Импульсный блок питания на транзисторах: Простой маломощный импульсный блок питания мощностью 20 ватт на одном транзисторе

Содержание

Простой маломощный импульсный блок питания мощностью 20 ватт на одном транзисторе

Предлагаемый импульсный источник собран всего на одном транзисторе KT872A. KT872A — это мощный высоковольтный транзистор. Такие транзисторы советского производства сейчас уже сложно найти. Можно применить любой подходящий по параметрам импортный транзистор, например такие транзисторы можно заказать на алиэкспресс. Как пример, можно использовать транзисторы BU208A или очень популярные MJE13009, которые применяются в электронных балластах люминесцентных ламп.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Схема источника питания представляет собой импульсный понижающий преобразователь напряжения, работающий на частоте в диапазоне 20 .. 40 килогерц. рабочая частота преобразователя зависти от настройки схемы. На транзисторе VT1 реализован генератор с автозапуском. Частота генератора устанавливается подбором номинала конденсатора C5. Цепь запуска автогенератора собрана на компонентах VD5, VD6, C6.

Трансформатор Т3 — самодельный. Его можно намотать на ферритовом Ш-образном сердечнике М2000НМ9 или М2500НМС-2. Типоразмер сердечника Ш5Х5. Первичная обмотка 1-2 имеет 600 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0.1 мм. Обмотка обратной связи 5-6 содержит 10 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0.1 мм. Вторичная обмотка 3-4 имеет 44 витка провода диаметром 0.25 мм. Если вам нужно несколько напряжений, можете намотать несколько вторичных обмоток с соответствующими параметрами.

При настройке блока питания в первую очередь необходимо добиться устойчивой генерации при изменении входного напряжения в диапазоне 187 — 242 вольта. Для этого необходимо точнее подобрать те элементы схемы, которые помечены звездочкой ‘*’. резистор R2 может иметь сопротивление от 150 до 300 килоом, конденсатор C5 подбирается в диапазоне 6800 — 15000 пФ.

При сборке ИБП имейте в виду, что транзистор и микросхему стабилизатора нужно установить на небольшом радиаторе.

О замене компонентов. Как уже было сказано, транзистор можно применить типа BU208A или MJE13009. В качестве стабилизатора выходного напряжения удобно использовать регуляторы 7815 или 7812 если нужно выходное напряжение 12 вольт. В качестве сетевого выпрямителя можно применить диодный мостик

Транзистор MJE13009

Транзистор BU208A

Стабилизатор 15 вольт

Диодный мостик 1000в

Russian HamRadio — Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств.

Казалось бы, что еще надо? Проще не придумаешь! Трансформатор, мостовой выпрямитель и фильтр — все просто и понятно. Так нет, придумали всякие импульсные блоки питания (ИПБ), ломай себе голову! Каждая уважающая себя фирма выпускает свои блоки по своим схемам, а когда сломаются, думай, т.

к. самому ремонтировать — сложно и непонятно, а в мастерской — дорого! Так вот, ничего особенно сложного в импульсных блоках питания нет. Да, ИБП сложнее, чем обычные блоки питания. Но это потому, что к функциям ИБП относится не только получение питающих напряжений, но и их стабилизация, а также защита самого ИБП и каскадов, которые от него питаются, от различных неприятностей.

Принципы работы импульсного обратноходового блока питания

Первоначальное распространение ИБП получили преимущественно в телевизионных приемниках (ТВ), в дальнейшем — в видеомагнитофонах (ВМ) и другой видеоаппаратуре, что объясняется, в основном, двумя причинами. Во-первых, чувствительность ТВ и ВМ к создаваемым импульсным БП помехам значительно ниже, чем, например, аппаратуры звуковоспроизведения, особенно высококачественного. Во-вторых, ТВ и ВМ отличаются относительным постоянством и сравнительно небольшой величиной (10…80 Вт) потребляемой мощности. Колебания этой мощности в ТВ обусловлены изменениями яркости экрана при смене сюжетов и составляет не более 20 Вт (приблизительно 30

% максимальной потребляемой мощности). Для ВМ колебания мощности, потребляемой в нагрузке, возникают, в основном, только при переключении режимов работы ЛПМ и составляют несколько ватт. Для примера, в стереофоническом усилителе с выходной мощностью 2×20 Вт колебания мощности достигают 70…80 Вт (приблизительно 70…80 % максимальной потребляемой мощности). Поэтому для этого класса радиоаппаратуры ИБП получаются более дорогостоящими из-за необходимости использования мощных двухтактных схем преобразователей (конверторов), более сложных стабилизаторов, фильтров и т. д.

В связи с этим конструкторы как более ранних, так и современных моделей ТВ и ВМ, как правило, придерживаются хорошо зарекомендовавших себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения импульсных блоков питания. Основные усилия направляются, в первую очередь, на совершенствование и миниатюризацию элементной базы; повышение надежности ИБП (в том числе путем введения различных защит) и расширение рабочего диапазона питающего их напряжения сети.

Несмотря на большое разнообразие схем ИБП принцип работы большинства их одинаков. Выпрямленное напряжение сети питает однотактный генератор, нагрузкой которого является импульсный трансформатор с вторичными выпрямителями, от которых питаются все потребители. Генератор может быть выполнен как с самовозбуждением, так и с внешним запуском. Транзистор генератора работает в ключевом режиме. Когда транзистор открыт, происходит накопление энергии в импульсном трансформаторе, когда закрыт

— энергия, отдается в нагрузку. На рис. 1 показана схема простейшего автогенератора.

Рис.1.

Работает он так. В начальный момент транзистор (ключ) VT1 закрыт. При подаче питания через R1 начинает течь небольшой ток, создающий напряжение смещения на базе ключа Uбэ, достаточное для того, чтобы вызвать небольшой ток коллектора ключа IK и, соответственно, через коллекторную обмотку трансформатора

Iтр (см. рис. 2, а, б].

По законам физики изменение тока в обмотке I вызовет появление ЭДС индукции, которая препятствует изменению тока в обмотке и вызывает напряжения взаимоиндукции в обмотках обратной связи II и в выходной обмотке III.

Обмотки включены таким образом, что на верхнем выводе обмотки III будет

“минус”, а на верхнем выводе обмотки II — “плюс”.

Диод VD1 будет закрыт, а с обмотки II “плюс” окажется

, приложен к базе VT1 и вызовет появление дополнительного тока базы, что, в свою очередь, вызовет насыщение транзистора. Поскольку к обмотке I трансформатора приложено полное постоянное напряжение источника питания, ток через нее линейно нарастает, пока сердечник трансформатора Т1 не войдет в насыщение. В этот момент ток коллектора VT1 резко возрастает, а напряжение на обмотках II и III падает. Транзистор выходит из насыщения, происходит лавинообразный процесс его закрывания.

Рис.2.

В сердечнике трансформатора накопилась энергия и при закрывании транзистора VT1 произойдет изменение полярности ЭДС индукции, которая теперь будет направлена противоположно ЭДС при нарастании тока обмотки. При этом на обмотке I возникнет импульс напряжения, который приложен плюсом к коллектору транзистора, а минусом — к плюсу источника питания. В результате между коллектором и эмиттером ключа возникнет выброс напряжения 500…600 В. При этом отрицательное напряжение с обмотки обратной связи II надежно закроет ключ, а положительное напряжение с обмотки III откроет диод VD1 и конденсатор С2 начнет заряжаться (см. рис. 2, в). Чем больше ток заряда, т. е. чем быстрее израсходуется энергия трансформатора, тем быстрее процесс повторится.

Итак, сердцем импульсного блока питания является генератор. Обязательными элементами его являются импульсный трансформатор и транзистор -ключ. Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько.

Импульсные источники питания на небольшую мощность (< 30…50 Вт) обычно выполняются по схеме, где функции генерации, управления и стабилизации вторичных напряжений совмещены. Объединение несколько функций в одном устройстве упрощает схему устройства, уменьшает потери, облегчает режим работы выходного транзистора, уменьшает габариты. Кроме того, все эти функции взаимосвязаны, поэтому их реализация труда не представляет.

У таких ИБП система стабилизации обычно перенесена из вторичных цепей в первичную, где значения токов уменьшены на коэффициент, равный коэффициенту трансформации. Сравнивая ИПБ с традиционным блоком питания с низкочастотным трансформатором, видим, что выпрямительные диоды сетевого напряжения также перенесены в сторону первичной цепи, вследствие чего

через диоды будут протекать токи, тоже уменьшенные в коэффициент трансформации раз.

При этом силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, исключается, а вместо него вводится импульсный трансформатор, работающий на частоте до 100 кГц с ферритовым магнитопроводом и имеющий в несколько раз меньшие габаритные размеры и массу. Кроме того, уменьшаются габариты фильтров вторичных выпрямителей, так как при частоте 30… 100 кГц для получения хорошей фильтрации нужны существенно меньшие емкости, и можно обойтись без дросселей.

Поэтому при тех же параметрах блока питания габариты ИБП в десятки раз меньше габаритов обычного блока питания, работающего на частоте 50 Гц. Источники на большую мощность, как правило, выполняют с внешним возбуждением, для чего разработано множество специализированных микросхем. Разбирая функциональную схему более сложного ИБП, представленную на рис. 3, кое в чем повторюсь.

Основными функциональными узлами этого устройства являются:

  • сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром С1;
  • ключ VT1;
  • импульсный трансформатор Т1;
  • устройство запуска;
  • устройство управления;
  • цепь обратной связи;
  • вторичный выпрямитель импульсных напряжений VD1C2.

Напряжение сети 220В поступает на выпрямитель, после чего сглаживается емкостным фильтром С1. С конденсатора фильтра выпрямленное напряжение через обмотку I трансформатора Т1 поступает на коллектор транзистора VT1, выполняющего функцию ключа. Устройство управления обеспечивает периодическое включение и выключение транзистора VT1. В стационарном режиме напряжение на выходегде n = N1/N3 — коэффициент трансформации, Т — период импульсов, AT -длительность включенного состояния транзистора VT1 (рис. 2).

Изменяя AT можно регулировать выходное напряжение. Амплитуда импульсов тока через транзистор и диод зависит от индуктивности первичной обмотки трансформатора. При оптимальном ее значении максимальный ток через первичную обмотку вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается в момент открывания транзистора.

Изменять соотношение между Т и AT можно разными способами. Наиболее подходящий способ регулирования величины выходного напряжения — широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Основные достоинства ШИМ — постоянство периода повторения Т и простота реализации, Поэтому ШИМ применяют практически во всех конструкциях ИБП.

Устройство управления ключевым транзистором называется контроллером, в данном случае — ШИМ-контроллером. Вообще, под ШИМ-контроллером подразумевают все устройство управления, включая элементы запуска и защиты, так как они являются неотъемлемой частью ИБП и часто используют одни и те же элементы.

Разберем по порядку свойства каждого узла импульсного блока питания.

Узел запуска. Необходимость наличия узла запуска вызвана тем, что при включении ИБП возможны большие перегрузки его элементов, поскольку разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей представляют собой очень малое сопротивление для импульсов, снимаемых с вторичных

обмоток трансформатора. Пусковые токи могут достигать 50… 100А, что создает аварийный режим работы.

Рис.3.

Устройство запуска обеспечивает принудительную коммутацию транзистора ключа со значительно меньшей длительностью включенного состояния в течение нескольких циклов, за время которых происходит заряд конденсаторов фильтров импульсных выпрямителей.

Одновременно это исключает возможность возникновения аварийной ситуации, так как длительность импульсов плавно возрастает, постепенно выводя ИБП на номинальный режим. В импортных ИБП наибольшее распространение получила подача на ключ начального открывающего смещения.

В момент подачи питания через резисторы от плюса сетевого выпрямителя на базу ключа подается смещение, достаточное для создания начального тока через ключ и плавного запуска. После нескольких циклов ИБП переходит в нормальный режим и больше цепь запуска не используется. Во многих импортных ИБП цепь запуска не отключается, что иногда приводит к выходу из строя ключа при неисправности одного из вторичных

выпрямителей, если не применяется схема защиты от короткого замыкания. В отечественных телевизорах применяются несколько вариантов запуска ИБП. Одна из них — генератор, собранный на однопереходном транзисторе серии КТ117.

В течение некоторого времени, достаточного для надежного запуска ИБП, генератор на КТ117 генерирует импульсы, которые подаются на базу ключевого транзистора и вызывают запуск цикла работы автогенератора. Если неисправность отсутствует, то конденсаторы фильтров заряжаются и автогенератор входит в нормальный режим. Иначе схема запуска отключится и ИБП не запустится.

Устройство управления. На него возлагается функция отслеживания уровня выходного напряжения, выработка сигнала ошибки и, часто, непосредственного управления ключом.

Рис.4.

Обычно устройство управления представляет собой цепь сравнения реального выходного напряжения и образцового, выработанный сигнал ошибки подается на исполнительный узел, управляющий непосредственно ключевым транзистором (рис. 4).

Несмотря на кажущуюся сложность функциональной схемы устройства управления, принципиальная схема такого узла, получившего распространение в ИБП на транзисторах, несложна (рис. 5). Устройство управления питается от обмотки II трансформатора Т1 (рис. 3), поэтому напряжение на нем пропорционально напряжению на вторичных обмотках, т. е. с хорошей степенью приближения соответствует выходному.

Рис.5.

В момент включения напряжение на конденсаторе С1 равно нулю и транзистор VT1 закрыт. После начала работы преобразователя и, пока он не вошел в нормальный режим, транзистор VT1 находится в открытом состоянии и позволяет работать генератору, выходное напряжение и напряжение на С1 увеличиваются.

При достижении этими напряжениями номинальных значений открывается стабилитрон VD1 и дальнейшее увеличение напряжений приводит к постепенному закрыванию транзистора VT1. В рабочем режиме на выходе присутствует положительное напряжение, которое подается на исполнительное устройство.

При увеличении выходного напряжения напряжение, подаваемое на исполнительное устройство, будет уменьшаться, изменяя условия его работы и вызывая уменьшение выходного и, как следствие, его стабилизацию. Исполнительное устройство представляет собой ключ, срабатывающий при достижении током коллектора силового ключа определенной величины, или цепь, шунтирующую переход база-эмиттер того же силового ключа при достижении определенного уровня напряжения.

Цепи защиты. Сложность того или иного ИБП во многом зависит от сложности примененных цепей защиты. В дешевых моделях ИБП используются простейшие варианты. Вообще защитные устройства можно разделить по функциям на следующие: защитные устройства всего ИБП, сетевого выпрямителя, от перенапряжения сети, от слишком малого напряжения сети, от перегрузки (короткого замыкания), от холостого хода и так далее. По сложности исполнения их можно разделить на простые (предохранители, защитные резисторы), среднего уровня сложности и большой сложности. В ИБП может быть применено сразу несколько типов защит различной степени сложности. Однако, несмотря на то, что встраивание сложных защит мотивируется благими целями, увеличение сложности устройств в результате нередко оборачивается уменьшением их надежности за счет увеличения числа элементов, ухудшением ремонтопригодности и, соответственно, увеличением стоимости ремонта. А так как цепи защиты встраиваются непосредственно в ИБП, то их выход из строя также приводит к выходу из строя и элементов самого ИБП.

Простейшим защитным элементом является предохранитель. В любом устройстве он устанавливается на входе ИБП. Предохранитель является инерционным прибором, поэтому он не защищает ни ключевой транзистор, ни многие другие элементы блока питания. Назначение предохранителя — защита устройства от возгорания при пробое ключа или конденсатора сетевого фильтра, обычно он в таких случаях спасает трансформатор и диоды выпрямителя.

Следующий защитный элемент

, включенный последовательно с выпрямительным мостом резистор, который выполняет две функции. Первая ограничивает мгновенный ток через мост в момент включения ИБП. Вторая выполняет функции предохранителя. Как и предохранитель, защитный резистор является инерционным элементом. Он перегорает при превышении среднего тока через него.

Часто во вторичных выпрямителях применяют защитные диоды, включенные параллельно нагрузке. На схемах они обозначаются как стабилитроны, но это не совсем так. Когда на защитном диоде напряжение меньше порога срабатывания, он не потребляет тока и не влияет на работу ИБП. При появлении на таком диоде напряжения, на которое он рассчитан, он пробивается и ограничивает напряжение на нагрузке. Если ИБП при этом не выключается, то диод от перегрева сплавляется и вызывает короткое замыкание для ИБП, который выключается. ИБП, в котором применяются такие “стабилитроны”, должен иметь защиту от перегрузок. Напряжение на защитном диоде может повыситься из-за резких скачков сетевого напряжения, мощной импульсной помехи в

сети, неисправности самого ИБП. Таким образом, защитный диод предохраняет устройства, стоящие в данной цепи. Защитный диод не восстанавливается и после срабатывания подлежит замене, но ни в коем случае не на обычный стабилитрон!

Остальные устройства защиты представляют собой узлы, состоящие из нескольких элементов, и интегрированы со схемой ИБП. Такие устройства могут быть с внутренним управлением, отслеживающие состояние ИБП и управляющие им, и с внешним управлением, следящие за состоянием цепей вторичных источников питания и даже исправностью всего устройства в целом, например, телевизора. Чем больше применено таких защитных устройств, тем сложнее ремонт. Иногда приходится изобретать способы запуска ИБП, выключенного каким-либо защитным устройством, отключать защиту, прибегать к различным уловкам, чтобы найти неисправность.

Разбор схем блоков питания на транзисторах начнем с самых простых: ИБП телевизора Sanyo CKM 3022-00 и видеоплеера Funai VIP-5000LR. Вариант управления ключом, примененный в этих устройствах, встречается довольно часто и даже в микросхемном исполнении. Некоторые непринципиальные элементы, такие как выпрямители сетевого напряжения и вторичные выпрямители, не показаны.

Источник питания телевизора Sanyo CKM 3022-00

Схема этого источника приведена на рис. 6. Напряжение +290В с сетевого выпрямителя подается через обмотку 3-7 на коллектор ключевого транзистора Q513. Его база через резисторы R520, R521, R522, R524 подключена к источнику питания +290В — цепь начального смещения ключа. К цепи базы ключа непосредственно подключен транзистор Q512, он управляет напряжением на базе ключа.

Рис.6.

Режим работы транзистора Q512 определяет транзистор Q511, ток базы которого, в свою очередь, определяется оптопарой D515. Светодиод оптопары включается транзистором

Q553.

Конденсатор С507 сглаживает пульсации, приходящие с сетевого выпрямителя. Причем чем больше емкость конденсатора, тем меньше амплитуда пульсаций и чем меньше ток, потребляемый ИБП, тем меньше пульсации.

Емкость этого конденсатора разработчики выбирают, исходя из уровня допустимых пульсаций, и при ремонте желательно ставить конденсатор с не меньшей емкостью. И конечно, рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 350…400 В.

Напряжение начального смещения поступает на базу Q513 через резисторы R520, R521, R522, R524. В первый момент никаких других сигналов на базу не подается, транзистор Q512 закрыт. Появляется небольшой ток коллектора ключа, и на выводе 1 обмотки обратной связи возникает небольшое напряжение положительной полярности, которое через диод D517 и резистор R524 поступает на базу Q513, вызывая увеличение тока его коллектора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока Q513 не войдет в режим насыщения, при этом Q512 закрыт и влияния на работу ключа не оказывает, т. к. сопротивление фототранзистора оптопары велико и транзистор Q511 закрыт.

Далее происходят процессы, описанные в первой части статьи. При запирании транзистора Q513 вся энергия, накопленная трансформатором, пойдет на зарядку конденсаторов фильтров вторичных выпрямителей, причем одного цикла заряда будет недостаточно. Поэтому пауза между импульсами будет минимальна, а время открытого состояния ключа, во время которого энергия накапливается в трансформаторе, — максимально. Момент включения ИБП — самый тяжелый для ключевого транзистора, поэтому почти все неисправности возникают именно в этот момент.

После нескольких циклов зарядки конденсаторов вторичных выпрямителей напряжение на их выходах станет близким к номинальному. Начнет работать устройство сравнения на Q553. Эмиттер 0553 подключен к источнику образцового напряжения на стабилитроне D561. Напряжение на стабилитрон подается с выхода +130В через резистор R554 и растет с увеличением напряжения на этом выходе.

Когда напряжение на выходе выпрямителя станет больше напряжения стабилизации стабилитрона, напряжение на нем изменяться перестанет, т. е. напряжение на эмиттере Q553 зафиксируется. База Q553 подключена к регулируемому делителю таким образом, что когда напряжение выпрямителя станет близким к +130В, напряжение на базе станет больше, чем напряжение на эмиттере, и транзистор начнет открываться. Так как нагрузкой коллекторной цепи является светодиод оптопары, то через светодиод потечет ток, он начнет излучать световой поток на фототранзистор, сопротивление которого начнет уменьшаться. Причем чем сильнее открыт Q553, тем больше световой поток и тем меньше сопротивление фототранзистора.

Фототранзистор подключен к цепи базы Q511, и уменьшение сопротивления фототранзистора вызывает открывание 0511, который в свою очередь влияет на работу Q512. Режим работы Q512 меняется. Теперь, когда положительный импульс обратной связи приходит на базу ключа, часть его напряжения, поступающего через резистор R526, складывается с напряжением, приходящим с 0511, и транзистор Q512 начинает ограничивать амплитуду импульса обратной связи. Чем сильнее открыт Q553 (а также Q511), тем меньше амплитуда импульсов обратной связи, тем раньше выключится ключ и тем меньше энергии накопится в трансформаторе, что вызовет прекращение роста напряжения на выходах вторичных выпрямителей.

Теперь наступает рабочий режим ИБП, во время которого происходит слежение за выходным напряжением. При увеличении напряжения на выходе выпрямителя до +130В транзистор Q553 открывается сильнее, световой поток светодиода оптопары увеличивается, сопротивление фототранзистора уменьшается, Q511 открывается больше, смещение на базе Q512 увеличивается, и он сильнее шунтирует цепь базы ключа Q513. Ключ начинает закрываться раньше, и напряжение на выходах вторичных выпрямителей уменьшается. Обратный процесс происходит при уменьшении выходного напряжения +130 В.

Что произойдет, если выйдут из строя элементы устройства сравнения, оптопара или другие элементы? Пробой Q553 вызовет резкое уменьшение выходного напряжения или даже срыв генерации, т. к. в этом случае (а также при обрыве R551, R553, R556, пробое D561) светодиод оптопары станет излучать максимальный световой поток, фототранзистор и Q511 максимально откроются, смещение на базе Q512 станет максимальным и он максимально ограничит напряжение обратной связи на базе ключа вплоть до срыва колебаний. К отсутствию запуска приведет обрыв резисторов R520—R521, R524, пробой Q512. В случае, когда оборвутся R552, R555, Q553, светодиод или фототранзистор оптопары, Q511, Q512, R526, преобразователь будет работать в режиме генерации максимальной мощности и быстро выйдет из строя.

Остальные элементы устройства, такие как С514, R519, R525, С516, С517, D514, D516 и R517, улучшают условия возбуждения, препятствуют появлению выбросов на коллекторе 0513 и т. д. Защита в этом ИБП минимальна — на входе сетевого питания стоит предохранитель и между сетевым выпрямителем и конденсатором фильтра установлен защитный резистор R502 на 3,9 Ом. Так что защиты практически никакой, резистор сгорит только после того, как пробьется ключ.

Импульсный блок питания видеоплеера Funai VIP-500QLR

В приведенной на рис. 7 схеме не показано устройство сравнения, т. к. его работа аналогична работе этого узла в телевизоре Sanyo. И вообще, вся схема во многом повторяет рассмотренную выше.

Рис.7.

Резисторы R4 и R7 — цепь начального смещения ключа Q2. Цепь обратной связи — выводы 4-3 обмотки обратной связи, диод D3, резистор R7. Управляет работой ключа транзистор Q1, на который приходит сигнал рассогласования с оптопары. При изменении сопротивления фототранзистора изменится ток в цепи: плюс питания, R1, фототранзистор оптопары, D1, переход база-эмиттер Q1, минус питания.

Резисторы R12 и R13 являются датчиками тока ключа. При прохождении тока коллектора на них появляются импульсы напряжения, которые через диод D2 поступают на базу Q1. Сигнал рассогласования — это медленно изменяющееся напряжение, а импульсы датчика тока — импульсы напряжения, повторяющие форму тока ключа. Эти импульсы складываются с напряжением ошибки и управляют транзистором Q1, который, открываясь при достижении суммарным напряжением определенного порога, ограничивает амплитуду импульсов тока ключа. Таким образом, от напряжения смещения на базе Q1, приходящего с оптрона, зависит время открытого состояния ключа, т. е. напряжение на выходах вторичных выпрямителей.

