Простой импульсный блок питания: cxema.org — Самый простой импульсный блок питания

Содержание

cxema.org — Самый простой импульсный блок питания

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

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

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

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

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

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

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

Один момент — блок однотактный и между половинками сердечника должен быть немагнитный зазор, такой зазор имеется у сердечников с зарядных устройств сотовых телефонов.

Зазор относительно небольшой (пол миллиметра хватит сполна). Если не находите трансформаторов с зазором, его можно сделать искусственным образом, подложив между половинками сердечника один слой офисной бумаги.

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

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

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

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

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

О недостатках схемы:

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

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

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

Печатная плата тут 

Простой, импульсный блок питания на IR2153

Сегодня поговорим и рассмотрим распространённую схему импульсного источника питания построенную на микросхеме IR2153.

Итак, мы имеем схему импульсного источника питания, которая запитывается от 220 вольт и скажем на выходе у неё появляется некоторое напряжение для запитки чего-либо, то есть, какой-то усилитель, либо какая-то другая конструкция.

По входу у нас 220 переменки, идёт на фильтр L1 с плёночными С1 и С2 конденсаторами, но этот дроссель можно убрать из схемы и просто заменить перемычками, всё прекрасно будет работать и без него.

Дальше напряжение поступает на полноценный двухполупериодный диодный мост, я использовал не готовую диодную сборку, а обычные диоды 1N4007, 4 диода собрал из них диодный мост, на диодном мосту напряжение выпрямляется, но выпрямляется не до конца, потому что там, всё равно остается какая-то полуволна, этот синус поступает на сглаживающий конденсатор, в данном случае здесь 100 микрофарад 400 вольт.

Сглаживающий конденсатор, если когда поступает на него напряжение мультиметром сделать замер, напряжение будет чуть больше, чем скажем 220 вольт, может быть 250-280 вольт. С чем это связано? — это конденсатор заряжается до своего амплитудного значения, дальше после сглаживающего конденсатора напряжение поступает на схему.

Минус диодного моста у нас получается общий, то есть для запитки всей схемы силовой части и для микросхемы это IR2153, то есть для генератора.

Питание микросхемы осуществляется — плюс на первый вывод, минус на четвертый вывод. Микросхема запитывается через цепочку, R1, VD3, сглаживающий конденсатор С4, который сглаживает помехи от резистора и всей этой цепочки, чтобы микросхема нормально работала.

При подключении и сборки всей схемы необходимым мультиметром проверить выводы на микросхеме 1 + и 4 нога минус напряжение должно быть в районе 15 вольт, тогда микросхема будет нормально работать и генерировать импульсы.

Дальше у нас между 8 и 6 ногой микросхемы стоит пленочный конденсатор (С6) на 220 нанофарад, вообще емкость этого конденсатора подбирается исходя из частоты генератора, то есть в данном случае частота генератора в районе 47- 48 килогерц, конденсатор может быть и 0,2 микрофарад и 0,47 и 0,68 даже один микрофарад, то есть, тут этот конденсатор особо не критичен.

Данная микросхема работает на частоте 47-48 килогерц, цепочка которая обеспечивает данную частоту это резистор R2 — 15К и пленочный или керамический конденсатор (С5) один нанофарад или можно поставить 820 пикофарад.

5 вывод и 7 вывод микросхемы генерируют прямоугольные, управляющие импульсы, которые через резисторы R4 и R3 поступают на затворы мощных, полевых транзисторов, то есть эти резисторы нужны, чтобы не спалить случайно транзисторы.

Например импульс поступает на затвор мощного полевого транзистора, далее через балластный конденсатор (С7) на 220 нанофарад 400 вольт на первичную обмотку трансформатора Т1.

Что касаемо трансформатора, трансформатор был взят с компьютерного блока питания.

Его нужно немного доработать, то есть выпаять, разобрать, опустить в кипяток, чтобы расплавить клей, которым склеен феррит или нагреть паяльный феном, одеваем какие-то перчатки, чтобы не обжечь руки и потихонечку располовиниваем и сматываем все обмотки этого трансформатора.

Из расчета того, что мне на выходе нужно было получить в районе 25 вольт, первичная обмотка проводом 0,6 миллиметров в две жилы наматывается целиком 38 витков. Каждый слой изолировал скотчем, то есть слой обмотки, слой изоляции, потом сверху вниз опять все мотаем в одну сторону, изолируем всё и мотаем вторичную обмотку.

Вторичная обмотка — 7 жил, тем же проводам 0,6 миллиметров и мотаем в ту же сторону — это очень важно, те кто начинает разбираться в импульсных источниках питания, всё мотаем в одну и ту же сторону.

Всего 7 или 8 витков вторичной обмотки и потом всё это дело обратно склеиваем и собираем весь феррит на место.

Транзисторы установлена на небольшой теплоотвод, этого вполне достаточно при нагрузке где-то в районе 100 ватт. Два транзистора закреплены через теплопроводящие прокладки и термопасту.

Сейчас мы всё это включим в сеть, возьмём мультиметр и померяем напряжение на выходе.

Но есть еще такой момент, перед запуском блока питания всё делаем последовательно, то есть берём лампочку на 100 ватт 220 вольт и через лампочку подключаем наш блок питания, если лампочка не загорелась или там слегка вспыхнула спираль, значит конденсатор зарядился и как бы всё нормально, можно аккуратно проверять на выходе наше напряжение.

Если допустим лампочка горит, то уже в схеме есть какие-то косяки, либо где-то не пропаяно, либо где-то сопли на плате или какой-то компонент неисправен. Так что, перед сборкой берите исправные детали.

Включаем мультиметр в режим измерения постоянного напряжения 200 вольт и измеряем на выходе наше напряжение у меня выдаёт 29 вольт

Хотелось бы сказать, что это моя первая конструкция, то есть я собирал также, как и начинающий радиолюбитель, которые побаиваются собирать свои первые и импульсные источники питания, и больше прибегают к сетевым трансформатором.

Архив к статье, можно скачать.

Автор; Тумин Игорь

Простой импульсный блок питания на IR2153

Выбор топологии простого блока питания

Радиолюбительские поделки очень разнообразны, но у всех есть нечто общее — для почти любой законченной конструкции нужен сетевой блок питания, причем зачастую довольно мощный.

Обычные трансформаторы тяжелы и дОроги, тем более не у каждого в «тумбочке» имеется выбор на разные напряжения. Выход очевиден, импульсный блок питания компактен, дешев (речь о мощностях условно до 500Вт), и если не требуется исключительное качество выходного напряжения — весьма прост, надежен и не требует настройки. Разумеется, при изготовлении прямыми руками на правильно разведенной плате по правильной схеме из исправных деталей.

Знакомый с прайсами торговых фирм читатель скажет: ничего себе дешево, трансформатор готовый почти столько же стоит! И будет прав, если покупать новые детали в розницу — выйдет не совсем уже и дешево. Однако у любого практикующего электронщика где-то в радиусе досягаемости наверняка найдется блок питания от старого стационарного компьютера, который обойдется за бесценок. АТ, АТХ, в любом из этих раритетов найдется процентов 90 необходимых компонентов. Ну а докупить что-нибудь дешевое уже не проблема.

Потребность в таких вот легких и компактных БП лично у меня за последние пару недель возникла уже дважды: понадобился блок питания для паяльной станции на жале Т12 (25В х 4А) и питание для околокомпьютерного УМЗЧ (плюс/минус 27В с током до 4А). Схем различных импульсников в сети навалом, однако хотелось что-то простое, без стабилизации выходного напряжения, и при этом надежное, не требующее кропотливой намотки трансформатора «с нуля», из «подножного корма» тумбочки с деталями. Выбор пал на очень распространенный драйвер полумоста (с обратноходами возиться не хотелось, там полюбому трансформатор мотать, подбирать зазор и т. п.) IR2153D (микросхемы без буквы D тоже годятся, просто есть мелкий ньюанс в схеме) или можно взять более современный аналог IRS2153.

Почему именно эта микросхема? Причин несколько: дешевая, распространенная, простейшее включение с минимумом внешних компонентов, изначальная «заточенность» под  управление затворами «верхнего» и «нижнего» силовых MOSFETов без применения специальных трансформаторов, независимая от частоты фиксированная пауза «deadtime» 1,2мксек, широкий диапазон собственно частот, до 100кГц по даташиту. Конечно, сразу же захотелось приколхозить стабилизацию и защиты, но для этих целей есть намного более подходящие микросхемы, а для простейшего «электронного трансформатора» выбранный чип — в самый раз.

Даташит от производителя весьма лаконичен: ни тебе референсной разводки платы, ни различных вариантов применения, лишь таблицы характеристик с краткими пояснениями. Справедливости ради стоит отметить, что вся необходимая информация имеется, однако требуется некоторый опыт разработки импульсных источников, чтобы с нуля соорудить что-то под свои нужды. Гугл дал огромное количество различных схем на этом чипе, от простейших до весьма сложных и навороченных, последние я отфильтровал по вышеобозначенной причине, а десяток достаточно простых сохранил для анализа (никому не рекомендую слепо повторять конструкции, не разобравшись хотя-бы в базовых принципах работы и не убедившить в отсутствии грубых ошибок в схеме).

Самый поверхостный обзор вызвал грусть: все выбранные по критерию простоты схемы имели очевидные ошибки или крупные недочеты, не говоря уже о разводке печатных плат. Поэтому решил вспомнить опыт работы в одной из фирм, разрабатывающих источники питания и скомпилировать более-менее правильную схему. Печатную плату тоже решил развести сам, во-первых, чтобы избежать чужих ляпов, а во-вторых — под имеющиеся после разборки безымянного блока питания (АТХ 400Вт) компоненты. Как уже говорилось, там есть все необходимое, за исключением самой микросхемы, но она стоит действительно копейки (если покупать, а можно поискать на разных платах от «электронных дросселей» ламп дневного света) и в наличии практически в любом профильном магазине. Нет, вру, еще не было силовых «полевиков» с изолированным затвором и N-каналом, но этого добра наверное у всех и так полно, надо только выбрать подходящую пару (кстати, совсем не обязательно именно идентичные, можно просто с близкими параметрами). В распотрошенном блоке питания силовые ключи были биполярные, для задуманной схемы не подходят совершенно.

Страницы 1 2 3 4 5 6 7

Импульсный блок питания: схемы, принцип работы, особенности

Мы имеем множество различных устройств, подключая которые к сети мы даже не задумываемся о том, какое питание им необходимо. Значительная часть бытовой техники имеет импульсный блок питания. Даже светодиодные или люминесцентные цокольные лампы имеют встроенный источник импульсного питания (ИИП).

Содержание статьи

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

В сети напряжение имеет синусоидальную форму. Для некоторых устройств это то что нужно, другим надо постоянное или импульсное напряжение. Вот этим и занимаются источники питания — преобразуют синусоидальную форму в нужную и, чаще всего, это постоянное напряжение. Независимо от формы выходного напряжения блок питания называют импульсным, потому что одна из стадий преобразования — формирование импульсов, которые затем выпрямляются.

Примеры импульсных блоков питания:

  • Зарядное устройство для телефона или смартфона;
  • Внешний блок питания ноутбука;
  • Блок питания компьютера;
  • Блок питания для светодиодной ленты.

Импульсный блок питания Robiton EN5000S. Предназначен для питания от источника переменного тока 100-240В приборов с напряжением 6,0 / 7,5 / 9,0 / 12,0 / 13,5 / 15 / 16В и максимальным входным током 5000 мА

Есть импульсные источники питания выдающие постоянное напряжение одного номинала. Наиболее распространенные на — 5 В, 12 В или  24 В. Есть устройства, выдающие сразу несколько уровней. Такие, например, стоят в компьютерах. На выходе они формируют сразу 5 В и 12 В. Есть — регулируемые ИИП, при помощи переключателей в них можно задавать выходные параметры (в определенных рамках). Импульсный блок питания может быть в виде отдельного устройства или являться частью какого-то более сложного прибора.

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи источника импульсного питания

Если говорить об отдельных ИБП, то самыми распространенными, пожалуй, являются зарядные устройства для телефонов, ноутбуков. Они имеют компактные размеры, так как требуется небольшая мощность. Встроенный импульсный блок питания есть в телевизорах, компьютерах и другой сложной электронике, в некоторых бытовых приборах. Блоки питания бывают линейные (трансформаторные) или импульсные (инверторные).

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Оба типа блоков питания преобразуют синусоиду в постоянный ток, но вот путь преобразования разный, да и результаты несколько отличаются. Импульсный блок питания отличается высокой стабильностью работы. Тем не менее трансформаторные источники еще в ходу. Почему? Стоит разобраться.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

И трансформаторный (линейный) и импульсный (инверторный) БП выдают на выходе постоянное напряжение. Причем вторые имеют меньшие габариты, более стабильны в работе, часто ниже по цене, да еще и напряжение дают более «качественное» и независящее от параметров исходной синусоиды (а она далеко не идеальная в наших сетях). Так почему же используют и трансформаторные блоки, и импульсные? Чтобы понять, надо знать в чем отличие трансформаторного блока питания от импульсного. А для этого придется разбираться в устройстве и принципах работы. На основании этого можно уяснить основные свойства.

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность. Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц. Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Схемы импульсных блоков питания

Чтобы понимать, как работает импульсный блок питания, надо разобраться в том, что происходит в каждой его части. Сделать это проще по схемам. Мы приведем только некоторые, так как вариантов и вариаций — море. Схема импульсного блока питания содержит пять обязательных блоков плюс обратная связь. Вот о каждом элементе и поговорим отдельно, Попутно приведем полные схемы ИБП с использованием различной элементной базы.

Вариант импульсного источника питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярности

Входной фильтр

Как мы уже говорили, входной фильтр стоит для того, чтобы в сеть не попали высокочастотные помехи, генерируемые источником питания. В самом простейшем варианте это устройство представляет собой дроссель, который подавляет электромагнитные помехи и два конденсатора, включенных параллельно входу и нагрузке.

Схема простейшего входного фильтра

Конденсаторы используются специальные — X-типа. Икс-конденсаторы были разработаны специально для этих целей. Они выдерживают мгновенные киловольтные всплески напряжения (до 2,5 кВ), гася тем самым помехи между фазой и нейтралью (противофазные помехи). Дроссель — это ферритовый сердечник с намотанными лакированными медными проводами. В нем наводятся токи, нейтрализующие токи помех.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, которые возникают между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавляют два конденсатора Y-типа (которые выдерживают скачки напряжения до 5 кВ). Специальная конструкция Y-конденсатора гарантирует обрыв цепи, а не короткое замыкание, в случае выхода его из строя.

Оба типа конденсаторов (X и Y), который ставят во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара. Именно в этом, да еще в конструктивных особенностях кроется причина их высокой стоимости (по сравнению с обычными).

Схема для компенсации всех типов помех

Но для корректной работы этой схемы необходимо рабочее заземление. Его надо подключить к корпусу блока питания. Без заземления, корпус блока питания будет находиться под напряжением около 110 В. Ток будет очень маленьким, но прикосновения будут ощутимы.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как уже сказано выше, выпрямитель проводит предварительное выпрямление синусоиды. Если установлен один диод, он отсекает нижние (отрицательные) полуволны.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. При использовании одного диода низкий КПД и большая пульсация выпрямленного напряжения. По этим причинам предпочтительней мостовая схема на четырех диодах

В самом простом случае выпрямитель — диод Шоттки, но может использоваться и диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто применяют обычные диоды типа 1N4007, но лучше все-таки устанавливать все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», так что можно получить лучше результаты на выходе.

Несколько схем фильтров разной степени сложности

Один диод ставят в блоках питания к недорогой технике. На его выходе напряжение имеет вид идущих с некоторыми промежутками положительных полуволн. На выходе диодного моста пульсации намного ниже, так что такой выпрямитель ставят для более требовательных к питанию приборов. Пульсирующее напряжение с выхода диода/диодного моста подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который из полуволн делает «зубчики». Тут уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

На следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая — от 10 до 50 кГц. Есть два способа реализации этих блоков: при помощи микросхем, на основе автогенератора (блокинг-генератора).

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются попеременно, формируя на выходе последовательность импульсов. Частота переключений задается генератором. Такие схемы встречаются и сейчас, но большинство реализуется на микросхемах.

Пример схемы инвертора на транзисторах

Если есть микросхема, зачем городить огород из нескольких десятков деталей. Тем более, что требуемый тип микросхем широко распространен и стоит немного. Это так называемые ШИМ-контроллеры ( TL494, UC384х, Dh421,  TL431, IR2151, IR2153 и др).  К этим микросхемам надо добавить всего-лишь пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей и получим требуемый инвертор.

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

ШИМ-контроллер отлично встраивается в любой тип схем. Он совместим с обратноходовыми, полумостовыми и мостовыми схемами выпрямителей. Естественно, отличается количество элементов, но все они простые и доступные.В обратноходовых схемах транзисторы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, чем подается на вход.

Устройство импульсного источника напряжения с ШИМ контроллером и двухтактным и мостовым выпрямителем

По полумостовым схемам построены импульсные блоки питания в осветительных приборах, в энергосберегающих и светодиодных лампах, электронный балласт для люминисцентных ламп (ЭПРА). Мостовые схемы применяют в более мощных блоках. Например, в сварочных инверторах.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой, проверяют параметры входного и выходного напряжения и, при неисправностях, просто блокируют свою работу. Так как в импульсном блоке питания этот компонент, обычно, самый дорогой, это очень неплохо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы), получаем рабочий агрегат.

Силовой трансформатор

Узел трансформатора на блоке питания является одним из самых стабильных. В этом блоке, кроме самого трансформатора, содержится небольшая группа элементов которая нейтрализует выброс тока, который возникает на обмотках трансформатора при смене полярностей. Эта группа называется «снаббер».

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер — зеленым

Трансформатор — один из самых надежных элементов. В нем очень редко возникают проблемы. Он может повредиться при пробое инвертора. В этом случае через обмотку течет слишком высокий ток, который и выводит из строя трансформатор.

Схема блока силового трансформатора для ИИП

Работает все это следующим образом:

  • На первом такте работы импульсного источника питания открыт ключ ВТ1 (полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа). Ток течет через первичную обмотку трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
  • На втором такте ключ закрывается, ток течет во вторичной обмотке через диод VD2.
  • При переключении на первичной обмотке возникает выброс, который вызван неидеальностью деталей. Тут в работу вступает снаббер. Его задача поглотить этот выброс, так как напряжение может быть достаточно большим и может повредить ключевой транзистор, что приведет к неработоспособности схемы. Ток выброса течет через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через сопротивление R1 и емкость C2.
  • Далее полярность снова меняется, вступает в работу ключ ВТ1.

Номиналы выбираются исходя из параметров трансформатора. Подбор сложный, так что описывать его не имеет смысла. И еще: не во всех схемах есть снаббер, но его наличие увеличивает надежность и стабильность работы импульсного источника питания.

Несколько слов о диодах, которые используют в снабберах. Это может быть обычный диод, подобранный по параметрам, но более надежны схемы со стабилитроном. Еще может быть вариант без резистора и емкости, но с включенным навстречу супрессором (на схеме ниже).

Еще один вариант блока силового трансформатора с использованием супрессора (защитного диода) D1

Супрессор — это защитный диод, принцип работы похож на стабилитрон, вот только выравнивается импульсный ток и рассеиваемая мощность. Может быть несимметричный и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

На этом, можно считать со схемой импульсного блока питания разобрались, так как выходные выпрямитель и фильтр устроены по тому же принципу. Элементы могут быть другие, а схемы те же. Единственное, что еще стоит рассмотреть — стабилизация выходных параметров. Это опционная часть, но такой импульсный блок питания более надежен.

Наиболее простой и дешевый способ стабилизации используется в дешевых блоках питания — обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже, это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не слишком надежно, потому что есть влияние между обмотками, но просто и недорого.

Простой способ стабилизации

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения сделан на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение складывается из падения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Наиболее стабильные выходные показатели имеют схемы ИИП со стабилизатором  TL431.

TL431 — интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА.

ИБП с использованием микросхемы TL431 более сложные, но надежные. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, который позволяет изменять выходное напряжение в небольших пределах. Обычно подстройка составляет не более 20%, так как в противном случае схема может быть нестабильной.

Схема со стабильным напряжением на выходе

Если подстройка выходного напряжения не нужна, лучше подстроечный резистор заменить обычным, так как переменные менее надежны.

Пару слов о резисторе R20 (см. схему выше), который стоит на выходе. Это так называемый, нагрузочный резистор. Как известно ИИП не будет работать без нагрузки. Поэтому на выходе и ставят сопротивление, которое обеспечивает минимальную рабочую нагрузку. Но это решение неидеально, так как резистор греется и порой очень сильно. Располагать рядом конденсаторы крайне нежелательно, иначе подогреваются и они. А в качестве выходного сопротивления должны стоять высокоточные резисторы, так как они при нагреве мало меняют свои параметры (блок выдает стабильное напряжение даже при длительной работе).

Блок питания усилителя на ir2153. Простой импульсный блок питания на ir2153(d) для усилителя и не только

Блок питания построен по полу мостовой схеме на основе микросхемы IR2153. На выходе этого блока можно получить любое нужное вам напряжение, все зависит от параметров вторичной обмотки трансформатора.

Подробно рассмотрим схему импульсного блока питания.

Мощность источника питания именно с такими компонентами около 150 ватт.

Сетевое переменное напряжение через предохранитель и термистор поступает на диодный выпрямитель.

После выпрямителя стоит электролитический конденсатор, который в момент включения блока в сеть будет заряжаться большим током, термистор как раз ограничивает этот ток. Конденсатор нужен с напряжением 400-450 Вольт. Далее постоянное напряжение поступает на силовые ключи. Одновременно через ограничительный резистор и выпрямительный диод поступает питание на микросхему IR2153.

Резистор нужен мощный, не менее 2-х ватт, лучше взять 5-и ваттный. Напряжение питания для микросхемы дополнительно сглаживается небольшим электролитическим конденсатором, емкостью от 100 до 470мкФ, желательно на 35 Вольт. Микросхема начинает вырабатывать последовательность прямоугольных импульсов, частота которых зависят от номинала компонентов времязадающей цепи, в моем случае частота находиться в районе 45кГц.

На выходе установлен выпрямитель со средней точкой. Выпрямитель в виде диодной сборки в корпусе то-220. Если выходное напряжение планируется в пределах 40 вольт, то можно использовать диодные сборки выпаянные из компьютерных блоков питания.

Конденсатор вольтодобавки, предназначен для корректного срабатывания верхнего полевого ключа, емкость зависит от того, какой транзистор использован, но в среднем 1мкФ хватит для большинства случаев.

Перед запуском нужно проверить работу генератора. Для этих целей от внешнего источника питания на указанные выводы микросхемы подается около 15-и вольт постоянного напряжения.
Далее проверяется наличие прямоугольных импульсов на затворе полевых ключей, импульсы должны быть полностью идентичными, одинаковой частоты и заполнения.
Первый запуск источника питания обязательно делается через страховочную лампу накаливания на 220 Вольт с мощностью около 40 ватт, будьте предельно осторожны, не дотрагивайтесь платы во время работы, после отключения блока от сети дождитесь несколько минут пока высоковольтный конденсатор не разрядится через соответствующий резистор.
Очень важно указать то, что эта схема не имеет защиты от коротких замыканий, поэтому любые короткие замыкания, даже кратковременные приведут к выходу из строя силовых ключей и микросхемы IR2153, так, что будьте аккуратны.

Добрый день! Моё мнение: Схема (первая) будет работать, всё, что нужно есть! Советы заменить драйвер, добавить емкость и т.п. есть необоснованные. Если что-то менять, то это уже отдельная схема и другие обсуждения. Слабое место это конденсаторы со средней точкой на 200 в! Да, работать будет, но если бы конденсатор мог, то высказал свои пожелание увеличить напряжение пробоя до 350 в.! Вот просто фильтр — пол беды, а развязка нагрузки и работа на обмотку трансформатора это другое. Считаем, кому не лень: 310 в (напр. питания) + 150 в (ЭДС разряда индуктивности трансформатора) = 460 в. Половина равна 230 в. А может быть «БАХ!» — может, но будет «п-ш-ш-ш-и-к!» и конденсатор потечет. Вроде понятно объяснил. А схема будет работать и отдаст то, на что рассчитывалась! Факт! Защита! Самая хорошая защита — та, что проста! Т.е. предохранитель и на входе и на выходе. Скорость срабатывания предохранителя достаточна для времени импульсного тока ключа в 25 а! А вы понимает, что этого хватит? Хватит. Для получения максимального КПД нужно подобрать частоту импульсов под применяемый трансформатор, это очевидно т.к. феррит нагревался до 100 гр. свойства потерял, расчет будет с поправкой. Как подобрать — просто. Меряем ток потребления схемой после выпрямителя. Меняя частоту от большей к меньшей находим момент увеличения тока — стоп! Увеличиваем частоту на 1-2 Кгц. Всё! Как изменять частоту? Просто, замените резистор Rt на подстроечный большего сопротивления (без фанатизма). Подбирать частоту нужно и для трансформатора из БП компьютера. Разброс рабочих частот от 32 Кгц до 55 Кгц.Всем успеха. Что касается второй схемы — это вариант всех ошибок первой и ещё каких то схем из Интернета! Почему? Первое и важное в «datasheet» IR2153 IRF740 четкие противоречия: напряжение пробоя не меньше 600 в. а ключи на 400 в. Емкость затвора для 2153 (нагрузка) не более 1000 пф, а у 740 = 1400 пф. Да, лампочки будут светиться, но с этим блоком вы обречены на покупку и не одного комплекта деталей. Напряжение на выходе будет проседать — нет нужной крутизны импульсов. КПД буде ниже максимального, греем окружающую среду. В общем подбор деталей (второй) схемы — это ошибка! Для 740 нужен драйвер 2155 (рекомендации изготовителя) емкость до 2200 пф в нагрузке. Схема — эксперимент со взрывом! Собираете строго в очках и перчатках! Что бы я собрал в паре? Ключи STP5NK60C (или 4NK60, 6NK60, 7NK60…) При выборе ключа смотрим ток при 100 гр — достаточно 2-3 а, и конечно емкость затвора =

Источник питания IR2153 500Вт — предлагаю ознакомится, а при желании и повторить схему импульсного блока питания для усилителя мощности реализованной на широко известной IR2153. Это самотактируемый полу-мостовой драйвер, усовершенствованная модификация драйвера IR2151, который включает в себя программу высоковольтного полу-моста с генератором эквивалентным интегральному таймеру 555 (К1006ВИ1). Отличительная особенность чипа IR2153 заключается в улучшенных функциональных возможностях и не требующий особых навыков в его использовании, очень простой и эффективный прибор относительно раннее выпускаемых микросхем.

Отличительные свойства данного источника питания:

  • Реализована схема защита от возможных перегрузок, а также защита при коротком замыкании в обмотках импульсного трансформатора.
  • Встроена схема мягкого запуска блока питания.
  • Имеет функцию защиты устройства по входу, которую выполняет варистор предохраняющий БП от бросков напряжения в электросети и его чрезмерного значения, а также от случайной подачи на вход 380v.
  • Несложная в освоении и недорогая схема.

Характеристики, которыми обладает источник питания IR2153 500Вт
Номинальная выходная мощность — 200Вт, если использовать трансформатор с большей мощностью, то можно получить 500Вт.
Музыкальная или RMS мощность на выходе составляет — 300Вт. Можно получить 700Вт с трансформатором более высокой мощности.
Рабочая частота стандартная — 50кГц
Напряжение на выходе составляет — два плеча по 35v. В зависимости от того на какие напряжения намотан трансформатор можно снимать соответствующие значения выходного напряжения.
Коэффициент полезного действия составляет 92%, но также зависит от конструкции трансформатора.

Схема управления БП является штатной для чипа IR2153 и заимствована из его даташита. Модуль защиты от короткого замыкания и перегрузки имеет возможность настройки тока, при котором будет происходить отсечка с одновременным включением сигнального светодиода. При переходе источника питания в режим защиты при нештатной ситуации, он может прибывать в таком состоянии неограниченное время, хотя потребление устройством тока останется сравнимым с током холостого хода не нагруженного БП. Что касается образца моей модификации, то там защита настроена на ограничение мощности потребления блоком питания от 300 Вт, что дает гарантию от чрезмерной нагрузки, а следовательно и от избыточного нагрева, что в свою очередь чревато выходом из стоя полностью всего блока.

Момент тестирования с нагрузкой

Вот здесь лежит файл, там все относительно блока питания подробно расписано, а также имеются рекомендации как увеличить выходную мощность. Любой радиолюбитель прочитав этот материал в состоянии самостоятельно изготовить блок питания под необходимую ему мощность и соответственно напряжения на выходе.

Сжатая папка с методом расчета трансформатора и положенная к этому программа.
Скачать:
Скачать:

Программа для расчета номинальных значений компонентов для назначения необходимой частоты работы IR2153.
Скачать:

Печатная плата.
Скачать:

Печатная плата создана с расчетом установки в нее компьютерного трансформатора и выходных ультрабыстрых диодов типа MUR820 и BYW29-200, тем самым предоставляется возможность ее применения в источниках питания с мощностью в 250 Вт на выходе. Но имеется и уязвимое место — это площадка под конденсатор С3. Если не найдется подходящего по диаметру конденсатора, то тогда нужно будет плату незначительно раздвинуть.
Для ЛУТ печатную плату в зеркальном изображении делать не нужно.

Информационная статья по использованию драйверов IR.
Скачать:

Здесь немного измененный блок питания. Принципиальное его отличие от вышеизложенной схемы в устройстве реализованной защиты.


Итак первый блок питания, условно назовем его «высоковольтным»:

Схема классическая для моих импульсных блоков питания. Драйвер запитывается непосредственно от сети через резистор, что позволяет снизить рассеиваемую на этом резисторе мощность, по сравнению с запиткой от шины +310В. Этот блок питания имеет схему мягкого старта (ограничения пускового тока) на реле. Софт-старт питается через гасящий конденсатор С2 от сети 230В. Этот блок питания оснащен защитой от короткого замыкания и перегрузки во вторичных цепях. Датчиком тока в ней служит резистор R11, а ток при котором срабатывает защита регулируется подстроечным резистором R10. При срабатывании защиты загорается светодиод HL1. Этот блок питания может обеспечить выходное двухполярное напряжение до +/-70В (с данными диодами во вторичной цепи блока питания). Импульсный трансформатор блока питания имеет одну первичную обмотку из 50 витков и четыре одинаковые вторичные обмотки по 23 витка. Сечение провода и сердечник трансформатора выбираются исходя из требуемой мощности, которую необходимо получить от конкретного блока питания.

Второй блок питания, условно его будем называть «ИБП с самопитанием»:

Этот блок имеет похожую с предыдущим блоком питания схему, но принципиальное отличие от предыдущего блока питания заключается в том, что в этой схеме, драйвер запитывает сам себя от отдельной обмотки трансформатора через гасящий резистор. Остальные узлы схемы идентичны предыдущей представленной схеме. Выходная мощность и выходное напряжение данного блока ограничено не только параметрами трансформатора, и возможностями драйвера IR2153, но и возможностями диодов примененных во вторичной цепи блока питания. В моем случае — это КД213А. С данными диодами, выходное напряжение не может быть более 90В, а выходной ток не более 2-3А. Выходной ток может быть больше только в случае применении радиаторов для охлаждения диодов КД213А. Стоит дополнительно остановиться на дросселе Т2. Этот дроссель мотается на общем кольцевом сердечнике (допускается использовать и другие типы сердечников), проводом соответствующего выходному току сечения. Трансформатор, как и в предыдущем случае, рассчитывается на соответствующую мощность с помощью специализированных компьютерных программ.

Блок питания номер три, условно назовем «мощный на 460х транзисторах» или просто «мощный 460»:

Эта схема уже более значительно отличается от предыдущих схем представленных выше. Основных больших отличий два: защита от короткого замыкания и перегрузки здесь выполнена на токовом трансформаторе, второе отличие заключается в наличии дополнительных двух транзисторов перед ключами, которые позволяют изолировать высокую входную емкость мощных ключей (IRFP460), от выхода драйвера. Еще одно небольшое и не существенное отличие заключается в том, что ограничительный резистор схемы мягкого старта, расположен не в шине +310В, как это было в предыдущих схемах, а в первичной цепи 230В. В схеме так же присутствует снаббер, включенный параллельно первичной обмотке импульсного трансформатора для улучшения качества работы блока питания. Как и в предыдущих схемах чувствительность защиты регулируется подстроечным резистором (в данном случае R12), а о срабатывание защиты сигнализирует светодиод HL1. Токовые трансформатор мотается на любом небольшом сердечнике который у вас окажется под рукой, вторичные обмотки мотаются проводом небольшого диаметра 0,2-0,3 мм, две обмотки по 50 витков, а первична обмотка представляет собой один виток провода достаточного для вашей выходной мощности сечения.

И последний на сегодня импульсник — это «импульсный блок питания для лампочек», будем его условно так называть.

Да да, не удивляйтесь. Однажды появилась необходимость собрать гитарный предусилитель, но под рукой не оказалось необходимого трансформатора и тогда меня очень выручил данный импульсник, который был построен именно по тому случаю. Схема отличается от трех предыдущих своей максимальной простотой. Схема не имеет как таковой защиты от короткого замыкания в нагрузке, но необходимости в такой защите в данном случае нет, так как выходной ток по вторичной шине +260В ограничен резистором R6, а выходной ток по вторичной шине +5В — внутренней схемой защиты от перегрузки стабилизатора 7805. R1 ограничивает максимальный пусковой ток и помогает отсекать сетевые помехи.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Facebook

Twitter

Мой мир

Вконтакте

Google+

29.04.2020

Интернет 

Самое интересное:

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ СВОИМИ РУКАМИ НА IR2153

Функционально микросхемы IR2153 отличаются лишь установленным в планарном корпусе диода Вольтодобавки:


Функциональная схема IR2153


Функциональная схема IR2153D

Для начала рассмотрим как работает сама микросхема, а уж потом будем решать какой блок питания из нее собрать. Для начала ррасмотрим как работает сам генератор. На рисунке ниже приведен фрагмент резистивного делителя, три ОУ и RS триггер:

В первоначальный момент времени, когда только-только подали напряжение питания конденсатор С1 не заряжен на всех инвертирующих входах ОУ присутствует ноль, а на не инвертирующих положительное напряжение формируеммое резестивным делителем. В результате получается, что напряжение на иневртирующих входах меньше чем на не инвертирующих и все три ОУ на своих выхода формируют напряжение близкое к напряжению питания, т.е. лог единицу.
Поскольку вход R (установка нуля) на триггере инвертирующий, то для него это будет состояние при котором он не оказывает влияние на состояние триггера, а вот на входе S будет присутствовать лог единика, устанавливающая на выходе триггера тоже лог единицу и конденсатор Ct через резистор R1 начнет заряжаться. На рисунке напряжение на Ct показанно синей линией , красной — напряжение на выходе DA1 , зеленой — на выходе DA2 , а розовой — на выходе RS триггера :

Как только напряжение на Ct превысит 5 В на выходе DA2 образуется лог ноль, а когда, продолжая заряжать Ct напряжение достигнет значения чуть больше 10-ти вольт лог ноль появится на выходе DA1, что в свою очередь послужит установкой RS триггера в состояние лог нуля. С этого момента Ct начнет разряжаться, так же через резистор R1 и как только напряжение на нем станет чуть меньше установленноно делитеме значения в 10 В на выходе DA1снова появится лог единица. Когда же напряжение на конденсаторе Ct станет меньше 5 В лог единица появится на выходе DA2 и переведет RS триггер в состояние единицы и Ct снова начнет заряжаться. Разумеется, что на инверсном выходе RS триггера напряжение будет иметь противоположные логические значения.
Таким образом на выходах RS триггера образуются противоположные по фазе, но равные по длительности уровни лог единицы и нуля:

Поскольку длительность управляющих импульсов IR2153 зависит от скорости заряда-разряда конденсатора Сt необходимо тщательно уделить внимание промывке платы от флюса — ни каких утечек ни с выводов конденсатора, ни с печатных проводников платы не должно быть, поскольку это чревато намагничиванием сердечника силивого трансформатора и выходом из строя силовых транзисторов.
Так же в микросхеме есть еще два модуля — UV DETECT и LOGIK . Первый из них отвечает за запуск-остановку генераторного процесса, зависящую от напряжения питания, а второй формирует импульсы DEAD TIME , которые необходимы для исключения сквозного тока силового каскада.
Дальше происходит разделение логических уровней — один становится управляющим верхним плечом полумоста, а второй нижним. Отличие заключается в том, что управление верхним плечом осуществляется двумя полевыми транзисторами, которые, в свою очередь, управляют «оторванным» от земли и «оторванным» от напряжения питания оконечным каскадом. Если рассматривать упрощенную принципиальную схему включения IR2153, то получается примерно так:

Выводы 8, 7 и 6 микросхемы IR2153 являются соответственно выходами VB , HO и VS , т.е. питанием управления верхним плечом, выходом оконечного каскада управления верхним плечом и минусовым проводом модуля управления верхним плечом. Внимание следует обратить на тот факт, что в момент включения управляющее напряжение присутствует на Q RS триггера, следовательно силовой транзистор нижнего плеча открыт. Через диод VD1 заряжается конденсатор С3, посколько его нижний вывод через транзистор VT2 соединен с общим проводом.
Как только RS триггер микросхемы меняет свое состояние VT2 закрывается, а управляющее напряжение на выводе 7 IR2153 открывает транзистор VT1. В этот момент напряжение на выводе 6 микросхемы начинает увеличиваться и для удержания VT1 в открытом состоянии напряжение на его затворе должно быть больше чем на истоке. Поскольку сопротивление открытого транзистора равно десятым долям Ома, то и на его стоке напрежение не намного больше, чем на истоке. Получается, что удержания транзистора в открытом состоянии необходимо напряжение как минимум на 5 вольт больше, чем напряжение питания и оно действительно есть — конденсатор С3 заряжен до 15-ти вольт и именно он позволяет удерживать VT1 в открытом состоянии, поскольку запасенная в нем энергия в этот момен времени является питающим напряжение для верхнего плеча окнечного каскада микросхемы. Диод VD1 в этот моент времени не позволяет разряжаться С3 на шину питания самой микросхемы.
Как только управляющий импульс на выводе 7 заканчивается транзистор VT1 закрывается и следом открывается VT2, который снова подзаряжает конденсатор С3 до напряжения 15 В.

Довольно часто параллельно конденсатору С3 любители устанавливают электролитический конденсатор емкостью от 10 до 100 мкФ, причем даже не вникая в необходимость этого конденсатора. Дело в том, что микросхема способна работать на частотах от 10 Гц до 300 кГц и необходимость данного электролита актуально лишь до частот 10 кГц и то при условии, что электролитический конденсатор будет серии WL или WZ — технологически имеют маленький ers и больше известны как компьютерные конденсаторы с надписями золотистой или серебристой краской:

Для популярных частот преобразования, используемых при создании импульсных блоков питания частоты берут выше 40 кГц,а порой доводят до 60-80 кГц, поэтому актуальность использования электролита попросту отпадает — емкости даже 0,22 мкФ уже достаточно для открытия и удержания в открытом состоянии транзистора SPW47N60C3, который имеет емкость затвора в 6800 пкФ. Для успокоения совести ставится конденсатор на 1 мкФ, а давая поправку на то, что IR2153 не может коммутировать такие мощные транзисторы напрямую, то накопленной энергии конденсатором С3 хватит для управления транзисторами с емкостью затворов до 2000 пкФ, т.е. всеми транзисторами с максимальным током порядка 10 А (перечень транзисторов ниже, в таблице). Если же все таки есть сомнения, то вместо рекомендуемого 1 мкФ используйте керамический конденсатор на 4,7 мкФ, но это безсмысленно:

Было бы не справедлило не отметить, что у микросхемы IR2153 есть аналоги, т.е. микросхемы с аналогичным функциональным назначением. Это IR2151 и IR2155. Для наглядности сведем основные параметры в таблицу, а уж потом разберемся что из них лучше приготовить:

МИКРОСХЕМА

Максимальное напряжение драйвера

Напряжение питания старта

Напряжение питания стопа

Максимальный ток для зарадки затворов силовых транзисторов / время нарастания

Максимальный ток для разрядки затворов силовых транзисторов / время спада

Напряжение внутреннего стабилитрона

100 mA / 80…120 nS

210 mA / 40…70 nS

НЕ УКАЗАНО / 80…150 nS

НЕ УКАЗАНО / 45…100 nS

210 mA / 80…120 nS

420 mA / 40…70 nS

Как видно из таблицы отличия между микросхемами не очень большие — все три имеют одинаковый шунтирующий стабилитрон по питанию, напряжения питания запуска и остановки у всех трех почти одинаковая. Разница заключается лишь в максимальном токе оконечного каскада, от которого зависит какими силовыми транзисторами и на каких частотах микросхемы могут управлять. Как не странно, но самая распиаренная IR2153 оказалась не рыбой, не мясом — у нее не нормирован максимальный ток последнего каскада драйверов, да и время нарастания-спада несколько затянуто. По стоимости они тоже отличаются — IR2153 самая дешовая, а вот IR2155 сама дорогая.
Частота генератора, она частота преобразования (на 2 делить не нужно ) для IR2151 и IR2155 определяется по формулам, приведенным ниже, а частоту IR2153 можно определить из графика:

Для того, чтобы выяснить какими транзисторами можно управлять микросхемами IR2151, IR2153 и IR2155 следует знать параметры данных транзисторов. Наибольший интерес при состыковке микросхемы и силовых транзисторов представляет энергия затвора Qg, поскольку именно она будет влиять на мгновенные значения максимального тока драйверов микросхемы, а значит потребуется таблица с параметрами транзисторов. Здесь ОСОБОЕ внимание следует обратить на производителя, поскольку этот параметр у разных производителей отличается. Наиболее наглядно это видно на примере транзистора IRFP450.
Прекрасно понимаю, что для разового изготовления блока питания десяти-двадцати транзисторов все таки многовато, тем не менее на каждый тип транзистора повесил ссылку — обычно я покупаю там. Так что нажимайте, смотрите цены, сравнивайте с розницей и вероятностью купить левак. Разумеется я не утверждаю, что на Али только честные продавцы и весь товар наивысшего качества — жуликов везде полно. Однако если заказывать транзисторы, которые производятся непосредственно в Китае на дьрмо наскочить гораздо сложнее. И именно по этой причине я предпочитаю транзисторы STP и STW, причем даже не брезгую покупать с разборки, т.е. Б/У.

ПОПУЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

НАИМЕН-НИЕ

НАПРЯЖЕНИЕ

МОЩНОСТЬ

ЕМКОСТЬ
ЗАТВОРА

Qg
(ПРОИЗ-ТЕЛЬ)

СЕТЕВЫЕ (220 V)

17…23nC (ST )

38…50nC (ST )

35…40nC (ST )

39…50nC (ST )

46nC (ST )

50…70nC (ST )

75nC (ST )

84nC (ST )

65nC (ST )

46nC (ST )

50…70nC (ST )

75nC (ST )

65nC (ST )

STP20NM60FP

54nC (ST )

150nC (IR)
75nC (ST )

150…200nC (IN)

252…320nC (IN)

87…117nC (ST )

I g = Q g / t on = 63 х 10 -9 / 120 х 10 –9 = 0,525 (A) (1)

При амплитуде импульсов управляющего напряжения на затворе Ug = 15 В сумма выходного сопротивления драйвера и сопротивления ограничительного резистора не должна превышать:

R max = U g / I g = 15 / 0,525 = 29 (Ом) (2)

Расчитаем выходное выходное сопротивление драйверного каскада для микросхемы IR2155:

R on = U cc / I max = 15V / 210mA = 71,43 ohms
R off = U cc / I max = 15V / 420mA = 33,71 ohms

Учитывая расчетное значение по формуле (2) Rmax = 29 Ом приходим к заключению, что с драйвером IR2155 заданное быстродействие транзистора IRF840 получить невозможно. Если в цепи затвора будет установлен резистор Rg = 22 Ом, время включении транзистора определим следующим образом:

RE on = R on + R gate, где RE — суммарное сопротивление, R R gate — сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 71,43 + 22 = 93,43 ohms;
I on = U g / RE on, где I on — ток открытия, U g — величина управляющего напряжения затвора = 15 / 93,43 = 160mA;
t on = Q g / I on = 63 х 10-9 / 0,16 = 392nS
Время выключения можно расчитать используюя теже формулы:
RE off = R out + R gate, где RE — суммарное сопротивление, R out — выходное сопротивление драйвера, R gate — сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 36,71 + 22 = 57,71 ohms;
I off = U g / RE off, где I off — ток открытия, U g — величина управляющего напряжения затвора = 15 / 58 = 259mA;
t off = Q g / I off = 63 х 10-9 / 0,26 = 242nS
К получившимся величинам необходимо добавить время собственного открытия — закрытия транзистора в результате чего реальное время t on составит 392 + 40 = 432nS, а t off 242 + 80 = 322nS.
Теперь осталось убедится в том, что один силовой транзистор успеет полность закрыться до того, как второй начнет открываться. Для этого сложим t on и t off получая 432 + 322 = 754 nS, т.е. 0,754 µS. Для чего это нужно? Дело в том, что у любой из микросхем, будь то IR2151, или IR2153, или IR2155 фиксированное значение DEAD TIME , которое составляет 1,2 µS и не зависит от частоты задающего генератора. В даташнике упоминается, что Deadtime (typ.) 1.2 µs, но там же приводится и сильно смущающий рисунок из которого напрашивается вывод, что DEAD TIME составляет 10% от длительности управляющего импульса:

Чтобы развеять сомнения была включена микросхема и подключен к ней двухканальный осцилограф:

Питание составляло 15 V, а частота получилась 96 кГц. Как видно из фотографии при развертке 1 µS длительность паузы составляет совсем немного больше одного деления, что как раз и соответсвует примерно 1,2 µS. Далее уменьшаем частоту и видим следующее:

Как видно из фото при частоте 47 кГц время паузы практически не изменилось, следовательно вывеска, гласящая, что Deadtime (typ.) 1.2 µs является истинной.
Поскольку микросхем уже работала нельзя было удержаться еще от одного эксперимента — снизить напряжение питания, чтобы убедиться, что частота генератора увеличится. В результате получилась следующая картинка:

Однако ожидания не оправдались — вместо увеличения частоты произошло ее уменьшение, причем менее чем на 2%, чем вообще можно принебречь и отметить, что микросхема IR2153 держит частоту достаточно стабильно — напряжение питания изменилось более чем на 30%. Так же следует отметить, что несколько увеличилось время паузы. Этот факт несколько радует — при уменьшении управляющего напряжения немного увелифивается время открытия — закрытия силовых транзисторов и увеличение паузы в данном случае будет весьма полезным.
Так же было выяснено, что UV DETECT прекрасно справляется со своей функцией — при дальнейшем снижении напряжения питания генератор останавливался, а при увеличии микросхема снова запускалась.
Теперь вернемся к нашей математике по результатам которой мы выснили, что при установленных в затворах резисторах на 22 Ома время закрытия и открытия у нас равно 0,754 µS для транзистора IRF840, что меньше паузы в 1,2 µS, дающую самой микросхемой.
Таким образом при микросхема IR2155 через резисторы 22 Ома вполне нормально сможет управлять IRF840, а вот IR2151 скорей всего прикажет долго жить, поскольку для закрытия — открытия транзисторов нам потребовался ток в 259 mA и 160 mA соответсвенно, а у нее максимальные значения составляют 210 mA и 100 ma. Конечно же можно увеличить сопротивления, установленные в затворы силовых транзисторов, но в этом случае существует риск выйти за пределы DEAD TIME . Чтобы не заниматься гаданием на кофейной гуще была составлена таблица в EXCEL, которую можно взять . Подразумевается, что напряжение питание микросхемы составляет 15 В.
Для снижения коммутационных помех и некоторого уменьшения времени закрывания силовых транзисторов в импульсных блоках питания используют шунтирование либо силового транзистора последовательно сединенными резистором и конденсатором, либо такой же цепочкой шунтируют сам силовой трансформатор. Данный узел называется снаббером. Резистор снабберной цепи выбирают номиналом в 5–10 раз больше сопротивления сток — исток полевого транзистора в открытом состоянии. Емкость конденсатора цепи определяется из выражения:
С = tdt/30 х R
где tdt — время паузы на переключения верхнего и нижнего транзисторов. Исходя из того, что продолжительность переходного процесса, равная 3RC, должна быть 10 раз меньше длительности значения мертвого времени tdt.
Демпфирование задерживает моменты открывания и закрывания полевого транзистора относительно перепадов управляющего напряжения на его затворе и уменьшает скорость изменения напряжения между стоком и затвором. В итоге пиковые значения импульсов затекающего тока меньше, а их длительность больше. Почти не изменяя времени включения, демпфирующая цепь заметно уменьшает время выключения полевого транзистора и ограничивает спектр создаваемых радиопомех.

С теорией немного разобрались, можно приступить и практическим схемам.
Самой простой схемой импульсного блока питания на IR2153 является электронный трансформатор с минимумом функций:

В схеме нет ни каких дополнительных функций, а вторичное двуполярное питание формируется двумя выпрямителями со средней точкой и парой сдвоенных диодов Шотки. Емкость конденсатора С3 определяется из расчета 1 мкФ емкости на 1 Вт нагрузки. Конденсаторы С7 и С8 равной емкости и распологаются в пределах от 1 мкФ до 2,2 мкФ. Мощность зависит от используемого сердечника и максимального тока силовых транзисторов и теоритически может достигать 1500 Вт. Однако это только ТЕОРИТИЧЕСКИ , исходя из того, что к трансформатору прилагается 155 В переменного напряжения, а максимальный ток STP10NK60Z достигает 10А. На практике же во всех даташитах указанно снижение максимального тока в зависимости от температуры кристалла транзистора и для транзистора STP10NK60Z максимальный ток составляет 10 А при температуре кристалла 25 град Цельсия. При температуре кристалла в 100 град Цельсия максимальный ток уже составляет 5,7 А и речь идет именно о температуре кристалла, а не теплоотводящего фланца и уж тем более о температуре радиатора.
Следовательно максимальную мощность следует выбирать исходя из максвимального тока транзистора деленного на 3, если это блок питания для усилителя мощности и деленного на 4, если это блок питания для постоянной нагрузки, например ламп накаливания.
Учитывая сказанное выше получаем, что для усилителя мощности можно получить импульсный блок питания мощностью 10 / 3 = 3,3А , 3,3А х 155В = 511Вт . Для постоянной нагрузки получаем блок питания 10 / 4 = 2,5 А , 2,5 А х 155В = 387Вт . И в том и в другом случае используется 100% КПД, чего в природе не бывает . Кроме этого, если исходить из того, что 1 мкФ емкости первичного питания на 1 Вт мощности нагрузки, то нам потребуется конденсатор, или конденсаторы емкостью 1500 мкФ, а такую емкость заряжать уже нужно через системы софт-старта.
Импульсный блок питания с защитой от перегрезки и софтстартом по вторичному питанию представлен на следующей схеме:

Прежде всего в данном блоке питания присутствует защита от перегрузки, выполненная на трансформаторе тока. Подробности о расчете трансформатора тока можно почитать . Однако в подавляющем большинстве случаев вполне достаточно ферритового кольца диаметром 12…16 мм, на котором в два провода мотается порядка 60…80 витков. Диаметр 0,1…0,15 мм. Затем начало одной обмотки осединяется с концов второй. Это и есть вторичная обмотка. Первичная обмотка содержит один-два, иногда удобней полтора витка.
Так же в схеме уменьшены номиналы резистор R4 и R6, чтобы расширить диапазон питающего первичного напряжения (180…240В). Чтобы не перегружать установленный в микросхему стабилитрон в схеме имеется отдельный стабилитрон мощностью 1,3 Вт на 15 В.
Кроме этого в блок питания введен софт-старт для вторичного питания, что позволило увеличить емкости фильтров вторичного питания до 1000 мкФ при выходном напряжении ±80 В. Без этой системы блок питания входил в защиту в момент включения. Принцип действия защиты основан на работе IR2153 на повышенной частоте в момент включения. Это вызывает потери в трансформаторе и он не способен отдать в нагрузку максимальную мощность. Как только началась генерация через делитель R8-R9 напряжение, подаваемое на трансформатор попадает на детектор VD5 и VD7 и начинается зарядка конденсатора С7. Как только напряжение станет досточным для открытия VT1 к частотозадающей цепочки микросхемы подключается С3 и микросхема выходит на рабочую частоту.
Так же введены дополнительные индуктивности по первичному и вторичному напряжениям. Индуктивность по первичному питанию уменьшает помехи, создаваемые блоком питания и уходящие в сеть 220В, а по вторичному — снижают ВЧ пульсации на нагрузке.
В данном варианте имеется еще два дополнительных вторичных питания. Первое предназначено для запитки компьтерного двенадцативольтового куллера, а второе — для питания предварительных каскадов усилителя мощности.
Еще один подвариант схемы — импульсный блок питания с однополярным выходным напряжением:

Разумеется, что вторичная обмотка расчитывает на то напряжение, которое необходимо. Блок питания можно запаять на той же плате не монтируюя элементы, которых на схеме нет.

Следующий вариант импульсного блока питания способен отдать в нагрузку порядка 1500 Вт и содержит системы мягкого старта как по первичному питанию, так и по вторичному, имеет защиту от перегрузки и напряжение для куллера принудительного охлаждения. Проблема управления мощными силовыми транзисторами решена использованием эмиттерных повторителей на транзистора VT1 и VT2, которые разряжают емкость затворов мощных транзисторов через себя:

Подобное форсирование закрытия силовых транзисторов позволяет использовать довольно мощные экземпляры, такие как IRFPS37N50A, SPW35N60C3, не говоря уже о IRFP360 и IRFP460.
В момент включения напряжение на диодный мост первичного питания подается через резистор R1, поскольку контакты реле К1 разомкнуты. Далее напряжение, через R5 подается на микросхему и через R11 и R12 на вывод обмотки реле. Однако напряжение увеличивается постепенно — С10 достаточно большой емкости. Со второй обмотки реле напряжение поступает на стабилитрон и тиристор VS2. Как только напряжение достигнет 13 В его уже будет достаточно, чтобы пройдя 12-ти вольтовый стабилитрон открыть VS2. Тут следует напомнить, что IR2155 стартует при напряжении питания примерно в 9 В, следовательно на момент открытитя VS2 через IR2155 уже будет генерировать управляющие импульсы, только в первичную обмотку они будут попадать через резистор R17 и конденсатор С14, поскольку вторая группа контактов реле К1 тоже разомкнута. Это существенно ограничит ток заряда конденсаторов фильтров вторичного питания. Как только тиристор VS2 откроется на обмотку реле будет подано напряжение и обе контактные группы замкнуться. Первая зашунтирует токоограничиваюй резистор R1, а вторая — R17 и С14.
На силовом трансформаторе имеет служебная обмотка и выпрямитель на диодах VD10 и VD11 с которых и будет питаться реле, а так же дополнительная подпитка микросхемы. R14 служит для ограничения тока вентилятора принудительного охлаждения.
Используемые тиристоры VS1 и VS2 — MCR100-8 или аналогичные в корпусе ТО-92
Ну и под занавес этой страницы еще одна схема все на той же IR2155, но на этот раз она будет выполнять роль стабилизатора напряжения:

Как и в предудущем варианте закрытие силовых транзисторов производится биполярами VT4 и VT5. Схема оснащена софтстартом вторичного напряжения на VT1. Старт производится от бортовой сети автомобиля а дальше питание осуществляется стабилизированным напряжением 15 В вормируемым диодами VD8, VD9, резистором R10 и стабилитроном VD6.
В данной схеме есть еще один довольно любопытный элемент — tC. Это защита от перегрева радиатора, которую можно использовать практически с любыми преобразователями. Однозначного названия найти не удалось, в простонародье это тепловой предохранитель самовостанавливающийся, в прайсах имеет обычно обозначение KSD301. Используется во многих бытовых электроприборах в качестве защитного или регулирующего температуру элемента, поскольку выпускаются с различной температурой срабатывания. Выглядит этот предохранитель так:

Как только температура радиатора достигнет предела отключения предохранителя управляющее напряжение с точки REM будет снято и преобразователь выключится. После снижение температуры на 5-10 градусов предохранитель востановится и подаст управляющее напряжение и преобразователь снова запустится. Этот же термопредохранитель, ну или термореле можно использовать и в сетевых блоках питания контролируя температуру радиатора и отключая питание, желательно низковольтное, идущее на микросхему — термореле так дольше проработает. Купить KSD301 можно .
VD4, VD5 — быстрые диоды из серии SF16, HER106 и т.д.
В схему можно ввести защиту от перегрузку, но во время ее разработки основной упор делался на миниатюризацию — даже узел софтстарта был под большим вопросом.
Изготовление моточных деталей и печатные платы описаны на следующих страницах статьи.

Ну и под занавес несколько схем импульсных блоков питания, найденых в интернете.
Схема №6 взята с сайта «ПАЯЛЬНИК»:

В следующем блоке питания на самотактируемом драйвере IR2153 емкость вольтодобавочного конденсатора сведена до минимальной достаточности 0,22 мкф (С10). Питание микросхемы осуществляется с искуственной средней точки силового трансформатора, что не принципиально. Защиты от перегрузки нет, форма подаваемого в силовой трансформатор напряжения немного корретируется индуктивностью L1:

Подбирая схемы для этой статьи попалась и вот такая. Идея заключается в использовании двух IR2153 в мостовом преобразователе. Идея автора вполне понятна — выход RS триггера подается на вход Ct и по логике на выходах ведомой микросхемы должны образоваться управляющие импульсы противоположные по фазе.
Идея заинтргировала и был проден следственный эксперимент на тему проверки работоспособности. Получить устойчивые управляющие импульсы на выходах IC2 не удалось — либо работал верхний драйвер, либо нижний. Кроме этого сдивагалсь фаза пауза DEAD TIME , на одной микросхеме отностительно другой, что существенно снизит КПД и от идеи были вынуждены отказаться.

Отличительная черта следующего блока питания на IR2153 заключается в том, что если он и будет работать, то работа эта сродни пороховой бочке. Прежде всего бросилась в глаза дополнительная обмотка на силовом трансформаторе для питания самой IR2153. Однако после диодов D3 и D6 нет токоограничивающего резистора, а это означает, что пятнадцативольтовый стабилитрон, находящийся внутри микросхемы будет ОЧЕНЬ сильно нагружен. Что произойдет при его перегреве и тепловом пробое можно только гадать.
Защита от перегрузки на VT3 шунтирует время задающий конденсатор С13, что вполне приемелемо.

Последний приемлемый вариант схемы истоника питания на IR2153 не представляет собой ни чего уникального. Правда автор зачем то уж слишком уменьшил сопротивление резисторов в затворах силовых транзисторов и установил стабилитроны D2 и D3, назначение которых весьма не понятно. Кроме этого емкость С11 слишком мала, хотя возможно речь идет о резонансном преобразователе.

Есть еще один вариант импульсного блока питания с использованием IR2155 и именно для управления мостовым преобразвателем. Но там микросхема управляет силовыми транзисторами через дополнительный драйвер и согласующий трансформатор и речь идет об индукционной плавке металлов, поэтому этот вариант заслуживает отдельной страницы, а всем кто понял хотя бы половину из прочитанного стоит переходить на страницу с ПЕЧАТНЫМИ ПЛАТАМИ .

ВИДЕОИНСТРУКЦИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКЕ
ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА БАЗЕ IR2153 ИЛИ IR2155

Несколько слов об изготовлении импульсных трансформаторов:

Как определить количество витков не зная марку феррита:

Блок питания для шуруповерта 18в. Простой импульсный блок питания из энергосберегающей лампы

Энергосберегающие лампы широко применяются в быту и на производстве, со временем они приходят в негодность, а между тем многие из них после несложного ремонта можно восстановить. Если вышел из строя сам светильник, то из электронной «начинки» можно сделать довольно мощный блок питания на любое нужное напряжение.

Как выглядит блок питания из энергосберегающей лампы

В быту часто требуется компактный, но в то же время мощный низковольтный блок питания, сделать такой можно, используя вышедшую из строя энергосберегающую лампу. В лампах чаще всего выходят из строя светильники, а блок питания остается в рабочем состоянии.

Для того чтобы сделать блок питания, необходимо разобраться в принципе работы электроники, содержащейся в энергосберегающей лампе.

Достоинства импульсных блоков питания

В последние годы наметилась явная тенденция к уходу от классических трансформаторных блоков питания к импульсным. Это связано, в первую очередь, с большими недостатками трансформаторных блоков питания, таких как большая масса, малая перегрузочная способность, малый КПД.

Устранение этих недостатков в импульсных блоках питания, а также развитие элементной базы позволило широко использовать эти узлы питания для устройств с мощностью от единиц ватт до многих киловатт.

Схема блока питания

Принцип работы импульсного блока питания в энергосберегающей лампе точно такой же, как в любом другом устройстве, например, в компьютере или телевизоре.

В общих чертах работу импульсного блока питания можно описать следующим образом:

  • Переменный сетевой ток преобразуется в постоянный без изменения его напряжения, т.е. 220 В.
  • Широтно-импульсный преобразователь на транзисторах превращает постоянное напряжение в прямоугольные импульсы, с частотой от 20 до 40 кГц (в зависимости от модели лампы).
  • Это напряжение через дроссель подается на светильник.

Рассмотрим схему и порядок работы импульсного блока питания лампы (рисунок ниже) более подробно.


Схема электронного балласта энергосберегающей лампы

Сетевое напряжение поступает на мостовой выпрямитель(VD1-VD4) через ограничительный резистор R 0 небольшого сопротивления, далее выпрямленное напряжение сглаживается на фильтрующем высоковольтном конденсаторе (С 0), и через сглаживающий фильтр (L0) подается на транзисторный преобразователь.

Запуск транзисторного преобразователя происходит в тот момент, когда напряжение на конденсаторе С1 превысит порог открытия динистора VD2. Это запустит в работу генератор на транзисторах VT1 и VT2, благодаря чему возникает автогенерация на частоте около 20 кГц.

Другие элементы схемы, такие как R2, C8 и C11, играют вспомогательную роль, облегчая запуск генератора. Резисторы R7 и R8 увеличивают скорость закрытия транзисторов.

А резисторы R5 и R6 служат как ограничительные в цепях баз транзисторов, R3 и R4 предохраняют их от насыщения, а в случае пробоя играют роль предохранителей.

Диоды VD7, VD6 – защитные, хотя во многих транзисторах, предназначенных для работы в подобных устройствах, такие диоды встроены.

TV1 – трансформатор, с его обмоток TV1-1 и TV1-2, напряжение обратной связи с выхода генератора подается в базовые цепи транзисторов, создавая тем самым условия для работы генератора.

На рисунке выше красным цветом выделены детали, подлежащие удалению при переделке блока, точки А–А` нужно соединить перемычкой.

Переделка блока

Перед тем как приступить к переделке блока питания, следует определиться с тем, какую мощность тока необходимо иметь на выходе, от этого будет зависеть глубина модернизации. Так, если требуется мощность 20-30 Вт, то переделка будет минимальной и не потребует большого вмешательства в существующую схему. Если необходимо получить мощность 50 и более ватт, то модернизация потребуется более основательная.

Следует иметь в виду, что на выходе блока питания будет постоянное напряжение, а не переменное. Получить от такого блока питания переменное напряжение частотой 50 Гц невозможно.

Определяем мощность

Мощность можно вычислить по формуле:

Р – мощность, Вт;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В.

Например, возьмем блок питания со следующими параметрами: напряжение – 12 В, сила тока – 2 А, тогда мощность будет:

С учетом перегрузки можно принять 24-26 Вт, так что для изготовления такого блока потребуется минимальное вмешательство в схему энергосберегающей лампы мощностью 25 Вт.

Новые детали


Добавление новых деталей в схему

Добавляемые детали выделены красным цветом, это:

  • диодный мост VD14-VD17;
  • два конденсатора С 9 , С 10 ;
  • дополнительная обмотка, размещенная на балластном дросселе L5, количество витков подбирается опытным путем.

Добавляемая обмотка на дроссель играет еще одну немаловажную роль разделительного трансформатора, предохраняя от попадания сетевого напряжения на выход блока питания.

Чтобы определить необходимое количество витков в добавляемой обмотке, следует проделать следующие действия:

  1. на дроссель наматывают временную обмотку, примерно 10 витков любого провода;
  2. соединяют с нагрузочным сопротивлением, мощностью не менее 30 Вт и сопротивлением примерно 5-6 Ом;
  3. включают в сеть, замеряют напряжение на нагрузочном сопротивлении;
  4. полученное значение делят на количество витков, узнают, сколько вольт приходится на 1 виток;
  5. вычисляют необходимое число витков для постоянной обмотки.

Более детальный расчет приведен ниже.


Испытательное включение переделанного блока питания

После этого легко вычислить необходимое число витков. Для этого напряжение, которое планируется получить от этого блока, делят на напряжение одного витка, получается количество витков, к полученному результату добавляют про запас примерно 5-10%.

W=U вых /U вит, где

W – количество витков;

U вых – требуемое выходное напряжение блока питания;

U вит – напряжение на один виток.


Намотка дополнительной обмотки на штатный дроссель

Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При намотке поверх нее дополнительной обмотки необходимо предусмотреть межобмоточную изоляцию, особенно если наматывается провод типа ПЭЛ, в эмалевой изоляции. Для межобмоточной изоляции можно применить ленту из политетрафторэтилена для уплотнения резьбовых соединений, которой пользуются сантехники, ее толщина всего 0,2 мм.

Мощность в таком блоке ограничена габаритной мощностью используемого трансформатора и допустимым током транзисторов.

Блок питания повышенной мощности

Для этого потребуется более сложная модернизация:

  • дополнительный трансформатор на ферритовом кольце;
  • замена транзисторов;
  • установка транзисторов на радиаторы;
  • увеличение емкости некоторых конденсаторов.

В результате такой модернизации получают блок питания мощностью до 100 Вт, при выходном напряжении 12 В. Он способен обеспечить ток 8-9 ампер. Этого достаточно для питания, например, шуруповерта средней мощности.

Схема модернизированного блока питания приведена на рисунке ниже.


Блок питания мощностью 100 Вт

Как видно на схеме, резистор R 0 заменен на более мощный (3-ваттный), его сопротивление уменьшено до 5 Ом. Его можно заменить на два 2-ваттных по 10 Ом, соединив их параллельно. Далее, С 0 – его емкость увеличена до 100 мкф, с рабочим напряжением 350 В. Если нежелательно увеличивать габариты блока питания, то можно подыскать миниатюрный конденсатор такой емкости, в частности, его можно взять из фотоаппарата-мыльницы.

Для обеспечения надежной работы блока полезно несколько уменьшить номиналы резисторов R 5 и R 6 , до 18–15 Ом, а также увеличить мощность резисторов R 7 , R 8 и R 3 , R 4 . Если частота генерации окажется невысокой, то следует увеличить номиналы конденсаторов C­ 3 и C 4 – 68n.

Самым сложным может оказаться изготовление трансформатора. Для этой цели в импульсных блоках чаще всего используют ферритовые кольца соответствующих размеров и магнитной проницаемости.

Расчет таких трансформаторов довольно сложен, но в интернете есть много программ, с помощью которых это очень легко сделать, например, «Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT».


Как выглядит импульсный трансформатор

Расчет, проведенный с помощью этой программы, дал следующие результаты:

Для сердечника используется ферритовое кольцо, его внешний диаметр – 40, внутренний – 22, а толщина – 20 мм. Первичная обмотка проводом ПЭЛ – 0,85 мм 2 имеет 63 витка, а две вторичных тем же проводом – 12.

Вторичную обмотку необходимо наматывать сразу в два провода, при этом их желательно предварительно слегка скрутить между собой по всей длине, так как эти трансформаторы очень чувствительны к несимметричности обмоток. Если не соблюдать это условие, то диоды VD14 и VD15 будут нагреваться неравномерно, а это еще больше увеличит несимметричность что, в конце концов, выведет их из строя.

Зато такие трансформаторы легко прощают значительные ошибки при расчете количества витков, до 30%.

Так как эта схема изначально рассчитывалась для работы с лампой мощностью 20 Вт, то установлены транзисторы 13003. На рисунке ниже позиция (1) – транзисторы средней мощности, их следует заменить на более мощные, например, 13007, как на позиции (2). Возможно, их придется установить на металлическую пластину (радиатор), площадью около 30 см 2 .


Испытание

Пробное включение стоит проводить с соблюдением некоторых мер предосторожности, чтобы не вывести из строя блок питания:

  1. Первое пробное включение производить через лампу накаливания 100 Вт, чтобы ограничить ток на блок питания.
  2. К выходу обязательно подключить нагрузочный резистор 3-4 Ома, мощностью 50-60 Вт.
  3. Если все прошло штатно, дать поработать 5-10 мин., отключить и проверить степень нагрева трансформатора, транзисторов и диодов выпрямителя.

Если в процессе замены деталей не были допущены ошибки, блок питания должен заработать без проблем.

Если пробное включение показало работоспособность блока, остается испытать его в режиме полной нагрузки. Для этого сопротивление нагрузочного резистора уменьшить до 1,2-2 Ом и включить его в сеть напрямую без лампочки на 1-2 минуты. После чего отключить и проверить температуру транзисторов: если она превышает 60 0 С, то их придется установить на радиаторы.

В качестве радиатора можно использовать как заводской радиатор, что будет наиболее верным решением, так и алюминиевую пластину, толщиной не менее 4 мм и площадью 30 кв.см. Под транзисторы необходимо подложить слюдяную прокладку, крепить их к радиатору нужно с помощью винтов с изолирующими втулками и шайбами.

Блок из лампы. Видео

О том, как сделать импульсный блок питания из эконом лампы, видео ниже.

Импульсный блок питания из балласта энергосберегающей лампы можно сделать своими руками, имея минимальные навыки работы с паяльником.

Малогабаритный блок питания — из электронного балласта

Речь в статье пойдет о появившихся сравнительно недавно лампах дневного света с обычным резьбовым цоколем, так называемых энергосберегающих. Если у вас найдется такая лампа, отработавшая свой срок или неисправная, содержимое ее цоколя поможет решить часто встречающуюся проблему — где взять малогабаритный, экономичный и дешевый сетевой источник питания. Попыток решения этой проблемы было немало — можно вспомнить несколько публикаций на страницах журнала «Радио» под общим условным названием «Сетевая «Крона». В электронном блоке энергосберегающей лампы содержится большая часть деталей такого источника питания, необходимо лишь добавить выходную цепь.

В резьбовом цоколе лампы дневного света, пришедшей на смену обычной лампе накаливания, находится круглая печатная плата, на которой собран преобразователь для ее питания. Схема подобной лампы показана на рис. 1. Из особенностей можно отметить специфическую выходную цепь с дросселем L2, узел автозапуска на симметричном динисторе VS1 и токовое управление коммутацией силовых транзисторов. Цепь автозапуска необходима, поскольку генератор с обратной связью по току сам не запускается. Элементы С1, R1 и L1 предотвращают распространение по электросети радиопомех, возникающих при работе генератора.

Не стоит удивляться разбросу номиналов элементов, указанных на схеме, — он реально существует для ламп различной мощности и разных производителей, конечно, с учетом того, что парные элементы (например, резисторы R2 и R3) имеют одинаковые номиналы. Это же касается и диодов с транзисторами — на схеме указаны лишь наиболее часто встречающиеся типы. Дроссель L2 собран на миниатюрном Ш-образном магнитопроводе из феррита с наружными размерами 10…15 мм, иногда с небольшим зазором. Его обмотка содержит 240…350 витков обмоточного провода диаметром 0,2 мм.

Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом ферритовом магнитопроводе наружным диаметром 8… 10 мм и высотой 3…5 мм, первичная обмотка (I) содержит 6…10 витков, обмотки II и III — по 2…3 витка, причем провод может быть как обмоточный диаметром 0,3…0,4 мм, так и обычный монтажный. Дроссель L1 — полтора-два десятка витков обмоточного провода диаметром 0,5 мм, намотанных на небольшом ферритовом стержне. Рабочая частота генератора определяется в основном параметрами трансформатора Т1 и при номинальной нагрузке равна 40…60 кГц.

Существует еще один вариант преобразователя, применяемый чаще всего в самых маломощных лампах. Его схема показана на рис. 2. Главное отличие от предыдущего варианта — отсутствие цепи автозапуска. Режим мягкого самовозбуждения создается здесь вследствие приоткрывания транзистора VT2 током через резисторы R2 и R3. Запуску также способствует конденсатор С5, создающий добавочный импульс базового тока транзистора VT2 в момент включения питания. Кроме того, в маломощных лампах обычно отсутствуют помехоподавляющие цепи и даже предохранитель.

Как же использовать подобное изделие? Вариантов может быть много. Автору, например, с помощью такого преобразователя удалось превратить аккумуляторную электробритву «Хитачи» в питаемую от сети 220 В. Для этого использована плата, на которой размещены транзисторы MPSA42 в корпусах ТО-92, а большинство остальных элементов — для поверхностного монтажа. В основном схема устройства соответствует рис. 1. Доработка показана на рис. 3. Прежде всего с платы необходимо демонтировать выводы лампы, конденсатор С5 и дроссель L2, а также выпаять выводы первичной обмотки трансформатора Т1.

Дроссель L2 следует аккуратно разобрать и удалить прежнюю обмотку и прокладки, создающие зазор, если они есть. Необходимо напомнить, что во время разборки очень легко поломать Ш-образный магнитопровод. Поэтому, если он склеен, может не помочь даже нагревание феррита, и тогда рекомендую сразу удалить каркас с обмоткой, а потом изготовить новый из картона. Магнитопровод с каркасом используют для изготовления трансформатора 12. Параметры его обмоток следующие: первичная I — 400 витков провода ПЭВ-2 0,12, вторичная II (при выходном напряжении 2 В) — 9+9 витков провода ПЭВ-2 0,6. Наматывать вторичную обмотку следует, как обычно, проводом, сложенным вдвое, и не забывать о хорошей межобмоточной изоляции (минимум 2-3 слоя лакоткани). Сборку трансформатора Т2 проще всего осуществить с помощью полоски лакоткани или даже изоленты, упруго натянутой по наружному контуру прижатых друг к другу половин магнитопровода. Склеивать их нежелательно, а вдруг потребуется снова разбирать? Можно попробовать намотать трансформатор, не разбирая магнитопровод, с помощью челнока. Готовый трансформатор запаивают в плату на прежнее место или располагают произвольно. Дроссель L3 наматывают на любом ферритовом подстроечнике. Его обмотка содержит 15…20 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,6…0,7 мм.


Изменения в цепи первичной обмотки трансформатора Т1 вызваны желанием перейти от токовой обратной связи, которая весьма чувствительна к нагрузке, к обратной связи по выходному напряжению. Генератор с обратной связью по напряжению устойчив в работе, независимо от изменения выходного тока. Если генератор не запускается (возможна неправильная фазировка), просто поменяйте местами концы первичной обмотки любого трансформатора. Поскольку диоды выходного выпрямителя VD8, VD9 работают при токе, близком к предельному, желательно для лучшего охлаждения установить их на дюралюминиевую пластину максимально возможной в выбранном корпусе площади. Предпоследняя операция — подбор наибольшего номинала резистора R8, при котором обеспечиваются надежный запуск преобразователя при любой нагрузке и номинальная рабочая частота (50…60 кГц). Сопротивление резистора R8 подбирают в пределах от 1 до 30 Ом. И наконец, измеряют выходные параметры получившегося источника питания, контролируя степень нагрева его элементов. В авторском варианте удалось получить выходную мощность примерно 2…3 Вт (выходное напряжение 2 В при токе нагрузки 1…1.5 А).

Остается лишь смонтировать налаженный источник в корпусе питаемого устройства. Вышеописанный блок удалось разместить в корпусе электробритвы на месте аккумулятора типоразмера АА и его зарядного устройства.

Аналогичный блок питания можно сделать и на основе преобразователя, собранного по схеме рис. 2. За последнее время появились лампы с преобразователями, схемы которых отличаются от показанных на рис. 1 и 2, — на полевых транзисторах и даже интегральных микросхемах. Их также можно использовать для создания источника питания — следует просто включить трансформатор Т2 (рис. 3) вместо лампы EL1, ничего более не удаляя и не переделывая. Правда, при этом останется обратная связь по току, из-за чего такой преобразователь сможет нормально работать лишь с постоянной нагрузкой. Если необходимо использовать преобразователь на предельной мощности, желательно коммутирующие транзисторы установить на подходящий теплоотвод.

Смотрите другие статьи раздела .

Привет, друзья. В эпоху светодиодных технологий многие все еще предпочитают для освещения использовать люминесцентные лампы (они же экономки). Это разновидность газоразрядных ламп, которые многие считают, мягко скажем, не очень безопасным видом освещения.

Но, вопреки всем сомнениям, они успешно висели в наших домах не одно десятилетие, поэтому у многих сохранились нерабочие эконом-лампы.

Как мы знаем, для работы многих газоразрядных ламп требуется высокое напряжение, порой в разы выше, чем напряжение в сети и обычная экономка тоже не исключение.

В такие лампы встроены импульсные преобразователи, или балласты. Как правило, в бюджетных вариантах применяется полумостовой автогенераторный преобразователь по очень популярной схематике. Схема такого блока питания работает довольно надежно, несмотря на полное отсутствие каких-либо защит, помимо предохранителя. Тут нет даже нормального задающего генератора. Цепь запуска построена на базе симметричного диака.


Схема та же, что и у , только вместо понижающего трансформатора оттуда использован накопительный дроссель. Я намерен быстро и понятно показать вам, как можно такие блоки питания превратить в полноценный импульсный источник питания понижающего типа, плюс обеспечить гальваническую развязку от сети для безопасной эксплуатации.

Для начала хочу сказать, что переделанный блок может быть использован в качестве основы для зарядных устройств, блоков питания для усилителей. В общем, можно внедрить там, где есть нужда в источнике питания.

Нужно лишь доработать выход диодным выпрямителем и сглаживающей емкостью.


Подойдет для переделки любая экономка любой мощностью. В моем случае -это полностью рабочая лампа на 125 Ватт. Лампу сначала нужно вскрыть, достать блок питания, а колба нам больше не нужна. Даже не вздумайте ее разбивать, поскольку там содержатся очень токсичные пары ртути, которые смертельно опасны для живых организмов.

Первым делом смотрим на схему балласта.


Они все одинаковые, но могут отличаться количеством дополнительных компонентов. На плате сразу бросается в глаза довольно массивный дроссель. Разогреваем паяльник и выпаиваем его.



На плате у нас имеется также маленькое колечко.


Это трансформатор обратной связи потоку и он состоит из трех обмоток, две из которых являются задающими,


а третья является обмоткой обратной связи потоку и содержит всего один виток.


А теперь нам нужно подключить трансформатор от компьютерного блока питания так, как показано по схеме.


То есть один из выводов сетевой обмотки подключается к обмотке обратной связи.


Второй вывод подключается к точке соединения двух конденсаторов полумоста.


Да, друзья, на этом процесс завершен. Видите, насколько все просто.

Теперь я нагружу выходную обмотку трансформатора, чтобы убедиться в наличии напряжения.


Не забываем, начальный запуск балласта делается страховочной лампочкой. Если блок питания нужен на малую мощность, можно обойтись вообще без всякого трансформатора, и вторичную обмотку обмотать на непосредственно сам дроссель.


Не помешало бы установить силовые транзисторы на радиаторы. В ходе работы под нагрузкой их нагрев – это естественное явление.


Вторичную обмотку трансформатора можно сделать на любое напряжение.

Для этого нужно его перемотать, но если блок нужен, например, для зарядного устройства автомобильного аккумулятора, то можно обойтись без всяких перемоток. Для выпрямителя стоит использовать импульсные диоды, опять же, оптимальное решение – это наше КД213 с любой буквой.

В конце хочу сказать, что это только один из вариантов переделки таких блоков. Естественно, существует множество иных способов. На этом, друзья, все. Ну а с вами, как всегда, был KASYAN AKA. До новых встреч. Пока!

Для работы шуруповерта необходим блок питания на 18 В. Данные устройства работают от сети 220 В. Основным элементом блоков считается преобразователь. На сегодняшний день существует множество модификаций, которые отличаются по параметрам и конструктивным элементам. Как сделать блок питания на шуруповерт 18В своими руками? Для этого рекомендуется рассмотреть конкретные схемы сборки.

Модели с индикацией

Блок питания на шуруповерт 18В для работы от сети с индикаций можно сделать на базе проводного преобразователя. Проводимость у элемента обязана составлять 4,5 мк. Конденсаторы используются на 5 пФ. Большинством специалистов резисторы устанавливаются с однополюсными выпрямителями. Для стабилизации процесса преобразования применяются компараторы.

Универсальные блоки

Сделать универсальный блок питания на шуруповерт 18В своими руками довольно просто. В первую очередь рекомендуется заготовить выходной конденсатор на 5 пФ. Дополнительно потребуется один резистор. Преобразователи для блоков применяются отрицательной направленности. Они могут использоваться в цепи постоянного тока и хорошо подходят для сети 220 В. Специалисты советуют компараторы устанавливать с лучевыми переходниками. Они хорошо устойчивы к импульсным помехам. Также надо отметить, что фильтры для конденсатора подбираются с электродным триггером. В конце работы блок проверяется на сопротивление. При правильной сборке модификация должна выдавать не более 40 Ом.

Схема с двухполюсным резистором

Как сделать блок питания на шуруповерт 18В для работы от сети? Устройства с двухполюсным резистором можно собрать на базе переходного контроллера. Преобразователь стандартно используется с фильтром. Показатель сопротивления элемента должен составлять не более 40 Ом.

Также надо отметить, что при сборке блока используются только канальные фильтры, которые устанавливаются рядом с преобразователем. При замыкании цепи в первую очередь проверяется обкладка. Для повышения параметра перегрузки устройства используются триггеры.


Устройство с трехполюсным резистором

Модификацию с двухполюсным резистором можно сложить на базе операционного преобразователя. Как правило, применяются модификации на 220 В. В начале сборки подбирается триггер. Фильтры для него устанавливаются канального типа. Также надо отметить, что проводимость резистора в блоке не должна превышать 4,5 мк. Сопротивление на выходе преобразователя в среднем равняется 40 Ом. Указанные модификации хороши тем, что они не боятся импульсных помех от сети 220 В. Дополнительно важно помнить, что устройства разрешается использовать с шуруповертами разных торговых марок. Если рассматривать блоки на проводных компараторах, то выпрямители используются только на две обкладки. Дополнительно учитывается проводимость непосредственно компаратора.


Импульсные модификации

Импульсный блок питания для шуруповерта 18В своими руками собирается с интегральными преобразователями. Компараторы для устройств используются на две или три обкладки. Большинство моделей делаются с низкоомными выпрямителями. Показатель перегрузки элементов стартует от 10 А.

Некоторые модификации складываются с канальными фильтрами. Также среди самодельных модификаций часто встречаются модели на приводных преобразователях. У них высокий показатель проводимости. Для них подходят конденсаторы только на 4 пФ. При этом фильтры применяются с лучевыми переходниками. Специалисты говорят, что модели способны работать с шуруповертами на 18 В.


с усилителем

Модификации с усилителями встречаются часто. Собрать блок питания для шуруповерта 18В своими руками можно, используя проводной преобразователь. Также потребуется контакторный триггер. Начинать установку следует с пайки транзисторов. Они используются разной емкости, а проводимость элементов стартует от 4,5 мк. Большинство экспертов рекомендуют фильтры применять канального типа. Они хорошо справляются с импульсными помехами. Также надо отметить, что для сборки потребуется один переходник под преобразователь. Непосредственно выпрямитель устанавливается на две обкладки. В конце работы тестируется сопротивление на блоке. Указанный параметр в среднем составляет 45 Ом.

Устройства на стабилитроне

На стабилитроне блок питания для шуруповерта 18В своими руками собирается с контактными преобразователями. Выпрямители разрешается использовать с электродными переходниками. При этом проводимость у них обязана составлять не более 5,5 мк. Контроллеры часто встречаются на три обкладки.

Фильтры для них подходят канального типа. Также есть сборки с простым инверторным преобразователем. Они выделяются стабильной частотой, но не могут использоваться в сети переменного тока. На выходе преобразователя устанавливается изолятор. Компаратор для модификации потребуется с дуплексным фильтром.

Модель с одним фильтром

Как сделать блок питания на шуруповерт 18В самостоятельно? Собрать модель с одним фильтром довольно просто. Начинать работу стоит с подбора качественного преобразователя. Далее, чтобы сделать блок питания для шуруповерта 18В своими руками, устанавливается триггер на три контакта. При этом фильтр монтируется за преобразователем. Стабилизатор подходит только низкоомного типа, а приводимость у него обязана составлять не более 4,5 мк. После установки фильтра сразу проверяется сопротивление на блоке. Указанный параметр в среднем составляет 55 Ом. Триоды для устройства подходят однонаправленного типа.


Модификации без стабилизаторов

Существует множество самодельных устройств без стабилизаторов. Проводимость у блоков данного типа составляет около 4,4 мк. Преобразователи в данном случае подвержены импульсным нагрузкам от сети 220 В. Также надо помнить, что устройства сильно перегружаются от волновых помех. Если рассматривать модификации на дипольных триггерах, то у них имеется только один переходник. Дополнительно стоит отметить, что фильтр устанавливается за преобразователем. Обкладка под него припаивается на выходе. Специалисты говорят о том, что тиристор можно использовать низкой проводимости. Однако сопротивление в цепи не должно опускаться ниже уровня 45 Ом.

Если рассматривать устройства на проводных конденсаторах, то для моделей подбираются конденсаторы на 3,3 пФ. Устанавливаются они только с канальными фильтрами, а проводимость у блоков данного типа равняется примерно 50 Ом. Для того чтобы самостоятельно собрать устройства, используются контактные выпрямители на диодах. Коэффициент проводимости у них в среднем составляет 5,5 мк.

Одним из самых простых способов изготовления импульсного блока питания своими руками из «подручных средств» является переделка энергосберегающей лампы под такой блок питания. Так как основной причиной выхода из строя компактных люминесцентных ламп является перегорание одной из нитей накала колбы, то практически их все можно переделать под импульсный блок питания с нужным напряжением. В данном конкретном случае я переделывал схему электронного балласта 15 ваттной лампочки в импульсный блок питания 12 вольт 1 ампер. Такая переделка не требует огромных усилий и большого количества деталей, т.к. предполагаемая нагружаемая мощность меньше мощности самой энергосберегающей лампочки.

Каждый производитель ламп имеет свои собственные наборы деталей с определенными номиналами в схемах изготавливаемых электронных балластов, но все схемы типовые. Поэтому у себя на схеме я не приводил всю схему лампы, а указал только ее типовое начало и обвязку колбы лампы. Схема электронного балласта нарисована черным и красным цветом. Красным – выделены колба и конденсатор, подсоединенный к двум нитям накала. Их следует удалить.

на схеме указаны элементы которые нужно добавить. Конденсатор С1 – следует заменить большей емкости, например, 10-20u 400v.

В левой части схемы добавлен предохранитель и входной фильтр. L2 выполнен на кольце от

, имеет две обмотки по 15 витков проводом от витой пары Ø – 0.5 мм. Кольцо имеет наружный диаметр 16мм, внутренний – 8,5мм, ширину – 6,3мм. Дроссель L3 имеет 10 витков Ø – 1 мм, выполнен на кольце от трансформатора другой энергосберегающей лампы. Следует выбирать лампу с бОльшей пустотой окна дросселя Tr1, так как его необходимо будет переделать в трансформатор. У меня получилось намотать по 26 витков Ø – 0.5 мм на каждую из половины вторичной обмотки. Такой вид намотки требует идеально симметричных половин обмотки. Чтобы добиться этого, рекомендую мотать вторичную обмотку сразу в два провода, каждый из которых будет служить симметричной половиной друг друга. Транзисторы оставил без радиаторов, т.к. предполагаемое потребление схемы меньше мощности, которую потребляла лампа. В качестве теста было подключено на максимальное свечение на 2 часа 5 метров RGB

, потреблением 12v 1A.

Мощный импульсный блок питания своими руками

В данной статье описан способ изготовления мощного сетевого БП для питания усилителя мощности низкой частоты. Блок питания — основная проблема, с которой приходится сталкиваться после сборки мощных усилителей. Мною было собрано огромное количество блоков питания и хочу поделиться конструкцией наиболее простого и стабильного сетевого ИБП.

Тип блока питания, как уже заметили — импульсный. Такое решение резким образом уменьшает вес и размеры конструкции, но работает не хуже обыкновенного сетевого трансформатора, к которому мы привыкли. Схема собрана на мощном драйвере IR2153. Если микросхема в DIP корпусе, то диод нужно ставить обязательно. На счет диода — обратите внимание, он не обычный, а ультрабыстрый, поскольку рабочая частота генератора составляет десятки килогерц и обычные выпрямительные диоды тут не подойдут.

В моем случае вся схема была собрана на «рассыпухе», поскольку собирал только для проверки работоспособности. Мной схема практически не настраивалась и сразу заработала как швейцарские часы.

Трансформатор — желательно взять готовый, от компьютерного блока питания (подойдет буквально любой, я взял трансформатор с косичкой от блока питания АТХ 350 ватт). На выходе трансформатора можно использовать выпрямитель из диодов ШОТТКИ (тоже можно найти в компьютерных блоках питания), или любые быстрые и ультрабыстрые диоды с током 10 Ампер и более, также можно ставить наши КД213А.

Схему подключайте в сеть через лампу накаливания 220 Вольт 100 ватт, в моем случае все тесты делал инвертором 12-220 с защитой от КЗ и перегруза и только после точной настройки решился подключить в сеть 220 Вольт.

Как должна работать собранная схема?

  • Ключи холодные, без выходной нагрузки (у меня даже с выходной нагрузкой 50 ватт ключи оставались ледяными) .
  • Микросхема не должна перегреваться в ходе работы.
  • На каждом конденсаторе должно быть напряжение порядка 150 Вольт, хотя номинал этого напряжение может откланяться на 10-15 Вольт.
  • Схема должна работать бесшумно.
  • Резистор питания микросхемы (47к) должен чуть перегреваться во время работы, возможен также ничтожный перегрев резистора снаббера (100 Ом).

Основные проблемы, которые возникают после сборки

Проблема 1. Собрали схему, при подключении контрольная лампочка, которая подключена на выход трансформатора мигает, а сама схема издает непонятные звуки.

Решение. Скорее всего не хватает напряжения для питания микросхемы, попробуйте снизить сопротивление резистора 47к до 45, если не поможет, то до 40 и так (с шагом 2-3кОм ) до тех пор, пока схема не заработает нормально.

Проблема 2. Собрали схему, при подаче питания ничего не греется и не взрывается, но напряжение и ток на выходе трансформатора мизерные (почти ровны нулю)

Решение. Замените конденсатор 400Вольт 1мкФ на дроссель 2мГн.

Проблема 3. Один из электролитов сильно греется.

Решение. Скорее всего он нерабочий, замените на новый и заодно проверьте диодный выпрямитель, может именно из-за нерабочего выпрямителя на конденсатор поступает переменка.

Импульсный блок питания на ir2153 можно использовать для питания мощных, высококачественных усилителей, или же использовать в качестве зарядного устройства для мощных свинцовых аккумуляторов, можно и в качестве блока питания — все на ваше усмотрение.

Мощность блока может доходить до 400 ватт, для этого нужно будет использовать трансформатор от АТХ на 450 ватт и заменить электролитические конденсаторы на 470мкФ — и все!

В целом, импульсный блок питания своими руками можно собрать всего за 10-12 $ и то если брать все компоненты из радиомагазина, но у каждого радиолюбителя найдется больше половины радиодеталей, использованных в схеме.

Импульсные источники питания

для начинающих: основы эффективности, часть 1

Энергетическая эффективность является фундаментальной характеристикой любого импульсного источника питания (SMPS), и ее мера обычно определяет качество устройства преобразования. Высокие числа дают право хвастаться успешному инженеру, в то время как низкие числа обычно указывают на необходимость модификации или перепроектирования.

Максимальная эффективность является основным критерием для всех SMPS, но тем более для тех, которые используются в портативных устройствах, где необходимо продлить срок службы батареи, чтобы обеспечить потребителям увеличенное время работы при использовании их любимых гаджетов и игрушек.Высокая эффективность также является обязательным условием для тех конструкций, которые требуют улучшенного управления температурным режимом или где затраты на подачу электроэнергии вызывают озабоченность.

Чтобы достичь максимальной эффективности преобразования в конструкции SMPS, инженер должен понимать элементарные механизмы потери мощности, присущие этим преобразователям, и то, что можно сделать, чтобы уменьшить их влияние. Кроме того, знакомство с обычными функциями ИС SMPS, которые способствуют повышению эффективности, позволяет инженеру делать лучший выбор, когда сталкивается с конструкцией импульсного преобразователя.

В этом обсуждении, состоящем из двух частей, объясняются основные факторы, влияющие на эффективность SMPS, и дается руководство о том, как начать новую конструкцию. Потери мощности вводных материалов и коммутационных компонентов покрываются в этом первом взносе.

Ожидаемая эффективность

Энергетические потери являются неотъемлемой частью систем преобразования энергии. Неидеальности естественного мира не позволяют нам получить конечную награду в виде 100% эффективности преобразования. Тем не менее, хорошо спроектированные блоки питания могут достигать весьма значительной эффективности, обычно приближающейся к процентным значениям в диапазоне от среднего до высокого уровня 90-х годов.

Для любознательных людей эталонный КПД можно получить, изучив типичные рабочие характеристики, указанные в таблицах данных, предоставляемых производителями ИС источников питания. Например, схема понижающего преобразователя в (рис. 1 ) обеспечивает КПД до 97% для определенных выходных конфигураций и дает высокий КПД для очень легких нагрузок.

Как реализованы такие высокие показатели эффективности? Уделять особое внимание фундаментальным потерям, общим для всех SMPS, — отличное начало.Эти потери в основном обнаруживаются в переключающих компонентах (полевые МОП-транзисторы и диоды) и, в меньшей степени, в катушках индуктивности и конденсаторах общей схемы SMPS. В зависимости от ИС могут быть выбраны специальные функции, которые будут бороться с потерями в эффективности, например варианты архитектуры управления и интеграция компонентов. Например, схема в (рис. 1 ) использует несколько методов для борьбы с собственными потерями, включая синхронное выпрямление, интегрированные полевые МОП-транзисторы с низким сопротивлением, низкое потребление тока покоя и архитектуру управления с пропуском импульсов, преимущества которой будут обсуждаться ниже. эта статья разворачивается.

Краткий обзор Stepdown SMPS

Хотя потери, которые будут обсуждаться, применимы ко всем базовым топологиям SMPS, следующий текст поясняется со ссылкой на общую схему понижающего преобразователя понижающего преобразователя в рис. 2 . На рисунке также показаны некоторые формы сигналов переключения схемы, которые будут использоваться в расчетах, представленных позже.

Понижающий преобразователь снижает более высокое входное напряжение постоянного тока до более низкого выходного напряжения постоянного тока.При этом MOSFET включается и выключается с постоянной частотой модуляции (f S ) прямоугольным сигналом с широтно-импульсной модуляцией (PWM). Короче говоря, когда полевой МОП-транзистор включен, входной источник питания заряжает катушку индуктивности и конденсатор и подает мощность на нагрузку. В течение этого времени величина тока катушки индуктивности нарастает по мере его прохождения через контур 1, как показано на рис. 2 .

Когда полевой МОП-транзистор выключается, питание на входе отключается от выхода, а индуктор и выходной конденсатор поддерживают нагрузку.Величина тока катушки индуктивности снижается по мере прохождения через диод в соответствии с направлением, указанным в контуре 2. Доля периода переключения, в которой включен полевой МОП-транзистор, определяется скважностью (D) сигнала ШИМ. D делит каждый период переключения (t S ) на интервалы [D xt S ] и [(1-D) xt S ], которые связаны с проводимостью полевого МОП-транзистора (контур 1) и проводимости диода (контур 2). , соответственно.

Во всех топологиях SMPS это разделение периода переключения используется для преобразования выходного напряжения.Для понижающего преобразователя, чем больше рабочий цикл, тем больше энергии подводится к нагрузке и увеличивается среднее выходное напряжение. И наоборот, когда рабочий цикл уменьшается, среднее выходное напряжение уменьшается.

В связи с этим соотношением коэффициенты преобразования для понижающего ИИП составляют:
V OUT = D x V IN
I IN = D x I OUT .

Важно отметить, что чем дольше любой ИИП остается в определенном интервале, тем больше относительные потери, совпадающие с этим интервалом.Для понижающего преобразователя низкий D означает большие относительные потери в контуре 2, поскольку этот контур доминирует в периоде переключения.

Потери коммутационных компонентов

МОП-транзистор и диод, изображенные на рис. 2 (и в большинстве других базовых топологий преобразователя), имеют тенденцию вызывать наибольшее снижение эффективности из-за природы этих полупроводниковых устройств. Оба являются жертвами двух видов потери мощности: потери проводимости и потери переключения.

Более простой для понимания — это потеря проводимости.Интуитивно понятно, что там, где есть ток, естественно будет противодействие току, и в результате будет тратиться энергия. И полевой МОП-транзистор, и диод действуют как переключатели, которые направляют ток через цепь, когда любое устройство включено в течение каждого интервала переключения. Следовательно, при включении этого конкретного устройства будут возникать потери проводимости из-за сопротивления открытого МОП-транзистора (R DSon ) и прямого напряжения диода.

Поскольку ток полевого МОП-транзистора течет только во включенном состоянии, потери проводимости полевого МОП-транзистора (P CONDmosfet ) приблизительно равны произведению R DSon , рабочего цикла и квадрата тока в открытом состоянии:

P CONDmosfet = I MOSFETon (средн.) 2 x R DSon x D

, где I MOSFETon (avg) — средний ток MOSFET за интервал включения.Ссылаясь на понижающий преобразователь в рис.2 , полевой МОП-транзистор проводит выходной ток (I OUT ), когда он включен, в результате чего предполагаемые потери проводимости полевого МОП-транзистора составляют:

P CONDmosfet = I OUT 2 x R DSon x (V OUT / V IN )

В то время как потери проводимости MOSFET пропорциональны рассеянию на его низком R DSon , потери проводимости диода зависят от сравнительно большего прямого напряжения (V F ).Таким образом, диоды обычно имеют большие потери проводимости, чем полевые МОП-транзисторы. Потери проводимости диода пропорциональны прямому току, VF и времени проводимости. Поскольку диод будет проводить, когда MOSFET выключен, потери проводимости диода (P CONDdiode ) приблизительно равны:

P CONDдиод = I DIODEon (avg) x V F x (1-D)

, где I DIODEon (avg) — средний ток диода за интервал включения. В рис. 2 средний прямой ток диода составляет I OUT во время его интервала проводимости.Следовательно, P CONDdiode для понижающего преобразователя оценивается как:

P COND диод = I OUT x V F x (1 — V OUT / V IN )

Из этих уравнений становится очевидным, что чем дольше какое-либо устройство остается включенным в течение каждого интервала переключения, тем больше относительные потери проводимости этого устройства. Для понижающего преобразователя, чем ниже установлено выходное напряжение (при постоянном входном напряжении), тем больше диод способствует потере мощности, поскольку он проводит большую часть интервала переключения.

Возможно, менее интуитивно понятны потери переключения MOSFET и диодов, которые возникают из-за неидеальности их характеристик переключения. Для перехода устройств из полностью выключенного состояния в полностью включенное и наоборот требуется время, что приводит к потреблению энергии при изменении состояния устройства.

Упрощенный график напряжения сток-исток (V DS ) и тока сток-исток (I DS ) обычно дается для объяснения потерь при переключении, встречающихся в полевых МОП-транзисторах.Верхний график рис. 3 изображает такие формы сигналов, в которых не мгновенные переходы напряжения и тока происходят во время t SW на и t SWoff из-за зарядки и разрядки емкостей, обнаруженных в полевом МОП-транзисторе.

Как показано на графиках, ток полной нагрузки (I D ) должен быть передан на полевой МОП-транзистор до того, как его V DS уменьшится до конечного значения в открытом состоянии (= I D x R DSon ). И наоборот, переход выключения требует, чтобы V DS увеличился до своего конечного значения выключенного состояния до того, как ток будет передан от полевого МОП-транзистора.Эти переходы приводят к перекрытию форм сигналов напряжения и тока и приводят к рассеянию мощности, как показано на нижнем графике рис. 3 .

Времена переключения более или менее постоянны по частоте, что приводит к увеличению потерь переключения по мере увеличения частоты SMPS. Это можно понять, отметив, что периоды постоянного перехода потребляют больше доступного периода переключения по мере того, как этот период переключения сокращается.

Переключение переключения, которое требует только одну двадцатую рабочего цикла, будет иметь гораздо меньшее влияние на эффективность, чем переключение, которое потребляет одну десятую рабочего цикла.Из-за своей частотной зависимости коммутационные потери преобладают над потерями проводимости на высоких частотах.

Потери при переключении полевого МОП-транзистора

(P SWmosfet ) оцениваются путем применения треугольной геометрии к Рис. 3 для получения следующего уравнения:

P SWmosfet 0,5 x V D x I D x (t SWon + t SWoff ) x f s

, где V D — напряжение сток-исток полевого МОП-транзистора во время отключения, I D — ток канала во время включения, а t SWon и t SWoff — включение и выключение. -время перехода соответственно.Для понижающего преобразователя V IN подается на полевой МОП-транзистор в выключенном состоянии, и он передает I OUT , когда он включен.

Чтобы продемонстрировать вышеупомянутые уравнения проводимости и коммутационных потерь полевого МОП-транзистора, был использован осциллограф для захвата сигналов V DS и I DS типичного интегрированного полевого МОП-транзистора высокого напряжения в понижающем преобразователе. Условия схемы были следующие: V IN = 10 В, V OUT = 3,3 В, I OUT = 500 мА, R DSon = 0.1 Ом, f S = 1 МГц, а переходный процесс переключения (t ON + t OFF ) составляет 38 нс.

Как видно из рис. 4 , переключение не является мгновенным, и перекрытие форм сигналов тока и напряжения приводит к потере мощности, обозначенной нижним сигналом. Форма волны тока нарастает, поскольку I DS следует за током катушки индуктивности в течение цикла «включено» ( рис. 2 ), что приводит к большим потерям переключения, возникающим во время переходного процесса «выключено».

Используя ранее упомянутые приближения, вычисляются общие средние потери MOSFET:

P Tmosfet = P CONDmosfet + P SWmosfet

= I OUT 2 x R DSon x (V OUT / V IN ) + 0,5 x V IN x I OUT x (t SWon + t SWoff ) xf с

= 0,5 2 x 0,1 x 0,33 + 0,5 x 10 x 0,5 x (38 x 10 -9 ) x 1 x 10 6

8.3 мВт + 95 мВт

P Tmosfet = 103,3 мВт

Результат соответствует среднему значению 117,4 мВт нижней кривой. Обратите внимание, что в этом случае f S достаточно велико, чтобы P SWmosfet преобладали над потерями проводимости.

Как и полевой МОП-транзистор, диод также демонстрирует потери при переключении. Однако эти потери в значительной степени зависят от времени обратного восстановления (t RR ) используемого диода. Потери при переключении диода возникают во время перехода диода из состояния прямого смещения в обратное.

Заряд, присутствующий в диоде из-за прямого тока, должен быть снят с перехода, поскольку к нему приложено обратное напряжение, что приводит к всплеску тока (I RRpeak ), противоположному прямому току. Это действие приводит к потере мощности V × I, поскольку во время этого события обратного восстановления на диод подается обратное напряжение. На рис. 5 представлен упрощенный график периода обратного восстановления pn-диода.

Когда известны характеристики обратного восстановления диода, для оценки потерь мощности переключения (P SW диод ) диода используется следующее уравнение:

P SW диод 0.5 x V REVERSE x I RRpeak x t RR2 x f s

, где V REVERSE — напряжение обратного смещения на полевом МОП-транзисторе, I RRpeak — пиковый ток обратного восстановления, t RR2 — это часть времени обратного восстановления после пиков I RR . Для понижающего преобразователя V IN смещает диод в обратном направлении после включения полевого МОП-транзистора.

Чтобы продемонстрировать уравнения диодов, Рис. 6 показывает формы сигналов напряжения и тока, наблюдаемые для pn-переключающего диода в типичном понижающем преобразователе.В IN = 10 В, В OUT = 3,3 В, измерено I RRpeak = 250 мА, I OUT = 500 мА, f S = 1 МГц, t RR2 = 28 нс и В F = 0,9 В. Используя эти значения:

P ВСЕГО диод = P SW диод + P COND диод

(1 — V OUT / V IN ) x I OUT x V F + 0,5 x V IN x I RRpeak x t RR2 x f S

= (1-0.33) x 0,5 x 0,9 + 0,5 x 10 x 0,25 x 28 x 10 -9 x 1 x 10 6

= 301,5 мВт + 35 мВт

= 336,5 мВт

Этот результат совпадает со средней потерей мощности 358,7 мВт, указанной на нижнем графике в рис. 6 . Из-за большого значения V F и большого интервала проводимости диода, а также из-за того, что t RR является относительно быстрым, потери проводимости (P SW диод ) преобладают в диоде.

Учитывая предыдущее обсуждение, что можно сделать, чтобы уменьшить потери, вызванные переключающими компонентами источника питания? Простой ответ — выбирайте полевые МОП-транзисторы с низким R DSon и быстрыми переходными процессами переключения, а также диоды с низким V F и быстрым периодом восстановления.

Несколько явлений напрямую влияют на сопротивление полевого МОП-транзистора в открытом состоянии. Естественно, что R DSon увеличивается с увеличением размеров кристалла и напряжения пробоя сток-исток (V BRdss ) из-за увеличения количества полупроводникового материала в устройстве. Таким образом, увеличение размера полевого МОП-транзистора может привести к снижению эффективности, которого могло бы не быть у меньшего по размеру, правильно выбранного устройства.

Кроме того, из-за положительного температурного коэффициента полевого МОП-транзистора R DSon увеличивается с увеличением температуры кристалла.Таким образом, необходимо соблюдать надлежащие методы управления температурным режимом, чтобы поддерживать низкие температуры перехода и гарантировать, что R DSon не будет чрезмерно расти.

Сопротивление в открытом состоянии также изменяется обратно пропорционально смещению затвор-исток, вплоть до определенного значения. Поэтому рекомендуется максимальное напряжение управления затвором для достижения самого низкого значения R DSon с учетом увеличенных потерь управления затвором, возникающих при этом. Однако напряжение управления затвором в ИИП часто не регулируется. То есть, если только опция не позволяет пользователю сделать это, например, самонастройка источника питания ИС или когда внешний драйвер затвора используется для проекта SMPS.

Коммутационные потери

MOSFET зависят от емкости устройства. Большие емкости заряжаются медленнее, в результате чего переходы при переключении длятся дольше и рассеивают больше энергии. Емкость Миллера, обычно называемая емкостью обратной передачи (C RSS ) или емкостью затвор-сток (C GD ) в таблицах данных MOSFET, является основным фактором времени перехода во время переключения.

Заряд, необходимый для емкости Миллера, обозначается Q GD и, как и в случае емкости Миллера, должен быть минимальным для более быстрого переключения.Поскольку емкость полевого МОП-транзистора также зависит от размера кристалла, обычно рассматривается компромисс между потерями проводимости и коммутационными потерями, при этом особое внимание уделяется частоте коммутации схемы.

Для диода прямое напряжение должно быть минимизировано, так как потери из-за него могут быть большими. Прямое напряжение обычно находится в диапазоне от 0,7 В до 1,5 В для небольших диодов с более низким номиналом. Опять же, размеры, процесс и номинальное напряжение влияют на прямое напряжение и время обратного восстановления, при этом более высокие номиналы и большие размеры демонстрируют более высокие V F и t RR , что приводит к большим потерям.

Переключающие диоды, предназначенные для высокоскоростных приложений, часто классифицируются по скорости, а именно: быстрые, сверхбыстрые и сверхбыстрые восстанавливающиеся диоды, причем время обратного восстановления уменьшается с увеличением скорости. Быстрые диоды имеют тенденцию иметь t RR за сотни наносекунд, в то время как сверхбыстрые диоды имеют тенденцию к нескольким десяткам наносекунд.

Хотя pn-диоды обычно имеют большие падения напряжения в прямом направлении, они также доступны с большими номинальными значениями напряжения и тока, что делает их пригодными для приложений с более высокой мощностью.Но даже с оптимизированными диодами V F и RR обычно не встретишь высокоскоростной восстанавливающий диод в маломощных или портативных устройствах, поскольку потери энергии слишком велики.

В качестве возможной альтернативы диодам с быстрым восстановлением в приложениях с низким энергопотреблением диоды Шоттки предлагают практически несуществующее время восстановления и V F , что почти вдвое меньше, чем у диодов с быстрым восстановлением (часто от 0,4 В до 1 В), но недоступно с такими высокими номинальными напряжениями, как у диодов с быстрым восстановлением.Из-за преимуществ диоды Шоттки широко используются в приложениях с низким энергопотреблением, чтобы значительно снизить потери мощности, связанные с переключающим диодом, особенно в приложениях с малым рабочим циклом.

Однако даже при низком падении прямого напряжения диод Шоттки может иметь недопустимые потери проводимости в низковольтных устройствах. Рассмотрим понижающий выход 1,5 В, где используется типичный диод Шоттки 0,5 В. Это 33% выходного напряжения во время диодной проводимости!

Эту ситуацию с высокими потерями можно улучшить, воспользовавшись преимуществом низкого R DSon полевого МОП-транзистора в методе, называемом синхронным выпрямлением.Здесь полевой МОП-транзистор заменяет диод (сравните рис. 1, и рис. 2 ) и синхронизируется с другим полевым МОП-транзистором, так что оба полевого МОП-транзистора проводят попеременно во время соответствующих интервалов переключения. Теперь относительно высокое значение V F диода заменяется гораздо меньшим падением напряжения R DSon (в зависимости от тока) полевого МОП-транзистора, компенсируя потерю эффективности из-за проводимости диода.

Однако у синхронного выпрямления есть свои компромиссы, такие как повышенная сложность и стоимость, и он может не оказаться значительным преимуществом для очень высоких уровней тока, поскольку потери проводимости полевого МОП-транзистора возрастают пропорционально квадрату его тока.Кроме того, поскольку мощность расходуется при включении затвора синхронного выпрямителя, инженер должен взвесить эффективный штраф дополнительного привода затвора.

Технические данные

До сих пор обсуждались потери мощности, присущие двум основным компонентам универсального импульсного источника питания, полевому МОП-транзистору и диоду. Вспоминая схему понижения на рис. 1 , несколько важных аспектов ИС контроллера, которые помогают в ее очень эффективной работе, можно связать, обратившись к ее листу данных.

Во-первых, коммутационные компоненты интегрированы в корпус ИС, что позволяет сэкономить место и снизить паразитные потери. Во-вторых, используются полевые МОП-транзисторы DSon с низким R . Они указаны на 0,27 Ом (тип.) И 0,19 Ом (тип.) Для NMOS и PMOS, соответственно. В-третьих, используется синхронное выпрямление. Для 50% рабочего цикла и нагрузки 500 мА это снижает более низкие потери проводимости переключателя с 250 мВт при использовании диода 1 В до примерно 34 мВт из-за низкого R DSon синхронного транзистора NMOS.

Хотя коммутационные компоненты сильно влияют на эффективность SMPS, есть больше областей, в которых инженер может бороться с агрессивными эффектами потери мощности. Во второй части этой статьи будут рассмотрены потери в пассивных компонентах и ​​важные особенности повышения эффективности микросхем SMPS.

Список литературы

Мохан, Нед; Undeland, Tore M .; и Роббинс, Уильям П. Силовая электроника: преобразователи, приложения и конструкция , главы 2, 7, 20 и 22, John Wiley & Sons, третье издание, 2003 г.

Как работают схемы импульсного источника питания (SMPS)

SMPS — это аббревиатура от слова Switch Mode Power Supply. Название ясно предполагает, что концепция имеет какое-то или полностью отношение к импульсам или переключению используемых устройств. Давайте узнаем, как адаптеры SMPS работают для преобразования сетевого напряжения в более низкое напряжение постоянного тока.

Преимущество топологии SMPS

В адаптерах SMPS идея состоит в том, чтобы переключить входное напряжение сети на первичную обмотку трансформатора, чтобы на вторичной обмотке трансформатора можно было получить более низкое значение постоянного напряжения.

Однако вопрос в том, что то же самое можно сделать с обычным трансформатором, так зачем нужна такая сложная конфигурация, когда функционирование может быть просто реализовано через обычные трансформаторы?

Что ж, концепция была разработана именно для того, чтобы исключить использование тяжелых и громоздких трансформаторов с более эффективными версиями схем питания SMPS.

Хотя принцип работы очень похож, результаты сильно отличаются.

Наше сетевое напряжение также представляет собой пульсирующее напряжение или переменный ток, который обычно подается в обычный трансформатор для требуемых преобразований, но мы не можем сделать трансформатор меньше по размеру даже при токе всего 500 мА.

Причиной этого является очень низкая частота наших сетевых входов переменного тока.
При 50 Гц или 60 Гц значение чрезвычайно низкое для реализации их на выходах с высокими значениями постоянного тока с использованием трансформаторов меньшего размера.

Это связано с тем, что с уменьшением частоты потери на вихревые токи с намагниченностью трансформатора увеличиваются, что приводит к огромным потерям тока из-за тепла, и, следовательно, весь процесс становится очень неэффективным.

Чтобы компенсировать вышеуказанные потери, используются относительно большие сердечники трансформатора с соответствующей толщиной провода, что делает весь блок тяжелым и громоздким.

Импульсный источник питания решает эту проблему очень умно.

Если более низкая частота увеличивает потери на вихревые токи, это означает, что увеличение частоты приведет к прямо противоположному эффекту.

Это означает, что если частота увеличивается, трансформатор можно сделать намного меньше, но при этом он будет обеспечивать более высокий ток на их выходах.

Это именно то, что мы делаем со схемой SMPS. Давайте разберемся в функционировании с помощью следующих пунктов:

Как работают адаптеры SMPS

На схеме импульсного источника питания входной переменный ток сначала выпрямляется и фильтруется для получения постоянного тока соответствующей величины.

Вышеупомянутый постоянный ток применяется к конфигурации генератора, содержащей высоковольтный транзистор или МОП-транзистор, установленный на первичной обмотке небольшого ферритового трансформатора с хорошими размерами.

Схема становится автоколебательной конфигурацией, которая начинает колебаться с некоторой заранее определенной частотой, установленной другими пассивными компонентами, такими как конденсаторы и резисторы.

Частота обычно выше 50 кГц.

Эта частота индуцирует эквивалентное напряжение и ток на вторичной обмотке трансформатора, определяемые количеством витков и шириной SWG провода.

Из-за использования высоких частот потери на вихревые токи становятся пренебрежимо малыми, а выход постоянного тока с высоким током может быть получен через меньшие трансформаторы с ферритовым сердечником и относительно более тонкую обмотку.

Однако вторичное напряжение также будет на первичной частоте, поэтому оно снова выпрямляется и фильтруется с помощью диода быстрого восстановления и конденсатора высокой емкости.

Результатом на выходе является идеально отфильтрованный низкий постоянный ток, который может эффективно использоваться для управления любой электронной схемой.

В современных версиях ИИП на входе вместо транзисторов используются high-end микросхемы.
Микросхемы оснащены встроенным высоковольтным МОП-транзистором для поддержания высокочастотных колебаний и многими другими функциями защиты.

Что делают встроенные средства защиты SMPS?

Эти ИС имеют соответствующие встроенные схемы защиты, такие как защита от лавин, защита от перегрева и защита от перенапряжения на выходе, а также функцию импульсного режима.

Защита от лавин гарантирует, что ИС не будет повреждена во время быстрого включения питания.

Защита от перегрева обеспечивает автоматическое отключение ИС, если трансформатор неправильно намотан, и потребляет больше тока от ИС, что делает ее опасно горячей.

Пакетный режим — интересная функция, включенная в современные блоки SMPS.

Здесь выходной постоянный ток возвращается на чувствительный вход ИС. Если по какой-либо причине, обычно из-за неправильной вторичной обмотки или выбора резисторов, выходное напряжение поднимается выше определенного заранее определенного значения, IC отключает переключение входа и пропускает переключение в прерывистые всплески.

Это помогает контролировать напряжение на выходе, а также ток на выходе.

Эта функция также гарантирует, что если выходное напряжение настроено на некоторую высокую точку и выход не загружен, ИС переключается в пакетный режим, гарантируя, что устройство работает с перебоями до тех пор, пока выход не будет достаточно загружен, это экономит энергию блок в режиме ожидания или когда выход не работает.

Обратная связь от выходной секции к ИС осуществляется через оптопару, так что выход остается в стороне от входной сети переменного тока высокого напряжения, избегая опасных ударов.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

Проектирование импульсных источников питания SMPS; Схема

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

Очевидно, что электрическая энергия не используется в том виде, в каком она была произведена или распределена.Все электронные системы требуют некоторого преобразования энергии, которое может быть выполнено разными методами. Блок питания (БП) относится к устройству, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем. Конечно, блок питания на самом деле не подает питание на , он просто преобразует его из одной формы в другую, поэтому «преобразователь» был бы более точным термином для такого устройства. Типичное применение источника питания — преобразование напряжения переменного тока сети в набор регулируемых напряжений постоянного тока, необходимых для электронного оборудования.В зависимости от режима работы существуют разные типы блоков питания. В 70-х годах большинство PSE были линейными, КПД составлял около 50%, удельная мощность была менее одного ватта на кубический дюйм, а коэффициент мощности составлял 0,5-0,7. В настоящее время большинство блоков питания относятся к типу SMPS с КПД более 90%, удельной мощностью в десятки ватт на кубический дюйм и коэффициентом мощности до 0,99. Этот тип является основной темой этого сайта.

ЧТО ЭТО?

SMPS — импульсный источник питания. Это электронное устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые непрерывно с высокой частотой переключаются между состояниями «включено» и «выключено».Выходной параметр (обычно выходное напряжение) регулируется путем изменения рабочего цикла, частоты или фазового сдвига этих переходов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

. Поток энергии в любом БП контролируется силовыми полупроводниками. Однако в разных системах они работают в разных режимах. В устаревших системах они работали в линейном режиме , и чрезмерная мощность рассеивалась в последовательном транзисторе. Когда полупроводник работает в режиме переключения , он может управлять потоком энергии с низкими потерями: когда переключатель включен, он имеет низкое падение напряжения и пропускает любой ток, наложенный на него; когда он выключен, он блокирует ток.В результате в таком электронном устройстве рассеиваемая мощность, которая является произведением напряжения и тока, может быть относительно низкой в ​​обоих состояниях. Вот почему импульсные блоки питания обладают большей эффективностью по сравнению с линейными. Такие блоки также меньше по размеру и легче по весу из-за меньшего размера пассивных компонентов и меньшего тепловыделения. Более высокая эффективность и меньший размер в сочетании с достижениями в полупроводниковой технологии и различными нормативными актами по энергоэффективности сделали «коммутатор» доминирующим типом блоков питания практически во всем спектре приложений.Большинство блоков питания, производимых сегодня для систем ввода переменного тока, также включают в себя другой каскад преобразования — интерфейс коррекции коэффициента мощности (PFC). На рынке существует огромное количество готовых готовых блоков питания и модулей DC-DC, отвечающих большинству практических требований и стандартов безопасности. Тем не менее, нестандартные конструкции все еще создаются, когда есть потребность в особых характеристиках или необычном форм-факторе, особенно для военных приложений в суровых условиях или авионики.

В целом преобразователи мощности можно разделить на четыре типа в зависимости от формы входного и выходного напряжения: переменный ток в постоянный (также называемый автономным источником постоянного тока), постоянный ток в постоянный (преобразователь напряжения или тока), переменный ток в переменный ( преобразователь частоты или циклоконвертер), а также постоянный ток в переменный (инвертор).В дополнение к основному преобразователю постоянного тока в постоянный, большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя еще один интерфейсный модуль для импульсного регулятора с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и могут включать дополнительные регуляторы на печатной плате для вспомогательных выходов.

Область техники, которая занимается проектированием и анализом схем и устройств преобразования энергии, называется силовая электроника , хотя проектирование источников питания — это настоящая междисциплинарная задача. Это касается схемы, магнетизма, управления температурным режимом, контроля и соблюдения нормативных требований.Этот сайт представляет собой информационное руководство по SMPS / силовой электронике. Здесь вы найдете учебное пособие, инструменты, обзоры, схемы и другие бесплатные онлайн-ресурсы по всем аспектам проектирования и выбора импульсных источников питания, информацию о других устройствах преобразования энергии, а также основные справочные материалы по электротехнике и электронные формулы.

Nipron [Энциклопедия источников питания] Статья 1, импульсный источник питания (1.3)

Как уже говорилось выше, режим стабилизации мощности Подача условно подразделяется на режим переключения и последовательный режим.В настоящее время под электроснабжением во многих случаях понимается система коммутации. высокой производительности и компактности. Здесь механизм переключения источник питания объяснен.

<< Принцип работы >>
Показана принципиальная схема и состав импульсного источника питания. на рисунке 1.5.


Рисунок 1.5 Принципиальная схема и компоненты импульсный блок питания

— Выпрямительный мост: для выпрямления переменного тока в одном направлении
— Электролитический конденсатор: для накопления электричества и работы, чтобы сохранить напряжение
— Высокочастотный трансформатор: для передачи энергии от первичной обмотки к вторичный
— Цепь управления: для управления временем включения / выключения переключающего устройства для стабилизации вторичного напряжения

В этой системе вход (переменный ток: AC) преобразуется в выходной (постоянный ток: DC).Сторона входа называется «Первичный выход». сторона называется «вторичной», на которую передается энергия через высокочастотный трансформатор.

Теперь, обращаясь к диаграмме выше, работает механизм переключения источник питания можно объяснить следующим образом:
(1) Подключите переменный ток (AC) к импульсному источнику питания.
(2) Переменный ток выпрямляется выпрямительным мостом и сглаживается первичной обмоткой. электролитический конденсатор после этого.
(3) Операция переключения (повторная электрическая операция ВКЛ / ВЫКЛ) переключения устройство генерирует переменный ток с высокой частотой.
(4) Энергия (переменный ток) передается через высокочастотный трансформатор на вторичная сторона.
(5) Выпрямление вторичным диодом и сглаживание вторичным электролитом. конденсатор, энергия преобразуется в постоянный ток на выходе.
(6) Для стабилизации выходного напряжения переключение осуществляется через система обратной связи.

Это основной принцип работы импульсного источника питания.

<< Метод схемы >>
Метод схемы в импульсном источнике питания зависит от «DC-DC режим преобразователя, который преобразует постоянный ток в переменный с высокой частотой, и снова преобразовать его обратно в DC ». Кроме того, при определении переключения цикл преобразователя постоянного тока в постоянный, он подразделяется на два режима. Один называется режимом самовозбуждения, блок переключения которого определяет цикл переключения сам по себе.Другой называется раздельным возбуждением. режим (режим ШИМ), в котором есть осциллятор для независимого определения частоты. Особенности режима самовозбуждения: «Низкая стоимость благодаря простоте структура цепи «и» частота изменяется в соответствии с входному напряжению и состоянию нагрузки ». Раздельные режимы возбуждения особенности: «Стоимость обычно высока по сравнению с самовозбуждением. режим, так как в нем используются микросхемы «и» частота постоянна.» Также есть еще два режима, когда энергия передается от от первичного к вторичному. Один называется прямым режимом, когда энергия передается в течение периода ВКЛ, а другой называется обратным ходом режим, при котором энергия передается в период ВЫКЛ.

(1) Одиночный вперед


Рисунок 1.6 Одинарная форвардная

Этот режим используется во многих импульсных источниках питания из-за простой структура и стабильный контроль.(Используется в наших источниках питания Nonstop во многих случаях). Раздельный режим возбуждения чаще всего используется от малых мощность до высокой мощности. Минус — плохое удобство использования трансформатора.

(2) Обратный ход (называемый RCC)


Рисунок 1.7 Обратный ход

Этот режим требует нескольких компонентов и является самым простым режимом, но не подходит для большой мощности. В основном это применяется для малой мощности, но диапазон входного напряжения широкий.

(3) Двухтактная


Рисунок 1.8 Толкающий-толкатель

В этом режиме используются два переключающих устройства и катушки для попеременного включения. Смещение магнетизма трансформатора имеет решающее значение.

(4) Полумост


Рисунок 1.9 Полумост

Операция такая же, как и в двухтактном, но применительно к преобразование составляет половину Vi, можно использовать низковольтные транзисторы.В удобство использования трансформатора лучше, но повышение температуры каждый конденсатор вызван током переключения, протекающим в конденсаторах имеет решающее значение.

(5) Полный мост


Рисунок 1.10 Полный мост

Схема сложная, но коммутационные аппараты низкого напряжения может быть использован. Это обеспечивает высокий КПД и высокую мощность. Удобство использования трансформатора самое высокое из всех.Критические точки магнетизм смещения и ток проникновения между верхним и нижним устройства (полевые транзисторы).

(6) MagAmp (Магнитный усилитель)


Рисунок 1.11 Магнитный усилитель

Этот режим предназначен для управления фазой в импульсе с использованием магнитного насыщения. аморфного сердечника, который имеет свойство прямоугольного гистерезиса для стабилизации выходное напряжение.

(7) Понижающий измельчитель


Рисунок 1.12 Шагающий измельчитель

Это режим неизолированного типа для преобразования в низкое напряжение без трансформатор.

(8) Повышающий прерыватель (также называемый обратным ходом)


Рисунок 1.13 Шаговый измельчитель

Это режим неизолированного типа для преобразования в высокое напряжение без трансформатор.

Простая схема SMPS

Если нам нужен источник питания постоянного тока для цепей, мы выбираем схему выпрямителя на основе понижающего трансформатора. Он может давать постоянное напряжение постоянного тока на микросхемах регулятора, но когда на входе источника питания возникают колебания тока, это также влияет на выходной источник постоянного тока.


Чтобы избавиться от этого недостатка в традиционных источниках питания постоянного тока, разработчики электроники используют схему SMPS. Возможно, вы слышали название SMPS (источник питания с переключением режимов), он дает хороший постоянный выход постоянного тока со значительно постоянным выходным током.

Эта страница содержит простую схему smps, которая способна производить 12 вольт постоянного тока с номинальным током 1 ампер, и эта схема содержит несколько легко доступных компонентов, это может помочь вам разработать свои собственные smps для ваших проектов электроники.

Блок-схема

SMPS

Перед тем, как перейти к принципиальной схеме, необходимо понять принцип действия ИИП. На этой блок-схеме представлены типичные внутренние блоки SMPS.

Мы даем высокое напряжение переменного тока на входе и низкую частоту, которые доступны в розетке, первая ступень SMPS — это выпрямитель и фильтр, поэтому высокий переменный ток становится высоковольтным постоянным током из этой операции, мы устраняем высокие пики и скачки, высокое напряжение постоянного тока контролируется устройство переключения высокой частоты (50KHz-120кГц) изменяется в зависимости от конструкции этого переключения образцов блокировать высокое напряжение постоянного тока, со ссылкой подачи обратно пути.

Обратный трансформатор или трансформатор с крошечным ферритовым сердечником понижают напряжение по мере необходимости, в зависимости от конструкции, затем вторая ступень — это секция выпрямителя и фильтра, она дает выпрямленное постоянное выходное напряжение постоянного тока без колебаний тока.

Некоторая часть выходного сигнала принимается как сигнал обратной связи, и этот сигнал сравнивается с опорным напряжением, и ошибка (если она присутствует) усиливается в зависимости от ошибки. Импульс ШИМ изменяет свою частоту, следовательно, коммутационное устройство регулирует выход. Так что минимальные изменения выходного постоянного тока регулируются мгновенно, не влияя на нагрузку.

Принципиальная схема

Строительство и работа

Основными тремя частями этой простой схемы SMPS являются крошечный переключатель TNY267-II семейства IC от интеграций питания. Это улучшенное, энергоэффективное и маломощное устройство переключения в автономном режиме.

TNY 267 Распиновка

Во-вторых, трансформатор обратного хода с сердечником EE20 в качестве понижающего трансформатора, который состоит из компактного феррита EE. Средняя колонка включает в себя 4 сечения.5 х 4,5 мм, воздушный зазор 0,4 мм. Первичная обмотка содержит 157 витков проволоки диаметром 0,15 мм. Вторичная включает (для выхода 12 В) 14 витков провода 0,4 мм.

Наконец, оптопара в цепи обратной связи IC2 EL817, это оптопара на фототранзисторе, когда выходное напряжение постоянного тока выходит за установленные пределы, эта оптопара подает сигнал на микросхему TNY 267, а затем выходной импульс ШИМ получает соответствующие изменения.

Используйте указанные компоненты, и на выходе будет 12 В постоянного тока с номинальным током 1 А.

Примечание

1. Эта схема участвует в работе переменного тока высокого напряжения, смертельно опасна. Обращаться с особой осторожностью.

2. Сделайте обратный трансформатор по своему усмотрению или сделайте уже готовый.

3. Если вы собираете свой собственный обратный трансформатор, проверьте работу устройства перед включением в цепь.

4. Опять же, все ступени в цепи SMPS, задействованные в работе высокого напряжения переменного или постоянного тока, обращайтесь с особой осторожностью и защитой.

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсный источник питания или импульсный источник питания или просто SMPS — это тип блока питания (PSU), который использует какие-либо переключающие устройства для передачи электроэнергии от источника к нагрузке. Обычно источником является переменный или постоянный ток, а нагрузкой — постоянный ток.

Наиболее распространенное применение SMPS — блок питания компьютера. Импульсный источник питания (SMPS) стал стандартным типом блока питания для электронных устройств из-за их высокой эффективности, низкой стоимости и высокой плотности мощности.

На следующем изображении показан блок SMPS от старого настольного компьютера. Этот конкретный ИИП рассчитан на мощность 90 Вт.

Линейный регулятор

в сравнении с SMPS

Блок питания — важная часть электрической цепи, поскольку он обеспечивает питание цепи для правильной работы. Практически все электронные устройства требуют постоянного напряжения без каких-либо колебаний. Источник питания принимает нерегулируемую мощность и преобразует ее в стабильную регулируемую мощность. В основном существуют две категории источников питания: источники питания с линейной регулировкой и импульсные источники питания (SMPS).

Источник питания с линейной регулировкой

— это источник питания, который регулирует выходное напряжение с помощью последовательного элемента управления. Базовым примером элемента последовательного прохода является резистор. Но часто используемые элементы последовательного прохода — это BJT или MOSFET в активном или линейном режиме и подключаются последовательно с нагрузкой.

В зависимости от изменений входа или нагрузки, ток через транзистор изменяется, чтобы поддерживать постоянный выход. Разница между входным и выходным (нагрузочным) напряжениями снижается на транзисторе, и эта избыточная мощность i.е. разница между входной и выходной (нагрузочной) мощностью рассеивается транзистором в виде тепла.

На следующем изображении показана базовая структура источника питания с линейной регулировкой.

Из приведенного выше изображения источник входного переменного тока подается на выпрямитель и фильтр для преобразования его в постоянный ток. Но этот источник постоянного тока не регулируется, так как он подвержен изменениям при изменении входного сигнала. Этот нерегулируемый источник постоянного тока подается на вход линейного регулятора.

SMPS — это тип регулируемого источника питания, в котором используется высокочастотный импульсный стабилизатор для преобразования источника питания, а также для высокоэффективного регулирования выходной мощности.

Импульсный стабилизатор снова представляет собой транзистор (например, силовой полевой МОП-транзистор), как и в линейном регуляторе, но разница в том, что проходной транзистор в SMPS не остается постоянно в состоянии насыщения или полностью включенном состоянии, а скорее переключается между полностью включенным и полностью выключенным состояниями. с очень высокой частотой. Отсюда и название «Импульсный источник питания».

Поскольку среднее время, в течение которого переключающий элемент, то есть транзистор, остается в активном состоянии, меньше, количество энергии, теряемой или рассеиваемой в виде тепла, очень мало по сравнению с линейными регуляторами.Это, в свою очередь, приводит к высокой эффективности SMPS, поскольку падение напряжения на проходном транзисторе (или переключающем элементе) очень мало.

Переключение транзистора контролируется с помощью метода, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а выходное напряжение можно регулировать с помощью рабочего цикла ШИМ.

На изображении выше показана базовая структура блока SMPS. В этом случае нерегулируемый источник постоянного тока подается на схему прерывателя постоянного тока с переключением постоянного тока, а на выходе — регулируемый источник постоянного тока.

Основное различие между структурами линейно регулируемого источника питания и импульсного источника питания, показанных здесь, заключается в том, что в случае линейного источника питания входной переменный ток понижается, выпрямляется и фильтруется для получения нерегулируемого постоянного тока, а в случае ИИП входной Переменный ток напрямую выпрямляется и фильтруется, а нерегулируемый постоянный ток высокого напряжения подается на высокочастотный преобразователь постоянного тока в постоянный.

Обычно высокочастотный трансформатор является частью этого преобразователя постоянного тока для масштабирования и изоляции.

Спецификация Линейный SMPS
КПД Типичный КПД 30-40% Типичный КПД 60-95% может быть достигнут при хорошей конструкции
Выходное напряжение Всегда меньше входного Может быть больше или меньше входного
Метод регулирования За счет рассеивания избыточной мощности Путем изменения рабочего цикла ШИМ
Сложность схемы Менее сложный; состоит из регулятора и фильтра в качестве основных компонентов Очень сложный; состоит из коммутирующего элемента, высокочастотного трансформатора, выпрямителей и фильтров, цепи обратной связи
Шум и помехи Меньше электронных шумов на выходе и умеренные высокочастотные помехи Высокие помехи и шум из-за частого переключения тока
Размер и вес Громоздкий из-за трансформатора и радиатора На входе нет трансформатора, но требуется крошечный высокочастотный трансформатор
Приложения Маломощные, простые и недорогие системы Высокая мощность, сложные и стабильные требования к питанию

Несмотря на то, что конструкция импульсного источника питания (SMPS) более сложна, чем линейно регулируемый источник питания, его высокая эффективность, высокая мощность и стабильность являются основными факторами при выборе SMPS в качестве источника питания для чувствительных электронных устройств.

Для чего нужен SMPS?

Большинство электронных нагрузок постоянного тока, таких как микропроцессоры, микроконтроллеры, светодиоды, транзисторы, микросхемы, двигатели и т. Д., Поставляются со стандартными источниками питания, такими как, например, батареи. К сожалению, основная проблема аккумуляторов — это слишком высокое или слишком низкое напряжение. Следовательно, SMPS будет обеспечивать регулируемый выход постоянного тока.

SMPS — это универсальный источник питания, поскольку мы можем выбирать из различных топологий, таких как Step-up (Boost), Step-down (Buck), источники питания с изоляцией на входе и выходе в зависимости от типа приложения.

Исходя из основного фактора, почему нам нужен SMPS, эффективность хорошего SMPS может достигать 90% или даже больше. Напротив, эффективность источника питания с линейной регулировкой зависит от падения напряжения на проходном транзисторе.

Например, предположим, что у нас есть литиевая ячейка 3 В, которую необходимо снизить до нагрузки 1,8 В, потребляя ток 100 мА. Мощность, теряемая транзистором в виде тепла, составляет 0,12 Вт, следовательно, КПД блока питания составляет 40%.

ИС

SMPS обладают более или менее всеми функциями дискретной конструкции SMPS, что позволяет инженерам экспериментировать с дизайном для индивидуальных проектов.

ИИП Конструкция

Конструкция импульсного источника питания или SMPS довольно сложна по сравнению с линейным регулируемым источником питания. Но такая сложность конструкции имеет преимущество, так как она приведет к стабильному и регулируемому источнику постоянного тока, способному эффективно обеспечивать большую мощность для заданных физических характеристик (размер, вес и стоимость).

Упрощенная блок-схема SMPS, который преобразует входной переменный ток в регулируемый постоянный ток, показана на следующем изображении.

Хотя существует множество типов конструкции источников питания SMPS, все конструкции будут более или менее похожи на структуру, показанную выше. Основные типы конструкций в ИИП:

  • AC в DC, где сеть переменного тока подается на вход, а на выходе мы получаем регулируемый постоянный ток,
  • Повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный, где входное напряжение постоянного тока повышается, т. Е. Выходное напряжение больше входного, и
  • Понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный, где входное напряжение постоянного тока понижается i.е. выходное напряжение меньше или равно входному напряжению.

В случае систем SMPS постоянного тока, входной постоянный ток обычно подается от батареи, и, следовательно, обе цепи преобразователя постоянного тока в постоянный (повышающий и понижающий) обычно встречаются в системах с батарейным питанием.

Возвращаясь к конструкции SMPS на изображении выше, он представляет собой типичный преобразователь переменного тока в постоянный. Мы увидим основную работу этого проекта SMPS. Входное питание переменного тока подается на цепи выпрямителя и фильтра. Этот шаг преобразует высоковольтный переменный ток в высоковольтный постоянный ток.

Этот высоковольтный постоянный ток подается на высокоскоростной переключающий элемент, такой как силовой полевой МОП-транзистор. Выход этого переключателя, который представляет собой высокочастотный пульсирующий переменный ток высокого напряжения, подается на высокочастотный понижающий трансформатор.

Выходом этого трансформатора является сигнал низкого напряжения переменного тока, который, в свою очередь, подается на выпрямитель и схему фильтра для получения постоянного напряжения низкого напряжения.

Важные моменты примечания :

  • Общей особенностью любой конструкции SMPS является преобразование входного переменного тока в постоянный ток высокого напряжения и преобразование этого постоянного тока высокого напряжения в высокое напряжение, высокочастотную прямоугольную волну (переменный ток).Этот переменный ток высокого напряжения и частоты преобразуется в регулируемый постоянный ток.
  • Осциллятор прямоугольной формы
  • и высокоскоростной электронный переключатель (например, полевой МОП-транзистор) отвечают за преобразование постоянного тока в высокочастотный переменный ток. Тот же принцип также используется в инверторах прямоугольной формы.
  • Преобразуя входной переменный или постоянный ток (после выпрямления и фильтрации переменного тока) в высокочастотный переменный, размер и цена таких компонентов, как катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы, могут быть уменьшены, то есть они могут быть меньше и дешевле.
  • Поскольку высокочастотный сигнал переменного тока, генерируемый переключателем, представляет собой прямоугольную волну, выходное напряжение можно регулировать с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Существует обратная связь по напряжению через цепь изолятора к цепи управления (которая управляет ШИМ). С помощью этой обратной связи рабочий цикл ШИМ от генератора может быть изменен, и, следовательно, выход идеально регулируется без каких-либо перенапряжений.
  • Ток выборки из высокочастотного переменного тока (сигнал после переключателя) и эталонный ток сравниваются и передаются в схему управления и, следовательно, обеспечивают защиту от перегрузки по току.
  • Также обратите внимание, что выходной постоянный ток полностью изолирован от входной сети, и даже сигнал обратной связи изолирован с помощью оптопары.
  • Управление переключающим транзистором (MOSFET) с прямоугольной волной гарантирует, что рассеиваемая мощность будет намного меньше по сравнению с транзистором, работающим в качестве транзистора с последовательным проходом в источниках питания с линейной регулировкой.
  • Поскольку в SMPS присутствует высокочастотный сигнал переменного тока, существует вероятность появления высокочастотных гармоник, и, как следствие, SMPS более восприимчив к радиочастотным помехам.

Топологии SMPS

В предыдущем разделе мы видели базовую конструкцию импульсного источника питания (SMPS). Теперь мы увидим различные типы или топологии SMPS. Импульсные источники питания или SMPS можно разделить на два типа в зависимости от топологии схемы: неизолированные преобразователи и изолированные преобразователи.

Неизолированные преобразователи

представляют собой тип топологии SMPS, в которой коммутирующая цепь и выход не изолированы, то есть имеют общий вывод.Три основных и важных типа неизолированных ИИП:

  • Понижающий преобразователь или понижающий преобразователь
  • Повышающий преобразователь или повышающий преобразователь
  • Buck — повышающий преобразователь

Существуют и другие неизолированные конструкции SMPS, такие как переключаемые конденсаторы, преобразователь Cuk и преобразователь SEPIC, но эти три типа очень важны. Они являются простейшими конструкциями SMPS и используют одну катушку индуктивности в качестве элемента накопления энергии и два переключателя, из которых один является активным переключателем (транзистор — силовой MOSFET), а другой может быть диодом.

Выходное напряжение может быть выше (Boost или Step-up) или ниже (Buck или Step-down) и может регулироваться рабочим циклом высокочастотной прямоугольной волны (которая подается на переключатель). Одним из основных недостатков неизолированной топологии является то, что эффективность коммутаторов падает с уменьшением рабочего цикла. Изолированная топология лучше подходит для больших изменений напряжения.

Изолированная топология

в SMPS использует трансформатор в качестве изолятора между переключающим элементом и выходом.В зависимости от коэффициента трансформации трансформатора выходное напряжение может быть выше или ниже входного. Топологии SMPS на основе трансформатора могут быть разработаны для генерации нескольких выходных напряжений за счет использования нескольких обмоток на трансформаторе.

Энергоаккумуляторным элементом может быть вторичная обмотка трансформатора или отдельный индуктор. Два важных преобразователя SMPS на основе изолированной топологии:

  • Обратный преобразователь
  • Передний преобразователь

Некоторые из других часто используемых топологий изолированных SMPS — это полумост, полный мост, Push-Pull, Half-Forward, Isolated Cuk и т. Д.

Понижающий преобразователь или понижающий преобразователь Понижающий преобразователь

— это тип схемы SMPS и преобразователя постоянного тока в постоянный, где выходное напряжение меньше входного. Следовательно, понижающий преобразователь также известен как понижающий преобразователь.

Это один из простейших методов преобразователя питания SMPS, который часто используется в RAM, CPU, USB и т. Д. Входной преобразователь постоянного тока в понижающий преобразователь может быть выпрямленным переменным током или аккумулятором. Простой понижающий преобразователь, использующий два переключателя (один транзистор и один диод) и элемент накопления энергии (индуктор), показан на изображении ниже.


Операция понижающего преобразователя

Простой понижающий преобразователь или понижающий преобразователь показан на изображении выше и состоит из переключающего транзистора, диода, катушки индуктивности и конденсатора. Комбинация индуктора, диода и конденсатора называется схемой маховика.

Принцип действия понижающего преобразователя объясняется в отношении прямоугольного импульса. На следующем изображении показана работа понижающего преобразователя при ВЫСОКОМ входном импульсе, т. Е. Переключающий транзистор включен.

Когда импульсный вход на клемму затвора полевого МОП-транзистора ВЫСОКИЙ, транзистор включен. В результате транзистор будет подавать ток на нагрузку. В это время диод D смещен в обратном направлении и не будет частью схемы в течение этого периода.

Первоначально индуктор сопротивляется изменению тока и, следовательно, ток нагрузки будет постепенно увеличиваться с расширением магнитного поля. Кроме того, заряд конденсатора постепенно увеличивается до напряжения питания.Следующее изображение относится к состоянию, когда импульс становится НИЗКИМ, т.е. транзистор выключен.


Когда импульс становится LOW, переключающий транзистор выключается. Магнитное поле, которое создается во время включения транзистора, теперь начинает разрушаться и высвобождает энергию обратно в схему. Полярность напряжения на катушке индуктивности, т. Е. Ее обратной ЭДС, теперь обратная. Энергия от катушки индуктивности начинает коллапсировать и поддерживает ток, протекающий в цепи через нагрузку и диод, поскольку диод D смещен в прямом направлении.

Как только энергия от катушки индуктивности полностью израсходована, конденсатор начинает разряжаться и действует как основной источник питания до тех пор, пока транзистор не будет включен. Когда транзистор включен, он снова будет подавать ток на катушку индуктивности, конденсатор и нагрузку, и процесс продолжается.

Выходное напряжение зависит от времени включения и выключения, т. Е. От рабочего цикла прямоугольного импульса, а формула для выходного напряжения составляет

.

VOUT = D x VIN, где D = TON / (TON + TOFF)

Понижающие преобразователи позволяют достичь КПД более 90%, и в результате они часто используются в компьютерных системах, где они преобразуют напряжение питания 12 В в напряжение 1.8V (для RAM, CPU и USB).

Повышающий преобразователь или повышающий преобразователь

В предыдущем разделе мы видели SMPS типа понижающего преобразователя. Теперь мы рассмотрим другой тип SMPS, называемый повышающим преобразователем или повышающим преобразователем. Повышающий преобразователь, как следует из названия, представляет собой импульсный источник питания, который увеличивает или увеличивает выходное напряжение по сравнению с входным. Повышающие преобразователи также известны как повышающие преобразователи, поскольку выходное напряжение выше входного.

Одно из самых известных применений повышающих преобразователей — электромобили. Электропитания от аккумуляторов электромобилей будет недостаточно для его работы, поскольку они требуют напряжения, которое намного выше (обычно в районе 500 В), чем напряжение, подаваемое от аккумуляторов. Еще одно важное применение повышающих преобразователей — это автомобильные зарядные устройства.

Обычные автомобильные аккумуляторы обеспечивают напряжение 12 В, а ноутбуки — от 18 до 22 В. На следующем изображении показан простой преобразователь Boost Converter.

Операция повышающего преобразователя

Этот простой повышающий преобразователь состоит из переключающего транзистора (можно использовать BJT или MOSFETS), элемента накопления энергии, то есть индуктора, другого переключателя (диода или другого транзистора), конденсатора и высокочастотного генератора прямоугольных импульсов с регулируемым рабочим циклом.

Входом в этот повышающий преобразователь является нерегулируемый постоянный ток, который может подаваться от выпрямленного переменного тока, батарей, солнечных батарей, генераторов постоянного тока и т. Д. Мы увидим работу этого повышающего преобразователя.Сначала мы увидим период, когда транзистор впервые включен. На следующем изображении показано это состояние.

Когда импульс ВЫСОКИЙ впервые, транзистор включается и замыкает часть цепи, состоящую из индуктора, транзистора и источника питания. Ток течет от входа через катушку индуктивности и транзистор.

Катушка индуктивности изначально сопротивляется изменению тока, но магнитное поле будет постепенно увеличиваться, позволяя индуктору накапливать энергию.Импеданс остальной части схемы, то есть диода, конденсатора и нагрузки, намного выше, и, следовательно, в этой части схемы не будет протекания тока.

Когда прямоугольный импульс становится НИЗКИМ, транзистор выключается. Это действие вызовет падение тока через катушку индуктивности, создавая в цепи обратную ЭДС из-за коллапса магнитного поля. Кроме того, полярность напряжения на катушке индуктивности теперь обратная и будет последовательно с входным напряжением.

Комбинация входного напряжения и индуктора Back e.m.f не может проходить через катушку индуктивности, поскольку она выключена. Следовательно, диод смещен в прямом направлении и заряжает конденсатор, а также подает ток на нагрузку.

Здесь важно отметить, что напряжение, подаваемое на конденсатор и нагрузку во время выключенного состояния транзистора, представляет собой комбинацию входного напряжения и обратной ЭДС индуктивности, которая выше входного напряжения.

Когда транзистор снова включается, ток снова течет через катушку индуктивности и транзистор.Поскольку диод смещен в обратном направлении, конденсатор разряжает его потенциал, который является суммой входного напряжения и напряжения катушки индуктивности, через нагрузку, действующую как его источник в течение этого периода. Выходное напряжение определяется формулой

.

VOUT = VIN x 1 / (1-D), где D = TON / (TON + TOFF)

Обратный преобразователь
Обратный преобразователь

— это тип импульсного источника питания, обычно используемый в приложениях с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь — это ИИП изолированного типа, в котором вход и выход изолированы трансформатором.Ниже представлена ​​схема простого обратноходового преобразователя.


Основными компонентами обратного преобразователя являются переключающий транзистор, схема генератора, трансформатор, переключатель (например, диод) и конденсатор. Трансформатор отличается от обычного трансформатора и называется обратным трансформатором. В этом трансформаторе первичная и вторичная обмотки не проводят одновременно.

Операция обратного преобразователя

Когда транзистор включен, ток течет через первичную обмотку трансформатора, точка имеет более высокий потенциал.В результате полярность напряжения, индуцированного во вторичной обмотке, будет обратной полярности первичной. Следовательно, диод D смещается в обратном направлении.

Если конденсатор был заряжен в предыдущем цикле, он разрядится через нагрузку. На следующем изображении показан этот период работы обратноходового преобразователя.

Работа обратного преобразователя в другой период, т.е. период выключения транзистора, проиллюстрирована на следующем изображении. Когда импульс становится НИЗКИМ, транзистор выключен и первичная обмотка трансформатора не проводит ток.

Энергия вторичной обмотки трансформатора будет передана в цепь, а также полярность вторичной обмотки будет обратной, т.е. она станет положительной. Следовательно, диод смещен в прямом направлении, позволяя энергии, накопленной во вторичной катушке, действовать как источник. Он заряжает конденсатор, а также подает ток на нагрузку.


Выходное напряжение обратного преобразователя может быть выше или ниже входного напряжения и зависит от соотношения витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Прямой преобразователь

Другой важный импульсный источник питания — это прямой преобразователь. Это другой ИИП изолированного типа, который вырабатывает управляемый и регулируемый постоянный ток из нерегулируемого источника постоянного тока.

Эффективность прямого преобразователя немного выше, чем у обратного преобразователя, и он часто используется в приложениях, где требования к мощности немного выше (обычно около 200 Вт). Конструкция прямых преобразователей немного сложнее, чем обратные преобразователи, и простая структура показана ниже.

Простая схема прямого преобразователя состоит из транзистора с быстрым переключением, схемы управления для управления рабочим циклом прямоугольной волны, обычного трансформатора, двух диодов для выпрямления переменного тока, катушки индуктивности и конденсатора для фильтрации.

Операция прямого преобразователя

На следующем изображении показана работа прямого преобразователя при включенном транзисторе. Когда импульс высокий, транзистор включается, и в результате первичная обмотка трансформатора начинает проводить.В результате во вторичной обмотке трансформатора индуцируется напряжение.

Полярность напряжения, индуцированного во вторичной обмотке, аналогична полярности первичной обмотки, и, следовательно, диод D1 смещается в прямом направлении. Напряжение от вторичной обмотки начнет течь через диод D1, катушку индуктивности, конденсатор и, наконец, нагрузку. В течение этого периода и индуктор, и конденсатор накапливают энергию в виде магнитного поля и электрического поля соответственно.

Когда импульс становится LOW, транзистор выключается, и в результате первичная катушка перестает проводить.Это, в свою очередь, перестанет наводить ток во вторичной обмотке. Это внезапное изменение (или падение) тока вызовет противоэдс индуктора, и полярность его напряжения изменится на противоположную.

Этот период работы прямого преобразователя показан на изображении ниже. Энергия в катушке индуктивности начинает коллапсировать в цепи через нагрузку и диод D2 (поскольку он смещен в прямом направлении). Как только энергия в катушке индуктивности заканчивается, конденсатор начинает разряжаться через нагрузку и действует как временный источник для нагрузки.Это продолжается до тех пор, пока транзистор снова не будет включен

Выходное напряжение прямого преобразователя зависит от коэффициента трансформации трансформатора, а также от рабочего цикла широтно-импульсного модулятора. Выходное напряжение равно

.

VOUT = VIN x D x NS / NP

Семинар по макету печатной платы импульсного источника питания

Добро пожаловать. Приветствуем всех на PCB West 2013, Сессия 9, Импульсные источники питания. Я твой спикер. Меня зовут Скотт Нэнс.Я старший разработчик печатных схем в Optimum Design Associates. Я был дизайнером печатных плат в сфере сервисных бюро в течение 30 лет. Хочу отметить, что я не инженер-электрик и не проектировщик блоков питания. Итак, эта презентация — с моей точки зрения, и это взгляд разработчика печатных схем. Причина такой презентации, я думаю, проста. Импульсные блоки питания и их схемы повсюду. Мы видим их в простом дизайне, жестком дизайне, дешевых потребительских товарах в ваших высококачественных телефонах.Мы видим, как они поступают по всему компьютеру, обеспечивая питание, и по всему компьютеру в точке нагрузки.

Вот причина презентации. Причина, по которой я здесь, заключается в том, что мой босс предложил каждому написать статью, а моя — переключение источников питания. Я предлагаю вам ознакомиться с некоторыми другими статьями, написанными другими дизайнерами из Optimum Design. Вы можете найти их на сайте designinthetrenches.com, и они охватывают такие темы, как синхронизация DDR, рациональная шелкография, доблесть NPI, ODB ++ и некоторые другие.Вы можете увидеть отрывки из этих статей на сайте designinthetrenches.com.

Мы видим, что существует масса доступной информации об импульсных источниках питания для инженера-электрика, тома о магнитных характеристиках и потерях мощности, но не так много полезной информации для профессионалов по компоновке печатных плат. Я думаю, что эта презентация может помочь прояснить некоторые недоразумения, которые возникают у разработчиков печатных плат, когда приходит время переключать блоки питания. Нам нужно уметь идентифицировать его и уметь размещать так, чтобы каждый макет действовал и работал так, как задумал производитель.Я намерен вкратце рассказать историю импульсных источников питания — мы не будем тратить на это много времени — а затем объясню, как они работают. Я собираюсь предоставить некоторые конкретные методы и примеры верстки, а также что можно и чего нельзя. Все это просто предназначено для того, чтобы предоставить специалисту по верстке достаточно информации, чтобы он мог стать лучшим членом своей команды дизайнеров.

Начнем. На повестке дня, прежде всего, импульсные блоки питания; что они собой представляют, как они выглядят, как мы их идентифицируем, как они работают? А затем мы перейдем к разводке печатной платы, и это, вероятно, будет веселее.Мы займемся этим, как только сможем. А затем, если у нас будет время, мы сделаем обзор основ питания. В любое время, если у кого-то есть какие-либо вопросы или что-то неясное, пожалуйста, не стесняйтесь задавать вопросы, и мы посмотрим, сможем ли мы добраться до них в отведенное время. Итак, снова, история переключения источников питания, это будет краткое изложение того, где они были. Не туда, куда они идут, а лишь коротко о том, где они были, откуда пришли. А затем мы рассмотрим некоторые типы источников питания и топологии, чтобы вы могли их идентифицировать.Для профессионалов в области компоновки печатных плат, возможно, не так важно знать эти вещи, потому что большинство этих решений было принято еще до того, как они попали в разводку. Инженеры уже определились со всеми параметрами импульсного блока питания. Мы углубимся в суть этого, когда перейдем к схеме импульсного источника питания.

Немного истории. Принципы были известны еще в 1930-х годах. Их использовали в конденсаторах, аппаратах для дуговой сварки и тому подобном.IBM использовала его в своем мэйнфрейме 704, и, конечно же, он был гигантским и не таким эффективным, как коммутаторы, которые мы видим сегодня. НАСА использовало их. Спутник Telstar — хороший тому пример. И, наконец, самым известным из них является персональный компьютер Apple II, потому что был представлен импульсный источник питания, который фактически сделал компьютер достаточно маленьким и достаточно легким, чтобы его можно было использовать в домашних условиях.

Многие хотят отдать должное популярности импульсных блоков питания.На ум приходит Apple. Род Холт был инженером, который представил его в Apple II. Он получил большую заслугу, но он не изобрел импульсный источник питания. Применял только к домашнему компьютеру. Взрывную популярность импульсных источников питания следует приписать инновациям в полупроводниковой промышленности, которые станут микросхемами контроллеров, которые управляют импульсными источниками питания и делают их эффективными.

Еще одна вещь заключалась в том, что для быстрого переключения больших токов требовался переключатель питания, и вертикальный полупроводниковый металлооксидный транзистор позволял это делать.Это потрясающий термин для обозначения вертикальных металлооксидных полупроводников. Это потрясающий процесс для чипа, позволяющий быстро переключаться. Это было важно для потребительских товаров, потому что в то время биполярные транзисторы использовались какое-то время, и они работали очень хорошо для приложений с большой мощностью, но они не переключались — в старые времена — и близко не переключались достаточно быстро. Произошло то, что частота переключения была не выше диапазона слышимости людей, поэтому мы слышали такие вещи, как визг в телевизорах и тому подобное.Теперь частоты намного выше, и из-за этого они намного эффективнее.

Итак, еще немного истории. Эти импульсные блоки питания раньше назывались импульсными блоками питания. Motorola начала защищать свой товарный знак, поэтому их больше так не называют. Их называют вариациями, их часто называют переключаемым режимом, переключаемым режимом или SMPS. Мне нравится универсальный переключатель терминов, потому что он применим ко всем из них, и с этого момента я буду использовать этот термин.

Итак, когда вы думаете о импульсном блоке питания — если вы покупаете импульсный блок питания, на ум приходит главный блок питания компьютера. На самом деле это больше, чем импульсный блок питания, и я покажу вам это через минуту, но мы называем это блоком питания. И это то, что является источником сетевого напряжения, 110, и обеспечивает все напряжения через компьютер, которые вам нужны. Дополнительное регулирование происходит на контроллере, на видеокарте и в любом другом месте, которое снижает напряжение от основного источника питания.И мы называем эти регуляторы или точки нагрузки. Это небольшой пример небольшого линейного регулятора точки нагрузки с шариковой решеткой.

Итак, вот несколько примеров. Он просто показывает изображения огромной разницы и, возможно, добавляет путаницы, что такое импульсный источник питания. Основной источник питания компьютера, зарядное устройство для сотового телефона, регулируемый импульсный источник питания лабораторного уровня, линейная сетка из шариков, которая выглядит безобидно, но на самом деле довольно экзотично.Готовый модуль, который можно использовать для приложений, которые будут работать в готовом виде. Это автомобильный усилитель мощности на 800 Вт.

Вот блок-схема компьютерного БП, о котором я говорил. Как видите, первые их ступени действительно готовят напряжения для импульсного блока питания. Выпрямитель с фильтром электромагнитных помех с плавким предохранителем. Если вы знаете о блоках питания, после выпрямления он становится постоянным напряжением. Импульсный источник питания на самом деле не преобразует переменный ток в постоянный.Он принимает напряжение постоянного тока, и я покажу вам, он фактически преобразует его в переменный ток, а затем обратно в постоянный ток для выходного напряжения с целью повышения эффективности.

На этом изображении прямо здесь, после выпрямителя у меня есть схема PFC — и она есть в некоторых более мощных блоках питания — и это означает коррекцию коэффициента мощности. Есть два типа. Есть пассивное и активное. Если это активная схема корректора коэффициента мощности, на самом деле это еще один импульсный источник питания в линии, подготавливающий напряжение перед основным источником питания.Ваше обычное напряжение постоянного тока, которое вы увидите, напряжение в режиме ожидания, ваш плюс 12, ваш плюс 5, плюс 3,3, иногда минус 12 и минус 5.

Мы больше не будем говорить о блоке питания, а только о секциях импульсного блока питания. По определению импульсный источник питания использует выключатель питания, магнитные элементы, колпачки фильтров и выпрямитель для передачи энергии, и это от входа к источнику выхода, обеспечивающему регулируемое напряжение. Он работает путем быстрого включения и выключения этого выключателя питания.Это выходное напряжение рассчитывается исходя из входного напряжения коммутатора и рабочего цикла.

Рабочий цикл — это время, в течение которого происходит включение и выключение. Во время активной стадии — они называют это режимом насыщения — это эффективная стадия — на ней пренебрежимо мало напряжения. В выключенном состоянии он отключен, и по нему нет тока. Таким образом, переключатель питания некоторое время остается в этих двух состояниях, и это очень эффективные состояния, поэтому в течение этого времени они рассеивают очень мало энергии.Это теория, лежащая в основе импульсного источника питания.

И, конечно же, эффективность обычно является причиной того, что вы используете импульсный источник питания. Линейные регуляторы обычно составляют 60%, а импульсные источники питания регулярно составляют 90%, и они никогда не достигают 100%, но могут быть 98. Более высокий КПД, конечно, означает меньшее потребление энергии на входном источнике, более длительный срок службы для ваши батареи, меньшее тепловыделение — все, что нам нужно для наших небольших современных электронных устройств.

Таким образом, сравнивая их с предшественниками, которые являются линейными регуляторами, коммутаторам не требуются большие, тяжелые низкочастотные трансформаторы, которые вы могли бы видеть, может быть, в Apple I. До Apple II они были большими трансформаторами. Коммутаторам это не требуется, но они требуют высокочастотной фильтрации. И это делается с использованием гораздо меньших компонентов. Фильтрация осуществляется с помощью LC-цепи. Он будет с проводником и крышкой, а не с большим трансформатором.Они не рассеивают столько тепла, поэтому мы видим более высокую эффективность, делая это. Это также позволяет нам миниатюризировать и в сочетании с более высокой энергоэффективностью дает им огромное преимущество перед линейными регуляторами.

Недостаток коммутатора в том, что он требователен к компоновке. Даже когда они расположены правильно, из-за быстрого переключения и из-за высокого тока они шумят. Они могут излучать шум, и мы должны об этом знать.Мы должны знать, откуда исходит этот шум.

Существует два основных типа импульсных источников питания. есть изолированные и неизолированные. Это означает, что в середине импульсного источника питания есть трансформатор. Обычно вам понадобится импульсный источник питания с изоляцией от трансформатора, когда напряжение выше, и это из соображений безопасности. Итак, все, что выше 42,5 вольт — это в значительной степени мировой стандарт, но здесь я показываю, что этого требуют требования UL.Опять же, это для безопасности. Но если вам это не нужно, то компоненты с более низким напряжением могут быть очень маленькими, а многие силовые компоненты могут быть на той же микросхеме, что и схема управления. Вот почему мы находим модули, в которых очень мало внешних компонентов.

Вот три распространенных неизолированных. Это будут меньшие более низкие напряжения. Они называются понижающим, повышающим и понижающим-повышающим и определяются вашими требованиями к входному и выходному напряжению. Понижающий регулятор называется понижающим, входное напряжение будет выше, чем выходное.Повышение, очевидно, выход будет выше, чем вход, а повышение-понижение будет инвертировать полярность. Иногда это называют инвертированием полярности, и — не так часто — это называется неизолированным обратным ходом. Иногда по ошибке их называют обратным ходом, но без трансформатора они не обратятся. Вы должны были бы назвать это неизолированным обратным ходом.

Это простейшая схема. Это понижающий регулятор, понижающий преобразователь. Первое, что мы сделаем, это определим все ключевые компоненты питания.Конденсаторы фильтра обозначены как Cin и Cout. Выключатель питания здесь — U-1. Это также функция элемента последовательного прохода. L-1 — магнитный элемент, в данном случае индуктор. И тогда D-1 — это выходной выпрямитель, и в данном случае это диод Шокли, который пытается снизить прямое падение напряжения.

Тогда вы видите, что есть три разные топологии, но на самом деле они создаются путем простой перестановки переключателя, выпрямителя и катушки индуктивности.По этим схемам они немного отличаются, но происходит то, что энергия восстанавливается из магнитного элемента по-другому. Мы получаем повышение напряжения с повышением и инвертирование полярности, просто переставляя три компонента.

А затем большое слово «асинхронный» против синхронного. Синхронный часто называют сверхэффективным импульсным источником питания, и я уже упоминал о прямом падении напряжения выпрямителя. В эффективном импульсном источнике питания большую часть времени половина потерь или даже более половины потерь приходится на выпрямитель.Его заменяет другой полевой МОП-транзистор. Иногда это сбивает с толку, эти двое делают две разные вещи, но у обоих есть своя важная функция. Линии управления, которые управляют этими двумя, часто называют верхним и нижним затвором. Их называют с верхним и нижним кормом. Один из них снова будет элементом последовательного прохода, а другой будет выходным выпрямителем. Иногда их также называют верхними и нижними. Но вы увидите эти проверки. Их назовем синхронными или сверхэффективными.

А потом с чередованием и многофазностью. Чередование копирует элемент последовательного прохода вместе с магнетизмом, и это снижает текущие напряжения на этих устройствах. Вы можете совместно использовать ограничители входного и выходного фильтров, и, сделав это, вы действительно можете уменьшить размер ограничения выходного фильтра. Опять же, более эффективный и в данном случае многофазный, это видно по контрольным линиям. Это действительно снижает шум и одновременно увеличивает эффективность.Вы увидите, как этот конкретный прибор выполняет такие действия, как подача напряжения ядра микропроцессора.

Это изолированные топологии. Обычно они предназначены для более высоких напряжений. Здесь определены шесть общих, но они все время изобретают их для разных приложений. Я показываю некоторые конкретные или общие приложения, но на самом деле любая из этих топологий будет работать в любом приложении. Просто они имеют разные характеристики, которые делают их более подходящими для конкретного применения.

Обратный ход — это тот, о котором я говорил ранее, в телевизоре высокого напряжения. Обычно там можно увидеть обратный ход или более дешевые компьютерные блоки питания. Впереди будут компьютерные блоки питания более высокого класса. Два переключаются вперед, снова просто для большей мощности. Вы можете видеть, как мощность обычно увеличивается в диапазоне, потому что каждая из этих топологий лучше подходит для этого диапазона. Можно чередовать любую топологию. Вы видели, что они весят до 1000 ватт. Когда они увеличиваются до 10 000 Вт, обычно чередуется полный мост.Вы можете чередовать десятки раз. Есть несколько переключателей и несколько индукторов. Эти вещи могут выглядеть очень сложными, но принципы переключения такие же, как и в простых. Мне нравится показывать простые схемы, потому что то, что мы здесь узнаем, просто воспроизводится на некоторых из этих более сложных.

Изолированные топологии, я показываю обратную и прямую. Они не выглядят сильно по-разному, но то, что они делают на самом деле — обратный ход заимствован из предыдущего — я показал вам повышение понижения, инвертирование полярности.На самом деле все, что происходит, это то, что магнитный элемент разделяется, соединяется и наматывается вокруг, образуя трансформатор. Так что это изоляция, но на самом деле это так — поэтому иногда это называют обратным ходом, когда он не изолирован. Прямой преобразователь представляет собой замену понижающего преобразователя. Все остальные изолированные топологии на самом деле являются производными от прямого преобразователя. Больше переключателей, более высокая мощность, более эффективный при этой мощности.

Последние два будут полумостом и полным мостом.Это завершает последние шесть изолированных типологий. Все больше и больше переключателей, все более и более эффективных для большей мощности. Я просто хочу указать, если вы видите мост H, который не является аббревиатурой полумоста. Это действительно показывает, что вы используете полный мост, а H — это именно то, как переключатели выглядят на схематической форме в H.

.

Итак, перейдем к разводке печатной платы. Есть вопросы? Итак, эталонный макет, критический проход в EMI и аналоговая схема.Эталонный макет — это то, что вы найдете, если у вас есть микроконтроллер и производитель, который выводит эти данные. Часто будет использоваться эталонный макет. Вы сможете копировать в точности так, как задумал производитель. Я ничего из этого не понимаю. Я вообще редко вижу какие-либо спецификации. Обычно я очень усердно ищу спецификации и примечания по применению. Один совет: если вы не можете их найти, обратитесь к производителю. Они предоставят вам информацию, которую вы не всегда можете найти в Интернете.

Всегда обращайтесь к паспорту производителя и любым указаниям по применению. Опять же, это применимо, если у вас есть производитель, у которого есть контроллер или критическое устройство, это покажет вам, как заставить его работать. Часто они вообще недоступны. Мы поговорим о некоторых причинах, по которым эталонный макет нельзя скопировать. Очень распространенный. У нас не было бы этого класса прямо здесь, если бы все, что вам нужно было делать, это каждый раз копировать макет, верно? Мы говорим о том, где можно вносить изменения, а где нет.Просто несколько кратких примеров предлагаемых макетов, которые бывают всех форм. Некоторые из них выглядят карикатурно, но они всегда дают вам то, что, по мнению производителя, необходимо. Чаще всего без объяснения причин. Некоторые из них были просто демонстрационными схемами, которые они вам предоставляют, они заставили их работать, и могут или не могут даже применяться с вашим применением. Ваш макет может не выглядеть так, но это то, что вы получаете в отношении направления макета печатной платы.

Итак, вот некоторые из причин, по которым рекомендуемый макет не может быть реализован как есть.Во-первых, основные компоненты различаются по размеру и форме. Я думаю, что каждый коммутатор, который я когда-либо выкладывал, имеет индуктивность другого размера и другой размер выпрямителя, чем те, что показаны в указанной схеме. И я думаю, что это обычно потому, что инженер-электрик может проводить анализ сокращения затрат, или он может просто заменять детали, чтобы использовать детали, которые есть на складе его компании. Это самый распространенный вариант, и он немного меняет макет, когда форма отличается.Возможно, вы больше не сможете делать обратные пути такими, какими они были. Функции схемы опущены или добавлены, механические ограничения, близость к другим компонентам. Все это повлияет, если вы сможете реализовать рекомендуемый макет как есть. Требования к тестированию были бы подобны тестовым точкам ICT — необходимость вставлять переходные отверстия в каждую сигнальную линию, а производитель говорит вам, что вы не можете.

Детали с мелким шагом, требующие более тонкой меди? Если производитель говорит, что этот макет должен быть выполнен с 2 унциями меди, но у вас есть деталь с мелким шагом, в которой говорится, что вы должны сделать это с тремя восьмыми унциями меди, вам придется спланировать эти пути тока по-другому и сделать это. изменения их макета.Вы просто хотите убедиться, что он работает так, как задумано.

Переходные отверстия большего размера. Много раз они говорят, что вам нужно вставить переходное отверстие здесь и здесь. Если вы вынуждены из-за стандартов компании или из соображений надежности использовать переходное отверстие другого размера, у вас может не быть такой же доступности для размещения переходного отверстия. Так что, возможно, вы меняете компоновку только для того, чтобы вставить переходные отверстия. И, конечно же, разное количество слоев печатной платы. Это обычное дело.

Итак, мы надеемся, что, поняв, как работает коммутатор и где находятся критические пути питания, мы сможем изменить схему так, чтобы эти вещи не влияли на чувствительную аналоговую схему.Стандарты дизайна вашей компании могут даже повлечь за собой другие изменения: прокладка виртуальной машины, терморегуляторы, размеры занимаемой площади — все эти вещи, которые ваша компания может посоветовать вам использовать. Возможно, вы смотрите на макет, и реализовать его будет буквально невозможно.

Самыми критическими путями в коммутаторе или компоновке всегда являются контуры переменного тока. Нам необходимо идентифицировать их, чтобы мы могли сперва их спланировать. И, как тут же сказано, эти пути имеют приоритет над всеми остальными.Итак, мы выкладываем переключатель для контуров переменного тока. Когда мы сможем их идентифицировать, мы можем приступить к раскладке нашего переключателя. Понижающие преобразователи, простой понижающий регулятор, с которого легко начать. Петли постоянного тока — входной и выходной источник — они исходят от источника и заряжают положительный вывод Cin, а затем этот ток возвращается с отрицательного вывода Cin обратно к источнику. Как и нагрузка, ток поступает от положительного вывода Cout и возвращается к отрицательному выводу Cout.Первое, что вы сделаете, вы хотите определить, где эти крышки фильтров находятся на вашей схеме, и обозначить их как это. Потому что эти соединения здесь должны быть выполнены на выводах конденсатора. Вы хотите сделать их с большим количеством переходных отверстий и низкими препятствиями.

Петли переменного тока будут петлей переключателя мощности, и она формируется, когда переключатель включен. Таким образом, ток протекает от положительного вывода Cin и через последовательный элемент пропускания, через магнитный элемент к положительному выводу Cout и возвращается от отрицательного вывода Cout обратно к отрицательному выводу Cin.Когда переключатель выключен, мы восстанавливаем энергию, которая хранится в магнитном элементе. Так что эта токовая петля немного отличается от токовой петли. Он поступает от катушки индуктивности, заряжает положительный вывод Cout и возвращается от отрицательного вывода Cout через выходной выпрямитель и обратно к магнитному элементу.

Очень мало информации о неизолированности — очень мало для разработчика печатных плат, но это действительно довольно просто, когда вы начинаете отмечать, где находятся контуры переменного тока.Опять же, это единственный выход, поэтому он выглядит довольно безобидно, но когда они становятся сложными, что происходит, потому что они снимают несколько напряжений с каждого из этих трансформаторов. Вы все еще хотите идентифицировать петли, и они разделены в изолированной форме. Я также показываю оптопару для обратной связи с контроллером, потому что, опять же, из соображений безопасности у вас будет изолированный трансформатор. Это более высокое напряжение.

Выход элемента последовательного прохода, или переключателя, называется узлом переключения, и его обычно называют узлом SW или SW.Это часть прямого пути переменного тока, несущая колебания напряжения большой амплитуды и все частоты переключения. В частности, этот узел должен быть как можно короче. Его размер должен быть таким, чтобы пропускать ток, необходимый для источника питания, но вы не хотите делать его шире, чтобы компенсировать более длинную линию. Причина в том, что эта линия и ее способность становиться антеннами и излучать электромагнитные помехи зависят от ее длины. Таким образом, идея этой примечания состоит в том, чтобы сделать ее как можно короче.

В обратном пути заметка, о которой вы действительно хотите знать, — это разница. Отличие двух контуров переменного тока — питание на неизолированных импульсных блоках питания. Разница в том, что две петли, которые вы видите наложением, перекрывают Cout, и некоторые производители говорят, что вам не нужно беспокоиться об этом, потому что они учитывают эти напряжения постоянного тока, потому что напряжения на нем постоянно. Это небезопасный способ просмотра, потому что здесь есть другие вещи.Мы не хотим рассматривать их как контуры постоянного тока. Это две независимые петли переменного тока, но различие, в частности, должно заключаться в коротком соединении с общей точкой с низким сопротивлением на Cin, которое очень короткое, чтобы быть анодом выходного выпрямителя. Это будет общая точка заземления, которая в коммутаторе будет также применяться к p-земле в любых термопрокладках для ваших контроллеров.

Вот только образец схемы компоновки понижающего преобразователя. Все силовые компоненты находятся на одной стороне платы.Соединения выполняются без переходных отверстий, а затем обратные пути выполняются с переходными отверстиями без термического разгрузки. Выходной выпрямитель всегда располагается очень близко к магнитному элементу. Простите меня, и обратный путь к Цину тоже. Это наш узел переключения. Это сделано как можно меньше.

Таким образом, обратный путь переменного тока должен максимально совпадать с прямыми путями, и лучший способ сделать это — использовать полную заземляющую пластину на втором уровне — прямо под вашим импульсным источником питания.Практически повсеместно рекомендуется, чтобы у вас была полностью заземленная пластина под вашим импульсным источником питания, если вы не делаете однослойную плату. Тогда вам действительно нужно подумать об этом, как вы собираетесь сократить и уменьшить пути обратного цикла. Причина этого в том, что близкие магнитные поля нейтрализуют друг друга. Таким образом, это снижает EMI. Таким образом, узел коммутации, в частности, нуждается, поскольку он несет коммутационные и сильноточные пути, он должен быть защищен и должен быть расположен таким образом, чтобы он не находился рядом с другими схемами или любыми другими переключателями.Эта конкретная схема представляет собой понижающий преобразователь, но чего-то не хватает, выпрямитель находится на плате. Это сверхэффективный синхронный выпрямитель. Таким образом, вы не видите выпрямитель, но когда соединения выходят на печатную плату, они подчиняются тем же правилам, что и снаружи.

Вот и все о путях с большим током. Были какие-то вопросы по этому поводу? Тогда я буду рад двигаться дальше. Таким образом, регулирование рабочего цикла — это то, что определяет выходное напряжение, и этот сигнал будет нести частоту переключения.Он также считается средним током и должен быть максимально защищен от путей большой мощности переменного тока. А поскольку он имеет средний ток и несет частоту коммутации, он должен находиться вдали от чувствительных аналоговых схем, на которые он может повлиять. Вы можете потратить много времени на работу с этими линиями затворов сразу после того, как спланируете свои токовые петли переменного тока. Одной из форм управления скважностью является широтно-импульсная модуляция — просто изменяет время включения и выключения переключателя в зависимости от входного напряжения.Площадь каждого блока одинакова, и это просто помогает обеспечить действительно стабильное выходное напряжение.

Чтобы рабочий цикл работал правильно, нам нужна какая-то обратная связь. Извините, это снова рабочий цикл, извините. Это драйвер затвора, а не интегрированный контроллер, и эти сигналы много раз должны маршрутизироваться как пара и маршрутизироваться внутри. Опять же, это должно содержать петлю, сделать петлю как можно меньше, чтобы уменьшить EMI, а также обеспечить подавление синфазного шума.

Это то, что вы увидите, когда начнете строить коммутаторы из дискретных компонентов, а не заставлять контроллеры делать это за вас. Чтобы получить точный рабочий цикл, нам понадобится обратная связь с выходом, будь то напряжение или ток. Во многих случаях это напряжение, и во многих случаях это делается с помощью делителя напряжения — просто измеряя выходное напряжение. А затем он будет подан на аналоговый усилитель с воздушной коррекцией. Это будет на микросхеме контроллера.Его обычно называют FB или узел обратной связи, и этот узел, в частности, имеет высокий импеданс, что означает, что он чувствителен к шуму.

Другой тип обратной связи может быть обратной связью по току. Какой ток динамически подает источник питания в любой момент времени. Это делается через чувствительный резистор и компаратор, который определяет падение напряжения на известном резисторе. Благодаря этому они могут в любой момент вычислить, какой ток проходит через резистор.Вы можете видеть, что это не то, что делает автотрассировщик. Классы цепей имеют большой ток, но на короткое время они превращаются в аналоговый сигнал, поэтому их следует рассматривать как дифференциальную пару. Помехозащищенность — это то, что вам здесь нужно, и ее маршрутизация довольно специфична, это называется соединением Кельвина. Возможно, вам понадобится заземлить его, в зависимости от того, что вокруг него.

Это еще один пример связи Кельвина.Это был многофазный синхронный понижающий преобразователь, который вы увидите для питания ваших микропроцессоров, напряжения ядра и т. Д. И очень быстро вы можете увидеть, что посередине есть два Cins, два ваших последовательных проходных элемента, затем два выпрямителя, два индуктора и затем два резистора считывания. Вы можете увидеть переходное отверстие, выходящее из их середины, а затем возвращение Коута. Аналоговая заземляющая пластина посередине. Следующим слайдом будет вид снизу сбоку. Вы можете видеть, как контроллер собирает соединения Кельвина от двух измерительных резисторов, а затем передает рабочий цикл обратно элементу последовательного прохода.

Это аналоговые сигналы, обратная связь, о которой мы говорим, Кельвины и, в частности, сети делителей напряжения, они аналоговые, и они должны быть аналоговыми, а не поврежденными проходом высокого тока. По этой причине часто вам нужно иметь аналоговую заземляющую пластину, на которую они могут ссылаться. Обычно у вас будет общая точка, чтобы привязать эту аналоговую заземляющую поверхность к какой-то точке на коммутаторе. Cout — обычное место для этого, но производители покажут вам — много раз, как компоненты, расположенные внутри, диктуют другое место для этой общей точки.

Вот еще одно место для этого. Это общая точка, продиктованная производителем. Аналоговая схема внизу внизу. S-земля означает сигнальную землю, но в данном случае это аналоговая земля. Вот что означает s-ground. Когда вы определите это и общую точку между s-землей и p-землей, вы узнаете, где находятся сильноточные возвратные сигналы и от чего следует держаться подальше. Идея, аналоговые сигналы, которые поступают в аналоговую область этого контроллера, должны оптимально пересекаться в общей точке.

Тепловизоры, всегда большая проблема с переключателями. Коммутаторы не на 100% эффективны, поэтому они теряют часть мощности для нагрева, а поскольку мы делаем их такими маленькими, часто бывает трудно отвести тепло. Этот явно не такой уж маленький. Это инвертор для солнечной панели. Итак, здесь много тепла, потому что на улице уже солнце. Мы пытаемся отвести тепло, а у нас сзади есть радиатор. На самом деле мы хотели бы укоротить затвор и линии управления, но здесь мы хотим использовать низкоомные напряжения постоянного тока для всех радиаторов.Мы хотим использовать Vin, Vout и землю. Что вы не хотите использовать, так это узел переключения. Часто случается, что коммутационный узел — это лучший механический способ отвести тепло от коммутатора. Но это ваша излучающая антенна EMI, которую вы хотите уменьшить любой ценой.

Конечно, еще один способ отвода тепла — это воздушный поток. Они все время плотно упакованы в высокие компоненты. Сам ваш коммутатор будет иметь высокие компоненты. У него будет высокий индуктор и высокие крышки фильтра.Возможно, вы затеняет элемент прохода серии — сам переключатель. Вот где вы пытаетесь избавиться от жары. Если вы используете только воздушный поток, вам действительно нужно знать направление воздуха. Вы можете вращать переключатель только для отвода тепла.

Другая форма, которую вы видите в ноутбуках, — это теплопроводность. Мы соприкасаемся с компонентами, чтобы отвести тепло. В этом случае у нас есть токопроводящий охлаждающий элемент на задней стороне в контакте и сверху.Но часто это делается механически. Это могло быть сделано из предыдущего продукта. Это может быть сделано, потому что механик должен сделать это первым, но это пример предварительно размещенных компонентов. Итак, в макете нам не нравятся предварительно размещенные компоненты, потому что это дает нам очень небольшую свободу действий в том, как мы собираемся их размещать. Поэтому, если вы вынуждены сделать это таким образом, и вы вынуждены установить переключатель там, где он хорошо работает, вы можете получить размещение, которое в некоторых областях намного плотнее, чем в других. У нас есть несколько общих правил, которые можно и чего нельзя делать, и ошибки в макете.Кроме того, нам нужно проявлять творческий подход к придумыванию решений, чтобы не допускать ошибок только потому, что мы вынуждены двигаться в одном направлении с нашим макетом.

Так что не надо. Нам часто дают стеки, которые мы вынуждены использовать. Это стэк HGI для полетов в авиакосмической отрасли. Мы не собираемся менять это и выпускать этот макет в этом году. Так что мы должны заставить эту работу работать за нас. Как видите, обратный путь для петли переменного тока находится на пятом уровне. У нас есть несколько скоростных сигналов на три и четыре.Если бы мы этого не планировали, мы могли бы направлять эти сигналы прямо через петли переменного тока в нашем коммутаторе. Простое осознание этого заставит вас убедиться, что этого не происходит. Если вы позволите этому уйти, это будет легкой ошибкой. Маршрут прямо через него, верно?

Я предлагаю, возможно, использовать несколько слоев и хорошо сшить их вместе. Вы можете либо приблизить обратный путь к прямому, либо наоборот. Преимущество понижения прямого тока обратно к обратному току состоит в том, что вы расширяете медь.Вы должны хорошо сшить их вместе, но это увеличивает ваши текущие возможности, а повышение температуры окружающей среды снижается.

Не размещайте компоненты измерения напряжения там, где они обнаруживают. Это частая ошибка. Вы будете удивлены. Здесь у нас есть трасса обратной связи с высоким импедансом, охватывающая правый проход для коммутирующего узла. Будет очень сложно получить точное представление о том, что на самом деле происходит на выходе коммутатора. Это будет вызвано шумом.По сути, мы делаем большую антенну для звукоснимателя. Мы хотим разместить их как можно ближе к этому узлу обратной связи. Вы увидите, что в коммутаторах много, термин ACAP, насколько это возможно. Затем вы выводите напряжение постоянного тока в качестве обратного отсчета. Эти доброкачественные и невосприимчивые к шуму.

Вот наше нынешнее чувство, наши связи по Кельвину. Много раз я показывал вам схему, в которой соединения Кельвина должны быть выполнены с помощью переходных отверстий. Если возможно, мы стараемся не делать их переходными отверстиями, соединения Кельвина выполняются таким же образом.Если нужны переходные отверстия … ну, они чувствуют силовые соединения, верно? Итак, эти сети, по определению, уже являются плоскими сетями, вероятно, в вашем макете, и поэтому их очень легко можно замкнуть прямо на плоскость, что не позволит вам получить точное представление о том, что происходит в нашем восприятии. Поэтому мы используем наш инструмент САПР, чтобы убедиться, что эти переходные отверстия не замыкаются на плоскость, где мы этого не хотим.

Есть несколько способов сделать это. Мне нравится рисовать маленькие круглые пустоты.Но мне нравится задокументировать это, так что на случай, если в какой-то момент времени произойдет дальнейшая переработка этого макета, это не просто маленькие кусочки рисунков, которые всплывают и влияют на другие схемы.

Нужно знать, где находится наш переключающий шум в коммутаторе, чтобы он не влиял на другие схемы. Мы не хотим, чтобы он был рядом с чем-то чувствительным, и мы не хотим, чтобы он находился рядом с другими переключателями. Вот этот случай — пара запретов. У нас есть две катушки индуктивности рядом друг с другом, и они соединяются и вызывают … Теперь это трансформатор.Мы наводим шум от одного к другому. Итак, это пара недопустимых. Что я действительно предлагаю сделать, так это то, что первое, что мне нравится делать в макете, — это разместить на рабочем месте все переключатели. Когда вы это делаете, вы знаете, где находятся коммутационные узлы, знаете, где с ними сталкиваться, и знаете, как держать их подальше от всего, что может оказаться чувствительным. Другие люди могут начать с других схем, но я всегда сначала начинаю с переключателей.

Это одна из худших ошибок.Размещение Cout в нагрузке. Если вы используете несколько элементов прохода серии, размер Cout часто уменьшается в размере. Так получается небольшая керамическая крышка. И если вы не определили его как Cout, его можно легко принять за отсутствующий колпачок байпаса в другом месте на плате.

И что вы здесь сделали, так это то, что вы убрали возможность фильтровать пульсации напряжения на выходе. То, что здесь происходит, простая маленькая ошибка, но у вас будет пульсация напряжения на всей плоскости между отсюда, и вы увидите это на всех своих сигналах на этой шине напряжения.Все ваши цифровые выходы будут видеть эту частоту переключения. Так что ты делаешь с Коутом? Вы кладете его прямо рядом с магнитным элементом, образующим ЖК-фильтр.

Коммутаторы

действительно выделяют тепло, я сказал, что они не на 100% эффективны. Эта потеря мощности выводится в виде тепла. Итак, на этом этапе, когда вы впервые выкладываете свой коммутатор и получаете место, с которым можно работать, спланируйте, как вы собираетесь выводить из него тепло. Тепловые переходы на открытой площадке контроллера, заполнение всеми вашими напряжениями постоянного тока, планирование направления воздушного потока, все эти вещи.Тепловые переходные отверстия — я слышал, что их определяют как переходное отверстие диаметром 14 мил и более. Конечно, вы можете использовать переходные отверстия меньшего размера, иногда это необходимо, особенно когда они находятся в контактной площадке, но они, кажется, лучше всего подходят для термического извлечения — переходное отверстие 14 мил. Таким образом, очевидно, что знание того, как проходят эти пути тока и где находится аналоговая схема, позволит нам расположить коммутатор наилучшим образом. Особенно, когда нам нужно изменить этот макет.

Некоторые из этих проблем, о которых я говорил, не так критичны.Это сбивает с толку, потому что некоторые люди не заботятся о некоторых переключателях. Что ж, эти проблемы усиливаются при повышении тока и при повышении частоты коммутации. Думаю, именно об этом я и говорю: каждое приложение уникально. У меня есть курс обзора блока питания. Это не совсем корректно, но объясняет, почему мы называем переменное напряжение или возврат переменного тока.

Я сказал прямой переменный ток, что звучит неправильно, потому что все думают, что переменный ток идет только по одной или по двум разным полярностям — переменному току.Переменный ток также может иметь прямоугольную форму, но по определению он обеспечивает циклически изменяющееся напряжение во времени. Мы знаем, что это не постоянный ток, потому что постоянный ток имеет одинаковое направление потока и количество или напряжение электричества. Итак, одно мы знаем, что это не постоянное напряжение. Напряжение постоянного тока, которое быстро включается и выключается, как в переключателе, представляет собой циклически изменяющееся напряжение во времени. Оно либо положительное, либо отрицательное относительно того, где было секунду назад.

Регулировка необходима, потому что входные напряжения не идеальны.Современные процессоры, работающие при напряжении ниже 1 В, требуют действительно стабильного регулирования мощности. Свитчеры могут это сделать, если они правильно разложены. Вот почему линейные регуляторы так неэффективны. Потому что все потери идут на тепло, им нужно место для головы. Для линейного регулятора обычно характерен КПД 60%. Это означает, что вся энергия теряется из-за тепла. Распространенным применением будет регулятор на 12 вольт с выходным сигналом 5 вольт. Если он выдает 1 ампер, это падение на 7 вольт, а вы должны извлечь из него 7 ватт тепла.Это довольно распространенное приложение, но семь ватт — это убийство в неправильной среде. И поэтому импульсные блоки питания более эффективны. Вы включаете и выключаете его, и ваше выходное напряжение на самом деле является просто средним напряжением.

Ну, для импульса с модуляцией времена нарастания и спада будут меняться. Но типичные частоты будут — это зависит от того, что вы делаете. Импульс с модуляцией иногда бывает с очень медленной скоростью. Но килогерцы, сотни килогерц, это для мощного аудиопреобразователя, но вы также можете получить мегагерцы.Это не десятки или сотни мегагерц, но это жесткий сигнал быстрого переключения, поэтому вам нужно беспокоиться о гармониках фронтов. Так что это не столько время нарастания и спада, сколько острые углы.

Импульсный блок питания с этим не справляется. Он обрабатывает импульс с модуляцией входного напряжения, но должен быть фильтр электромагнитных помех, выпрямление, все, что происходит перед переключателем. Так что переключателя на самом деле нет, чтобы об этом позаботиться.В основном блоке питания компьютера есть функция, называемая коррекцией коэффициента мощности, и это помогает, потому что повышает напряжение. Это как предусилитель для основного блока питания. Да, но переключатели обычно не просто подключают к стене. У них есть фильтрация и подготовка, прежде чем они достигнут самого напряжения.

Я хочу вас всех поблагодарить. Если есть какие-либо вопросы или что-то еще, с чем я могу помочь, я более чем счастлив. Завтра иду на выставку — у Оптимум Дизайн там палатка.Пожалуйста, зайдите и поговорите. Я хотел бы поговорить о ваших макетах. Пожалуйста, сделай это. Все в порядке? Получайте удовольствие от ваших макетов и свяжитесь со мной в любое время. Спасибо вам всем. [аплодисменты] Большое спасибо.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *