    Сайт понравился. Но вот такой вопрос, все изложено прекрасно, но мы живем в такое время, когда редко кого заинтересует самостоятельная сборка электронного устройства. Проще купить новое. А вот вопрос быстрой проверки годности и ремонта! Например, я купил аккумуляторный опрыскиватель, он проработал без зарядки все лето. Начал заряжать, не работает зарядка. Разобрал, посмотрел, как баран, покачал палочкой монтаж, почистил от канифоли, собрал, работает. Дотронулся — не работает, пошевелил, опять работает. Хорошо бы знать методы проверки. Я лично знаю только внешний осмотр электролитов, пайку, и почернение резисторов….все!

    Читайте также:  Импульсные блоки питания 400w

    Вполне возможно что ошиблись с намоткой трансформатора (если во всём остальном точно нет ошибок), при намотке транформатора важно учитывать не только начало и … Читать ещё

    Вполне возможно что ошиблись с намоткой трансформатора (если во всём остальном точно нет ошибок), при намотке транформатора важно учитывать не только начало и конец обмоток, но так же их фактическое расположение, грубо говоря, каждая обмотка должна быть намотана равномерно т.е.: на каждую «единицу витка вторички» должна соответсвовать своя «единица первички», а первичную обмотку лучше вовсе разбить на две половины, то есть в данном случае мотается сперва 300 витков первички, далее 44витка, далее доматывается первичкп 300 витков, ну и затем обмотка связи в 5 витков.

    Статья супер, но не хватает описания работы последней схемы. Можно написать, если не сложно?

    Чтож… Конкретно по данной схеме (надеюсь очень детальное объяснение никому не понадобится, основательно объясню только важную часть) Диодный мост-> кондёры-> и … Читать ещё

    Конкретно по данной схеме (надеюсь очень детальное объяснение никому не понадобится, основательно объясню только важную часть)

    Диодный мост-> кондёры-> и поехали к блокинг генератору

    Будем считать что тока пока нигде нет.

    В начале цикла, транзистор приоткрывается через резистор R2 и начинает идти «заряд» трансформатора через обмотку трансформатора 1-2, т.к. ток для открывания транзистора через R2 очень мал, используется цепь: обмотка 5-6 -> пара C5 и R1, то есть после того как начинает идти насыщение трансформатора через обмотки 1-2, на обмотке 5-6 возникает ток, который, протекая через пару C5 и R1, дооткрывает транзистор и происходит полное насыщение трансформатора, в то же время конденсатор C5, является «временным ограничителем», т.к. после его полного заряда ток через него перестаёт протекать.

    Стоит заметить, что трансформатор насытился по полярности «+» на конце «1» и «-» на конце «2» обмотки, ну и соответственно «5» и «3» тоже плюса. (Для упрощения в дальнейшем буду писать плюса на началах)

    Далее, после полного насыщения трансформатора, происходит его разряд, и за счет «инерции» магнитного поля разряд трансформатора «заходит» на отрицательную область (обратный ход), то есть на началах обмоток теперь минуса, за счет чего происходит разряд конденсатора C5 и полное закрывание транзистора, (кстати обычно такие схемы делаются по принципу обратного хода, т.е. с обмотки 3-4, нагрузка снимается только во время обратного хода, а не ставится диодный мост) так же в этот момент происходит заряд конденсатора C6, который служит для удержания генератора в выключенном состоянии (время разряда трансформатора) VD6 необходим для более точного согласования напряжений, т.к. напряжение для закрытия транзистора необходимо менее одного вольта, а на C6 за один обратный ход накапливается несколько вольт (зависит от обмоток), после чего C6 начинает разряжается, транзистор снова приоткрывается через R2 и цикл запускается заново.

    Источник

    Импульсные блоки питания: принципы работы для новичков — обзор 7 правил построения схемы

    Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

    Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

    Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

    Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

    Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

    Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

    Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

    Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

    Правило №1 всех ИБП: чем выше рабочая частота, тем лучше. Преобразование электроэнергии выполняется не на промышленных 50 герц, а на более высоких сигналах в пределах 1÷100кГц.

    За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

    Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

    Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

    Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

    Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

    Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

    После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

    Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

    Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

    Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

    Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

    Накопительная емкость сглаживает пульсации.

    Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
    в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
    выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

    Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

    Разберем все эти части подробнее.

    Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

    Правило №2: у качественных ИБП в конструкции блока должен работать надежный фильтр в/ч сигналов.

    Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

    1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
    2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

    Причины появления помех в бытовой сети:

    • апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
    • работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
    • последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

    Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

    Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

    Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

    Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

    Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

    Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

    Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

    Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

    Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

    Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

    Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

    У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

    Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

    Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

    У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

    Читайте также:  Компьютерный блок питания запуск без компьютера

    Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

    Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

    Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

    Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

    Правило №3: после выхода с фильтра напряжение подается на схему выпрямителя, состоящего в базовой версии из диодного моста и электролитического конденсатора.

    В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

    Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

    Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

    Правило №4: выпрямленный сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции на силовом ключе под управлением ШИМ контроллера.

    Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

    На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

    Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

    Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

    ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

    Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

    За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

    Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

    Правило №5: импульсный трансформатор для блока питания передает каждый ШИМ импульс за счет двух преобразований электромагнитной энергии.

    Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

    Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

    Его энергия расходуется:

    1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
    2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

    По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

    Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

    Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

    На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

    Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

    В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

    При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

    Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

    Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

    Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
    резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

    Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

    Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

    Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

    Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

    Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

    Продлить ресурс работы электролитических конденсаторов в ИБП можно заменой одного большой мощности несколькими составными. Ток будет распределяться по всем, что вызовет меньший нагрев. А отвод тепла с каждого отдельного происходит лучше.

    Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

    Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

    Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

    Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

    В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

    • уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
    • и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

    3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

    По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

    • полумостовому;
    • мостовому;
    • или пушпульному принципу построения выходного каскада.

    Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

    Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

    К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

    Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

    Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

    Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

    Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

    Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

    Пушпульная схема: важные особенности

    Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

    Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

    Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

    К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

    Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

    Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

    Правило №6: сигнал, поступающий с выхода ИБП, выпрямляется и сглаживается.

    Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

    Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

    Схема стабилизации напряжения: как работает

    Правило №7: оптимальные условия для работы нагрузки при изменяющихся условиях эксплуатации обеспечивает принцип стабилизации вторичного напряжения.

    Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

    С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

    Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

    В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

    Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

    Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

    Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

    Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

    Источник