Рис.8.

Далее рассмотрим цепь управления ключом, выполненную по другому принципу. Данная цепь с незначительными изменениями применена во многих телевизорах, таких как Akai CT-1405E, Elekta CTR-2066DS и других (рис. 8).

На транзисторе Q1 собрано устройство сравнения, его схема практически не отличается от других, рассмотренных раньше. Питается устройство сравнения от отдельной обмотки и выпрямителя D5 с фильтром С2. Начальное смещение на ключ Q4 подается через резистор R7, обычно представляющий собой несколько последовательно включенных резисторов, что объясняется более низкой ценой двух маломощных резисторов по сравнению с одним мощным, рассчитанным на напряжение более 300 В.

Цепь обратной связи здесь подключена не так, как мы разбирали раньше. Один вывод обмотки обратной связи подключается как обычно к базе ключа, а другой — на диодный распределитель D3, D4. Что получается в результате? Транзисторы Q2 и Q3, представляющие собой составной

транзистор, являются регулируемым сопротивлением. Это сопротивление (между плюсом конденсатора СЗ и эмиттером Q3) зависит от приходящего с Q1 сигнала рассогласования. Так как транзистор Q2 имеет структуру p-n-р, то с увеличением приходящего на базу напряжения его ток коллектора уменьшается, сопротивление составного транзистора увеличивается. Это свойство здесь и используется.

Рассмотрим момент запуска. Конденсатор СЗ разряжен. Цепь обратной связи подключена плюсом к базе, минусом через D4 и R9 к общему проводу. Происходит линейное нарастание тока коллектора, которое заканчивается закрыванием транзистора. При этом полярность напряжения на обмотке обратной связи меняется на обратную и этим напряжением через диод D3 заряжается конденсатор СЗ. Конденсатор СЗ окажется подключенным к переходу база-эмиттер ключа через сопротивление составного транзистора минусом на базу и закроет ключ.

Время разряда СЗ и закрывающее напряжение зависят от сопротивления составного транзистора. В момент запуска блока питания это сопротивление велико и разрядка конденсатора СЗ не задерживает очередной цикл, однако в установившемся режиме задержка очередного цикла получается достаточной для регулировки средней мощности, отдаваемой в нагрузку. Таким образом, мы видим, что рассматриваемый вариант не является ШИМ. Если в предыдущих устройствах регулированию подвергалось время открытого состояния ключа, то в этом регулируется время закрытого состояния.

Владимир Носов

Литература:

1. О. В. Колесниченко, И. В. Шишигин, В. А. Обрученков. Интегральные микросхемы зарубежной бытовой видеоаппаратуры. — С.-Пб: Лань, 1996.

2. С. А. Ельяшкевич. Цветные стационарные телевизоры и их ремонт: Справочник. 3-е изд., стереотипное. — М.: КУбК-а, 1996.

3. В. С. Соколов, Ю. И. Пичугин. Ремонт цветных стационарных телевизоров 4УСЦТ. Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1994.

4. С. А. Ельяшкевич, А. Е. Пескин. Телевизоры пятого поколения “Рубин”, “Горизонт”, “Электрон”. Устройство, регулировка, ремонт. — М.: Символ-Р, 1994.

 

Материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).

Copyright © Russian HamRadio

Импульсный блок питания 5 В, 2,5 А

Блоки питания с трансформаторами на частоту 50 Гц сегодня практически сдали свои позиции импульсным с высокой рабочей частотой, которые при той же выходной мощности имеют, как правило, меньшие габариты и массу, более высокий КПД. Основные сдерживающие факторы для самостоятельного изготовления импульсных блоков питания радиолюбителями — трудности с расчётом, изготовлением или приобретением готового импульсного трансформатора или ферритового магнитопровода для него. Но если для сборки маломощного импульсного блока питания использовать готовый трансформатор от компьютерного блока питания формфактора ATX, задача значительно упрощается.

У меня оказался в наличии неисправный компьютерный блок питания IW-ISP300J2-0 (ATX12V300WP4). В нём был заклинен вентилятор, пробит маломощный диод Шотки, а более половины всех установленных оксидных конденсаторов вздуты и потеряли ёмкость. Однако дежурное напряжение на выходе +5VSB было. Поэтому было принято решение, используя импульсный трансформатор источника дежурного напряжения и некоторые другие детали, изготовить другой импульсный источник питания с выходным напряжением 5 В при токе нагрузки до 2,5 А.

В блоке питания ATX узлы источника дежурного напряжения легко обособить. Он даёт напряжение 5 В и рассчитан на максимальный ток нагрузки 2 А и более. Правда, в старых блоках питания этого типа он может быть рассчитан на ток всего 0,5 А. При отсутствии на этикетке блока пояснительной надписи можно ориентироваться на то, что трансформатор источника дежурного напряжения с максимальным током нагрузки 0,5 А значительно меньше трансформатора источника на 2 А.

Схема самодельного импульсного блока питания с выходным напряжением 5…5,25 В при максимальном токе нагрузки 2,5 А изображена на рис. 1. Его генераторная часть построена на транзисторах VT1, VT2 и импульсном трансформаторе T1 по образу и подобию имевшейся в компьютерном блоке, из которого был извлечён трансформатор.

Рис. 1. Схема самодельного импульсного блока питания

 

Вторичные узлы исходного блока питания (после выпрямителя напряжения +5 В) было решено не повторять, а собрать по традиционной схеме с интегральным параллельным стабилизатором напряжения в качестве узла сравнения выходного напряжения с образцовым. Входной сетевой фильтр собран из имеющихся деталей с учётом свободного места для их монтажа.

Переменное напряжение сети 230 В через плавкую вставку FU1 и замкнутые контакты выключателя SA1 поступает на RLC фильтр R1C1L1L2C2, который не только защищает блок от помех из питающей сети, но и не даёт создаваемым самим импульсным блоком помехам проникнуть в сеть. Резистор R1 и дроссели L1, L2, кроме того, уменьшают бросок потребляемого тока при включении блока. После фильтра напряжение сети поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1-VD4. Конденсатор C9 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

На высоковольтном полевом транзисторе VT2 собран генераторный узел преобразователя напряжения. Резисторы R2-R4 предназначены для запуска генератора. Суммарная мощность этих резисторов увеличена, поскольку печатная плата блока питания, из которого они извлечены, под ними заметно потемнела в результате перегрева. По той же причине демпфирующий резистор R8 установлен большей мощности, а в качестве VD6 применён более мощный, чем в прототипе, диод.

Стабилитрон VD5 защищает полевой транзистор VT2 от превышения допустимого напряжения между затвором и истоком. На биполярном транзисторе VT1 собран узел защиты от перегрузки и стабилизации выходного напряжения. При увеличении тока истока транзистора VT2 до 0,6 А падение напряжения на резисторе R5 достигнет 0,6 В. Транзистор VT1 откроется. В результате напряжение между затвором и истоком полевого транзистора VT2 уменьшится. Это предотвратит дальнейшее увеличение тока в канале сток- исток полевого транзистора. По сравнению с прототипом сопротивление резистора R5 уменьшено с 1,3 до 1,03 Ом, резистора R6 увеличено с 20 до 68 Ом, ёмкость конденсатора C13 увеличена с 10 до 22 мкФ.

Напряжение с обмотки II трансформатора T1 поступает на выпрямительный диод Шотки VD8, размах напряжения на выводах которого около 26 В. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор C15. Если по тем или иным причинам выходное напряжение блока питания стремится увеличиться, растёт напряжение на управляющем входе параллельного стабилизатора напряжения DA1. Ток, текущий через излучающий диод оптрона U1, увеличивается, его фототранзистор открывается. Открывшийся в результате транзистор VT1 уменьшает напряжение между затвором и истоком полевого транзистора VT2, что возвращает выходное напряжение выпрямителя к номинальному значению. Цепь из резистора R16 и конденсатора C16 предотвращает самовозбуждение стабилизатора.

Изготовленный источник питания оснащён стрелочным измерителем тока нагрузки PA1, что значительно повышает удобство пользования им, поскольку позволяет быстро оценить ток, потребляемый нагрузкой. Шунтом для микроамперметра PA1 служит омическое сопротивление обмотки дросселя L4. Светодиоды HL1 и HL2 подсвечивают шкалу микроамперметра.

На выходные разъёмы XP2 и XS1 напряжение поступает через фильтр L5C19. Стабилитрон VD9 с диодом VD10 предотвращают чрезмерное повышение выходного напряжения при неисправности цепей его стабилизации.

Рабочая частота преобразователя — около 60 кГц. При токе нагрузки 2,3 А размах пульсаций выпрямленного напряжения на конденсаторе C15 — около 100 мВ, на конденсаторе C18 — около 40 мВ и на выходе блока питания — около 24 мВ. Это очень неплохие показатели.

КПД блока питания при токе нагрузки 2,5 А — 71 %, 2 А — 80 %, 1 А — 74 %, 0,2 А — 38 %. Ток короткого замыкания выхода — около 5 А, потребляемая от сети мощность при этом — около 7 Вт. Без нагрузки блок потребляет от сети около 1 Вт. Измерения потребляемой мощности и КПД проводились при питании блока постоянным напряжением, равным амплитуде сетевого.

При длительной работе с максимальным током нагрузки температура внутри его корпуса достигала 40 оС при температуре окружающего воздуха 24 оС. Это значительно меньше, чем у многочисленных малогабаритных импульсных источников питания, входящих в комплекты различных бытовых электронных приборов. При токе нагрузки, равном половине заявленного максимального значения, они перегреваются на 35…55 оС.

Большинство деталей описываемого блока питания установлены на плате размерами 75×75 мм. Монтаж — двухсторонний навесной. В качестве корпуса применена пластмассовая распределительная коробка размерами 85x85x42 мм для наружной электропроводки. Блок в открытом корпусе показан на рис. 2, а его внешний вид — на рис. 3.

Рис. 2. Блок в открытом корпусе

 

Рис. 3. Внешний вид блока

 

При изготовлении блока следует обратить особое внимание на фазировку обмоток трансформатора T1, начало и конец ни одной из них не должны быть перепутаны. Применённый трансформатор 3PMT10053000 (от упомянутого выше компьютерного блока питания) имеет также предназначенную для выпрямителя напряжения -12 В обмотку, которая в данном случае не использована. Взамен него можно применить почти любой подобный трансформатор. Для ориентировки при подборе трансформатора привожу значения индуктивности обмоток использованного: I — 2,4 мГн, II — 17 мкГн, III — 55 мкГн.

В качестве PA1 применён микроамперметр M68501 (индикатор уровня от отечественного магнитофона). Учтите, что микроамперметры этого типа различных лет выпуска имеют очень большой разброс сопротивления измерительного механизма. Если установить нужный предел измерения подборкой резистора R13 не удаётся, нужно включить последовательно с дросселем L4 проволочный резистор небольшого сопротивления (ориентировочно 0,1 Ом).

При градуировке микроамперметра неожиданно выяснилось, что он очень чувствителен к статическому электричеству. Поднесённая пластмассовая линейка могла отклонить стрелку прибора до середины шкалы, где она могла остаться и после того, как линейка была убрана. Устранить это явление удалось удалением имевшейся плёночной шкалы. Вместо неё была приклеена липкая алюминиевая фольга, которой были оклеены и свободные участки корпуса. Экран из фольги следует соединить проводом с любым выводом микроамперметра. Можно попробовать обработать корпус микроамперметра антистатическим средством.

Напечатанную на принтере бумажную шкалу приклеивают на место удалённой. Образец шкалы изображён на рис. 4. Как видите, у этого микроамперметра она заметно нелинейна.

Рис. 4. Образец шкалы

 

Резистор R1 — импортный невозгораемый. Вместо такого резистора можно установить проволочный мощностью 1…2 Вт. Отечественные металлоплёночные и углеродные резисторы в качестве R1 не подходят. Остальные резисторы общего применения (С1-14, С2-14, С2-33, С1-4, МЛТ, РПМ). Резистор R19 для поверхностного монтажа припаян непосредственно к выводам розетки XS1.

Оксидные конденсаторы — импортные аналоги К50-68. Использование конденсаторов C15, C18, C19 с номинальным напряжением 10 В вместо часто применяемых в импульсных блоках питания оксидных конденсаторов на напряжение 6,3 В значительно повышает надёжность устройства. Плёночный конденсатор C2 ёмкостью 0,033…0,1 мкФ предназначен для работы на переменном напряжении 275 В. Остальные конденсаторы — импортные керамические. Конденсаторы C14, C17 припаяны между выводами соответствующих оксидных конденсаторов. Конденсатор C20 установлен внутри штекера ХР2.

Мощная сборка диодов Шотки S30D40C взята из неисправного компьютерного блока питания. В рассматриваемом устройстве она может работать без теплоотвода. Заменить её можно на MBR3045PT, MBR4045PT, MBR3045WT. MBR4045WT При максимальном токе нагрузки корпус этой сборки нагревается до 60 оС — это самый горячий элемент в устройстве. Вместо диодной сборки можно применить два обычных диода в корпусе DO-201AD, например, MBR350, SR360, 1N5822, соединив их параллельно. К ним со стороны выводов катодов нужно прикрепить дополнительный медный теплоотвод, показанный на рис. 5.

Рис. 5. Дополнительный медный теплоотвод

 

Вместо диодов 1N4005 подойдут 1 N4006, 1 N4007, UF4007, 1N4937, FR107, КД247Г, КД209Б. Диод FR157 можно заменить на FR207, FM207, FR307, PR3007. Один из перечисленных диодов подойдёт и вместо КД226Б. Заменой диода FR103 может служить любой из UF4003, UF4004, 1N4935GP RG2D, EGP20C, КД247Б. Вместо стабилитрона BZV55C18 подойдут 1N4746A, TZMC-18.

Светодиоды HL1, HL2 — белого цвета свечения из узла подсветки ЖКИ сотового телефонного аппарата. Их приклеивают к микроамперметру цианакрилатным клеем. Транзистор KSP2222 можно заменить любым из PN2222, 2N2222, KN2222, SS9013, SS9014, 2SC815, BC547 или серии КТ645 с учётом различий в назначении выводов.

Полевой транзистор SSS2N60B извлечён из неисправного блока питания и установлен на ребристый алюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности 20 см2, причём все выводы транзистора должны быть электрически изолированы от теплоотвода, при работе блока питания с максимальным током нагрузки этот транзистор нагревается всего до 40 оС. Вместо транзистора SSS2N60B можно применить SSS7N60B, SSS6N60A, SSP10N60B, P5NK60ZF, IRFBIC40, FQPF10N60C.

Оптрон EL817 можно заменить другим четырёхвыводным (SFH617A-2, LTV817, PC817, PS817S, PS2501-1, PC814, PC120, PC123). Вместо микросхемы LM431ACZ подойдёт любая функционально аналогичная в корпусе ТО-92 (TL431, AZ431, AN1431T).

Все дроссели — промышленного изготовления, причём магнитопроводы дросселей L1, L2, L4 — H-образные ферритовые. Сопротивление обмотки дросселя L4 — 0,042 Ом. Чем крупнее этот дроссель по размеру, тем меньше будет нагреваться его обмотка, тем точнее будет измерять ток нагрузки микроамперметр PA1. Дроссель L5 намотан на кольцевом магнитопроводе, чем меньше сопротивление его обмотки и чем больше её индуктивность, тем лучше. Дроссель L3 — надетая на вывод общего катода диодной сборки VD8 ферритовая трубка длиной 5 мм.

Штекер XP2 соединён с конденсатором C19 сдвоенным многожильным проводом 2×2,5 мм2 длиной 120 см. Розетка XS1 USB-AF закреплена в отверстии корпуса устройства клеем.

Первое включение изготовленного устройства в сеть переменного тока производят без нагрузки через лампу накаливания мощностью 40…60 Вт на 235 В, установленную вместо плавкой вставки FU1. Предварительные испытания под нагрузкой выполняют, заменив FU1 лампой накаливания мощностью 250…300 Вт. Нити ламп накаливания при нормальной работе блока питания не должны светиться. Безошибочно изготовленное из исправных деталей устройство начинает работать сразу.

При необходимости подборкой резистора R13 можно установить показания амперметра. Подбирая резистор R14, устанавливают выходное напряжение блока питания равным 5…5,25 В. Повышенное напряжение компенсирует его падение на проводах, соединяющих блок с нагрузкой.

Изготовленный источник питания можно эксплуатировать совместно с доработанным USB-концентратором [1], к которому можно будет подключить до четырёх внешних жёстких дисков типоразмера 2,5 дюйма, работающих одновременно. Мощности будет достаточно и для питания, например, таких устройств, как [2].

Литература

1. Бутов А. Доработка USB-концентратора. — Радио, 2013, № 11, с. 12.

2. БутовА. Преобразователь напряжения 5/9 В для питания радиоприёмников. — Радио, 2013, № 12, с. 24, 25.

Автор: А. Бутов, с. Курба Ярославской обл.

Импульсный блок питания на 24 вольт

Схема блока питания
   Старая добрая UC8342 снова на службе в флейбэк блоке питания. По нашему говоря, на схеме сетевой импульсный блок питания с выходом 24 вольт и 2,5 ампер током.
    Блок питания собранный по обратноходовой топологии работает так — сначала идёт накачка энергии в трансформатор, а во время когда ключ VT1 закрыт – забираем ее оттуда. Схема почти типовая и будет иметь ценность в основном для начинающих пробовать свои силы в конструировании импульсных блоков питаний. Сетевое напряжение проходит фильтрацию от внешних помех и поступает на мостовой выпрямитель, где напряжение выпрямляется и фильтруется конденсатором C10.
На микросхеме UC8342 собран задающий генератор и управление полевым транзистором, а так же регулировка выходного напряжения. Частота генерации зависит от номиналов C6 и R7, при номинале резистора в 43 кОм частота будет 40 кГц. Полевой транзистор нагружен на импульсный трансформатор, с которого снимается два напряжения — обмотка 2 служит для обеспечения питающего напряжения напряжения микросхемы UC3842, так как начальное запускающее напряжение подаётся на неё через резистор R6, с выхода же обмотки 3 непосредственно и снимаем наше напряжение для питания нагрузки. Стабилизация выходного напряжения происходит при помощи регулируемого стабилитрона TL431, от номиналов резисторов R12 и R13 зависит выходное напряжение и его можно подрегулировать в ту или иную сторону.
   Детали — R2 20 кОм, C1 7n5. Трансформатор можно взять от блока питания компьютера, обмотка 1 содержит 72 витка проводом 0.41мм, обмотка 2 15 витков проводом 0.18мм, обмотка 3 содержит 18 витков двойным проводом 0.65мм. Воздушный зазор в трансформаторе нужно установить около 0,8 мм. Если указанного на схеме транзистора нету, то можно применить любой N-канальный MOSFET транзистор в удобном для вас корпусе с допустимым напряжением 600 (а лучше 700-800в) и током 4-8А. Например STP5NK80Z, 2SK2605, SSP10N60 и им подобные. Диод VD4 нужно подобрать из каких нибудь быстродействующих, напряжением не меньше 150-200в и током 6-10А. Дроссель подойдет номиналом 2-10 микрогенри, рассчитанный на ток не менее 3А.
   Убеждаемся, что монтаж выполнен из исправных деталей и не имеет ошибок. Запускать первый раз все же стоит через лампу. При первом включении вы должны получить напряжение близкое к расчетному, более точно его можно будет подобрать резистором R13. Погоняв немного на холостом ходу и убедившись что ничего не дымит и перегревается, можно отключать лампу и подключать блок питания к настоящей нагрузке и погонять еще некоторое время.

РадиоДом — Сайт радиолюбителей

В данной статье рассмотрим вариант нетрадиционного использования операционного усилителя. При выходном напряжении 3 вольт схема обеспечивает ток в нагрузке до 500 мА, коэффициент стабилизации около 1500, ток короткого замыкания почти 1 ампер.

Добавлено: 15.01.2019 | Просмотров: 4511 | Блок питания

Описываемый в статье лабораторный источник питания обеспечивает стабилизацию как тока, так и напряжения. Его сердцем является электронный стабилизатор — именно он отвечает за все выходные параметры устройства. При сравнительной простоте устройства стабилизатор имеет неплохие параметры, очень прост в использовании.

Добавлено: 28.12.2018 | Просмотров: 7482 | Блок питания

Представленный в статье блок питания способен выдавать ток в нагрузке до 25 ампер, выходное напряжение регулируется плавно в диапазоне 1,5…30 вольт. Устройство можно также использовать как зарядное устройство для АКБ. Напряжение от силового трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямителем на диодах VD1…VD6.

Добавлено: 06.10.2018 | Просмотров: 38964 | Блок питания

Схема стабилизированного мощного блока питания 12 вольт 20 ампер. Сетевой трансформатор Т1 рассчитан на мощность 450 Ватт и имеет вторичную обмотку на 15 вольт переменного напряжения. Основным стабилизатором является ИМС DA1 К142ЕНЗ. Резистором R1 устанавливают ток ограничения. Резисторы R4….R6 считаются выравнивающими и исполнены из проволочных резисторов.

Добавлено: 25.06.2018 | Просмотров: 8448 | Блок питания

Мощный лабораторный регулируемый блок питания собран на микросхеме LM723, которая представляет собой интегральный готовый стабилизатор с регулируемым выходным напряжением и неплохой схемой защиты от перегрузки. Выходное напряжение блока питания от 2 до 30 вольт с максимальным выходным током 20 ампер.

Добавлено: 24.06.2018 | Просмотров: 24920 | Блок питания

Напряжение питания бортовой сети легкового автомобиля составляет 12 вольт. Если задаться сопротивлением акустической системы равным 4 Ом, то максимальная мощность, которую можно получить при таком напряжении питания составит 36 ватт. Это самый теоретический максимум, предполагающий мостовое включение усилителя и нулевое сопротивление транзисторов выходного каскада в открытом состоянии, то есть, практически для цифрового импульсного усилителя.

Добавлено: 24.03.2018 | Просмотров: 5144 | Блок питания

Описанная в статье схема предназначена для питания ноутбуков, а именно повышает напряжение автомобильной аккумуляторной батареи 12 вольт до 19 вольт. Известные схемы автомобильных повышающих преобразователей напряжения питания для них построены по принципу повышающего импульсного преобразователя с использованием силового трансформатора или накопительного дросселя.

Добавлено: 12.03.2018 | Просмотров: 3714 | Блок питания

Схема мощного лабораторного блока питания на напряжение 0-18 вольт, ток до 3 ампер с регулируемой защитой. Напряжение — 5 вольт получено с MAX660, силовой транзистор заменен на TIP121, операционные усилители все OP07CP. Кроме того, вместо гасящего резистора на входе 7812, добавился еще один стабилизатор 7818.

Добавлено: 16.02.2018 | Просмотров: 3328 | Блок питания

Схема представляет собой классический обратноходовый блок питания на базе ШИМ UC3842. Поскольку схема базовая, выходные параметры блока питания могут быть легко пересчитаны на нужные. В качестве примера для рассмотрения выбран блок питания для ноутбука с питанием 20 вольт 3 ампер. При необходимости можно получить несколько напряжений, независимых или связанных.

Добавлено: 04.02.2018 | Просмотров: 4461 | Блок питания

Лабораторный регулируемый импульсный блок питания

Радиолюбителю для проверки и наладки схем довольно часто нужен регулируемый блок питания. Предлагаемый импульсный блок питания кроме стабилизации выходного напряжения также ограничивает ток нагрузки, тем самым, стабилизируя выходной ток. Кроме этого, как известно, импульсные блоки питания обеспечивают очень высокий КПД в различных режимах работы.

А также, представленная схема блока не боится длительных замыканий выхода, что немаловажно для лабораторного блока питания. Так, как зачастую к блоку питания подключаются лишь частично проверенные схемы. Данный блок способен работать как источник тока для устройств электролиза, электроформинга и прочих, для питания которых требуется ограниченный или стабилизированный ток.

Лабораторный блок питания может быть использован для зарядки почти всех типов аккумуляторов. В специализированной литературе присутствует множество описаний регулируемых блоков питания. Рассматриваемый в этой статье источник имеет более широкие функциональные возможности, отличается простотой конструкции и как любой импульсный блок питания — высоким КПД.

Функциональная схема импульсного блока питания:

Стабилизатор напряжения, осуществляющий широтно-импульсное регулирование, выполнен на ключе VT1 и является основой устройства. После цепочки L1, С1 — накопительных элементов, подключены последовательно линейный ограничитель тока с возможностью регулировки — А1 и A3 — стабилизатор напряжения. При закрытом транзисторе VT1, ток с дросселя L1 через диод VD1 течет (смотрите схему) в конденсатор С1, а также в нагрузку. Ограничение тока нагрузки в диапазоне 0,01…5 А обеспечивается элементом А1. Регулировка выходного напряжения в диапазоне 0…30 В осуществляется стабилизатором A3.

Высокий уровень КПД и стабилизация выходных параметров импульсного блока питания обеспечивается дифференциальными усилителями А2 и А4 (коэффициент усиления = 5), которые обеспечивают контроль уровня просадки напряжения на блоке А1 и блоке A3, и в том случае когда одно из напряжений слишком велико, по сигналу от модуля широтно-импульсного регулятора А5 закрывается транзистор VT1. Незначительная рассеиваемая на регулирующих элементах мощность, в сравнении с линейным регулированием, позволяет уменьшить размеры радиаторов, что значительно повышает надежность регулируемого лабораторного блока питания и позволяет снизить его габариты и массу.

Принципиальная схема импульсного регулируемого блока питания:

Широтно-импульсный регулятор лабораторного блока питания собран на транзисторах VT1-VT3, конденсаторе С1, диоде VD3, светодиоде HL1 и резисторах R3-R8. Ограничитель тока, по сути, стабилизатор тока собран на элементах VT6, VT7, VD6-VD10,R10-R20, SA2. Микросхема DA4 является стабилизатором напряжения. Операционные усилители КР1408УД1 (DA3 и DA5) и резисторы R21, R23, R25, R26 и R28, R31.R33, R34 являются дифференциальными усилителями. Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1 до 30 В и поступает на диодный мост VD4, выпрямляется, а затем сглаживает конденсатором С4 и поступает на импульсный стабилизатор.

На стабилитроне VD1 резисторе R1 выполнен параметрический стабилизатор напряжения для обеспечения питания задающего генератора, который собран на транзисторе VT2. Усилитель тока задающего генератора выполнен на полевом транзисторе VT3. Коммутатор собран на транзисторе VT4. Определяющим фактором при выборе частоты генерации в 40 кГц было соответствие частотным параметрам транзистора КТ825Г.

Параметрический стабилизатор регулируемого блока питания, выполнен на светодиоде HL1 и резисторе R2, который выполняет фиксацию уровня напряжения на эмиттере транзистора VT1. Для защиты эмиттерного перехода этого транзистора от обратного напряжения служит диод VD3. Когда транзистор VT4 открывается, он выполняет подключение дросселя L1 к выходу выпрямительного моста VD4. Ток, протекающий через дроссель L1 заряжает конденсатор С8. При изменении уровня напряжения на базе транзистора VT1, происходит изменение ширины импульсов, которые открывают транзистор VT4. Таким образом, изменяется уровень накопленного напряжения на конденсаторе С8.

Уровень напряжения на входе ограничителя тока А1 достаточно высок, поэтому пришлось отказаться от использования микросхемы LT1084 и выполнить его на дискретных элементах. Помимо этого дискретные элементы обеспечивают более высокое КПД работы лабораторного блока питания. В стабилизаторе токозадающий резистор обеспечивает падение напряжения 1,25 В, таким образом, при токе равном 5 А мощность рассеивания на данном резисторе составит 6,25 Вт. Величина падения напряжения (UR) на токозадающем резисторе ограничителя тока А1 представляет собой разность напряжений между значениями на диодной цепочке VD6-VD10 и в точке база-эмиттер транзисторов VT6, VT7. В нашем случае UR составляет порядка 0,6 В. Рассеиваемая на резисторе R20 мощность (при токе 5 А) примерно 3 Вт. Расчет сопротивления токозадающего резистора Rт производится по формуле Rт = UR/I, где I — требуемый ток.

Наш импульсный лабораторный блок питания является регулируемым, во время работы можно выбрать любой из 11(!) рабочих режимов по ограничению максимального уровня тока: 10 мА, 50 мА, 100 мА, 250 мА, 500 мА, 750 мА; 1 А, 2А, 3 А, 4 А, 5 А, которым соответствуют резисторы с R10 по R20. Так как напряжение изменяется на конденсаторе С8 в большом диапазоне, то ток через цепь, состоящую из диодов VD6-VD10, определяется стабилизатором на светодиоде HL2 и транзисторе VT5. Цепочка диодов VD6-VD10 – это, по сути, стабистор, ток через который в пределах 9…14 мА регулирует резистор R22. Диоды VD13, VD14 обеспечивают высокую надежность регулируемого стабилизатора А3, выполненного на микросхеме DA4. Через эти диоды конденсаторы С12 и С13 разряжаются, когда блок питания отключается от сети. Таким образом, предотвращается самовозбуждение стабилизатора.

Чтобы получить в цепи управляющего электрода нулевое напряжение, через делитель R27, R30 от стабилизатора DA2 подается напряжение отрицательной полярности. Собранный на диодном мосте VD2 и стабилизаторах DA1 и DA2 выпрямитель питает цифровой вольтметр, выполненный на микросхеме КР572ПВ2А. С ОУ DA3 и DA5 выходные сигналы после диодов VD11 и VD12 направляются на общую нагрузку — делитель на резисторах R3,R4.

Индикация того, что лабораторный блок питания находится в режиме ограничения стабилизации тока осуществляется светодиодом HL3. При увеличении падения напряжения на стабилизаторе А3 или ограничителе А1 на резисторе R4 происходит рост напряжения. Когда его значение превысит уровень примерно 3 В, то транзистор VT1 откроется, и импульсы, генерируемые транзистором VT2, сократятся.

Конструкция и детали. Готовый регулируемый импульсный блок питания может быть смонтирован в корпусе с размерами 90х170×270 мм. Для установки транзистора VT4 и диода VD5 можно использовать один радиатор площадью 200 см2, изолирующие прокладки не требуются. Транзистор VT6 устанавливается с применением теплоизолирующей прокладки на радиатор площадью 400 см2, на него же монтируется стабилизатор DA4. Диоды VD6-VD10 также имеет смысл разместить на теплоотводе для повышения температурной стабильности.

Первоначально монтаж элементов импульсного блока питания выполнен на универсальной макетной плате. Разводку печатной платы можно выполнить при желании. Понижающий трансформатор Т1 может быть изготовлен из трансформатора блока питания лампового телевизора. Для этого разбирают магнитопровод, снимают катушки. Подсчитывая витки, разматывают обмотки накаливания, которые расположены в первом слое и имеют наибольший диаметр проволоки. Полученное число витков умножаем на 5 – это и будет количество витков II обмотки. После этого необходимо полностью смотать на одну шпулю анодные обмотки с обеих катушек. А после этого половинное число витков обмотки II наматывают на каждую катушку, внавал, в два провода анодной обмотки. Сечение провода анодной обмотки 0,5 мм2. То есть используя намотку в два провода получаем сечение 1 мм2, таким образом получаем ток нагрузки 5 А. Число витков обмотки III определяется умножением на 3 число витков накальной обмотки. III обмотку можно намотать на одну из катушек. Потребление по этой обмотке незначительное, поэтому асимметрия магнитного поля малозначительна. Намотка тоже производится в два провода. Соединение полуобмоток III производится последовательно с отводом от точки соединения, с учетом фазировки и только после сборки магнитопровода. На магнитопроводе Б48 из феррита 1500НМ1 наматывается дроссель L1. Намотка производится внавал в два провода анодной обмотки до полного заполнения каркаса.

Текстолитовая шайба толщиной 1 мм, вставленная между чашками служит для создания немагнитный зазора. Собранный дроссель стягивается болтом М6 и пропитывается клеем БФ-2. Для сушки и полимеризация клея необходимо выдержать пропитанный дроссель в духовке при температуре 100 °С. Стабилизатор LT1084 (DA4) допускается заменить на отечественный аналог КР142ЕН22А. Для повышения срока службы переменного резистора R29 можно использовать проволочный типа ППБ. С учетом того, что через переключатель SA2 протекают значительные токи, для повышения его надежности лучше применить керамический галетный переключатель 11П3Н, причем соединить его контакты параллельно. Вместо светодиода АЛ307КМ (HL3) в предлагаемом лабораторном блоке питания можно использовать зарубежный аналог L-543SRC-E.

Налаживание. Нулевое напряжение на выходе импульсного блока питания отстраивают подбором резистора R30, при этом движок переменного резистора R29 должен быть в нижнем по схеме положении. Значение 30 В подбирают резистором R32 при этом движок переменного резистора R29 должен быть в верхнем по схеме положении. Подключив к выводам 2 и 3 стабилизатора DA4 вольтметр добиваются 1,5 В, подбирая резистор R4. Во время наладки допускается применение подстроечных резисторов. Но не рекомендуется использовать их для постоянной эксплуатации в лабораторном блоке питания из-за нестабильности сопротивления.

После завершения наладки источника напряжения, к выходным клеммам регулируемого блока питания через амперметр подключают нагрузку. Регулируя выходное напряжение посредством резистора R29, по подключенному амперметру и встроенному цифровому вольтметру контролируют выходные параметры. Скорее всего, что при малых токах, из-за наличия токов управления стабилизатора DA4, возникнет необходимость корректировки сопротивления резисторов R10-R12. Далее следует, контролируя светодиод HL3 проверить работу в режиме ограничения тока на всех пределах импульсного блока питания.

Рассмотренный лабораторный блок питания довольно удобен в работе, в том числе может использоваться для зарядки аккумуляторных батарей – в том числе автомобильных. По показаниям встроенного вольтметра определяют конечное напряжение зарядки, а переключателем SA2 устанавливают необходимый ток зарядки и производят подключение аккумуляторной батареи. Аккумулятор заряжается стабильным током, и при достижении установленного напряжения зарядка прекращается. Опытная эксплуатация в течение трех лет показала высокую надежность и удобство разработанного регулируемого блока питания.

Источник

Поиск неисправностей в импульсных блоках питания

Поиск неисправностей в импульсных блоках питания

Помните, что при ремонте блока питания следует пользоваться развязывающим трансформатором.
За основу для приведения конкретных примеров, взят наиболее массовый источник питания

Посмотрим на рис.1, на котором представлена типичная схема блока питания современного ТВ. Для простоты блок питания STAND BY не показан.
Все многообразие неисправностей блоков питания сводится чаще всего к следующим дефектам:
1. Блок питания не работает, предохранители остаются целыми.
2. При включении телевизора перегорает либо сетевой предохранитель,либо предохранитель в цепи напряжения +305 V (если он есть),
3. Неисправности, проявляющиеся в занижении или завышении вторичных напряжений, причем, если первая из них связана, как правило, с короткими замыканиями в цепи нагрузки одного или нескольких вторичных напряжений, то вторая является следствием обрыва в цепи обратной связи. Обе эти неисправности в современных блоках питания, как правило, приводят к срабатыванию схем блокировки и отключению аппарата.

Итак, если блок питания не работает, а все предохранители целы, лучше всего начинать поиск неисправностей с проверки напряжения на выходе сетевого выпрямителя. Это напряжение должно составлять около +280 — 305 V, при питающем напряжении сети переменного тока равном 220 В. Кроме того, проверьте с помощью осциллографа амплитуду пульсаций этого напряжения. Если напряжение существенно ниже +305 V или вовсе отсутствует, проверьте выпрямитель сетевого напряжения. Повышенная амплитуда пульсаций указывает на неисправность основного фильтрующего конденсатора С810 (330 mF 400V) либо на обрыв диодного выпрямителя.

Если напряжение +305 V находится в пределах нормы (от 280 до 320 В), то можно приступать к тестированию ИБП. Сначала необходимо выяснить, не происходит ли блокировка блока питания сразу после включения, либо он вовсе не пытается запуститься. Это можно проверить, присоединив вход осциллографа к тому выводу мощного переключающего транзистора, который присоединен к первичной обмотке трансформатора, коллектор транзистора Q802 (2SD 1548). А землю осциллографа присоедините к “горячей земле” блока питания. Теперь включайте главный сетевой выключатель телевизора и смотрите что произойдет. Полученные данные очень помогут в поиске неисправности.

И так, если после включения телевизора здесь появится на короткое время серия импульсов, то это говорит о том, что блок питания пытается запуститься, но сразу после запуска выключается какой-либо схемой блокировки (их может быть несколько). Типичной является ситуация когда, срабатывает защита от превышения предельного значения анодного напряжения на кинескопе. Поскольку эта неисправность непосредственно связана с работой выходного каскада строчной развертки. Однако при ремонте блока питания может возникнуть необходимость убедиться в наличии или в отсутствии срабатывания этой блокировки. Убедиться в этом, а также в том, что является причиной неправильной работы блока питания. Неисправность в основном потребителе энергии, выходном каскаде строчной развертки, можно следующим способом. Необходимо, во-первых, разорвать цепь подачи питания на первичную обмотку строчного трансформатора. В рассматриваемом примере это цепь +B 115 V И, во-вторых, нагрузить источник вторичного напряжения 115V блока питания резистором 500-750 Ом мощностью 50 Вт (или, что еще удобнее, лампой накаливания 200V 100 Вт). Если при этом блок питания заработает нормально, значит, поиск неисправности следует продолжить в выходном каскаде строчной развертки, а также в схемах блокировки и защиты от недопустимых режимов.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда после включения телевизора блок питания не пытается запуститься и вообще не подает признаков жизни.

Сначала следует, обязательно убедившись в том, что блок питания не работает, измерить постоянное напряжение на коллекторе мощного переключающего транзистора (в данной схеме Q802 2SD1548). Если на коллекторе Q802 напряжения 305V нет, а на С810 (конденсаторе фильтра сетевого выпрямителя) есть, то, скорее всего, оборвана первичная обмотка импульсного трансформатора (в данной схеме обмотка 6—3 трансформатора T803). Перед заменой трансформатора необходимо выяснить, не было ли причиной этого обрыва короткое замыкание в цепи первичной обмотки, например, пробой транзистора Q802.

Если трансформатор и мощный переключательный транзистор исправны, и на коллекторе этого транзистора имеется напряжение около +300 V, но блок питания не работает, проверьте, подается ли запускающее напряжение на задающий генератор. Задающий генератор рассматриваемого нами блока питания содержится в микросхеме IC801 (TDA 4601), а элементами цепи запуска являются D805, R818 соответственно (BYD33J) (20K). Блокировка задающего генератора, возникает в некоторых схемах, при отсутствии или чрезмерных пульсациях напряжения питания ждущего режима USTAND BY, вырабатываемого отдельным блоком. В данной схеме такая ситуация возникнуть не может, поскольку основной блок питания блокируется сигналом STAND BY высокого уровня +5V однако возможны такие неисправности цепей ждущего режима, приводящие к выключению блока питания, как обрыв нагрузочного резистора R838 или неисправность ключевого транзистора Q804 (BC 547A). Исправность транзистора Q804 можно проверить путем замыкания его базы на “холодный” общий провод. Если при этом блок питания запустится, значит, неисправность в блоке управления (постоянно держится сигнал STAND BY). Если блок питания таким образом запустить не удается, и напряжение на 9 выводе IC801 всегда остается меньше + 5V, то неисправными могут оказаться либо оптрон ждущего режима DR01 (CNY75C), либо транзистор Q804 (BC 547A). Если эти элементы исправны, но блок питания, тем не менее, не запускается, придется заменить микросхему контроллера ШИМ IC801.

Теперь рассмотрим такую часто встречающуюся неисправность, как перегорание предохранителя в цепи напряжения +305 V R801 (6,2 Om) или сетевого предохранителя при включении телевизора. В этом случае в первую очередь следует проверить исправность мощного переключательного транзистора (в данной схеме Q802). В этом случае с помощью омметра проверяется наличие пробоя переходов база-эмиттер и база-коллектор, а также короткого замыкания между коллектором и эмиттером. В исправном биполярном транзисторе переходы должны вести себя как диоды.

Следует знать, что пробой мощного переключательного транзистора не обязательно бывает самопроизвольным, а часто вызывается неисправностью какого-либо другого элемента. В частности, в рассматриваемой схеме это может быть обрыв одного из элементов демпфирующей цепи C816,C818, R821, D808, L803, короткозамкнутый виток в первичной обмотке трансформатора T803, а также неисправность микросхемы IC801. Поэтому перед установкой исправного транзистора на место желательно проанализировать возможные причины его выхода из строя и провести необходимые проверки, иначе для устранения неисправности придется запастись большим количеством дорогостоящих, мощных транзисторов.

Например, неисправность IC801, приводящую к пробою мощного переключательного транзистора, можно установить, если включить блок питания без Q802. Выходных напряжений при таком включении, конечно, не будет. Но с помощью осциллографа можно проверить наличие импульсов на 8 выводе микросхемы ШИМ IC801, подаваемых на базу Q802 (напоминаем, что “земля” осциллографа должна быть присоединена в этом случае к “горячему” общему проводу блока питания!). И если импульсов нет. А есть постоянное, положительное напряжение, то IC801 придется заменить.

Основные цепи однотактного блока питания

Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что методика поиска неисправностей в импульсных блоках питания имеет одну отличительную особенность. А именно, замена сгоревших резисторов, пробитых диодов и неисправных транзисторов не гарантирует успешного выполнения ремонта, поскольку после включения эти замененные элементы могут отказать вновь.

Пожалуй, наибольшие трудности при ремонте импульсных блоков питания, обусловлены, их способностью предохранять себя от перегрузок по напряжению и току посредством выключения. Большинство отказов элементов или изменений нагрузки приводят к полному отключению блока, давая один и тот же симптом “мертвого шасси”. Казалось бы, в этом случае остается только гадать; вызвана ли блокировка наличием слишком большого напряжения? Или выпрямленное сетевое напряжение слишком мало? Или слишком велик ток нагрузки? Или отказал какой-либо элемент в блоке питания или в предохранительных цепях? При отсутствии последовательной логической процедуры поиск неисправности в импульсном блоке питания может быть безуспешным Тем не менее, есть возможность исключить цепи блокировки и тем самым ограничить область поиска неисправности, выполнив шесть несложных проверок. Вспомним сначала, какие основные цепи присутствуют практически во всех импульсных блоках питания. Для этого обратимся к блок-схеме на рис. 2

Цепь 1: Выпрямленное сетевое напряжение (около +305 V). Эта цепь содержит линейный первичный источник питания (обычно диодный мост и фильтрующий конденсатор), блок питания ждущего режима, первичную обмотку импульсного трансформатора и связанные с ней цепи, а также мощный переключательный транзистор.

Цепь 2: Генератор импульсов и цепи запуска. Эта цепь вырабатывает управляющий сигнал для переключательного транзистора. Она может быть выполнена как в виде одного транзисторного каскада, так и специализированной интегральной микросхемы контроллера ШИМ.

Цепь 3: Вторичные цепи. Вторичные цепи содержат вторичные обмотки импульсного трансформатора и компоненты (диоды, конденсаторы и т.д.), которые обеспечивают подачу энергии в нагрузки. Большинство ИБП имеют от двух до пяти нагрузок.

Цепь 4: Обратная связь и управление. Цепи обратной связи выполняют четыре функции: — стабилизацию выходных напряжений,
— контроль над высоким напряжением;
— передачу на ИБП сигналов включено
— выключено от блока управления телевизора,
— гальваническую развязку вторичных цепей от сетевого напряжения.

Далее предлагается процедура, которая после выполнения шести определенных шагов позволяет эффективно локализовать неисправность, возникшую в каждой перечисленных выше основных цепей. При поиске неисправностей в импульсных блоках питания придерживайтесь следующих правил:

— помните, что неправильный выбор общего провода при измерениях не только даст неправильные результаты, но и может привести к выходу из строя некоторых компонентов.
— “горячий” общий провод связан с первичными цепями импульсного трансформатора и используется при измерениях в цепи 1,
— “холодный” общий провод связан с вторичными цепями импульсного трансформатора и используется при измерениях в цепях 2, 3 и 4;
— при измерениях на входе оптопары (от цепей управления) используется “холодный” общий провод,
— при измерениях на выходе оптопары (на цепи задающего генератора или контроллера ШИМ) используется “горячий” общий провод;
— будьте готовы к выполнению всех необходимых измерений.
Эффективный поиск неисправностей зависит от вашей способности быстро выполнить измерения постоянных напряжений от десятых долей до 350V и различных сигналов с размахом от 2 до 800 Вис частотой от 40 до 150 Кгц,

Итак, первым шагом должна быть

Шаг 1. Проверка напряжения питания ждущего режима (STAND ВТ)

Измеряйте это напряжение на шасси, подключенном к сети через изолирующий трансформатор. Напряжение STAND BY должно иметь правильное значение. Независимо от того, работает ли блок питания, или нет (не все импульсные блоки питания снабжены отдельным источником питания STAND BY, некоторые шасси имеют для ждущего режима второй импульсный блок питания меньшего размера, в котором в качестве драйвера используется часто та же самая микросхема, что и в основном блоке питания).

Нормально работающий источник питания STAND BY отводит подозрения от многих компонентов. Например, в этом случае можно с большой вероятностью утверждать, что микросхема драйвера и контроллера ШИМ исправна, а причина, по которой она не выдает открывающие импульсы на выходной транзистор, состоит в том, что она заблокирована каким-либо внешним сигналом.

Итак, если напряжение STAND BY нормальное, а блок питания не подает признаков жизни, переходим к шагу 2.

Шаг 2. Замена основной нагрузки

Важным шагом при ремонте ИБП является отключение выхода блока питания от цепей-потребителей вторичных, напряжений. Это поможет выяснить, выключается ли блок питания из-за внутренней неисправности, или это происходит под влиянием какой-либо внешней причины. Внешние блокирующие сигналы появляются при коротких замыканиях в нагрузках, и при срабатывании цепей защиты от перенапряжения, при неправильной работе выходных каскадов строчной и кадровой разверток, а также при неисправностях самих цепей блокировки.

Большинство ИБП не могут работать без надлежащей нагрузки, поэтому просто отсоединить все потребители энергии нельзя. Вместо отсоединенных нагрузок необходимо подключить резистивный эквивалент (хотя бы один вместо всех), Подходящим эквивалентом нагрузки является лампа накаливания, которая ограничивает до безопасного уровня потребляемый по данной вторичной цепи ток и наглядно демонстрирует наличие в этой цепи напряжения. Мощность и рабочее напряжение лампы нагрузки, соответствует эквиваленту нагрузки. Например, если в цепь питания выходного каскада строчной развертки подается вторичное напряжение +115 V, то в качестве эквивалента подходит стандартная лампа 100 Вт 220 V, а цепь 15 V следует нагружать на 18-вольтовую лампу мощностью 10 Вт.

Вы должны разорвать цепь питания выходного каскада строчной развертки, чтобы удалить нормальную нагрузку. Убедитесь, что разрыв цепи сделан таким образом, чтобы делитель напряжения цепи обратной связи остался присоединенным к шине питания, как это показано на рис. 3

Удаление выходного строчного транзистора разрывает цепь питания, однако не пытайтесь подключить лампу-эквивалент вместо удаленного транзистора! Первичная обмотка строчного трансформатора не рассчитана на пропускание постоянного тока, поэтому присоединяйте лампу так, как это показано на рис.3.

Когда после замены реальной нагрузки эквивалентом вы включите блок питания, возможна одна из четырех перечисленных ниже ситуаций.

-Лампа светится. Это показывает нормальную работу ИБП. Неисправность, по причине которой ИБП блокируется, находится во внешних цепях. Это может быть короткое замыкание, слишком высокое напряжение на кинескопе или неисправность цепей блокировки и защиты.
-Лампа не светится, (блок питания не запускается).
-Лампа вспыхивает, но сразу гаснет, (блок питания запускается, но сразу блокируется),
-Лампа светится слишком ярко (отсутствует стабилизация выходного напряжения).

Последние три ситуации показывают, что неисправность необходимо искать в самом блоке питания, для чего выполняем шаг 3.

Шаг 3. Отключение сигнала управления от мощного транзистора

Разорвите цепь подачи сигнала управления на базу мощного переключательного транзистора. Для этого достаточно отпаять какой-либо элемент, включенный последовательно в эту цепь. Это позволит вам искать неисправность в блоке питания, включенном в сеть, без риска получить какую-либо перегрузку, поскольку никаких выходных напряжений в этом случае производиться не будет. Например, можно будет перейти к шагу 4.

Шаг 4. Проверка цепи 1

Цепь I включает в себя элементы, пропускающие ток от выхода линейного источника питания — шины выпрямленного сетевого напряжения +305 V — эмиттера переключающего транзистора Проверку цепи 1 удобно проводить с использованием регулируемого автотрансформатора и осциллографа, настроенного на измерение постоянного напряжения. Присоедините вход осциллографа к коллектору, переключательного транзистора и постепенно увеличивайте переменное напряжение, подаваемое на вход ИБП, от нуля до номинального значения 220 В. При этом может наблюдаться низкий ток потребления, нормальное напряжение (около +305V при сетевом напряжении 220 В). Это показывает, что источник выпрямленного сетевого напряжения исправен, однако с элементами цепи 1 возможны проблемы. Начинайте с проверки мощного переключающего транзистора. Проверьте также резисторы и если вы полагаете, что резисторы изменили свое сопротивление, замените их заведомо исправными.

Выпрямленное напряжение и ток, потребляемый от сети 220V равны нулю. Такая ситуация возникает при обрыве в цепи +305 V. Проверьте предохранители, защитные резисторы, диоды выпрямительного моста и первичную обмотку импульсного трансформатора. Перед заменой исправных элементов, выясните, не была ли причиной их обрыва токовая перегрузка, например, вследствие пробоя переключательного транзистора или какого-либо другого элемента.

Выпрямленное напряжение равно нулю или мало при повышенном токе потребления от сети 220 В. Такие симптомы возникают при коротком замыкании в цепи 1 либо в самом источнике выпрямленного сетевого напряжения. Проверьте, не пробит ли переключающий транзистор, диоды выпрямителя, конденсатор фильтра. Проверьте также импульсный трансформатор на короткозамкнутые витки и на замыкание между обмотками.

Если короткое замыкание в цепи 1 не обнаружено, переходим к шагу 5.

Шаг 5. Проверка цепей задающего генератора

Во-первых, убедитесь, что на микросхему задающего генератора поступает запускающее напряжение. В большинстве ИБП запускающее напряжение формируется резистивным делителем. Включенным в цепь выпрямленного сетевого напряжения +305 V. Проверка запускающего напряжения, должна быть обязательно проведена до проверки задающего генератора поскольку присоединение пробника осциллографа к контрольной точке выхода задающего генератора может послужить толчком к его запуску. Блок питания в этом случае заработает, а после выключения и последующего включения вновь не запустится, и причина его неисправности останется невыясненной.

Во-вторых, тщательно проверьте с помощью осциллографа все параметры выходного сигнала задающего генератора: размах, частоту, уровень постоянной составляющей. Вход осциллографа должен быть присоединен к специальной контрольной точке выхода задающего генератора, а не к тому выходу, который управляет переключательным транзистором. Управляющий сигнал на переключательный транзистор может не поступать, если микросхема контроллера блокирована каким-либо внешним сигналом. Если частота сигнала более чем на 10% выше номинальной, или если на осциллограмме наблюдаются шумовые всплески и регулярные выбросы, то микросхему задающего генератора придется заменить.

Проверив исправность микросхемы задающего генератора и контроллера ШИМ, переходим к шагу 6.

Шаг 6. Динамический контроль цепи 4

Эта процедура позволяет проверить, правильно ли работают элементы обратной связи и управления, входящие в цепь 4 блок-схемы (рис.2.) Неисправности в этой цепи часто вызываются отказами транзисторов, отключающими всю петлю обратной связи, Динамический контроль цепи 4 способствует эффективному и быстрому выявлению и устранению этих проблем.

Для выполнения этой проверки вам понадобится внешний регулируемый источник питания постоянного тока, способный выдавать напряжение, равное вторичному напряжению, поступающему для питания выходного каскада строчной развертки (в нашем примере +115 В). Выход этого источника подключается к шине вторичного напряжения так, как это показано на рис. 4, а затем с помощью измерительных приборов исследуется реакция элементов цепи 4 на изменения напряжения на шине +115.
1. Отсоедините эквивалент нагрузки (лампу накаливания) от шины +115 V.
2. Присоедините выход внешнего источника питания к тому месту, где был отсоединен эквивалент.
3.Присоедините вход осциллографа или вольтметра постоянного тока к управляющему входу контроллера ШИМ (выходу оптопары).
4. Установите напряжение сети 220V и включите телевизор.
5. Изменяйте напряжение внешнего источника питания от+100V до номинального значения +110V и далее до +115, наблюдая при этом изменение напряжения на выходе оптопары.

Если цепь обратной связи работает нормально, то увеличение напряжения внешнего источника сопровождается увеличением напряжения на выходе оптопары. Типичной является ситуация, когда на 1 вольт изменения напряжения +B приходится 0,1 V изменения напряжения на коллекторе фототранзистора оптопары. Если напряжение остается постоянным, то в первую очередь следует проверить: Исправность оптопары (помните при выполнении измерений о правильном выборе “горячего” и “холодного” общего провода!), В дальнейшем необходимо проверить остальные элементы цепи обратной связи и управления, включая те, которые передают сигналы вкл/выкл от микропроцессора и сигналы блокировки от различных устройств защиты. Часто отказывают электролитические конденсаторы, которые должны быть проверены на обрыв, утечку и потерю емкости.

В заключение следует отметить, что многие элементы в ИБП работают в условиях больших токов и напряжений на сравнительно высоких частотах, и поэтому их надежность имеет значение, для безопасной эксплуатации телеприемника. В связи с этим производите их замену при необходимости только на те элементы, которые

указаных в перечне элементов фирмы-производителя.

В статье нумерация элементов взята из принципиальной схемы телевизоров цветного изображения альбома №5 страница 104-105. А основная схема (рис. 1) взята из пособия по ремонту импульсных источников питания (Автор Ю.И. Фомичев “Источники питания с устройствами управления на ИМС”). Напряжение вторичного источника питания +B по принципиальной схеме равно 147V.

22 сентября 2001 года С.В. Давыдов

Импульсный источник питания на одном транзисторе без оптопары

Импульсный источник питания на одном транзисторе без оптопары

Это очень простой автоколебательный импульсный источник питания, построенный только из легко доступных дискретных компонентов, без ИС и оптопары. Импульсный блок питания имеет всего один транзистор — силовой выключатель Т1. Оптопара заменена на производную (непрямую) стабилизацию. Выходное напряжение не измеряется напрямую, а определяется напряжением на C2, которое возникает на вспомогательной обмотке II выпрямления.Когда C2 заряжается до достаточного напряжения, Стабилитрон начинает проводить и ограничивает ток до базы T1, тем самым уменьшая ширину импульсов (ШИМ), и напряжение больше не растет. Между вспомогательной обмоткой II и вторичной обмоткой III применяется коэффициент трансформации. Оба исправляются в одном (блокирующем) направлении, и, таким образом, применяет приблизительную корреляцию между напряжением на выходе и на C2. Это позволяет примерная стабилизация без оптопары.Стабилизация менее точна из-за индуктивности рассеяния между обмотками, сопротивления обмоток и изменение падения напряжения на диодах. Поэтому регулирование нагрузки не так идеально. С другой стороны, линейное регулирование (подавление пульсаций и изменений частоты сетевого напряжения) в этом типе питания на удивление очень хорошо.
Выходное напряжение можно регулировать по мере необходимости. Просто измените количество витков вторичной обмотки (III). В нем около 1.17 витков / В (с округлением конечно). Выходное напряжение уменьшается за счет диода D1. Для малых напряжений (Около 6 В или меньше) замените быстрый диод D1 диодом Шоттки с номиналом 40 В или более. При преобразовании этого типа питания на другое выходное напряжение НЕ изменяйте значение стабилитрона! Tr1 — это небольшой трансформатор с ферритовым сердечником EE. Центральная стойка имеет поперечное сечение 4,5 х 4,5 мм и воздушный зазор 0,4 мм. Сердечник можно получить от вспомогательного трансформатора от ATX. Это типичный «маленький высокий» трансформатор.В первичной обмотке 200 витков проволоки диаметром 0,12 мм. Сначала намотайте половину первичной обмотки (I) (100 витков), затем толстый слой изоляции, затем вторичную обмотку (III), затем снова толстый слой изоляции, затем вспомогательная обмотка (II), затем более тонкий слой изоляции и, наконец, вторая половина первичной обмотки (I) (снова 100 оборотов в ту же сторону). Транзистор T1 может быть любым из Ucb = 800 В и Uce = 450 В или более, например KSC5027, 2SC3150, 2SC3457, 2SC2979, 2SC2866 (может быть восстановлен из ATX или маленький SMPS) или BUT11AF (можно недорого купить).Максимальная выходная мощность составляет около 5 Вт с Т1 без радиатора и около 12 Вт с радиатором.

Предупреждение! Импульсное питание не для новичков, так как большинство его цепей подключено к фатальному сетевому напряжению. При плохом дизайне электросеть напряжение может достигать выхода! Конденсаторы могут оставаться заряженными до опасного напряжения даже после отключения от сети. Все, что вы делаете на свой страх и риск, за любую травму здоровье или имущество я не беру на себя ответственности.



Схема импульсного однотранзисторного источника питания без оптопары.

Добавлен: 14. 11. 2011
дом

Apple не произвела революцию в источниках питания; новых транзисторов сделал

Новая биография Стив Джобс содержит замечательное заявление о блоке питания Apple II и его разработчике Роде Холте: [1]
Вместо обычного линейного источника питания Холт построил тот, который используется в осциллографах. Он включал и выключал питание не шестьдесят раз в секунду, а тысячи раз; это позволило ему сохранять энергию в течение гораздо меньшего времени и, следовательно, отбрасывать меньше тепла. «Этот импульсный источник питания был столь же революционным, как и материнская плата Apple II», — сказал позже Джобс. «Род не получил большого признания за это в учебниках истории, но он должен. Каждый компьютер теперь использует импульсные блоки питания, и все они копируют дизайн Рода Холта».
Мне показалось удивительным то, что в компьютерах теперь используются блоки питания, основанные на дизайне Apple II, поэтому я провел небольшое расследование.Оказывается, блок питания Apple не был революционным ни в концепции использования импульсного блока питания для компьютеров, ни в особой конструкции блока питания. Современные компьютерные блоки питания совершенно разные и не копируют дизайн Рода Холта. Оказывается, Стив Джобс делал свое обычное заявление о том, что все воруют революционные технологии Apple, что полностью противоречит действительности.

История импульсных блоков питания оказывается довольно интересной.Хотя большинство людей рассматривают блок питания как скучную металлическую коробку, на самом деле за этим стоит много технологических разработок. Фактически произошла революция в источниках питания в конце 1960-х — середине 1970-х годов, когда импульсные источники питания пришли на смену простым, но неэффективным линейным источникам питания, но это произошло за несколько лет до выхода Apple II в 1977 году. для этой революции следует перейти к достижениям в полупроводниковой технологии, в частности, к усовершенствованию переключающих транзисторов, а затем и к инновационным ИС для управления импульсными источниками питания.[2]

Некоторые сведения об источниках питания

В стандартном настольном компьютере источник питания преобразует сетевое напряжение переменного тока в постоянное, обеспечивая несколько тщательно регулируемых низких напряжений при высоких токах. Источники питания могут быть построены различными способами, но линейные и импульсные источники питания — это два метода, относящиеся к этому обсуждению. (См. Примечания для получения дополнительной информации об устаревших технологиях, таких как большие механические мотор-генераторные системы [3] и феррорезонансные трансформаторы [4] [5].)

Типичный линейный источник питания использует громоздкий силовой трансформатор для преобразования 120 В переменного тока в низкое напряжение переменного тока, преобразует его в постоянное напряжение низкого напряжения с помощью диодного моста, а затем использует линейный регулятор для понижения напряжения до желаемого уровня.Линейный стабилизатор — это недорогой, простой в использовании компонент на основе транзистора, который преобразует избыточное напряжение в отходящее тепло для получения стабильного выходного сигнала. Линейные источники питания почти несложно спроектировать и изготовить [6]. Однако одним большим недостатком является то, что они обычно тратят около 50-65% энергии в виде тепла [7], часто требуя больших металлических радиаторов или вентиляторов для отвода тепла. Второй недостаток — они большие и тяжелые. С другой стороны, компоненты (кроме трансформатора) в линейных источниках питания должны работать только с низким напряжением, а выход очень стабильный и бесшумный.

Импульсный источник питания работает по совершенно другому принципу: быстрое включение и выключение питания, а не превращение избыточной мощности в тепло. В импульсном источнике питания входная линия переменного тока преобразуется в высоковольтный постоянный ток, а затем источник питания включает и выключает постоянный ток тысячи раз в секунду, тщательно контролируя время переключения, чтобы выходное напряжение в среднем составляло желаемое значение. Теоретически энергия не тратится зря, хотя на практике КПД составляет 80% -90%.Импульсные источники питания намного эффективнее, выделяют гораздо меньше тепла и намного меньше и легче линейных источников питания. Основным недостатком импульсного источника питания является то, что он значительно сложнее, чем линейный источник питания, и его гораздо труднее спроектировать [8]. Кроме того, он предъявляет гораздо более высокие требования к компонентам, требуя транзисторов, которые могут эффективно включаться и выключаться на высокой скорости при большой мощности. Переключатели, катушки индуктивности и конденсаторы в импульсном источнике питания могут быть расположены в нескольких различных схемах (или топологиях) с такими названиями, как понижающий, повышающий, обратный, прямой, двухтактный, полуволновой и полноволновой.[9]

История импульсных источников питания до 1977 г.

Принципы импульсных источников питания были известны с 1930-х годов [6] и строились из дискретных компонентов в 1950-х. [10] В 1958 году в компьютере IBM 704 использовался примитивный импульсный стабилизатор на основе электронных ламп. [11] Компания Pioneer Magnetics начала производство импульсных источников питания в 1958 году [12] (а спустя десятилетия внесла ключевое новшество в блоки питания для ПК [13]). Компания General Electric опубликовала первый проект импульсного источника питания в 1959 году. [14] В 1960-х годах аэрокосмическая промышленность и НАСА [15] были основной движущей силой развития импульсных источников питания, поскольку преимущества небольшого размера и высокой эффективности компенсировали высокую стоимость. [16] Например, НАСА использовало переключатели питания для спутников [17] [18], таких как Telstar в 1962 году. [19]

Компьютерная промышленность начала использовать импульсные блоки питания в конце 1960-х годов, и их популярность неуклонно росла. Примеры включают миникомпьютер PDP-11/20 в 1969 году [20] Honeywell h416R в 1970 году [21] и миникомпьютер Hewlett-Packard 2100A в 1971 году.[22] [23] К 1971 году компании, использующие импульсные регуляторы, «читали как« Кто есть кто »компьютерной индустрии: IBM, Honeywell, Univac, DEC, Burroughs и RCA, и это лишь некоторые из них» [21]. В 1974 году HP использовала импульсный источник питания для миникомпьютера 21MX, [24] Data General для Nova 2/4, [25] Texas Instruments для 960B, [26] и Interdata для своих мини-компьютеров. [27] В 1975 году HP использовала автономный импульсный источник питания в терминале с дисплеем HP2640A, [28] Matsushita для своего миникомпьютера управления трафиком [29] и IBM для своего подобного пишущей машинке Selectric Composer [29] и портативного компьютера IBM 5100. .[30] К 1976 году Data General использовала импульсные блоки питания для половины своих систем, Hitachi и Ferranti использовали их [29], настольный компьютер Hewlett-Packard 9825A [31] и калькулятор 9815A [32] использовали их, а decsystem 20 [33] — большой импульсный блок питания. К 1976 году в жилых комнатах появились импульсные источники питания, питающие цветные телевизионные приемники. [34] [35]

Импульсные блоки питания также стали популярными продуктами для производителей блоков питания, начиная с конца 1960-х годов.В 1967 году RO Associates представила первый импульсный источник питания 20 кГц [36], который, как они утверждают, также был первым коммерчески успешным импульсным источником питания [37]. NEMIC начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в Японии в 1970 году [38]. К 1972 году большинство производителей блоков питания предлагали импульсные блоки питания или собирались их предложить. [5] [39] [40] [41] [42] HP продала линейку импульсных блоков питания мощностью 300 Вт в 1973 году [43], а также компактный импульсный источник питания мощностью 500 Вт [44] и импульсный блок питания мощностью 110 Вт [45] в 1975 году.К 1975 году импульсные блоки питания составляли 8% рынка блоков питания и быстро росли благодаря улучшенным компонентам и желанию использовать блоки питания меньшего размера для таких продуктов, как микрокомпьютеры. [46]

Импульсные источники питания были представлены в журналах по электронике того времени, как в рекламных объявлениях, так и в статьях. Electronic Design рекомендовал импульсные источники питания в 1964 году для повышения эффективности [47]. На обложке журнала Electronics World за октябрь 1971 года был представлен импульсный блок питания мощностью 500 Вт и статья «Блок питания импульсного регулятора». В длинной статье о блоках питания в Computer Design 1972 года подробно обсуждались импульсные блоки питания и растущее использование импульсных блоков питания в компьютерах, хотя и упоминается, что некоторые компании все еще скептически относились к импульсным источникам питания [5]. В 1973 году в журнале Electronic Engineering была опубликована подробная статья «Импульсные источники питания: почему и как» [42]. В 1976 году обложка журнала Electronic Design [48] была озаглавлена ​​«Внезапно переключиться стало проще», описывая новые ИС контроллера импульсного источника питания, Electronics опубликовала длинную статью об импульсных источниках питания, [29] Powertec разместила двухстраничную рекламу преимуществ своих импульсных источников питания с ключевой фразой «Большой переключатель — это переключатели» [49], а журнал Byte объявил о импульсных источниках питания Boschert для микрокомпьютеров.[50]

Ключевым разработчиком импульсных блоков питания был Роберт Бошерт, который бросил свою работу и в 1970 году начал собирать блоки питания на своем кухонном столе [51]. Он сосредоточился на упрощении импульсных источников питания, чтобы сделать их экономически выгодными по сравнению с линейными источниками питания, и к 1974 году он начал массовое производство недорогих источников питания для принтеров [51] [52], за которым последовала недорогая коммутация мощностью 80 Вт. Электроснабжение в 1976 г. [50] К 1977 году Boschert Inc выросла до компании с 650 сотрудниками [51], которая производила блоки питания для спутников и истребителей F-14 [53], а затем блоки питания для таких компаний, как HP [54] и Sun.Люди часто думают, что настоящее время — уникальное время для технологических стартапов, но Бошерт показывает, что стартапы на кухонном столе происходили даже 40 лет назад.

Развитие импульсных источников питания в 1970-х годах было в значительной степени обусловлено новыми компонентами. [55] Номинальное напряжение переключаемых транзисторов часто было ограничивающим фактором [5], поэтому появление в конце 1960-х — начале 1970-х годов высокоэффективных, высокоскоростных и мощных транзисторов по низкой цене значительно увеличило популярность импульсных источников питания. [5] [6] [21] [16] Технология транзисторов развивалась так быстро, что коммерческий блок питания мощностью 500 Вт, представленный на обложке Electronics World в 1971 году, не мог быть построен с транзисторами всего 18 месяцев назад [21]. Как только силовые транзисторы смогут выдерживать сотни вольт, источники питания смогут отказаться от тяжелого силового трансформатора с частотой 60 Гц и работать в автономном режиме непосредственно от сетевого напряжения. Более высокие скорости переключения транзисторов позволили использовать более эффективные и гораздо меньшие блоки питания. Введение интегральных схем для управления импульсными источниками питания в 1976 году широко рассматривается как начало эры импульсных источников питания за счет их радикального упрощения.[10] [56]

К началу 1970-х годов стало ясно, что происходит революция. Производитель блоков питания Уолт Хиршберг заявил в 1973 году, что «революция в конструкции блоков питания, происходящая в настоящее время, не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен» [57]. В 1977 году во влиятельной книге по источникам питания говорилось, что « считалось, что импульсные регуляторы совершают революцию в отрасли электроснабжения »[58].

Apple II и его блок питания

Персональный компьютер Apple II был представлен в 1977 году.Одной из его особенностей был компактный импульсный блок питания без вентилятора, который обеспечивал мощность 38 Вт при 5, 12, -5 и -12 вольт. Блок питания Холта Apple II имеет очень простую конструкцию с автономной топологией обратноходового преобразователя. [59]

Стив Джобс сказал, что теперь каждый компьютер копирует революционный дизайн Рода Холта [1]. Но революционен ли этот дизайн? Был ли он сорван с любого другого компьютера?

Как показано выше, импульсные блоки питания использовались на многих компьютерах к моменту выпуска Apple II.Конструкция не является особенно революционной, поскольку аналогичные простые автономные обратноходовые преобразователи продавались Boschert [50] [60] и другими компаниями. В долгосрочной перспективе создание схемы управления из дискретных компонентов, как это сделала Apple, было тупиковой технологией, поскольку будущее импульсных источников питания было за ИС контроллеров ШИМ [2]. Удивительно, что Apple продолжала использовать дискретные генераторы в источниках питания даже через Macintosh Classic, так как контроллеры IC были представлены в 1975 году. [48] Apple действительно перешла на контроллеры IC, например, в Performa [61] и iMac.[62]

Блок питания, который Род Холт разработал для Apple, был достаточно инновационным, чтобы получить патент [63], поэтому я подробно изучил патент, чтобы увидеть, есть ли какие-нибудь менее очевидные революционные особенности. В патенте описаны два механизма защиты источника питания от сбоев. Первый (пункт 1) — это механизм безопасного запуска генератора через вход переменного тока. Второй механизм (пункт 8) возвращает избыточную энергию от трансформатора к источнику питания (особенно при отсутствии нагрузки) через зажимную обмотку на трансформаторе и диод.

Это блок питания AA11040-B для Apple II Plus. [59] Питание переменного тока поступает слева, фильтруется, проходит через большой переключающий транзистор к трансформатору обратного хода в середине, выпрямляется диодами справа (на радиаторах), а затем фильтруется конденсаторами справа. Схема управления находится внизу. Фотография использована с разрешения kjfloop, Copyright 2007.

Механизм запуска переменного тока не использовался Apple II, [59] но использовался Apple II Plus, [64] Apple III, [65] Lisa, [66] Macintosh, [67] и Mac 128K через Classic.[68] Я не смог найти никаких источников питания сторонних производителей, которые использовали бы этот механизм, [69] кроме блока питания телевизора 1978 года, [70] и он стал устаревшим контроллерами IC, так что этот механизм, похоже, не повлиял на компьютерный блок питания.

Второй механизм в патенте Холта, зажимная обмотка и диод для возврата мощности в обратном преобразователе, использовался в различных источниках питания до середины 1980-х годов, а затем исчез. Некоторые примеры — источник питания Boschert OL25 (1978), [60] Apple III (1980), [65] Документация Apple по источникам питания (1982 г.), [59] Жесткий диск Tandy (1982 г.), [71] Тэнди 2000 (1983), [72] [73] Яблочная Лиза (1983), [66] Apple Macintosh (1984 г.), [67] Commodore Model B128 (1984), [74] Тэнди 6000 (1985), [75] а также От Mac Plus (1986) до Mac Classic (1990).[68] Эта обмотка с обратным зажимом, по-видимому, была популярна в Motorola в 1980-х годах, она фигурирует в техническом описании микросхемы контроллера MC34060 [76], руководстве разработчика 1983 года [77] (где обмотка описывалась как обычная, но необязательная) и в примечании к применению 1984 года. . [78]

Является ли этот зажим обратного хода намоткой на инновации Холта, которые сорвали другие компании? Я так и думал, пока не нашел книгу по источникам питания 1976 года, в которой подробно описывалась эта обмотка [35], которая испортила мой рассказ. (Также обратите внимание, что в прямых преобразователях (в отличие от обратных преобразователей) эта зажимная обмотка использовалась еще в 1956 году [79] [80] [81], поэтому ее применение в обратном преобразователе в любом случае не кажется большим скачком. .)

Одним из вызывающих недоумение аспектов обсуждения источников питания в книге Стива Джобса [1] является утверждение, что источник питания Apple II «похож на те, что используются в осциллографах», поскольку осциллографы — это всего лишь одно небольшое применение для переключения источников питания. Это заявление, по-видимому, возникло из-за того, что Холт ранее разработал импульсный источник питания для осциллографов [82], но нет другой связи между источником питания Apple и источниками питания осциллографов.

Наибольшее влияние Apple II на индустрию блоков питания оказала Astec — гонконгская компания, производившая блоки питания.До появления Apple II Astec была малоизвестным производителем импульсных инверторов постоянного и переменного тока. Но к 1982 году Astec стала ведущим в мире производителем импульсных источников питания, почти полностью опираясь на бизнес Apple, и удерживала первое место в течение ряда лет. [83] [84] В 1999 году Astec была приобретена компанией Emerson [85], которая в настоящее время является второй по величине компанией в области энергоснабжения после Delta Electronics. [86]

Малоизвестный факт об источнике питания Apple II заключается в том, что он был первоначально собран калифорнийскими домохозяйками среднего класса как сдельная.[83] Однако по мере роста спроса строительство источника питания было передано Astec, хотя оно стоило на 7 долларов больше. К 1983 году Astec производила 30 000 блоков питания Apple в месяц. [83]

Блоки питания post-Apple

В 1981 году был выпущен IBM PC, который оказал долгосрочное влияние на конструкции блоков питания компьютеров. Блоки питания для оригинального ПК IBM 5150 производились компаниями Astec и Zenith. [83] В этом источнике питания мощностью 63,5 Вт используется обратная схема, управляемая микросхемой контроллера источника питания NE5560.[87]

Я буду подробно сравнивать блок питания для ПК IBM 5150 с блоком питания Apple II, чтобы показать их общие черты и различия. Оба они представляют собой автономные источники питания с обратным ходом и несколькими выходами, но это почти все, что у них общего. Несмотря на то, что в блоке питания ПК используется контроллер IC, а в Apple II используются дискретные компоненты, в блоке питания ПК используется примерно в два раза больше компонентов, чем в блоке питания Apple II. В то время как в блоке питания Apple II используется генератор переменной частоты, построенный на транзисторах, в блоке питания ПК используется генератор ШИМ фиксированной частоты, обеспечиваемый микросхемой контроллера NE5560.В ПК используются оптоизоляторы для обеспечения обратной связи по напряжению с контроллером, а в Apple II используется небольшой трансформатор. Apple II напрямую управляет силовым транзистором, в то время как ПК использует управляющий трансформатор. ПК проверяет все четыре выхода мощности на соответствие нижнему и верхнему пределам напряжения, чтобы убедиться, что питание хорошее, и выключает контроллер, если какое-либо напряжение выходит за пределы спецификации. Apple II вместо этого использует лом SCR на выходе 12 В, если это напряжение слишком высокое. В то время как обратноходовой трансформатор ПК имеет одну первичную обмотку, Apple II использует дополнительную первичную фиксирующую обмотку для возврата мощности, а также другую первичную обмотку для обратной связи.ПК обеспечивает линейное регулирование от источников питания 12 В и -5 В, а Apple II — нет. В ПК используется вентилятор, а в Apple II — нет. Понятно, что блок питания IBM 5150 не «сдирает» конструкцию блоков питания Apple II, поскольку между ними почти нет ничего общего. А позже конструкции блоков питания стали еще более разными.

Блок питания IBM PC AT стал де-факто стандартом для блоков питания компьютеров. В 1995 году Intel представила спецификацию материнской платы ATX [88], а блок питания ATX (вместе с вариантами) стал стандартом для блоков питания настольных компьютеров, при этом компоненты и конструкции часто ориентированы именно на рынок ATX.[89]

Компьютерные системы питания стали более сложными с появлением в 1995 году модуля регулятора напряжения (VRM) для Pentium Pro, который требовал более низкого напряжения при более высоком токе, чем источник питания мог обеспечить напрямую. Для обеспечения этого питания Intel представила VRM — импульсный стабилизатор постоянного тока, установленный рядом с процессором, который снижает 12 вольт от источника питания до низкого напряжения, используемого процессором [90]. (Если вы разгоняете свой компьютер, именно VRM позволяет поднять напряжение.) Кроме того, видеокарты могут иметь собственный VRM для питания высокопроизводительного графического чипа. Быстрый процессор может потребовать 130 Вт от VRM. Сравнение этого с половиной ватта мощности, используемой процессором Apple II 6502 [91], показывает огромный рост энергопотребления современных процессоров. Один только современный процессорный чип может использовать более чем в два раза мощность всего компьютера IBM 5150 или в три раза больше, чем Apple II.

Поразительный рост компьютерной индустрии привел к тому, что потребление энергии компьютерами стало причиной беспокойства об окружающей среде, что привело к появлению инициатив и нормативных актов, направленных на повышение эффективности источников питания.[92] В США сертификация Energy Star и 80 PLUS [93] подталкивает производителей к производству более эффективных «зеленых» источников питания. Эти источники питания обеспечивают большую эффективность с помощью различных методов: более эффективное резервное питание, более эффективные схемы запуска, резонансные схемы (также известные как мягкое переключение и ZCT или ZVT), которые снижают потери мощности в переключающих транзисторах за счет отсутствия питания протекает через них, когда они выключаются, и схемы «активного зажима» для замены переключающих диодов более эффективными транзисторными схемами.[94] Усовершенствования в технологии MOSFET-транзисторов и высоковольтных кремниевых выпрямителей за последнее десятилетие также привели к повышению эффективности. [92]

Источники питания могут более эффективно использовать мощность сети переменного тока с помощью метода коррекции коэффициента мощности (PFC). [95] Активная коррекция коэффициента мощности добавляет еще одну схему переключения перед основной схемой источника питания. Специальная микросхема контроллера PFC переключает его с частотой до 250 кГц, аккуратно извлекая плавное количество энергии из источника питания для создания постоянного высокого напряжения, которое затем подается в обычную схему импульсного источника питания.[13] [96] PFC также иллюстрирует, как блоки питания превратились в товар с очень тонкой маржой, где доллар — это большие деньги. Активная коррекция коэффициента мощности считается особенностью высокопроизводительных источников питания, но ее фактическая стоимость составляет всего около 1,50 доллара США [97].

На протяжении многих лет для блоков питания IBM PC использовалось множество различных микросхем контроллеров, конструкций и топологий, как для поддержки различных уровней мощности, так и для использования преимуществ новых технологий. [98] Микросхемы контроллеров, такие как NE5560 и SG3524, были популярны в ранних ПК IBM.[99] Микросхема TL494 стала очень популярной в конфигурации полумоста, [99] самой популярной конструкции в 1990-х. [100] Серия UC3842 также была популярна для конфигураций прямого преобразователя. [99] Стремление к повышению эффективности сделало двойные прямые преобразователи более популярными [101], а коррекция коэффициента мощности (PFC) сделала контроллер CM6800 очень популярным [102], поскольку одна микросхема управляет обеими цепями. В последнее время стали более распространены прямые преобразователи, которые генерируют только 12 В, с использованием преобразователей постоянного тока для получения очень стабильных 3.Выходы 3 В и 5 В. [94] Более подробную информацию о современных источниках питания можно получить из многих источников. [103] [104] [98] [105]

В этом типичном блоке питания XT мощностью 150 Вт используется популярная полумостовая конструкция. Фильтр переменного тока на входе справа. Слева от него находится схема управления / драйвера: микросхема TL494 вверху управляет маленьким желтым приводным трансформатором внизу, который управляет двумя переключающими транзисторами на радиаторах внизу. Слева от него находится больший желтый главный трансформатор с вторичными диодами и регулятором на радиаторах и выходной фильтром слева.Этот полумостовой блок питания полностью отличается от конструкции Apple II с обратным ходом. Право на фотографию принадлежит larrymoencurly, использовано с разрешения.

Современные компьютеры содержат удивительный набор импульсных источников питания и регуляторов. Современный источник питания может содержать переключающую схему PFC, переключающий обратноходовой источник питания для резервного питания, переключающий прямой преобразователь для выработки 12 вольт, переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный для выработки 5 вольт и переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный для выработки 3 .3 вольта, [94] поэтому блок питания ATX можно рассматривать как пять различных импульсных блоков питания в одной коробке. Кроме того, на материнской плате есть импульсный регулятор VRM для питания процессора, а на видеокарте есть еще один VRM, всего семь коммутируемых источников питания в типичном настольном компьютере.

Технология импульсных источников питания продолжает развиваться. Одно из разработок — цифровое управление и цифровое управление питанием. [106] Вместо использования аналоговых схем управления микросхемы цифрового контроллера оцифровывают управляющие входы и используют программные алгоритмы для управления выходами.Таким образом, проектирование контроллера источника питания становится вопросом программирования в такой же степени, как и проектирования аппаратного обеспечения. Цифровое управление питанием позволяет источникам питания обмениваться данными с остальной системой для повышения эффективности и ведения журналов. Хотя сейчас эти цифровые технологии в основном используются для серверов, я ожидаю, что в конечном итоге они перейдут на настольные компьютеры.

Подводя итог, можно сказать, что исходный блок питания для ПК IBM 5150 почти во всех отношениях отличался от блока питания Apple II, за исключением того, что оба блока питания были обратноходовыми.Более современные блоки питания не имеют ничего общего с Apple II. Абсурдно утверждать, что блоки питания копируют дизайн Apple.

Известные конструкторы импульсных источников питания

Стив Джобс сказал, что Род Холт должен быть более известен тем, что разработал блок питания для Apple II: «Род не получил большого признания за это в учебниках истории, но он должен» [1]. Но даже в лучшем случае разработчики блоков питания не известны за пределами очень небольшого сообщества. Роберт Бошерт был занесен в Зал славы электронной инженерии Electronic Design в 2009 году за работу в области энергоснабжения.[51] Роберт Маммано получил награду за заслуги перед Power Electronics Technology в 2005 году за начало производства ИС для контроллеров с ШИМ [10]. В 2008 году Руди Севернс получил награду за заслуги перед Power Electronics Technology за свои инновации в импульсных источниках питания. [107] Но никто из этих людей даже не известен в Википедии. Другим крупным новаторам в этой области уделяется еще меньше внимания. [108] Я неоднократно сталкивался с работой Эллиота Джозефсона, который проектировал спутниковые системы питания в начале 1960-х годов [18], имеет множество патентов на источники питания, включая Tandy 6000 [75], и даже номер его патента напечатан на Apple II Plus. и платы источника питания Osborne 1 [59], но он, похоже, полностью не распознан.

Ирония в комментарии Стива Джобса о том, что Род Холт не заслуживает большого уважения, заключается в том, что работа Рода Холта описана в десятках книг и статей об Apple, от Revenge of the Nerds, в 1982 [109] до лучших работ 2011 года. продавая биографию Стива Джобса, что делает Рода Холта самым известным дизайнером блоков питания за всю историю.

Заключение

Источники питания — это не скучные металлические коробки, как думает большинство людей; у них много интересной истории, во многом обусловленной усовершенствованием транзисторов, которые сделали импульсные источники питания практичными для компьютеров в начале 1970-х годов.Совсем недавно стандарты эффективности, такие как 80 PLUS, вынудили источники питания стать более эффективными, что привело к появлению новых конструкций. Apple II продавал огромное количество импульсных блоков питания, но его конструкция блока питания была технологическим тупиком, который не был «сорван» другими компьютерами.

Если вас интересуют блоки питания, вам также может понравиться моя статья «Крошечный, дешевый и опасный: внутри (поддельного) зарядного устройства для iPhone».

Примечания и ссылки

Я потратил слишком много времени на изучение источников питания, анализ схем и копание в старых журналах по электронике.Вот мои заметки и ссылки на случай, если они кому-то пригодятся. Мне было бы интересно услышать от разработчиков источников питания, которые имели непосредственный опыт разработки источников питания в 1970-х и 1980-х годах.

[1] Стив Джобс , Уолтер Исааксон, 2011. Дизайн блока питания Рода Холта для Apple II обсуждается на странице 74. Обратите внимание, что описание импульсного блока питания в этой книге довольно искажено.

[2] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Джин Хефтман, Power Electronics Technology, стр 48-53, октябрь 2005 г.

[3] Предварительное планирование площадки: компьютер Cray-1 (1975) В Cray-1 использовались два мотор-генератора мощностью 200 л.с. (150 кВт) для преобразования входного переменного тока 250 А 460 В в регулируемую мощность 208 В, 400 Гц; каждый мотор-генератор был примерно 3900 фунтов. Мощность 208 В, 400 Гц подавалась на 36 отдельных источников питания, в которых использовались двенадцатифазные трансформаторы, но не было внутренних регуляторов. Эти блоки питания образуют 12 верстаков вокруг компьютера Cray. Фотографии силовых компонентов Cray можно найти в Справочном руководстве по аппаратному обеспечению Cray-1 серии S (1981).Эта установка высокочастотный двигатель-генератор может показаться странной, но в IBM 370 использовалась аналогичная установка, см. Объявление: IBM System / 370 Model 145.

[4] Во многих более крупных компьютерах для регулирования использовались феррорезонансные трансформаторы. Например, в блоке питания компьютера IBM 1401 использовался феррорезонансный регулятор мощностью 1250 Вт, см. Справочное руководство, 1401 Data Processing System (1961), стр. 13. В HP 3000 Series 64/68/70 также использовались феррорезонансные трансформаторы, см. Руководство по установке компьютеров Series 64/68/70 (1986), стр. 2-3.DEC использовала феррорезонансные и линейные источники питания почти исключительно в начале 1970-х годов, в том числе для PDP-8 / A (рисунок в «Выбор источника питания вырисовывается в сложных конструкциях», Electronics , Oct 1976, volume 49, p111).

[5] «Источники питания для компьютеров и периферийных устройств», Computer Design , июль 1972 г., стр. 55-65. В этой длинной статье о блоках питания много говорится об импульсных блоках питания. Он описывает понижающую (последовательную), повышающую (шунтирующую), двухтактную (инверторную) и полную мостовую топологии.В статье говорится, что номинальное напряжение переключающего транзистора является ограничивающим параметром во многих приложениях, но «высоковольтные высокоскоростные транзисторы становятся все более доступными по низкой цене, что является важным фактором более широкого использования источников импульсных стабилизаторов». В нем делается вывод, что «Доступность высоковольтных, высокомощных переключающих транзисторов по умеренным ценам дает дополнительный импульс использованию высокоэффективных импульсных обычных [sic] источников питания. В этом году ожидается существенное увеличение их использования.»

В статье также говорится: «Одной из наиболее спорных тем является продолжающаяся дискуссия о ценности импульсных источников питания для компьютерных приложений в сравнении с обычными последовательными транзисторными регуляторами». Это подтверждается некоторыми комментариями поставщиков. Одним из скептиков была компания Elexon Power Systems, которая «не считает импульсные регуляторы« ответом ». В ближайшем будущем они планируют раскрыть совершенно новый подход к источникам питания ». Другой был Modular Power Inc, который «не рекомендовал переключать регуляторы, за исключением случаев, когда малый размер, легкий вес и высокая эффективность являются основными соображениями, как в портативном и бортовом оборудовании.«Sola Basic Industries» заявила, что «их инженеры крайне скептически относятся к долговременной надежности импульсных стабилизаторов в практических конструкциях массового производства и прогнозируют проблемы с отказом транзисторов».

Раздел статьи, посвященный комментариям производителей, дает представление о технологиях в отрасли электроснабжения в 1972 году: Hewlett Packard »указывает, что на сегодняшний день большое влияние оказывает доступность высокоскоростных, сильноточных и недорогих транзисторов, чему способствует нынешняя тенденция к импульсным стабилизаторам.Компания широко использует переключатели в полном спектре конструкций с высокой мощностью ». Lambda Electronics «широко использует импульсные регуляторы на выходную мощность более 100 Вт», которые предназначены для предотвращения охлаждения вентилятором. Компания Analog Devices предложила прецизионные расходные материалы, в которых для повышения эффективности используются методы переключения. RO Associates «считает, что рост количества импульсных источников питания является серьезным изменением в области проектирования источников питания». Они предлагали миниатюрные источники на 20 кГц и недорогие источники на 60 кГц. Sola Basic Industries »прогнозирует, что производители мини-компьютеров будут использовать больше бестрансформаторных импульсных регуляторов в 1972 году для повышения эффективности и уменьшения размера и веса.» Trio Laboratories «указывает на то, что производители компьютеров и периферийных устройств обращаются к переходным типам, потому что цены сейчас более конкурентоспособны, а приложения требуют меньшего размера».

[6] Практическая конструкция импульсного источника питания, Марти Браун, 1990, стр. 17.

[7] См. Раздел комментариев для подробного обсуждения эффективности линейного источника питания.

[8] Поваренная книга по источникам питания , Марти Браун, 2001. На странице 5 обсуждается относительное время разработки для различных технологий питания: линейный регулятор занимает 1 неделю общего времени разработки, а импульсный стабилизатор с ШИМ требует 8 человеко-месяцев.

[9] Сводка различных топологий находится в обзорах SMPS и топологиях источников питания. Подробности см. В Microchip AN 1114: Топологии SMPS и Топологии импульсных источников питания

[10] Лауреат премии за выслугу лет Роберт Маммано, Power Electronics Technology , сентябрь 2005 г., стр. 48-51. В этой статье Silicon General SG1524 (1975) описывается как ИС, открывшая эру импульсных регуляторов и импульсных источников питания.

[11] Справочное руководство по проектированию заказчиков IBM: Блок питания 736, Блок питания 741, Блок распределения питания 746 (1958), стр. 60-17.Блок питания для компьютера 704 состоит из трех шкафов размером с холодильник, заполненных электронными лампами, предохранителями, реле, механическими таймерами и трансформаторами, потребляющими мощность 90,8 кВА. Он использовал несколько методов регулирования, включая трансформаторы с насыщаемым реактором и опорное напряжение на основе термисторов. Выходы постоянного тока регулировались переключающим механизмом тиратрона с частотой 60 Гц. Тиратроны — это переключающие вакуумные лампы, которые управляют выходным напряжением (подобно триакам в обычном диммерном переключателе). Это можно рассматривать как импульсный источник питания (см. Источники питания, импульсные регуляторы, инверторы и преобразователи , Irving Gottlieb, pp 186-188).

[12] В своей рекламе Pioneer Magnetics заявляет, что разработала свой первый импульсный источник питания в 1958 году. Например, см. Electronic Design , V27, p216.

[13] Источник питания с коэффициентом мощности Unity, патент 4677366. Pioneer Magnetics подала этот патент в 1986 году на активную коррекцию коэффициента мощности. См. Также статью Pioneer Magnetics «Почему PFC? страница.

[14] Один из первых импульсных источников питания был описан в «Транзисторный преобразователь-усилитель мощности», Д. А. Пейнтер, General Electric Co., Конференция по твердотельным схемам , 1959, стр. 90-91. Также см. Соответствующий патент 1960 г. 3067378 «Транзисторный преобразователь».

[15] Исследование бездиссипативного преобразователя постоянного тока в постоянный, Центр космических полетов Годдарда, 1964. Этот обзор транзисторных преобразователей постоянного тока показывает около 20 различных схем переключения, известных в начале 1960-х годов. Обратный преобразователь заметно отсутствует. Многие другие отчеты НАСА о преобразователях энергии за этот период доступны на сервере технических отчетов НАСА.

[16] Подробная история импульсных источников питания представлена ​​в S.J. M.Phil Уоткинса. дипломная работа Автоматическое тестирование импульсных источников питания, в гл. История и развитие импульсных источников питания до 1987 г.

[17] История развития импульсных источников питания, TDK Power Electronics World. Это дает очень краткую историю импульсных источников питания. В TDK также есть удивительно подробное обсуждение импульсных источников питания в комической форме: TDK Power Electronics World.

[18] «Спутниковый источник питания с регулируемой шириной импульса», Electronics , февраль 1962 г., стр. 47-49. В этой статье Эллиота Джозефсона из Lockheed описывается ШИМ-преобразователь постоянного тока с постоянной частотой для спутников. См. Также патент 3219907 Устройство преобразования мощности.

[19] Система электропитания космического корабля, Telstar, 1963. Спутник Telstar получал энергию от солнечных батарей, сохраняя энергию в никель-кадмиевых батареях. Эффективность была критической для спутника, поэтому использовался импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока с понижающим преобразователем, преобразующим переменное напряжение батареи в стабильное -16 В постоянного тока при мощности до 32 Вт при КПД до 92%.Поскольку спутнику требовался широкий диапазон напряжений, до 1770 вольт для ВЧ усилителя, были использованы дополнительные преобразователи. Регулируемый постоянный ток преобразовывался в переменный, подавался на трансформаторы и выпрямлялся для получения необходимых напряжений.

[20] В некоторых моделях PDP, таких как PDP-11/20, использовался источник питания H720 (см. Руководство по PDP, 1969). Этот источник питания подробно описан в Руководстве по блоку питания и монтажной коробке H720 (1970). В источнике питания весом 25 фунтов используется силовой трансформатор для генерации 25 В постоянного тока, а затем импульсные регуляторы (понижающий преобразователь) для генерации 230 Вт регулируемого напряжения +5 и -15 вольт.Поскольку транзисторы той эпохи не могли работать с высоким напряжением, напряжение постоянного тока пришлось снизить до 25 вольт с помощью большого силового трансформатора.

[21] «Источник питания импульсного регулятора», Electronics World v86 October 1971, p43-47. Эта длинная статья об импульсных источниках питания была размещена на обложке журнала Electronics World . Статью стоит поискать хотя бы для изображения импульсного источника питания самолета F-111, которое выглядит настолько сложным, что я почти ожидал, что он посадит самолет.Импульсные источники питания, обсуждаемые в этой статье, сочетают в себе импульсный инвертор DC-DC с трансформатором для изоляции с отдельным понижающим или повышающим импульсным стабилизатором. В результате в статье утверждается, что импульсные блоки питания всегда будут дороже линейных блоков питания из-за двух каскадов. Однако современные блоки питания сочетают в себе оба этапа. В статье обсуждаются различные источники питания, в том числе импульсный блок питания мощностью 250 Вт, используемый в Honeywell h416R. В статье говорится, что импульсный стабилизатор питания достиг совершеннолетия благодаря новым достижениям в области быстродействующих и мощных транзисторов.На обложке изображен импульсный блок питания мощностью 500 Вт, который, согласно статье, не мог быть построен с транзисторами, доступными всего полтора года назад.

[22] Источник питания Bantam для мини-компьютера, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1971 г. Подробная информация о схемах в патенте «Высокоэффективный источник питания» 3 852 655. Это автономный источник питания мощностью 492 Вт, использующий инверторы, за которыми следуют импульсные стабилизаторы на 20 В.

[23] HP2100A был представлен в 1971 году с импульсным источником питания (см. Основные характеристики HP2100A).Утверждается, что он имеет первый импульсный источник питания в миникомпьютере 25 лет работы в режиме реального времени, но PDP-11/20 был раньше.

[24] Компьютерная система питания для тяжелых условий эксплуатации, стр. 21, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1974 г. В миникомпьютере 21MX использовался автономный импульсный пререгулятор мощностью 300 Вт для выработки регулируемого постоянного тока 160 В, который подавался на переключающие преобразователи постоянного тока в постоянный.

[25] Общее техническое руководство по данным Nova 2, 1974. В Nova 2/4 использовался импульсный стабилизатор для генерации 5 В и 15 В, в то время как в более крупном 2/10 использовался трансформатор постоянного напряжения.В руководстве говорится: «При более высоких потерях тока, связанных с компьютером, потери [от линейных регуляторов] могут стать чрезмерными, и по этой причине часто используется импульсный стабилизатор, как в NOVA 2/4».

[26] Модель 960B / 980B для обслуживания компьютеров Модель: источник питания В блоке питания миникомпьютера Texas Instruments 960B использовался импульсный стабилизатор для источника питания 5 В мощностью 150 Вт и линейные регуляторы для других напряжений. Импульсный стабилизатор состоит из двух параллельных понижающих преобразователей, работающих на частоте 60 кГц и использующих переключающие транзисторы 2N5302 NPN (введены в 1969 году).Поскольку транзисторы рассчитаны на максимальное напряжение 60 В, в блоке питания используется трансформатор для понижения напряжения до 35 В, которое подается на регулятор.

[27] Руководство по эксплуатации импульсных регулируемых источников питания M49-024 и M49-026, Interdata, 1974. Эти автономные полумостовые источники питания обеспечивали мощность 120 Вт или 250 Вт и использовались миникомпьютерами Interdata. В генераторе переключения используются микросхемы таймера 555 и 556.

[28] Блок питания 2640A, Hewlett-Packard Journal , июнь 1975 г., стр. 15.«Импульсный источник питания был выбран из-за его эффективности и занимаемой площади». Также техническая информация о терминале данных. Другой интересный момент — его корпус, отлитый из структурной пены (p23), который очень похож на пластиковый корпус Apple II (см. Стр. 73 из Steve Jobs ), и пару лет назад.

[29] «В сложных конструкциях большое значение имеет выбор источников питания», Electronics , Oct 1976, volume 49. p107-114. В этой длинной статье подробно рассматриваются источники питания, включая импульсные источники питания.Обратите внимание, что Selectric Composer сильно отличается от популярной пишущей машинки Selectric.

[30] Информационное руководство по обслуживанию портативного компьютера IBM 5100. IBM 5100 был портативным компьютером весом 50 фунтов, который использовал BASIC и APL, а также включал монитор и ленточный накопитель. Блок питания описан на стр. 4-61 как небольшой, высокомощный, высокочастотный импульсный импульсный стабилизатор, обеспечивающий 5 В, -5 В, 8,5 В, 12 В и -12 В.

[31] Настольный компьютер HP 9825A 1976 года использовал импульсный стабилизатор для источника питания 5 В.Он также использовал формованный корпус из пеноматериала, предшествующий Apple II; см. 98925A Product Design, Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г., стр. 5.

[32] Калькулятор среднего уровня обеспечивает большую мощность при меньших затратах, Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г. обсуждает импульсный источник питания 5 В, используемый в калькуляторе 9815A.

[33] Блок питания DEC H7420 описан в Decsystem 20 Power Supply System Description (1976). Он содержит 5 импульсных регуляторов для обеспечения нескольких напряжений и обеспечивает мощность около 700 Вт.В источнике питания используется большой трансформатор для снижения линейного напряжения до 25 В постоянного тока, которое передается на отдельные импульсные регуляторы, которые используют понижающую топологию для получения желаемого напряжения (+5, -5, +15 или +20).

Миникомпьютер decsystem 20 представлял собой большую систему, состоящую из трех шкафов размером с холодильник. Потребовалось внушительное трехфазное питание мощностью 21,6 кВт, которое регулируется комбинацией импульсных и линейных регуляторов. Он содержал семь источников питания H7420 и около 33 отдельных импульсных регуляторов, а также линейный стабилизатор для ЦП, который использовал -12 В постоянного тока при 490 А.

[34] Импульсные источники питания для телевизионных приемников стали набирать обороты примерно в 1975–1976 годах. Philips представила TDA2640 для телевизионных импульсных источников питания в 1975 году. Philips опубликовала книгу «Импульсные источники питания в телевизионных приемниках » в 1976 году. Одним из недостатков все более широкого использования импульсных источников питания в телевизорах было то, что они вызывали помехи с любительским радио, как обсуждалось в Wireless World, v82, p52, 1976.

[35] «Электронное управление мощностью и цифровые методы», Texas Instruments, 1976.В этой книге подробно рассматриваются импульсные источники питания.

В главе IV «Системы инвертора / преобразователя» описан простой источник обратноходового питания мощностью 120 Вт, использующий силовой транзистор BUY70B, управляемый тиристором. Следует отметить, что в этой схеме используется дополнительная первичная обмотка с диодом для возврата неиспользованной энергии источнику.

В главе V «Импульсные источники питания» описывается конструкция импульсного источника питания 5 В 800 Вт на основе автономного импульсного шунтирующего регулятора, за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный.Он также описывает довольно простой обратноходовой источник питания с несколькими выходами, управляемый SN76549, разработанный для цветного телевидения с большим экраном.

[36] Вехи развития силовой электроники, Ассоциация производителей источников энергии.

[37] В 1967 году RO Associates представила первый успешный импульсный источник питания, импульсный источник питания 20 кГц, 50 Вт, модель 210 (см. «RO сначала в импульсные источники питания», Electronic Business , Volume 9, 1983, p36 К 1976 году они претендовали на лидерство в производстве импульсных блоков питания.В их патенте 1969 года 3564384 «Высокоэффективный источник питания» описан полумостовой импульсный источник питания, который удивительно похож на источники питания ATX, популярные в 1990-х годах, за исключением схем усилителя, управляющих ШИМ, а не повсеместной микросхемы контроллера TL494.

[38] Компания Nippon Electronic Memory Industry Co (NEMIC, которая в итоге стала частью TDK-Lambda) начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в 1970 году. История корпорации ТДК-Лямбда.

[39] «Я прогнозирую, что большинство компаний, после нескольких неудачных попыток в области источников питания, к концу 1972 года предложат ряд импульсных источников питания с приемлемыми характеристиками и ограничениями радиопомех.», стр. 46, Электронная инженерия, , том 44, 1972 г.

[40] Производитель блоков питания Coutant построил блок питания под названием Minic, используя «относительно новую технику импульсного стабилизатора». Инструментальная практика для управления технологическими процессами и автоматизации , Том 25, с471, 1971.

[41] «Импульсные источники питания выходят на рынок», стр. 71, Electronics & Power , февраль 1972 г. Первый «бестрансформаторный» импульсный источник питания появился на рынке Великобритании в 1972 году, APT SSU1050, который представлял собой регулируемый импульсный источник питания мощностью 500 Вт с использованием полумостовой топологии.Этот 70-фунтовый блок питания считался легким по сравнению с линейными блоками питания.

[42] В этой статье подробно рассказывается о импульсных источниках питания и описываются преимущества автономных источников питания. В нем описан миниатюрный импульсный источник питания полумоста MG5-20, созданный Advance Electronics. В статье говорится: «Широкое применение микроэлектронных устройств подчеркнуло огромное количество обычных источников питания. Переключающие преобразователи теперь стали жизнеспособными и предлагают заметную экономию в объеме и весе.» «Импульсные источники питания: почему и как», Малкольм Берчалл, технический директор, подразделение источников питания, Advance Electronics Ltd. Electronic Engineering , Volume 45, Sept 1973, p73-75.

[43] Высокоэффективные модульные источники питания с использованием импульсных регуляторов, Hewlett-Packard Journal , декабрь 1973 г., стр. 15-20. Серия 62600 обеспечивает мощность 300 Вт при использовании автономного импульсного источника питания с полумостовой топологией. Ключевым моментом было внедрение транзисторов на 400 В, 5 А с субмикросекундным временем переключения.«Полный импульсный регулируемый источник питания мощностью 300 Вт едва ли больше, чем просто силовой трансформатор эквивалентного источника с последовательным регулированием, и он весит меньше — 14,5 фунтов против 18 фунтов трансформатора».

[44] Сильноточный источник питания для систем, которые широко используют 5-вольтовую логику ИС, Hewlett-Packard Journal , апрель 1975 г., стр. 14-19. Импульсный источник питания 62605M мощностью 500 Вт для OEM-производителей, размер и вес которых составляет 1/3 и 1/5 от линейных источников питания. Использует автономную полумостовую топологию.

[45] Модульные источники питания: модели 63005C и 63315D: в этом источнике питания мощностью 110 Вт 5 В использовалась топология автономного прямого преобразователя и конвекционное охлаждение без вентилятора.

[46] «Проникновение коммутационных источников питания на рынок источников питания США вырастет с 8% в 1975 году до 19% к 1980 году. Это растущее проникновение соответствует мировой тенденции и представляет собой очень высокие темпы роста». Для такого прогнозируемого роста было указано несколько причин, в том числе «доступность более качественных компонентов, снижение […] общей стоимости и появление более мелких продуктов (таких как микрокомпьютеры), которые делают желательными меньшие блоки питания». Электроника, Том 49. 1976. Стр. 112, врезка «Что насчет будущего?»

[47] Сеймур Левин, «Импульсные регуляторы питания для повышения эффективности».»Electronic Design, 22 июня 1964 года. В этой статье описывается, как импульсные регуляторы могут повысить эффективность с менее чем 40 процентов до более чем 90 процентов с существенной экономией в размере, весе и стоимости.

[48] На обложке документа Electronic Design 13 от 21 июня 1976 г. написано: «Внезапно переключиться стало проще. Импульсные источники питания могут быть разработаны с использованием на 20-50 дискретных компонентов меньше, чем раньше. Одна ИС выполняет все функции управления, необходимые для двухтактный выходной дизайн.ИС называется регулирующим широтно-импульсным модулятором. Чтобы узнать, предпочитаете ли вы переключение, перейдите на страницу 125. «На странице 125 есть статья« Управление импульсным источником питания с помощью одной схемы LSI », в которой описаны ИС импульсных источников питания SG1524 и TL497.

[49] В 1976 году Powertec разместила двухстраничную рекламу, описывающую преимущества импульсных источников питания, под названием «Большой переход к коммутаторам». В этой рекламе описывались преимущества блоков питания: с удвоенной эффективностью они выделяли 1/9 тепла.Они имели 1/4 размера и веса. Это обеспечило повышенную надежность, работало в условиях обесточивания и могло выдерживать гораздо более длительные перебои в подаче электроэнергии. Powertec продала линейку импульсных блоков питания мощностью до 800 Вт. Они предложили импульсные источники питания для систем с дополнительной памятью, компьютерных мэйнфреймов, телефонных систем, дисплеев, настольных приборов и систем сбора данных. Страницы 130-131, Электроника v49, 1976.

[50] Byte magazine, p100 В июне 1976 года был анонсирован новый импульсный источник питания Boschert OL80, обеспечивающий 80 Вт при двухфунтовом блоке питания по сравнению с 16 фунтами для менее мощного линейного блока питания.Это также было объявлено в Microcomputer Digest, февраль 1976 г., стр. 12.

[51] Роберт Бошерт: Человек многих шляп меняет мир источников питания: он начал продавать импульсные источники питания в 1974 году, сосредоточившись на том, чтобы сделать импульсные источники питания простыми и недорогими. В заголовке говорится, что «Роберт Бошерт изобрел импульсный источник питания», что должно быть ошибкой редактора. В статье более обоснованно утверждается, что Бошерт изобрел недорогие импульсные источники питания для массового использования. В 1974 году он произвел в больших объемах недорогой импульсный источник питания.

[52] Руководство по техническому обслуживанию коммуникационного терминала Diablo Systems HyTerm модели 1610/1620 показаны двухтактный источник питания Boschert 1976 года и полумостовой источник питания LH Research 1979 года.

[53] Опыт Boschert с F-14 и спутниками рекламировался в рекламе Electronic Design , V25, 1977, где также упоминалось серийное производство для Diablo и Qume.

[54] Необычный импульсный источник питания использовался в компьютере HP 1000 A600 (см. Техническую и справочную документацию) (1983).Блок питания 440 Вт обеспечивал стандартные выходы 5 В, 12 В и -12 В, а также выход переменного тока 25 кГц 39 В, который использовался для распределения мощности на другие карты в системе, где она регулировалась. В автономном двухтактном источнике питания, разработанном Boschert, использовалась специальная микросхема HP IC, чем-то напоминающая TL494.

[55] В 1971 году для поддержки автономных импульсных источников питания были представлены многочисленные линейки переключающих транзисторов 450 В, такие как серия SVT450, серия 40850–4085 от RCA и серия 700V SVT7000.

[56] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Power Electronics Technology , октябрь 2005 г. В этой статье описывается история создания ИС управления источником питания, от SG1524 в 1975 году до многомиллиардной отрасли.

[57] «Революция в конструкции источников питания, происходящая в настоящее время, не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен», — Вальтер Хиршберг, ACDC Electronics Inc., Калифорния. «Новые компоненты вызывают революцию в источниках питания», p49, Canadian Electronics Engineering , v 17, 1973.

[58] Импульсный и линейный источник питания, конструкция преобразователя мощности , Pressman 1977 «Импульсные регуляторы, которые совершают революцию в отрасли электроснабжения из-за их низких внутренних потерь, небольшого размера, веса и стоимости, конкурентоспособной по сравнению с традиционными последовательными или линейными источниками питания».

[59] Несколько источников питания Apple описаны в документе Apple Products Information Pkg: Astec Power Supplies (1982). Блок питания Apple II Astec AA11040 — это простой дискретный блок питания с обратным ходом и несколькими выходами.В нем используется переключающий транзистор 2SC1358. Выход 5 В сравнивается с стабилитроном и обратной связью управления и изолируется через трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной. В нем используется зажимная обмотка обратного диода.

AA11040-B (1980) имеет существенные модификации схемы обратной связи и управления. В нем используется переключающий транзистор 2SC1875 и источник опорного напряжения TL431. AA11040-B, по-видимому, использовался для Apple II + и Apple IIe (см. Форум hardwaresecrets.com).Шелкография на печатной плате источника питания говорит о том, что она защищена патентом 4323961, который, как оказалось, является «автономным источником питания постоянного тока с обратным ходом», разработанным Эллиотом Джозефсоном и переданным Astec. Схема в этом патенте в основном представляет собой немного упрощенный AA11040-B. Изолирующий трансформатор обратной связи имеет одну первичную и две вторичные обмотки, противоположные AA11040. Этот патент также напечатан на плате блока питания Osborne 1 (см. Разборку Osborne 1), которая также использует 2SC1875.

В Apple III Astec AA11190 используется фиксирующая обмотка обратного диода, но не схема запуска переменного тока Холта.Используется переключающий транзистор 2SC1358; схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. В источнике питания дисковода Apple III Profile AA11770 использовалась фиксирующая обмотка обратного диода, переключающий транзистор 2SC1875; опять же, схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. AA11771 аналогичен, но добавляет еще один TL431 для выхода AC ON.

Интересно, что в этом документе Apple перепечатывает десять страниц «Руководства по источникам питания постоянного тока» HP (версия 1978 года, используемая Apple), чтобы предоставить справочную информацию о импульсных источниках питания.

[60] Обратные преобразователи: твердотельное решение для недорогого импульсного источника питания, Electronics , декабрь 1978 г. В этой статье Роберта Бошерта описывается источник питания Boschert OL25, который представляет собой очень простой дискретно-компонентный источник обратноходового питания мощностью 25 Вт с 4 выходами. Он включает в себя зажимную обмотку обратного диода. Он использует источник опорного напряжения TL430 и оптоизолятор для обратной связи с выхода 5 В. В нем используется переключающий транзистор MJE13004.

[61] В Macintosh Performa 6320 использовалась микросхема контроллера SMPS AS3842, как видно на этом рисунке.AS3842 — это версия контроллера тока UC3842 от Astec, который был очень популярен для прямых преобразователей.

[62] Детали источника питания для iMac найти сложно, и используются разные источники питания, но, если собрать воедино различные источники, iMac G5, похоже, использует контроллер PFC TDA4863, пять силовых МОП-транзисторов 20N60C3, ШИМ-контроллер SG3845, напряжение TL431. ссылки и контроль мощности с помощью WT7515 и LM339. Также используется 5-контактный встроенный коммутатор TOP245, вероятно, для питания в режиме ожидания.

[63] Источник питания постоянного тока, №4130862. который был подан в феврале 1978 г. и выдан в декабре 1978 г. Блок питания, указанный в патенте, имеет некоторые существенные отличия от блока питания Apple II, созданного Astec. Большая часть управляющей логики находится на первичной стороне в патенте и вторичной стороне в фактическом источнике питания. Кроме того, в патенте обратная связь является оптической, и в ее источнике питания используется трансформатор. Блок питания Apple II не использует обратную связь по переменному току, описанную в патенте.

[64] Подробное обсуждение блока питания Apple II Plus можно найти на сайте applefritter.com. В описании источник питания ошибочно называется топологией прямого преобразователя, но это топология обратного хода. Неудобно, что это обсуждение не соответствует схемам блока питания Apple II Plus, которые я нашел. Заметные различия: в схеме используется трансформатор для обеспечения обратной связи, в то время как в обсуждении используется оптоизолятор. Кроме того, обсуждаемый источник питания использует вход переменного тока для запуска колебаний транзистора, а схема — нет.

[65] Яблоко III (1982 г.). Этот блок питания Apple III (050-0057-A) практически полностью отличается от блока питания Apple III AA11190. Это дискретный источник питания обратного хода с переключающим транзистором MJ8503, управляемым тиристором, фиксирующей обмоткой обратного хода и 4 выходами. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь переключения контролирует выход -5 В с операционным усилителем 741 и подключается через трансформатор. Он использует линейный регулятор на выходе -5 В.

[66] Яблочная Лиза (1983).Еще один дискретный источник питания с обратным ходом, но значительно более сложный, чем Apple II, с такими функциями, как резервное питание, дистанционное включение через симистор и выход +33 В. Для переключения в нем используется силовой транзистор MJ8505 NPN, управляемый тиристором. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь по переключению контролирует напряжение + 5 В (по сравнению с линейно регулируемым выходом -5 В) и подключается через трансформатор.

[67] Блок питания Macintosh. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта.В нем используется переключающий транзистор 2SC2335, управляемый дискретным генератором. Коммутационная обратная связь контролирует выход +12 В с помощью стабилитронов и операционного усилителя LM324 и подключается через оптоизолятор.

[68] Схема Mac 128K, Обсуждение Mac Plus. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта. В нем используется переключающий транзистор 2SC2810, управляемый дискретными компонентами. Обратная связь по переключению контролирует выход 12 В и подключается через оптоизолятор.Интересно, что в этом документе утверждается, что блок питания, как известно, был склонен к сбоям из-за того, что в нем не использовался вентилятор. Блок питания Mac Classic выглядит идентичным.

[69] TEAM ST-230WHF 230 Вт импульсный источник питания. Эта схема — единственный компьютерный блок питания стороннего производителя, который я обнаружил, который подает необработанный переменный ток в схему привода (см. R2), но я уверен, что это всего лишь ошибка чертежа. R2 должен подключаться к выходу диодного моста, а не к входу. Сравните с R3 в почти идентичной схеме привода в этом блоке питания ATX.

[70] Микропроцессоры и микрокомпьютеры и импульсные источники питания , Брайан Норрис, Texas Instruments, McGraw-Hill Company, 1978 г. В этой книге описываются импульсные источники питания для телевизоров, которые используют сигнал переменного тока для запуска колебаний.

[71] Блок питания жесткого диска Tandy (Astec AA11101). В этом обратноходовом источнике питания мощностью 180 Вт используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. В осцилляторе используются дискретные компоненты. Обратная связь от шины 5 В сравнивается с опорным напряжением TL431, а обратная связь использует трансформатор для изоляции.

[72] Блок питания Tandy 2000 (1983 г.). Этот источник питания с обратным ходом мощностью 95 Вт использует микросхему контроллера MC34060, переключающий транзистор MJE12005 и имеет обмотку фиксатора обратного хода. Он использует MC3425 для контроля напряжения, имеет линейный регулятор для выхода -12 В и обеспечивает обратную связь на основе выходного сигнала 5 В по сравнению с опорным сигналом TL431, проходящим через оптоизолятор. На выходе 12 В используется стабилизатор магнитного усилителя.

[73] В «Искусстве электроники» подробно обсуждается блок питания Tandy 2000 (стр. 362).

[74] Модель Commodore B128. В этом источнике питания обратного хода используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор MJE8501, управляемый дискретными компонентами, а обратная связь переключения контролирует выход 5 В с помощью опорного сигнала TL430 и изолирующего трансформатора. Выходы 12В и -12В используют линейные регуляторы.

[75] Tandy 6000 (Astec AA11082). В этом блоке питания с обратным ходом мощностью 140 Вт используется обмотка с зажимом диода. Схема представляет собой довольно сложную дискретную схему, поскольку в ней используется повышающая схема, описанная в патенте Astec 4326244, также разработанном Эллиотом Джозефсоном.В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. У него немного необычный выход 24 В. Один выход 12 В линейно регулируется LM317, а выход -12 В управляется линейным регулятором MC7912, но другой выход 12 В не имеет дополнительной регулировки. Обратная связь осуществляется с выхода 5 В с использованием источника напряжения TL431 и развязывающего трансформатора. Здесь есть красивая фотография блока питания.

[76] Документация на микросхему контроллера MC34060 (1982 г.).

[77] Руководство разработчика по переключению цепей и компонентов источника питания, Руководство по переключению режимов , Motorola Semiconductors Inc., Паб. № SG79, 1983. R J. Haver. Для обратного преобразователя фиксирующая обмотка описывается как дополнительная, но «обычно присутствует, чтобы позволить энергии, накопленной в реактивном сопротивлении утечки, безопасно возвращаться в линию вместо того, чтобы лавина переключающего транзистора».

[78] «Обеспечение надежной работы силовых полевых МОП-транзисторов», примечание к приложению Motorola 929, (1984) показывает источник питания с обратным ходом, использующий MC34060 с фиксирующей обмоткой и диодом. Его можно скачать с datasheets.org.uk.

[79] Для получения дополнительной информации о форвард-конвертерах см. История прямого преобразователя, журнал Switching Power Magazine , vol.1, No. 1, pp. 20-22, июл 2000 г.

[80] Первый импульсный преобразователь с диодной обмоткой был запатентован в 1956 году компанией Philips, патент 2,920,259 «Преобразователь постоянного тока».

[81] Другим патентом, показывающим обмотку с возвратной энергией с диодом, является патент Hewlett-Packard от 1967 года 3313998. Импульсно-регуляторный источник питания с цепью возврата энергии

[82] Маленькое королевство: частная история Apple Computer Майкл Мориц (1984) говорит, что Холт проработал в компании на Среднем Западе почти десять лет и помог разработать недорогой осциллограф (стр. 164).Стив Джобс, «Путешествие — награда», Джеффри Янг, 1988 г., утверждает, что Холт разработал импульсный источник питания для осциллографа за десять лет до прихода в Apple (стр. 118). Учитывая состояние импульсных источников питания в то время, это почти наверняка ошибка.

[83] «Коммутационные блоки растут в чреве компьютеров», Электронный бизнес , том 9, июнь 1983 г., стр. 120-126. В этой статье подробно описывается бизнес-сторона импульсных источников питания. В то время как Astec была ведущим производителем импульсных блоков питания, Lambda была ведущим производителем блоков питания переменного и постоянного тока, поскольку продавала большие количества как линейных, так и импульсных источников питания.

[84] «Стандарты: переключение вовремя для поставок», Electronic Business Today , vol 11, p74, 1985. В этой статье говорится, что Astec является ведущим в мире производителем блоков питания и лидером в области импульсных блоков питания. Astec выросла почти исключительно на поставках блоков питания Apple. В этой статье также упоминаются компании-поставщики электроэнергии из «большой пятерки»: ACDC, Astec, Boschert, Lambda и Power One.

[85] Astec становится 100% дочерней компанией Emerson Electric, Business Wire , 7 апреля 1999 г.

[86] Отраслевой отчет о крупнейших энергоснабжающих компаниях за 2011 год — Power Electronics Industry News, v 189, март 2011 г., консультанты по микротехнике. Также, Энергетическая промышленность продолжает марш к консолидации, Power Electronics Technology, май 2007 обсуждает различные консолидации.

[87] Документация SAMS по фотофакту для IBM 5150 содержит подробную схему источника питания.

[88] В Википедии представлен обзор стандарта ATX. Официальная спецификация ATX находится в формфакторах.орг.

[89] ON Semiconductor имеет эталонные образцы блоков питания ATX, как и Fairchild. Некоторые ИС, разработанные специально для приложений ATX, — это SG6105 Power Supply Supervisor + Regulator + PWM, NCP1910 High Performance Combo Controller for ATX Power Supplies, ISL6506 Multiple Linear Power Controller with ACPI Control Interfaces, и SPX1580 Ultra Low Dropout Voltage Regulator.

[90] Корпорация Intel представила рекомендацию о коммутационном преобразователе постоянного тока рядом с процессором в документе Intel AP-523 Pentium Pro Processor Power Distribution Guidelines, в котором приведены подробные спецификации модуля регулятора напряжения (VRM).Подробная информация об образце VRM приведена в разделе «Заправка мегапроцессора — обзор конструкции преобразователя постоянного тока в постоянный ток» с использованием UC3886 и UC3910. Более свежие спецификации VRM содержатся в Рекомендациях по проектированию Intel Voltage Regulator Module (VRM) и Enterprise Voltage Regulator-Down (EVRD) 11 (2009).

[91] В таблице данных микропроцессоров R650X и R651X указано типичное значение рассеиваемой мощности 500 мВт.

[92] Технологии преобразования энергии для компьютерных, сетевых и телекоммуникационных систем питания — прошлое, настоящее и будущее, М.М. Йованович, Лаборатория силовой электроники Delta, Международная конференция по преобразованию энергии и приводам (IPCDC), Санкт-Петербург, Россия, 8-9 июня 2011 г.

[93] Программа 80 Plus описана в разделе «Сертифицированные источники питания и производители 80 PLUS», где описаны различные уровни 80 PLUS: бронзовый, серебряный, золотой, платиновый и титановый. Базовый уровень требует КПД не менее 80% при различных нагрузках, а более высокие уровни требуют все более высокого КПД. Первые блоки питания 80 PLUS вышли в 2005 году.

[94] Несколько случайных примеров источников питания, которые сначала генерируют всего 12 В и используют преобразователи постоянного тока для генерации выходных сигналов 5 В и 3,3 В: Эталонный дизайн высокоэффективного блока питания ATX 255 Вт от ON Semiconductor (80 Plus Silver), NZXT HALE82 power обзор блока питания, обзор блока питания SilverStone Nightjar.

[95] Источники питания используют только часть электроэнергии, подаваемой по линиям электропередач; это дает им плохой «коэффициент мощности», который тратит энергию и увеличивает нагрузку на нижние линии.Вы можете ожидать, что эта проблема возникает из-за быстрого включения и выключения импульсных источников питания. Однако плохой коэффициент мощности на самом деле происходит из-за начального выпрямления переменного и постоянного тока, которое использует только пики входного переменного напряжения.

[96] Основы коррекции коэффициента мощности (PFC), Примечание по применению 42047, Fairchild Semiconductor, 2004.

[97] Правильный выбор размеров и разработка эффективных источников питания утверждает, что активная коррекция коэффициента мощности добавляет около 1,50 доллара к стоимости источника питания мощностью 400 Вт, активный фиксатор добавляет 75 центов, а синхронное выпрямление добавляет 75 центов.

[98] Многие источники схем электроснабжения доступны в Интернете. Некоторые андизм danyk.wz.cz, а также smps.us. Несколько сайтов, которые предоставляют загрузку схем источников питания, — это eserviceinfo.com и elektrotany.com.

[99] Информацию о типовой конструкции блока питания ПК см. В FAQ по SMPS. В разделах «Описание Боба» и «Комментарии Стива» обсуждаются типичные блоки питания для ПК на 200 Вт, использующие микросхему TL494 и конструкцию полумоста.

[100] В тезисе 1991 г. говорится, что TL494 все еще использовался в большинстве импульсных блоков питания ПК (по состоянию на 1991 г.).Разработка импульсного источника питания 100 кГц (1991 г.). Мыс Техникон Тезисы и диссертации. Документ 138.

[101] Введение в двухтранзисторную прямую топологию для источников питания с эффективностью 80 PLUS, EE Times, 2007.

[102] hardwaresecrets.com заявляет, что CM6800 является самым популярным контроллером PFC / PWM. Это замена ML4800 и ML4824. CM6802 — более «зеленый» контроллер в том же семействе.

[103] Анатомия импульсных источников питания, Габриэль Торрес, Hardware Secrets, 2006.В этом учебном пособии очень подробно описывается работа и внутреннее устройство блоков питания ПК с подробными изображениями реальных внутренних устройств блока питания. Если вы хотите точно знать, что делает каждый конденсатор и транзистор в блоке питания, прочтите эту статью.

[104] Презентация источника питания ON Semiconductor’s Inside представляет собой подробное математическое руководство по принципам работы современных источников питания.

[105] Справочное руководство по источнику питания SWITCHMODE, ON Semiconductor. Это руководство содержит большое количество информации об источниках питания, топологиях и многих примерах реализации.

[106] Некоторые ссылки на цифровое управление питанием: «Дизайнеры обсуждают достоинства цифрового управления питанием», EE Times , декабрь 2006 г. Глобальный рынок ИС для цифрового управления питанием к 2017 году достигнет 1,0 миллиарда долларов. Системный контроллер цифровой ШИМ TI UCD9248. Эталонная схема цифрового питания переменного / постоянного тока с универсальным входом и коррекцией коэффициента мощности, EDN , апрель 2009 г.

[107] Руди Севернс, лауреат премии за выслугу лет, Power Electronics Technology , сентябрь 2008 г., стр. 40-43.

[108] Куда ушли все гуру ?, Power Electronics Technology , 2007. В этой статье обсуждается вклад многих новаторов в области источников питания, включая Сола Гиндоффа, Дика Вайза, Уолта Хиршберга, Роберта Окада, Роберта Бошерта, Стива Голдмана, Аллена Розенштейна, Уолли Херсома , Фил Кётч, Яг Чопра, Уолли Херсом, Патрицио Винчиарелли и Марти Шлехт.

[109] История разработки Холтом источника питания для Apple II впервые появилась в статье Пола Чиотти Revenge of the Nerds (не имеющей отношения к фильму) в журнале California в 1982 году.

Часть 2: Импульсный источник питания

SMPS (импульсные источники питания) правят сегодня, но существуют гораздо дольше, чем вы думаете.

Первые блоки питания с импульсным режимом, которые я увидел, были почти полностью транзисторными. Транзисторы были еще более очевидными, когда не было больших трансформаторов, за которыми можно было бы спрятаться, но трансформаторы все еще были из ламинированного железа, а частоты были довольно низкими.

Мы склонны думать, что современная электроника является новой, что старые технологии не могут делать то, что могут делать микросхемы и микроконтроллеры, но, долгое время работая с электричеством, я могу сказать вам, что электроника, возможно, облегчила жизнь, но электроника не изобретал жизнь.

Оглядываясь назад, я видел другой тип импульсного источника питания еще до этих транзисторных устройств — устройство, известное как инвертор люминесцентного света. У них было два переключающих транзистора TO3, относительно небольшой трансформатор, диод, несколько резисторов и один или два конденсатора, все они были установлены в литом радиаторе в виде корпуса.

Моя работа заключалась в том, чтобы отремонтировать их для QLD Railways, это была моя первая работа в области электроники примерно в 1975 году. Новые (тогда) вагоны из нержавеющей стали были оснащены современными люминесцентными лампами, которые хорошо зарекомендовали себя с тех пор, как Никола Тесла впервые изобрел их примерно в начале 20 века. 20 век; но они вообще не работали на 24 В постоянного тока.

Кто-то разработал эти умные маленькие коробочки для преобразования 24 В постоянного тока в 110 В переменного тока с частотой около 100 кГц, чего было достаточно для освещения стандартных бытовых люминесцентных ламп. Более того, инверторы были легко взломаны для работы от 12 В постоянного тока, что сделало их полезными для кемпинга — хотя мы никогда этого не сделаем!

Вот упрощенная версия схемы, возможно, для ностальгии, но, возможно, также для того, чтобы показать, как все было сделано до изобретения микроконтроллеров. Технически я помню, что эти инверторные схемы назывались «генераторами насыщения».

Начнем с того, что при включении смещение транзистора представляло собой просто резистор (R), подающий ток смещения, напряжение которого ограничивалось диодом с прямым смещением (D) до ~ 0,6 В.

Конденсатор вызывал постепенное повышение напряжения на диоде, поэтому напряжение смещения на двух транзисторах увеличивалось в течение нескольких миллисекунд.

Из любых двух транзисторов один всегда немного более чувствителен, чем другой, и тот, который включился первым (предположим, Q1), включился быстро, что привело к быстрому увеличению тока, протекающего в обмотке главного трансформатора на стороне T1.Результирующее магнитное поле в T1 вызвало преобразованное напряжение в каждой из других катушек. T1b способствовал смещению Q1, поэтому он включился еще сильнее, в то время как напряжение T2b было обратным смещением, поэтому Q2 фактически удерживался.

Когда трансформатор достиг насыщения (т. Е. Магнитное поле было полностью развито), смещение T1b упало до нуля, и Q1 медленно отключился. Смещение T2b к Q2 теперь увеличивалось, поэтому Q2 включился; также увеличивая смещение в T2b и следуя тому же циклу, что и Q1, до тех пор, пока не произойдет насыщение в противоположной полярности, и Q2 не отключится.

Каждый транзистор включается, а затем выключается, что мы называем «двухтактным» действием, что приводит к непрерывным колебаниям частоты, определяемой только током нагрузки и скоростью, с которой каждый полупериод достигает насыщения. Фактически, хотя частота была около 40 кГц, когда люминесцентная лампа горела и была стабильной, частота превышала 100 кГц при запуске, а напряжение также было намного выше, чем 110 В переменного тока, необходимое для работы ламп.

Вторичная обмотка трансформатора, T3, имеет напряжение, которое достигает, возможно, 800 В, когда лампа холодная и не горит, но две обмотки накала, 2 × T3f, вызывают ток в нитях трубки, который нагревает трубку и позволяет ограниченный ток, протекающий внутри трубки от конца до конца, заставляя свет светиться.Холодным утром трубки запускались бы медленнее, но я тоже!

Насыщение трансформатора также помогло округлить то, что в противном случае было бы прямоугольной волной, а другой дроссель и некоторая емкость были использованы для ограничения EMI (электромагнитных помех), которые генерируются инверторами.

Это можно считать началом миниатюрных (так называемых компактных) люминесцентных ламп, которые мы знаем как «КЛЛ». Если аккуратно разобрать перегоревший КЛЛ, отрезав два штифта и осторожно отодвинув пластиковый колпачок от стеклянной лампы, вы можете увидеть, что внутри цоколя находится транзисторная схема, которая работает примерно так же, как и старые инверторы. .

Два транзистора, которые, как я полагаю, являются полевыми транзисторами, хотя я не тестировал ни одного, чтобы доказать это, могут быть сконфигурированы в одной или аналогичной базовой схеме. Скорее всего, они образуют очень простой понижающий преобразователь, обеспечивающий более низкое напряжение, подходящее для освещения люминесцентной лампы, а также для ограничения тока до чего-то безопасного.

Примечание. Не пытайтесь включить цепь в разобранном виде, иначе вы можете обнаружить, что 340 В постоянного тока укусит даже больше, чем 240 В переменного тока!

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ LM555 В КАЧЕСТВЕ МУЛЬТИВИБРАТОРА И ШИМ

Следующая схема основана на концептуальной схеме, используемой в некоторых колледжах TAFE для обучения студентов-электронщиков принципам работы контроллеров SMPS на основе общих LM555 и LM741.

Схема может подавать 5 В при 1,5 А от входа от 9 до 40 В при 1,5 А, плюс около 10 мА для ИС.

Импульсные источники питания

обычно используют управляемый напряжением элемент серии с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) для изменения выходного напряжения. Хотя могут быть подходящими несколько топологий вывода, в этом упражнении особенно интересны схемы управления для SMPS.

Существует множество микросхем, подходящих в качестве контроллеров SMPS; LM494, например, который использовался в миллионах компьютерных SMPS типа IBM.Некоторые микросхемы включают в себя все, кроме катушек индуктивности и фильтров.

В попытке описать функции как блоки, которые могут существовать внутри выделенной ИС, этот проект разработан, чтобы показать студентам и читателям, как работают блоки, как они связаны между собой и последствия внесения изменений, позволяя строителям схемы доработать схему. Здесь у нас есть демонстрация схемных блоков, которые все были разработаны на основе общедоступных деталей, уже используемых колледжами TAFE и в предыдущих лабораториях электроники.

МОЩНОСТЬ

Необработанное питание подключается к первому блоку, как правило, через переключатель и какую-либо защиту от перегрузки, такую ​​как плавкий предохранитель, и, возможно, защиту от перенапряжения. Защита от электромагнитных помех и всплесков также может использоваться в соответствии с ожидаемым видом обслуживания. Большая часть этих задач уже была выполнена, так как схема была запитана от источников питания BWD.

IC1 — НАСТОЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР

Первый блок схемы управления, даже в ИС, может повторять некоторые из этих защит внутри себя и может использовать какое-то регулирование напряжения для самого контроллера, но наш простой SMPS начинается с LM555 (IC1), подключенного как обычный Астабильный мультивибратор, который представляет собой простой генератор прямоугольной волны.

IC1 использует два резистора R1 = 10 кОм и R2 = 100 Ом и один конденсатор C1 = 1 нФ, чтобы установить частоту и обозначить пространственное отношение колебаний по формуле:

f = 1 / T = 1,44 / ((R1 + 2R2) × C), что дает расчетную частоту 141 кГц и соотношение метка / пробел 99: 1 (1%).

Для получения дополнительной информации о LM555 Astable существует множество интернет-сайтов, на которых есть калькулятор, готовый делать ваши расчеты за вас.

Есть еще один компонент, конденсатор 10 нФ, расположенный между контактом 5 и землей для стабилизации колебаний.Обратите внимание, что IC2 использует вывод 5 по-другому, и его назначение будет объяснено в следующем разделе.

IC2 — МОНОСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР

Второй блок принимает импульсы с вывода 3 IC1 на вывод 2 IC2, вывод триггера, через резистор 100 Ом в качестве небольшой защиты для входа второй микросхемы. Каждый импульс от IC1 заставляет IC2, второй LM555, включать вывод 3 на некоторое время в так называемом моностабильном режиме.

Контакт 3, в свою очередь, переключает Q1, последовательный транзистор, который может быть любым из множества технологий переключения, наиболее вероятными вариантами являются BJT и MOSFET.В этой схеме мы нарисовали общий символ полевого МОП-транзистора, которым может быть, например, IRF510.

Коммутируемый ток подается на L1, катушку индуктивности 68 мкГн и обратный диод 1N5811, за которым следует электролитический конденсатор C6 = 100 мкФ в качестве конечного фильтра для SMPS.

Схема является моностабильной, поскольку между контактами 6 и 7 микросхемы IC2 нет сопротивления. Период моностабильности определяется резистором R3 = 47k, а конденсатором C3 = 10nF.

Время работы моностабильного определяется по формуле:

Т (период) = 1.1 × R × C, = 1,1 × 47k × 10 нФ = 517 мкСм.

Однако есть второй фактор, влияющий на этот период, напряжение на выводе 5, которое будет генерироваться операционным усилителем IC3, которым может быть LM741 или аналогичный.

Контакт 5 подключен к цепи опорного напряжения внутри LM555 в точке, которая обычно составляет две трети напряжения питания (2/3 В постоянного тока).

Подача внешнего напряжения на этот вывод будет регулировать напряжение, при котором LM555 разряжается, тем самым сокращая период в соответствии с напряжением на выводе 5.

IC3 — УСИЛИТЕЛЬ ОШИБКИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Это напряжение обратной связи поступает от IC3, LM741 для этого эксперимента, и эти примечания относятся к классической схеме расположения выводов операционного усилителя.

Цепь опорного делителя R6 и R7 должна быть напрямую подключена к выходным клеммам, чтобы избежать помех и падений напряжения. Показанные значения делят выход SMPS на 4, что для выхода 5 В означает напряжение обратной связи 1,25 В, плюс или минус ошибку, которое подается на контакт 2 IC3, инвертирующий вход.

Контакт 3, неинвертирующий вход установлен на 1.25 В с помощью подходящего источника опорного напряжения, возможно, стабилитрона, пары сигнальных диодов с прямым смещением или, возможно, устройства опорного напряжения IC. Выбор зависит от желаемого уровня точности, но для этого эксперимента будет сложно превзойти даже никель-кадмиевый элемент на 1,2 В.

Источник опорного напряжения IC, такой как TL431, 1,25Vref, будет хорошим выбором, если вы намереваетесь встроить этот эксперимент в полномасштабный 5-вольтовый импульсный источник питания.

Разница между напряжением обратной связи и опорным напряжением буферизуется IC3, и то, что мы теперь называем «напряжением ошибки», подается на вывод 5 IC2, в результате чего период ШИМ изменяется в случае ошибки.Эта конфигурация вызывает меньший период ШИМ при увеличении выходного напряжения и более длительный период ШИМ при уменьшении выходного напряжения, тем самым исправляя ошибку посредством отрицательной обратной связи.

Для переменного выходного напряжения R6 может быть заменен потенциометром 10k, обеспечивающим выход SMPS между 1,25 В и 5 В и даже выше, если R7 будет уменьшен. Однако для работы цепи требуется напряжение питания постоянного тока, примерно в 1,5 раза превышающее выходное напряжение.

В лабораторном классе TAFE у студентов есть максимум два часа, чтобы смонтировать эту схему и протестировать ее, обычно поэтапно: IC1, затем добавление IC2, а затем IC3 и коммутационные компоненты.После завершения эксперимента они часто пробуют другие модификации схемы, проверяя свои собственные теории.

Какие эксперименты вы бы предприняли, чтобы модифицировать эту схему в соответствии с вашими требованиями? Возможно, переключаемый выход 3.3V / 5V? Как бы вы изменили схему, чтобы это произошло?

Надеюсь, вы понимаете, что это обучающая схема, а не проектный комплект; он предназначен для того, чтобы вы могли увидеть принципы, прежде чем пытаться спроектировать или отремонтировать другую схему.

Две микросхемы LM555 могут быть заменены одной микросхемой LM556, которая вмещает в себя две микросхемы 555. Вы можете уменьшить потери, используя все CMOS IC или операционные усилители на полевых транзисторах, такие как TL071 или TL081. Фактически, взлом раньше подразумевал разрезание существующих цепей и изменение их для выполнения других задач. Модификация этого эксперимента — это взлом оборудования.

LM555 ограничены напряжением шины 30 В, поэтому источник питания может управлять выходным напряжением 20 В. Однако что, если вам понадобится источник питания 60 В для другого эксперимента? Возможно, вам потребуется необработанное питание 100 В, но тогда питание LM555 и операционного усилителя будет слишком высоким.Вы можете использовать делитель напряжения и LM317, чтобы регулировать питание микросхем, всей схемы контроллера, если на то пошло, и подавать только более высокое напряжение на полевой МОП-транзистор.

Вам может потребоваться более высокий ток, который ограничен только Q1, L1 и C6. Q1 с более высоким номиналом требует низкого R DS (ON) (сопротивление стока / источника), низкого V GS (напряжение на затворе и источнике) и может работать с V DSO (напряжение на стоке и открытое напряжение источника) более 40 В или больше напряжения питания.

Последний комментарий: ZD2 фиксирует любые всплески напряжения, например, возникающие при прекращении большого тока, в результате чего в индукторе остается большое магнитное поле. Вы должны выбрать ZD2 в соответствии с необходимым выходным напряжением. Для выхода 5 В используйте, например, стабилитрон 5,6 В.

SMPS может быть спроектирован и построен на основе традиционного трансформатора или индуктора с учетом того, что частота должна поддерживаться в пределах частотного диапазона трансформатора. Однако в SMPS обычно используются ферритовые тороидальные индукторы или, возможно, тороидные индукторы из железного порошка, если частота ниже 1 кГц.В более мощных ИИП могут даже использоваться «ленточные тороиды» с сердечником из коболтной стали, но для источников питания такого размера, как производитель, подходят ферриты.

Феррит и железный порошок — это две технологии, разработанные недавно, хотя им уже несколько десятилетий. Феррит можно охарактеризовать как «железную керамику», имеющую очень плотную магнитную структуру, что обеспечивает более высокие уровни проницаемости и мощности по сравнению с слоями листового железа. Феррит также является материалом с низкими потерями в железе, из-за чего трансформаторы в железе нагреваются и теряют энергию.

РАЗМЕР ИНДУКТОРА?

В SMPS для сглаживания тока используется индуктор, а не конденсатор, который сглаживает напряжение. Конечно, оба они часто используются для сглаживания выходного сигнала постоянного тока.

Катушки индуктивности накапливают энергию в потоке тока, создавая магнитное поле, пропорциональное квадрату тока. Требование к хранению энергии также пропорционально времени, которое необходимо использовать для возврата энергии. Следовательно, при увеличении частоты и тока размер катушки индуктивности уменьшается.

Здесь у нас есть схема, содержащая катушку индуктивности, управляемую переключателем и диодом [1] , для следующих графиков. Первая схема [1A] показывает нам T (включен), в то время как катушка индуктивности заряжена (т. Е. Накапливает энергию), а вторая [1B] показывает цепь во время T (выключено), когда катушка индуктивности разряжается (т. Е. возвращает свою энергию) в нагрузку.

Кривая [1C] показывает, что хотя T (вкл.) И T (выкл.) Обычно являются разными периодами, запасенная и возвращенная энергия, показанная в синих областях, одинакова в этих двух периодах.

Кривая [1D] показывает ток через переключатель, а кривая [1E] показывает ток через диод. Обратите внимание на быстро меняющиеся фронты коммутируемых токов, которые, как известно, вызывают искрение в механических переключателях.

Трасса [1F] отображает ток, протекающий через нагрузку, а диаграмма [1G] показывает напряжение на нагрузке.

Для расчета индуктивности необходимо вычислить запасенную энергию в один из следующих периодов: T (вкл.) Или T (выкл.).Энергия в электрических цепях может быть рассчитана как E = VIT, напряжение × ток × время. Однако обратите внимание, что нас интересуют только изменения напряжения и тока и только для одного из двух периодов: включения или выключения.

Мы также знаем, что энергия, запасенная в катушке индуктивности, может быть рассчитана из E = 1 / 2LI 2 .

Следовательно, мы можем объединить эти две формулы, чтобы получить VIT = 1 / 2LI 2 , помня, что значения в левой части — это изменения V и I, а I2 в правой части — это ток нагрузки.Формулы должны отражать это:

dVdIT на = 1 / 2LI L 2

Перестановка дает нам:

L = 2dVdIT на / I L 2 .

Большинство производителей имеют аналогичную формулу в своих технических паспортах и ​​описание того, как получить и применить значения к их схемам. Многие теперь имеют набор программного обеспечения для проектирования, с которым вы можете работать, чтобы вычислить значения вашей схемы, даже не используя калькулятор.Строители иногда пробуют что-нибудь попроще. Они выбирают катушку индуктивности, которая, по их мнению, будет работать, и выдумывают ее значение, пока не будут довольны результатом.

Спроектировать собственный индуктор не так просто, как выбрать его из каталога электроники. Хотя вам может посчастливиться найти подходящий готовый индуктор в Интернете или у специализированного поставщика, вам может потребоваться приобрести 1000 из них!

Начните с выбора сердечника тороида. Сначала вы должны знать несколько параметров: расчетную индуктивность, постоянный ток и ток пульсации.Помните, что индуктор SMPS предназначен для преобразования высокочастотного импульсного источника питания в постоянный ток, поэтому вам также необходимо знать, в каком диапазоне частот индуктор должен работать.

Затем вам нужно выйти в Интернет или в справочники и выбрать размер и материал для тороида, убедившись, что на нем достаточно места для витков и диаметра провода, необходимого для необходимой вам индуктивности.

В техническом паспорте будет указано значение (AL) индуктивности в миллигенри или микрогенри для 100 витков, намотанных на этот сердечник.

Формула индуктивности — L = A L × N 2 /100 — может быть транспонирована для расчета количества витков:

N = 100√ (L / AL)

Например, для сердечника с индуктивностью 100 мкГн на 100 витков может потребоваться

N = 100√ (68/100) = 82 витка для 68 мкГн.

Примечание. Зависимость не является линейной из-за того, что индуктивность пропорциональна квадрату витков. Для заинтересованных есть несколько полезных ссылок в виде «Чтение и ресурсы».

В этом месяце мы решили кое-что сделать, так как в конструкциях с режимами переключения используются центральные интегральные схемы и компоненты, указанные в примечаниях по применению. Мы попытались показать, как работают детали, поэтому надеемся, что у вас будет лучшее представление при выборе или поиске неисправностей коммерческого источника питания.

Как вы, наверное, знаете, импульсные регуляторы 3V3 и 5V, работающие на гораздо более высоких частотах, доступны без индуктора и могут быть приобретены в простой упаковке.

В связи с продолжением применения приложений для прямого питания микроконтроллеров 3V3 и 5V, мы ожидаем, что их доступность будет продолжать расти, а стоимость, вероятно, продолжит снижаться. Со всеми нашими проектами Arduino и Raspberry Pi, наверное, это тоже здорово!

Двухтактный импульсный источник питания

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Разберитесь в работе двухтактного преобразователя постоянного тока в постоянный.
  • Понимание работы типичного контроллера режима переключения I.C.
  • • Транзисторы силовые переключающие.
  • • Широтно-импульсный модулятор.
  • • Защита от перегрузки по току и перенапряжения.
  • • Измерение тока.
  • Распознавать компоненты и методы, используемые для изоляции вывода.

Рис. 3.4.1 Блок-схема двухтактного ИИП

Двухтактный ИИП

Рис.3.4.1 показывает блок-схему импульсного источника питания, разработанного на базе усовершенствованного регулирующего широтно-импульсного модулятора UC3524 от Texas Instruments.

Схема представляет собой преобразователь постоянного тока в постоянный, использующий входное напряжение постоянного тока от 15 до 30 В и обеспечивающий регулируемый выходной сигнал 5 В при токе примерно до 250 мА. В схеме используется двухтактное переключение мощности, приводящее в действие высокочастотный трансформатор, который полностью изолирует выходную цепь от входа. Выход защищен от короткого замыкания, а выходное напряжение можно регулировать вручную.Максимальный ток также можно установить вручную с помощью регулируемого ограничения тока.

Первичный контур.

Генератор 100 кГц внутри IC1 (UC3524) генерирует импульсы, которые обрабатываются широтно-импульсным модулятором (внутри IC1), используемым для управления транзисторами переключения мощности. Ширина обрабатываемых импульсов возбуждения определяет продолжительность времени, в течение которого транзисторы переключения мощности проводят, и, следовательно, количество мощности, подаваемой на трансформатор.

Ширина импульса и, следовательно, выходное напряжение регулируются усилителем ошибки в IC1.Это измеряет разницу между выборкой выходного напряжения, возвращаемой через оптоизолятор, и опорным напряжением, установленным Vr1. Когда эти два напряжения равны, выходное напряжение схемы правильное. Если есть разница, ширина импульсов, создаваемых широтно-импульсным модулятором, увеличивается или уменьшается, чтобы исправить ошибку.

Защита от перегрузки по току обеспечивает отключение источника питания в случае слишком высокого потребления тока на выходе. Выходные клеммы можно даже закоротить, не повредив подачу питания.

Каждый импульс тока в силовых переключающих транзисторах создает импульс напряжения на чувствительном резисторе R12. Амплитуда этих импульсов пропорциональна току, подаваемому на трансформатор схемой переключения. Если пиковое значение любого из этих импульсов превышает напряжение постоянного тока, заданное параметром Vr2 (ограничение тока), то выходной сигнал от IC2 приведет к тому, что входной сигнал широтно-импульсного модулятора уменьшит ширину импульса, производимого модулятором в это время, мгновенно уменьшив выходное напряжение.Если условие перегрузки по току исчезнет, ​​выходное напряжение будет восстановлено до нормального уровня, но если ток нагрузки останется высоким, ограничитель тока продолжит уменьшать ширину импульса, в зависимости от величины перегрузки по току, даже до нуля в случай короткого замыкания на выходе.

Вторичный контур

Двухтактные переключающие транзисторы создают сигнал переменного тока через первичную обмотку трансформатора, а вторичная обмотка питает обычный двухполупериодный выпрямитель и LC-фильтр нижних частот, чтобы обеспечить нагрузку стабильным напряжением 5 В на выходных клеммах.Отрицательная обратная связь к цепи регулирования напряжения в IC1 осуществляется через оптоизолятор (IC3). Чем выше выходное напряжение, тем ярче свечение светодиода, закрытого на вторичной стороне, и тем больше выходное напряжение постоянного тока, получаемое от контакта 4 IC3 на первичной стороне устройства. Это напряжение используется в качестве выборки на инвертирующем входе усилителя ошибки в IC1, где оно сравнивается с напряжением от регулятора VR1 «установленного напряжения» для управления широтно-импульсным модулятором.

Описание схемы

Полная принципиальная схема схемы представлена ​​на рис.3.4.2.

Рис. 3.4.3 UC3524N (деталь детали)

Генератор внутри IC1 вырабатывает узкие импульсы 100 кГц (приблизительно), которые используются в качестве тактовых импульсов для логики переключения внутри IC1. Компоненты синхронизации для генератора — R3 и C2. Форма волны линейного изменения, создаваемая при заряде C2, также используется в качестве входа для инвертирующего входа компаратора в IC1.

Широтно-импульсный модулятор состоит из компаратора в IC1 и логической схемы переключения, которая состоит из бистабильного и двух трех входных вентилей ИЛИ-НЕ.Выходы этого блока подают импульсы переменной ширины на два транзистора Qa и Qb.

Усилитель ошибки сравнивает стабильное опорное напряжение на выводе 1 (установленное Vr1, подаваемым от внутреннего регулируемого напряжения 5 В от вывода 16) с образцом напряжения нагрузки, возникающего на эмиттерном резисторе оптоизолятора, R11. Результирующее напряжение ошибки используется как неинвертирующий вход для компаратора ШИМ.

Возможности UC3524, которые используются в этой схеме, более подробно показаны на рис.3.4.3 (Примечание: некоторые неиспользуемые возможности UC3524 опущены для ясности, для получения дополнительной информации см. Техническое описание Texas Instruments UC3524).

Широтно-импульсный модулятор

Рис. 3.4.4 UC3524N и осциллограммы первичной обмотки трансформатора

Действие широтно-импульсного модулятора, описываемое сигналами, показанными на рис. 3.4 4, выглядит следующим образом:

Тактовые импульсы (CK) от генератора подаются на бистабильный (триггер), который производит прямоугольную волну с соотношением метка / пространство 1: 1 и частотой 50 кГц (половина от частоты генератора) при его Q-выход и инвертированная версия этой волны на Q-выходе.

Выход Q обеспечивает вход в вентиль ИЛИ-НЕ a, а выход Q (противоположный Q) обеспечивает вход в вентиль ИЛИ-НЕ b. Логическое правило для логического элемента ИЛИ-НЕ состоит в том, что его выход будет высоким только тогда, когда все его три входа будут низкими. Обратите внимание, что сигналы Q и Q переходят в низкий уровень в начале альтернативных низких состояний тактового импульса. Тактовый сигнал также является входом для обоих вентилей ИЛИ-НЕ.

Третий вход для каждого логического элемента ИЛИ-НЕ обеспечивается выходом компаратора, который представляет собой серию импульсов низкого состояния переменной длительности, создаваемых путем сравнения напряжения ошибки постоянного тока от усилителя ошибки в IC1 с линейным изменением, создаваемым конденсатором синхронизации генератора. C2.

Когда каждый выход логического элемента ИЛИ-ИЛИ становится высоким, только когда все три его входных сигнала имеют низкий уровень, на базы внутренних транзисторов Qa и Qb подаются чередующиеся импульсы высокого состояния, ширина которых зависит от значения напряжения ошибки. Чем ниже значение напряжения ошибки (из-за более высокого значения напряжения «выборки» на выводе 1), тем уже генерируемые импульсы. Эти более узкие импульсы, когда используются для включения силовых переключающих транзисторов TR3 и Tr4, приведут к снижению мощности в трансформаторе и снижению напряжения нагрузки.

Цепи переключения мощности

Рис. 3.4.5 Ускорение выключения выключателя питания

Каждый из внутренних управляющих транзисторов Qa и Qb выдает серию импульсов на своем коллекторе и серию противофазных импульсов на своем эмиттере. Сигналы эмиттера a и b управляют транзисторами Tr3 и Tr4 переключения мощности соответственно, а сигналы коллектора управляют схемами повышения скорости Tr1 / Tr2.

Причина включения схем ускорения состоит в том, чтобы преодолеть задержку, которая обычно возникает из-за того, что, когда транзисторы Tr3 и Tr4 переключения мощности являются проводящими, их переход база / эмиттер (который, естественно, образует небольшой конденсатор из-за слоя обеднения между базой и эмиттерные слои в транзисторе) заряжены и должны быть разряжены, прежде чем транзистор полностью отключится.

Переходы силового транзистора быстро разряжаются при кратковременном включении Tr1 или Tr2 с использованием дифференцированного импульса, генерируемого нарастающим фронтом сигнала от коллектора Qa или Qb в IC1, что, конечно, происходит точно в тот же момент, что и Tr3 или Tr4. выключается, как показано на рис. 3.4.5.

Поскольку центральный отвод первичной обмотки трансформатора подключен к основному источнику (+ V IN ), он всегда будет иметь потенциал питания. Напряжения коллектора Tr3 и Tr4 также будут на уровне + V IN в периоды, когда оба транзистора выключены.

Во время импульса включения Tr3 его коллектор будет примерно на 0 В, и из-за центрального отвода первичной обмотки трансформатора нижняя половина первичной обмотки будет противофазна верхней половине, поэтому коллектор Tr4 будет положительным при удвоенном значении + V IN в течение периода импульса включения Tr3. Эта ситуация меняется на обратную во время «включенного» импульса Tr4. Это действие создает сигнал ступенчатого типа с амплитудой + V IN x 2 на первичной обмотке трансформатора, как показано на рисунке 3.4.4.

Вторичный контур

Результирующее вторичное напряжение выпрямляется D1 и D2 и сглаживается фильтром нижних частот L1 / C10 перед подачей на нагрузку. Образец напряжения нагрузки подается обратно на светодиод в оптоизоляторе IC3 через резистор ограничения тока светодиода R13.

Рис. 3.4.6 Типичный высокочастотный трансформатор


с несколькими вторичными обмотками

Из-за двухтактной конструкции, используемой в этой схеме, очень просто организовать такую ​​схему, имеющую несколько выходов.Различные (более высокие или более низкие) напряжения могут быть получены с помощью трансформатора, подобного тому, который показан на рис. 3.4.6, который имеет несколько вторичных обмоток с соответствующими отношениями витков.

Однако общий ток, подаваемый на несколько выходов, не должен превышать максимальный номинальный ток SMPS. Каждая линия питания будет иметь свой выпрямитель и систему фильтров, а также может включать дополнительную точку регулирования нагрузки. Выборка напряжения обычно берется только с одного из выходов, чтобы обеспечить обратную связь с широтно-импульсным модулятором, однако управление мощностью, подаваемой на первичную обмотку трансформатора, будет управлять всеми выходами напряжения.

Ограничение тока

Ограничение тока, которое способно полностью отключить схему в условиях экстремальной перегрузки, обеспечивается действием IC2 и отключающего транзистора между контактами 9 и 10 внутри IC1.

На вывод 3 IC2 подается стабильное опорное напряжение, получаемое от шунтирующего регулятора напряжения R7 / ZD1 через регулятор ограничения тока Vr2. Неинвертирующий вход IC2 подключен к низкоомному резистору R12, чувствительному к току, в эмиттерном выводе, общем для обоих переключающих транзисторов Tr3 / Tr4.

Каждый раз, когда какой-либо из транзисторов проводит ток, в результате большой ток эмиттера создает импульс напряжения на R12. Пиковое напряжение этого импульса будет пропорционально току эмиттера, протекающему в Tr3 / Tr4, и, следовательно, также и выходному току.

Если пиковое напряжение любого из этих импульсов, приложенных к неинвертирующему входу IC2, превышает стабилизированное постоянное напряжение на инвертирующем входе, на выходе будет сформирован положительный импульс и, следовательно, на базе Qc внутри IC1.Это приведет к падению напряжения на коллекторе этого транзистора, а также к уменьшению выходного сигнала усилителя ошибки, который управляет широтно-импульсным модулятором. Это действие приводит к уменьшению ширины генерируемого в данный момент импульса, таким образом мгновенно уменьшая выходное напряжение. Если перегрузка по току исчезнет, ​​широтно-импульсный модулятор вернется в нормальный режим работы. В противном случае последующие импульсы будут уменьшаться до тех пор, пока выходное напряжение не упадет (при необходимости) до нуля.

Однако срабатывание схемы ограничения тока не является абсолютно мгновенным из-за присутствия C4 на выводе компенсации отключения (9) IC1.Этот конденсатор имеет тенденцию интегрировать изменения напряжения на коллекторе отключающего транзистора, так что можно избежать очень быстрых (цикл за циклом) изменений выходного напряжения во время действия ограничителя тока.

6 Простая схема импульсного источника питания

Вы когда-нибудь задумывались, что означает «переключатель» в импульсном источнике питания? Если быть точным, что такое «включение» и «выключение»?

Как следует из названия, импульсный источник питания использует электронные переключающие устройства (например, транзисторы, полевые транзисторы, тиристоры и т. Д.).) для непрерывного включения и выключения электронных переключающих устройств через цепь управления. Что произошло дальше? Затем позвольте электронному коммутационному устройству импульсно модулировать входное напряжение для реализации преобразования постоянного / переменного тока, постоянного / постоянного напряжения, а также регулируемого выходного напряжения и автоматической стабилизации напряжения.

После того, как вы поймете основное определение импульсного источника питания, вы, возможно, захотите дополнительно изучить его применение и углубить свое понимание. Поэтому в этом блоге мы познакомим вас с 6 простыми схемами проектирования импульсных цепей питания.

Конечно, если у вас есть какие-либо вопросы по принципиальной схеме, оставьте свои вопросы в комментарии, и мы ответим вам восторженно и профессионально.

Видео об основах импульсных источников питания

Каталог

I Что такое импульсный источник питания

Импульсный источник питания (SMPS), также известный как импульсный источник питания и импульсный преобразователь, представляет собой высокочастотное устройство преобразования электрической энергии и тип источника питания.Его функция состоит в том, чтобы преобразовать уровень напряжения в напряжение или ток, требуемый пользователем, с помощью различных архитектурных форм.

Имя

Импульсный источник питания

Природа

Использовать современные технологии силовой электроники

Метод

Широтно-импульсная модуляция

Характеристики

Небольшой размер, легкий вес и высокая эффективность

II 6 Схемы импульсных источников питания

2.1 Простая схема импульсного источника питания

Эта схема несложна и может нормально работать без особых требований. В основном обращайте внимание на следующие моменты:

  1. Отрегулируйте C3 и R5 так, чтобы частота колебаний составляла 30–45 кГц;
  2. Необходимо стабилизировать выходное напряжение;
  3. Выходной ток может достигать 500 мА.
  4. Эффективная мощность 8 Вт, КПД 87%.

2.2 Импульсная цепь питания 24 В

Импульсный источник питания

24 В — это импульсный источник питания с высокочастотным инвертором. Трубка переключателя управляется схемой для проведения высокоскоростного прохода и отсечки, преобразования постоянного тока в высокочастотный переменный ток и подачи его на трансформатор для преобразования, тем самым генерируя требуемый один или несколько наборов напряжений.

Принцип работы импульсного источника питания 24 В:

  1. Входная мощность переменного тока выпрямляется и фильтруется в постоянный ток;
  2. Управляйте переключающей трубкой с помощью высокочастотного сигнала ШИМ (широтно-импульсной модуляции) и добавляйте этот постоянный ток к первичной обмотке переключающего трансформатора;
  3. Во вторичной обмотке коммутирующего трансформатора индуцируется высокочастотное напряжение, которое выпрямляется, фильтруется и подается на нагрузку;
  4. Выходная часть возвращается в схему управления через определенную схему для управления рабочим циклом ШИМ для достижения цели стабильного выхода.

2.3 Несимметричная прямая импульсная цепь питания

Типовая схема несимметричного импульсного источника питания прямого включения показана на рисунке ниже. Эта схема аналогична по форме несимметричной схеме обратного хода, но условия работы другие:

Когда трубка переключателя VT1 включена, VD2 также включен. В это время сеть передает энергию нагрузке, а катушка индуктивности L фильтра накапливает энергию;

Когда переключатель VT1 выключен, катушка индуктивности L продолжает отдавать энергию нагрузке через диод свободного хода VD3.

Также в цепи присутствует прижимная катушка и диод VD2. Диод может ограничивать максимальное напряжение на переключающей трубке VT1 в два раза выше напряжения источника питания. Чтобы соответствовать условию сброса магнитного сердечника, то есть время установления магнитного потока и время сброса должны быть одинаковыми, поэтому коэффициент заполнения импульса в цепи не может превышать 50%.

Поскольку эта схема передает энергию нагрузке через трансформатор, когда трубка переключателя VT1 включена, диапазон выходной мощности велик, и она может выходить мощностью 50-200 Вт.Однако практических применений этой схемы немного. Причина в том, что используемый в этой схеме трансформатор имеет сложную конструкцию и большой объем.

2,4 Двухтактная импульсная схема питания

Типовая схема двухтактного импульсного источника питания показана на рисунке ниже. Это двусторонняя схема преобразования, и магнитный сердечник высокочастотного трансформатора работает по обе стороны от петли гистерезиса. В схеме используются две коммутационные лампы VT1 и VT2.Две переключающие лампы попеременно включаются и выключаются под управлением прямоугольного сигнала внешнего возбуждения. Напряжение прямоугольной формы получается во вторичной группе трансформатора T, которое выпрямляется и фильтруется до необходимого постоянного напряжения.

Преимущество этой схемы состоит в том, что две переключающие лампы легко управлять, а главный недостаток заключается в том, что выдерживаемое напряжение переключающих трубок должно в два раза превышать пиковое напряжение схемы. Выходная мощность схемы относительно велика, обычно в пределах 100-500 Вт.

2,5 Схема развязки обратной связи по мощности

В импульсном источнике питания схема развязки обратной связи по мощности состоит из оптопары, такой как PC817, и шунтирующего стабилизатора TL431, и ее типичное применение показано на следующем рисунке. Когда выходное напряжение колеблется, измеренное напряжение, полученное после резистивного делителя, сравнивается с опорным напряжением запрещенной зоны 2,5 В в TL431, и на катоде формируется напряжение ошибки. Впоследствии рабочий ток светодиода в оптическом соединительном устройстве изменяется соответствующим образом.Таким образом, текущий размер управляющего вывода TOPSwitch может быть изменен с помощью оптического соединительного устройства, а затем может быть отрегулирован выходной коэффициент заполнения, так что Uo может оставаться неизменным для достижения цели стабилизации напряжения.

Роль и выбор основных компонентов в цепи обратной связи: Основная роль R1R4R5 заключается в работе с TL431 и устройством оптической связи. Среди них R1 — токоограничивающий резистор оптопары, а R4 и R5 — резисторы делителя напряжения TL431, которые обеспечивают необходимый рабочий ток для полной защиты TL431.

2,6 Инверторно-выпрямительная цепь

Схема использует микросхему генератора UC3842 в качестве ядра для формирования схемы инвертора и выпрямителя. UC3842 — это высокопроизводительная микросхема широтно-импульсного модулятора с несимметричным выходным током. Источник питания переменного тока 220 В подается через фильтр синфазных помех L1, который может лучше подавлять высокочастотные помехи от электросети и излучение самого источника питания. Напряжение переменного тока фильтруется схемой мостового выпрямителя и конденсатором C4, чтобы получить нестабильное постоянное напряжение около 280 В, которое служит схемой инвертора, состоящей из колебательного кристалла U1, переключающей трубки Q1, переключающего трансформатора T1 и других компонентов.

III Заключение

Выше представлены 6 простых схем импульсных источников питания, которые мы подготовили для вас. Есть ли что-нибудь, что я не понимаю или в чем сомневаюсь в процессе просмотра? Если да, не стесняйтесь оставлять свои мысли в области комментариев.

Советы по питанию: когда использовать переключатель питания BJT — Управление питанием — Технические статьи

На сегодняшний день уже почти предрешен вывод, что импульсный источник питания будет использовать полевой МОП-транзистор в качестве переключателя питания.Однако в некоторых случаях транзистор с биполярным переходом (BJT) все же может иметь преимущество перед MOSFET. В частности, в автономных источниках питания стоимость и высокое напряжение (более 1 кВ) являются двумя причинами использования BJT вместо MOSFET.

В источниках с обратным ходом малой мощности (3 Вт и меньше) трудно превзойти стоимость BJT. В больших объемах транзистор 13003 NPN может стоить всего 0,03 доллара. Это устройство может работать с напряжением 700 В VCE и может выдавать несколько 100 мА, не требуя чрезмерного базового тока.В случае BJT усиление и рассеиваемая мощность, как правило, ограничивают практическое использование в приложениях с низким энергопотреблением. На этих низких уровнях мощности разница в эффективности между MOSFET и BJT очень мала. На рисунке 1 ниже сравнивается эффективность двух аналогичных схем 5 В / 1 Вт. В одной конструкции PMP8968 используется полевой МОП-транзистор, а в другой, PMP9059, используется BJT. Это не совсем честное сравнение, потому что эти два источника питания были разработаны для работы с разными входными напряжениями, но оно показывает, насколько схожей может быть эффективность.

Рисунок 1: Эффективность конструкции MOSFET PMP8968 по сравнению с конструкцией PMP9059 BJT

Некоторые новые контроллеры фактически предназначены для управления BJT с целью предоставления решения с наименьшими затратами. В большинстве случаев контроллер с внешним BJT будет дешевле, чем контроллер со встроенным MOSFET. При проектировании с контроллером BJT необходимо убедиться, что базовая мощность и усиление BJT достаточны для обеспечения необходимого пикового тока в трансформаторе.

При несколько более высоких уровнях мощности разница в эффективности между полевым транзистором и биполярным транзистором становится более значительной из-за плохих характеристик переключения и падения напряжения биполярного транзистора. Тем не менее, BJT может по-прежнему предлагать преимущество в приложениях, которые работают от входного напряжения, превышающего стандартный диапазон 100–240 В переменного тока для жилых и коммерческих помещений. Промышленные приложения и измерители мощности — вот несколько примеров ситуаций, когда может потребоваться более высокое входное напряжение. Доступные по цене полевые МОП-транзисторы обычно не превышают 1 кВ.В некоторых приложениях для измерения мощности линейное напряжение может превышать 480 В переменного тока. После выпрямителя это дает напряжение более 680 В постоянного тока. При трехфазном входе оно может быть еще выше. Переключатель питания должен выдерживать это напряжение, а также отраженное выходное напряжение и выбросы утечки. В этих приложениях MOSFET может вообще не быть вариантом, оставляя BJT самым простым и недорогим решением (см. PMP9044, ссылка приведена ниже).

Коммутационные потери в BJT могут стать большой проблемой, поскольку уровень мощности увеличивается выше уровня 3 Вт, который мы обсуждали ранее.Использование каскодного соединения для управления BJT может решить эту проблему. На рисунке 2 ниже, от PMP7040, показано, как работает каскодное соединение. Основание BJT (Q1) привязано к шине VCC, а эмиттер опускается до низкого уровня, чтобы включить переключатель. Внутри UCC28610 низковольтный полевой МОП-транзистор подтягивает вывод DRV к низкому уровню, а внутренний датчик тока программирует пиковый ток переключения. Быстрое отключение обеспечивается внутренним полевым МОП-транзистором, поскольку он включен последовательно с внешним высоковольтным транзистором BJT.

Рисунок 2: Схема PMP7040, показывающая, как работает каскодное соединение

Таким образом, есть еще несколько причин, по которым BJT может иметь смысл в вашем источнике питания.В приложениях мощностью менее 3 Вт они могут предложить экономическое преимущество, не жертвуя слишком большой производительностью. При более высоких напряжениях они могут предложить больший выбор там, где выбор полевых МОП-транзисторов может быть ограничен. Мы также увидели, как каскодное соединение можно использовать для улучшения коммутационных характеристик BJT. Вот ссылки на несколько проектов в PowerLab, освещающие некоторые из этих аспектов…

Маломощный, недорогой обратный ход BJT:

  • PMP9059 — вход 120 В переменного тока, 5 В / 200 мА
  • PMP9074 — вход 85VAC-265VAC, 12В / 3Вт

Высокое входное напряжение, обратный ход BJT:

  • PMP6741 — Вход 85Vdc-576Vdc, 24V / 12W
  • PMP9044 — вход трехфазного переменного тока, 3.3 В / 0,5 А

Обратный ход BJT с каскодом:

  • PMP6710 — Вход 85VAC-265VAC, 12В / 1A
  • PMP7040.1 — Вход 147-400 В переменного тока, 20 В / 0,25 А

Надежный и усовершенствованный транзисторный импульсный источник питания на сертифицированных продуктах

О продуктах и ​​поставщиках:
 Выберите из обширного ассортимента высокопроизводительных, оригинальных, надежных и мощных транзисторных импульсных источников питания   на Alibaba.com для нескольких жилых домов и коммерческие нужды.Все продукты, предлагаемые на сайте, имеют высокое качество и сертифицированы регулирующими органами. Продукты, перечисленные на сайте, не только ориентированы на производительность, но и чрезвычайно долговечны, могут выдерживать все виды суровых условий эксплуатации и обеспечивать стабильную производительность на протяжении многих лет. Ведущие транзисторные импульсные блоки питания  Поставщики и оптовые продавцы  на сайте предлагают эти продукты по невероятным ценам и огромным скидкам. 

Разнообразная коллекция этих невероятных транзисторных импульсных источников питания включает различные разновидности продуктов, которые могут включать и управлять всеми типами бытовой и коммерческой техники.Эти продукты являются энергоэффективными и, следовательно, помогают сэкономить на счетах за электроэнергию. Эти расходные материалы являются экологически чистыми, а также имеют варианты с покрытием из никеля, меди, стали и золота.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *