Самодельный импульсный сетевой источник питания. Схема импульсного блока питания обратноходового

Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 1

Ю. Владимиров, Москва

Введение

Любому электронному устройству необходим источник питания. Для большинства электронных устройств, питающихся от сети 220 В, этот источник должен удовлетворять следующим требованиям:

•     гальванически развязать первичную и вторичные цепи;

•          выдавать одно или несколько стабилизированных напряжений, причем эти напряжения должны оставаться в пределах нормы при возможных колебаниях напряжения питающей сети и изменениях нагрузки;

•          быть защищенным от перегрузок и; коротких замыканий и автоматически восстанавливать работоспособность при снятии перегрузки;

•          не создавать бросков тока в питающей сети при включении или выключении;

•     не быть источником помех;

•     иметь высокий КПД, что снимает проблемы с отводом тепла; , быть по возможности простым в изготовлении и настройке;

•     быть недорогим.                                                                         ^

Классический предельно простой линейный стабилизатор является приемлемым решением этой проблемы при выходных токах до сотен мА. Но если требуется выходной ток 1 А и более, то начинаются сложности. КПД линейного стабилизатора редко превышает 50%. При выходном напряжении 5 В и токе 3 А такой стабилизатор рассеивает до 15 Вт — поэтому приходится применять дорогие, громоздкие и тяжелые радиаторы, усложнять конструкцию и т. д.

В настоящее время широко используются импульсные источники питания. В них сетевое напряжение выпрямляется, преобразуется в короткие импульсы, следующие с большой частотой, и в таком виде подаются на трансформатор. Формирование импульсов выполняется транзисторными ключами, что обеспечивает малые потери мощности. Частота преобразования выбирается обычно в пределах десятков-со-

тен кГц. При этом трансформатор оказывается во много раз меньше, чем при частоте сети 50 Гц. После трансформатора напряжение вторичной обмотки выпрямляется и выдается в нагрузку. В таком преобразователе достаточно просто осуществить стабилизацию выходного напряжения за счет изменения длительности формируемых импульсов посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Реально достижимый КПД при этом достигает 90%. Широкий выбор сравнительно недорогих специализированных микросхем для импульсных источников позволяет снизить их стоимость.

К сожалению, в литературе практически нет простых и ясных методик и рекомендаций, позволяющих грамотно проектировать импульсные источники питания. Настоящая статья — это попытка в какой-то степени заполнить пробел. В первую очередь она адресована тем, кто впервые решил изготовить импульсный источник, а также тем, кому некогда разбираться в дебрях теории, а нужен готовый результат. Для чтения статьи требуются знания физики и электроники в объеме средней школы (при условии, конечно, что человек читал «Радио», «Схемотехнику» и прочие подобные издания). При написании основной упор делался не на создание глобальных теорий, а на получение рабочих формул, удобных для инженерного проектирования. Помимо расчетного материала, приводится много практических рекомендаций, основанных на опыте проектирования и изготовления подобных типов источников.

В статье рассматривается самый распространенный класс импульсных источников — обратноходовые преобразователи.

1.          Краткая теория работы обратноходовых преобразователей

Основу каждого импульсного источника питания составляет импульсный преобразователь. Импульсный преобразователь — это устройство, в котором входное напряжение посредством периодического замыкания и размыкания силовых ключей превращается в импульсы с достаточно высокой частотой следования (обычно десятки кГц и более). Далее импульсы передаются через импульсный трансформатор во вторичную цепь и выпрямляются. Все силовые элементы импульсного преобразователя работают в ключевом режиме «включен/выключен», поэтому, в отличие от линейных схем, потери невелики, и достигается высокий КПД. Стараниями тысяч разработчиков наработано великое множество типов импульсных преобразователей — однотактные, двухтактные и мостовые, с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), с возвратными обмотками и без таковых и еще множество других. ДАя преобразователей с выходной мощностью до 100 Вт чаще всего используются однотактные схемы, поскольку для их реализации, кроме схемы управления, требуется всего один мощный транзистор. Существуют две основных схемы однотакгных преобразователей — прямоходовой и обратноходовой преобразователь. Наибольшее распространение получил обратноходовой преобразователь.

Рис. 3.2. Форма напряжений и токов обратноходового преобразователя

Рис. 3.1. Упрощенная схема обратноходового преобразователя

В нем передача энергии в цепь нагрузки осуществляется при разомкнутом состояния ключа («на обратном ходе цикла»). При замкнутом ключе («прямой ход») осуществляется накопление энергии в магнитном поле сердечника. В прямоходовом преобразователе передача энергии в выходную цепь происходит «на прямом ходе цикла» — при замкнутом состоянии ключа.

Упрощенная схема обратноходового преобразователя приведена на рис. 3.1. Форма напряжений и токов показана на рис. 3.2.

Схема состоит из ключа S, трансформатора Тр, диода VD и конденсатора фильтра Сф. Ключ S периодически замыкается и размыкается с периодом переключения Т. Время замкнутого состояния — tp. Первичная обмотка трансформатора Тр содержит п, витков и имеет индуктивность L1. Вторичная — соответственно п2 и L2. Потери в трансформаторе пренебрежи-

мо малы. Чтобы излишне не усложнять анализ работы преобразователя положим, что диод D открывается и закрывается мгновенно и имеет нулевое прямое падение напряжения, а конденсатор Сф имеет такую большую емкость, что за период переключения Т он не успевает заметно перезарядиться, т. е. напряжение на нем практически не изменяется. Положим, что переходные процессы закончились и конденсатор С заряжен до напряжения U^,.

За время открытого состояния ключа tp приращение тока ключа dl, будет равно

При замыкании ключа S через него начинает протекать ток, который увеличивается по закону

Обмотки намотаны таким образом, что напряжение U2 на вторичной обмотке трансформатора при открытом ключе отрицательное. Поэтому диод D закрыт, и ток в цепи вторичной обмотки не течет. При этом в магнитном поле сердечника трансформатора запасается энергия

Когда ключ S размыкается, напряжение на вторичной обмотке становится положительным, напряжение U2 на аноде диода становится положительным, диод D открывается и через него начинает протекать ток Id. Запасенная в магнитном поле энергия передается через диод в нагрузку и конденсатор С:

Запасенная энергия выдается в цепь нагрузки через вторичную обмотку, которая при разомкнутом ключе подключена только к нагрузке (через диод). Первичная обмотка при этом разомкнута и не влияет на вторичную. То есть оказывается, что трансформатор на «обратном ходе» вовсе не трансформатор, а просто индуктивность L2, в магнитном поле которой запасена энергия Е*,, и эта индуктивность отдает запасенную энергию в нагрузку. Говоря проще — трансформатор на «обратном ходе» превращается в дроссель с индуктивностью, равной индуктивности вторичной обмотки. Это одно из достоинств обратноходового преобразователя по сравнению с прямоходовым — в последнем в цепи выпрямительного диода обязательно должен быть включен дроссель. Это достоинство особенно становится заметным, если пре- •^рюсгкйель вырабатывает несколько выходных напряжений и имеет несколько вторичных обмоток и несколько выпрямителей.

Но вернемся к описанию работы обратноходового преобразователя. В установившемся режиме

т. е. сколько энергии запасено магнитным полем за время открытого состояния ключа, столько и передается в нагрузку за время закрытого состояния ключа. Подставляя 1.3 и 1.4 в 1.5 и учитывая, что

нетрудно получить выражения для выходного напряжения UBbIX и напряжения ир (рис. 3.2, а):

! В формулах 1.7,1.8 введена величина рабочего циклакото-

| рая будет использоваться далее. Следует особо отметить, что выходное напряжение иш прямо зависит от величины «добавки напряжения» Up, а не от входного напряжения U„. Изменяя величину рабочего цикла D (т. е. изменяя относительною ширину импульса тока ключа), можно изменять выходное напряжение иш.

Далее можно вывести выражения для токов. Введем понятия среднего импульсного тока ключа 1„ и среднего импульсного тока диода 1* (рис. 3.2, а). Для этих токов справедливы отношения:

Отсюда средний импульсный ток ключа S:

Средний ток, потребляемый от источника Un:

Средний импульсный ток диода:

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

nauchebe.net

Самодельный импульсный сетевой источник питания

Cамодельный импульсный источника питания своими руками.

Автор конструкции (Сергей Кузнецов его сайт — classd.fromru.com) разрабатывал этот самодельный сетевой источник питаниядля запитки мощного УМЗЧ (Усилителя Мощности Звуковой Частоты). Преимущества импульсных сетевых источников питания перед обычными трансформаторными источника питания очевидны:

• Вес получаемого изделия гораздо ниже
• Габариты импульсного источника питания гораздо меньше.
• КПД изделия, и соответственно тепловыделение ниже
• Диапазон питающих напряжений (скачков напряжения в сети) при которых блок питания может стабильно работать значительно шире.

Однако, изготовление импульсного сетевого источника питания требует гораздо больше усилий и познаний, по сравнению с изготовлением обычного низкочастотного 50 Герцового блока питания. Низкочастотный блок питания состоит из сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающих конденсаторов фильтра, импульсный же имеет гораздо более сложную структуру.

Основной минус импульсных сетевых блоков питания — наличие высокочастотных помех, с которыми придется побороться, в случае неправильной трассировки печатной платы, либо при неправильном выборе компонентной базы. При включении ИБП, как правило, в розетке наблюдается сильная искра. Это обуславливается большим пиковым током запуска блока питания, в виду заряда конденсаторов входного фильтра. Для исключения таких всплесков тока, разработчики проектируют различные системы «мягкого старта» которые в первой фазе работы заряжают малым током конденсаторы фильтра, а при окончании заряда организуют подачу уже полного напряжения сети на ИБП. В данном случае применен упрощенный вариант такой системы, представляющий собой последовательно соединенный резистор и термистор, ограничивающие ток заряда конденсаторов.

В основе схемы лежит шим-контроллер IR2153 в стандартной схеме включения. Полевые транзисторы IRFI840GLC можно заменить на IRFIBC30G, другие транзисторы автор ставить не рекомендует, так как это повлечет необходимость уменьшения номиналов R2, R3 и соответственно к росту выделяемого тепла. Напряжение на шим-контроллере должно быть не ниже 10 Вольт. Желательна работа микросхемы от напряжения 11-14 Вольт. Компоненты L1 C13 R8 улучшают режим функционирования транзисторов.

Дроссели, стоящие по выходу источника питания 10мкг намотаны проводом 1мм на ферритовых гантелях с магнитной проницаемостью 600НН. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Конденсаторы в источнике питания необходимо применять низкоимпендансные, с целью снижения ВЧ шумов.

Трансформатор был рассчитан при помощи программы Transformer 2. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Автор не рекомендует применение колец отечественного производства, в виду не идентичности параметров феррита и значительных потерь в трансформаторе. Печатная плата проектировалась под трансформатор типоразмера 30х19х20. При наладке источника питания запрещено соединять землю осциллографа в точку соединения транзисторов. Первый запуск блока питания желательно произвести при последовательно подключенной с источником лампе на 220в мощностью 25-40W, при этом нельзя сильно нагружать ИБП. Печатную плату блока в формате LAY можно скачать сдесь или сдесь

Смотрите также: самодельное зарядное устройство для нетбука Asus EEEPC

Вы также можете прислать любые свои самодельные кострукции , и я с удовольствием их размещу на этом сайте с указанием Вашего авторства! samodelkainfo{собачка}yandex.ru

Самоделкин

Живу в Мире самоделок, размещаю статьи которые присылают читатели. Иногда пишу на темы: полезные самоделки для дома и самоделки для радиолюбителей.

Новые самоделки автора Самоделкин (Смотреть все)

samodelka.info

ИИП для новичков на IR2153 - Блоки питания (импульсные) - Источники питания

Многие начинающие знакомство с импульсниками, начинают собирать то, что по проще. В том числе и с этой схемы:

Я также начинал с нее.

Вполне рабочая схема, но если ее немного доукомплектовать, то получится достойный импульсный БП для начинающих и не только.Вот как то так:

Большинство деталей выпаивал из старых компьютерных БП и старых мониторов. В общем собирал из того что нормальные люди выбрасывают на свалку.Вот так выглядит ИИП в сборе:

А вот уже БП с нагрузкой. 4 лампы по 24 вольта. По две штуки в каждое плечо.

Замерял общее напряжение и ток в одном плече. За пол часа работы с нагрузкой, радиатор нагрелся около 50*.В общем получился блок потания на 400Ватт. Вполне можно запитать 2 канала усилителя по 200Ватт.

Основную проблему для начинающих создает намотка трансформатора.Трансформатор можно намотать на кольцах, или выдернуть транс из компового БП.Я взял транс из старого монитора, а так как в мониторах транс с зазором, я взял сразу два.

Эти трансы кидаю в банку, заливаю ацетоном, закрываю крышкой и курю.

На следующий день открыл банку, один транс сам развалился, второй немного пришлось расшевелить руками.

Так как с двух трансов получится один, я размотал одну катушку. Ничего не выбрасываю, все пригодится для намотки нового транса.Можно конечно спилить феррит, чтобы убрать зазор. Но у меня старых мониторов как грязи и с стачиванием зазора не заморачиваюсь.Сразу же переставил ноги, распиновка как и в комповом трансе, а лишние выбросил.

Потом в программе Старичка рассчитываю под нужное мне напряжение и ток.Подгоняю расчеты под провод который есть в наличии. Длинна катушки 26,5мм. У меня есть провод 0,69. Считаю 0,69х2(двойным проводом)х38 витков / делю на 2 (слоя) =26,22мм.Получается 2 провода 0,69 лягут ровно в два слоя.

Теперь готовлю медную ленту для намотки вторички. Лентой легко мотать, провода не путаются, не распадаются и ложатся виток к витку.Мотаю сразу четырьмя проводами 0,8мм, 4 полу обмотки.В рейку забил 2 гвоздя, натянул 4 провода, промазал клеем.

В итоге:

Пока лента сохнет мотаю первичку. Пробовал мотать два одинаковых транса, в одном первичку мотал целиком, в другом мотал половину первочки, потом вторичку и в конце вторую половину первички(так как намотаны комповские трансы). Так вот разницы в работе обеих трансов не заметил никакой. Больше не заморачиваюсь и мотаю первичку целой.В общем мотаю: намотал один слой первички, так как нету третьей руки чтобы поддерживать, обматываю узким скотчем в один слой. При нагреве транса скотч расплавится, и если где-то был послаблен виток, скотч склеит как клеем. Теперь наматываю пленочную ленту, ту что с разобранного транса. и доматываю первичку.

За изолировал первичку, положил экран(медная фольга) только чтобы небыло полного витка, не должна сходится на 3-5мм.Экран забыл сфоткать.Лента высохла, и таким макаром мотаю вторичку.

Намотал слой вторички, выровнял ряд узкими полосками с разобранного транса, за изолировал, домотал вторичку, за изолировал

Воткнул ферриты, стянул их узким скотчем(около 10 слоев), с баллончика залил лаком сверху и снизу, чтобы транс не цикал и под тепло вентилятор. Пусть сохнет. В итоге готовый трансформатор:

На намотку транса потратил минут 30. И около часа на подготовку и зачистку с залуживанием проводов.

АРХИВ:Скачать

 

 

cxema.my1.ru

СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

   Каждый радиолюбитель нуждается в надежном блок питании. И у многих имеются дома сгоревшие эконом-лампы. На базе люминисцентных энергосберегающих ламп сделан маломощный, надежный импульсный блок питания, изготовленный из недорогих и доступных каждому, даже начинающему радиолюбителю радиодеталей. Тем более, что большинство элементов береётся из платы КЛЛ.

   Принципиальная схема может дополняться стабилизатором на выходе или с обычным выпрямителем диод-конденсатор. Смотрите по ситуации - что именно собираетесь к нему подключать.

   На выходе ИБП размещён светодиод, который показывает наличие напряжения и по яркости - его примерную величину. Сердечник импульсного трансформатора блока питания Ш-образный, от энергосберегающий лампы, там на нем намотан дроссель. Зазор на центральном стержне. Он там есть, но его надо уменьшить примерно до 0,1мм. Выполняется это подпиливанием боковых стержней, пилятся легко надфилем. Делал как-то и без зазора - работает, но так неправильно. Может зазор сам образовался, а может настолько надежная схема, что все выдерживает. 

   На фото сверху - донор, снизу - один из вариантов переделанного ИБП.

   Схему и печатную плату для импульсного блока питания прилагаю в архиве.

   Для просмотра внешнего вида платы в Proteus, в папке имеются файлы для просмотра в 3D. Их нужно или поместить в папку с проектом или в папку LIBRARY. Автор разработки устройства - Soir.

el-shema.ru

---

• 
  Как определить кпд источника тока
• 
  Твердотельное реле постоянного тока
• 
  Учет электроэнергии дистанционный
• 
  Куда звонить если в доме отключили свет
• 
  Управление тиристорами схема
• 
  Гк энергоснабжение
• 
  Когда нужно подавать показания счетчиков воды
• 
  Электроинструмент какого класса не допускается применять в особо опасных помещениях
• 
  Индуктивность характеризует
• 
  Устройство защитного отключения узо
• 
  Образец акта разграничения балансовой принадлежности тепловых сетей