0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Импульсный блок питания на четырех транзисторах (6В при 0,5А)

Импульсный блок питания на четырех транзисторах (6В при 0,5А)

Принципиальная схема несложного импульсного блока питания, который выдает на выходе 6В при токе нагрузки 0,5А. Импульсные источники питания, в отличие от обычных, с силовым понижающим трансформатором, при одинаковой выходной мощности, отличаются меньшимигабаритами, меньшим весом и, не всегда, но, как правило, более высоким КПД.

Блоки питания с регулируемым выходным напряжением обычно изготавливают с применением силового понижающего трансформатора, работающего на частоте сети переменного тока 50 Гц и линейного или импульсного стабилизатора выходного напряжения постоянного тока.

Импульсные источники питания с регулируемым выходным напряжением, преобразователь сетевого напряжения которых работает на высокой частоте, распространены мало из-за их повышенной сложности.

Не обязательно изготавливать такой источник питания с чистого листа, для значительного упрощения и ускорения сборки можно применить уже готовый импульсный БП на фиксированное выходное напряжение, который после несложной доработки станет регулируемым.

Принципиальная схема

На рис. 1 показана схема импульсного БП от одной из «зарядок», маркированный как СТ-1В. Выходное стабилизированное напряжение этого БП около 6,2 В при токе нагрузки до 0,5 А. Принципиальная схема была составлена по монтажной плате.

Высоковольтная часть этого БП выглядит традиционно — узел преобразователя напряжения собран на популярном мощном высоковольтном транзисторе MJE13003, на транзисторе Q4 собран узел защиты от перегрузки Q1. Также, Q4 участвует в схеме стабилизации выходного напряжения.

Отличительной особенностью этого БП является наличие ещё одного узла защиты от перегрузки, реализованного на Q2, R8, R9. При увеличении тока нагрузки до 0,5. 0,6 А, подключенной к выходу БП, напряжение на выводах резистора R8 достигает 0,5. 0,6 В, транзистор Q2 открывается, ток через светодиод оптрона U1 увеличивается, фототранзистор оптрона открывается сильнее, что приводит к большему открывания Q4, который частично шунтирует эмиттерный переход Q1, выходное напряжение БП понижается.

При уменьшении тока нагрузки выходное напряжение БП стремится увеличиться, ток через стабилитрон ZD1 возрастает, что так же приводит к увеличению тока через светодиод оптрона U1. Зелёный кристалл сдвоенного светодиода LED1 светит при наличии выходного напряжения.

Принципиальная схема импульсного источника питания на транзисторах

Рис. 1. Принципиальная схема импульсного источника питания на транзисторах.

Красный кристалл светит в полную яркость при подключении к выходу БП нагрузки. Стабилитрон ZD2 защищает подключенную нагрузку от повышенного напряжения при неисправности преобразователя напряжения. При отключении узла защиты на транзисторе Q2 выходной ток БП ограничивают на уровне около 1 А при напряжении сети 220 В узел на Q4 и датчик тока на R10.

Схема доработки

Чтобы в этом импульсном источнике питания появилась возможность регулировать выходное напряжение, он был доработан по схеме, показанной на рис. 2. Модернизированный БП рассчитан на выходное напряжение 3,3. 9 В при токе нагрузки до 0,5 А. Нумерация дополнительно установленных элементов продолжает нумерацию элементов, установленных изготовителем БП.

На входе блока питания был установлен дополнительный RC фильтр C10R3L4C11, который понижает уровень помех, как поступающих из сети питания, так и проникающих в питающую сеть от работающего импульсного преобразователя напряжения. Резистор R16 ограничивает пусковой ток БП, а также, выполняет предохранительные функции.

Пусковой ток при включении питания также ограничивается сопротивлением обмоток дросселей L3, L4. Конденсатор С1 был установлен ёмкостью 2,2 мкФ вместо 1 мкФ, а на место C3 припаян конденсатор ёмкостью 4,7 мкФ вместо 1 мкФ. Резистор R10 установлен сопротивлением 3,9 Ом вместо 3,3 Ом.

Это снизило ток срабатывания защиты от перегрузки до 0,8 А вместо 1 А. Конденсатор С7 удалён. Конденсатор С8 установлен ёмкостью 1000 мкФ вместо 220 мкФ. Конденсатор С9 установлен на 470 мкФ вместо 220 мкФ. Параллельно этим двум конденсатором припаяно по SMD керамическому конденсатору емкостью по 10 мкФ.

На место диода D8 вместо FR103 установлен более мощный диод FR203. Поскольку размах амплитуды напряжения на обмотке III превышает 50 В, диод Шотки на место D8 было решено не устанавливать. Резистор R8 установлен сопротивлением 0,5 Ом вместо 1 Ом. Стабилитроны ZD1 и ZD2 удалены.

Выходное напряжение БП регулируют переменным резистором R20. Этот резистор используется в реостатном включении, чтобы в случае обрыва в цепи его подвижного контакта, на выходе БП было минимальное напряжение. Чем ниже по схеме положение движка R20, тем больше выходное напряжение БП. R19 и С13 устраняют самовозбуждение микросхемы регулируемого стабилитрона DA1.

Схема доработки блока питания для возможности регулировки напряжения

Рис. 2. Схема доработки блока питания для возможности регулировки напряжения.

Узел индикации тока подключенной нагрузки был модернизирован. Вместо кремниевого р-п-р транзистора типа SS9015 установлен германиевый МП25Б и изменена схема его включения. Теперь для этого узла на Q5 не требуется отдельный датчик протекающего тока, роль которого ранее выполнял кремниевый диод D3.

Читайте так же:
Кресло компьютерное с регулировкой подголовника

В новой схеме резистор R8 является датчиком тока как для кремниевого Q2, так и для германиевого Q5. При выходном напряжении 5 В свечение красного кристалла светодиода становится хорошо заметным при токе подключенной нагрузки около 60 мА.

При токе нагрузки 0,35 А свечение красного кристалла полностью перекрывает свечение зелёного кристалла светодиода, при токе 0,45 А яркость свечения красного кристалла светодиода достигает максимума.

На выход блока питания установлен дополнительный LC фильтр L5C15. Амплитуда напряжения пульсаций и шумов на выходе БП 20. 40 мВ. Резистор R13 установлен сопротивлением 1 кОм вместо 560 Ом, а R1 680 Ом вместо 470 Ом.

Продолжение доработанной схемы блока питания (выходная часть)

Рис. 3. Продолжение доработанной схемы блока питания (выходная часть).

Микросхема KIA431 установлена на место, где раньше был припаян светодиод. Вместо такой микросхемы можно применить TL431, AZ431, LM431, выполненную в трёхвыводном корпусе ТО-92. Вместо неисправного транзистора MJE13003 можно применить MJE13005.

К высоковольтному транзистору нужно прикрепить дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности около 8 см.кв, это значительно повысит надёжность устройства. Теплоотвод с помощью тонкой слюдяной прокладки и ПВХ трубки или втулки должен быть надёжно электрически изолирован от коллектора Q1, иначе он станет эффективной излучающей антенной.

Детали

Вместо транзистора ВС847 подойдёт любой из серий 2SC1815, 2SC945, ВС548, SS9014, КТ315, КТ3102, КТ645, КТ6111. Транзистор 2SA733 можно заменить на SS9012, SS9015, ВС557, ВС558, 2SA708, КТ361, КТ209, КТ3107, КТ6112, КТ6115.

Вместо германиевого транзистора МП25Б подойдёт любой из серий МП20, МП21, МП25, МП26, МП39 — МП42. Рекомендованные в вариантах замен транзисторы имеют отличия в типах корпусов и цоколёвке выводов. Диоды 1N4007 можно заменить на 1 N4005, 1 N4007, UF4005 -UF4007, 1N4937GP, 11DF4, КД 209Б, КД243Д, КД247Г.

Вместо диода FR107 может работать любой из UF4007, 1N4937GP, 1 N5399, RG2M, КД247Д. Диод FR203 можно заменить на любой из FR202 — FR207, FR302 -FR307, SRP300D SRP300K, КД226А -КД226Е. Вместо диода 1N4148 можно установить 1SS176S, 1SS244, 1 N914, КД510А,

Дроссели L3, L4 малогабаритные промышленного изготовления, намотанные на Н-образных ферритовых сердечниках. Подойдут любые индуктивностью от 100 мкГн и сопротивлением обмоток 10.

100 Ом. Дроссель L5 двухобмоточный, содержит несколько витков сложенного вдвое многожильного монтажного провода на кольце из низкочастотного феррита или пермаллоя, чем больше индуктивность и чем меньше сопротивление обмоток этого дросселя, тем лучше. Конденсаторы C10, С11 керамические высоковольтные.

Переменный резистор R20 подключают к схеме экранированным проводом минимальной длины, металлический экран переменного резистора должен быть соединён с минусом С9. Резистор R16 желательно применить невозгораемый или разрывной. Светодиод любой двухкристальный с общим катодом, например, серий L-119, L-293.

Вместо такого светодиода можно применить и два обычных светодиода непрерывного свечения. Оптрон РС817 можно заменить на любой из PS817, LTV817, EL817, SFH617A-2, PS2501-1, РС814, РС120, РС123, выполненный в стандартном четырёхвыводном корпусе.

Все детали модернизированного блока питания размещены в коробке из полистирола размером 80x50x44 мм от сетевого адаптера для игровой приставки «Денди». Контактные штыри для подключения к сетевой розетке удалены с корпуса, вместо них используется гибкий сетевой шнур с вилкой, что гораздо удобнее. Вес устройства в сборе 110 грамм.

Узел на германиевом транзисторе Q5 смонтирован на отдельной небольшой плате. Дроссель L5 приклеен к корпусу полимерным клеем «Квинтол». При сборке следите за тем, чтобы провода «горячей» высоковольтной части схемы не перехлёствывались с проводами и узлами её низковольтной части. В режиме холостого хода БП потребляет от сети ток 2 мА при напряжении сети 240 В переменного тока и 24 мА при выходном напряжении 9 В при токе нагрузки 0,5 А. Таким образом, КПД этого источника питания составляет около 78 %.

Импульсный блок питание схема самостоятельной сборки

Импульсный блок питание схема-1

Импульсный блок питание, схема которого представлена в этой статье, собран на хорошо известной микросхеме IR2153 и предназначен для использования в усилителе мощности от 300 Вт до 500 Вт.

Благодаря исключительной энергоэффективности и отличной общей производительности таких устройств они в настоящее время очень востребованы на рынке. Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение посредством процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Процесс ШИМ может генерировать некоторый высокочастотный шум, однако позволяет создавать импульсные источники питания с очень высоким КПД и малым форм-фактором. Благодаря хорошей конструкции импульсный источник питание, схема которого может иметь отличную регулировку нагрузки.

Представленный здесь источник питания имеет следующие особенности:

  • В первичной обмотке данного трансформатора, а также в силовом тракте выходного напряжения установлена эффективная система защита от КЗ.
  • Мягкий старт ИБП.
  • Защита входной цепи, с помощью варистора предотвращает схему от бросков сетевого напряжения превышающего максимальное значение, а также от случайного подключения 380v.
  • Особенность данной схемы заключается в ее простоте и доступности деталей.
Читайте так же:
Регулировать пластиковые окна лучше

Технические характеристики импульсный блок питание (данные приводятся именно для этой модели):

  • Номинальная мощность на выходе — 300W
  • Предельная мощность на выходе — 500W
  • Номинальная рабочая частота — 50кГц
  • Напряжение в выходной цепи — 2х35v (выходное напряжение можно создать любое, исходя из числа витков на трансформаторе).
  • КПД — составляет 86%, опять же в зависимости от сердечника трансформатора.

Схема ИБП

Примечание: в этом устройстве задействован стандартный модуль управления импульсным блоком питания, схема которого скопирована из даташита на IR2153.

Схема импульсного блока питания имеет функцию защиты от возможной перегрузки БП и короткого замыкания в цепях питания. При этом, узел защиты обеспечивает подстройку требуемого порога срабатывания, путем установки необходимого значения тока на резисторе R10. Встроенный светодиод HL1 сигнализирует о включении защиты в момент появления нештатной ситуации. В том случае, когда сработала защита, указывая на неполадки в устройстве, то силовые цепи ИИП отключаются.

Сам же блок питания может прибывать в таком состоянии бесконечно долго, так как в этот момент ток потребляемый устройством, практически равен току холостого хода прибора. В представленном здесь источнике питания порог защиты установлен на отключение силовой цепи при превышении мощности более 310 Вт в нагрузке.

Такая технология построения защитной функции дает гарантию, что БП не пострадает в следствии перегрузки, которая влечет за собой перегрев устройства. В данной модели ИБП, функцию токового датчика выполняют постоянные резисторы, последовательно включенные в цепь первичной обмотки импульсного трансформатора. Такой вариант использования гасящих резисторов позволил обойтись без установки дополнительного трансформатора по току.

Принцип работы схемы защиты такой: в случае короткого замыкания или чрезмерной нагрузки, напряжение на базе транзистора VT1, поступающее через сопротивление R11, может составлять от 0,5v до 0,8v, в следствии чего сработает защита. При этом питающее напряжение микросхемы IR2153 за счет шунтирования будет переключено на «землю». Тем самым, автоматически будет отключен драйвер и сам блок питания. После устранения проблемы в схеме БП, повлекшая за собой отключение устройства, подача напряжения питания на драйвер, также автоматически включится. То есть, блок питания начнет работать в прежнем режиме.

Схема импульсного блока питания обладает функцией мягкого старта, а именно, при включении устройства в сеть, встроенная цепочка защиты созданная на резисторе R6, лимитирует пусковой ток. Это существенно оберегает силовые ключи от пробоя и продлевает срок их службы.

Далее, этим урезанным током происходит зарядка электролитического конденсатора C10 и остальных емкостей во вторичной цепи. Данный процесс выполняется за несколько долей секунд, после того как все емкости будут полностью заряжены и ток потребления станет минимальным, включается реле К1 и замыкает гасящий резистор R6. Таким образом полный ток начнет поступать в схему устройства, обеспечивая его работу на заданную мощность.

Драйвер, через цепочку, собранную на диоде и гасящим сопротивлении, получает питающее напряжение прямо от сети 220v. Отличие этой схемы заключается в том, что в стандартных схемах запитка драйвера выполняется от цепи +310v, из точки после выпрямителя, а здесь непосредственно от 220v. Тем самым мы получаем несколько положительных моментов:

  1. Мощность гасящего резистора будет значительно снижена, тем самым уменьшается выделение общего количества тепла на печатной плате у увеличивается суммарный КПД устройства.
  2. Питающее напряжение на драйвер поступает с незначительным уровнем пульсаций, что не скажешь о подачи напряжения по тракту +310v.

Во входной цепи блока питания расположен варистор, который предназначен для контроля скачков сетевого напряжения, превышающего максимальное значение. В случае возникновения нештатной ситуации в силовой цепи БП, на варисторе моментально уменьшается его собственное сопротивление, что приводит к короткому замыканию и сгоранию плавкого предохранителя F1.

Ниже предлагается описание как я испытывал на максимальной мощности собранный мной импульсный блок питание, схема которого представлена выше.

Импульсный блок питание схема-3

В процессе тестирования БП я использовал эквивалент нагрузки собранный на четырех керамических резисторах проволочного типа, с мощностью рассеивания 25 Вт. При этом эти сопротивления я размещал в коробке с чистой водой для более интенсивного охлаждения. Через 1 час работы устройства на максимальном режиме, вся эта чистая вода приобретает ржавый цвет, в следствии подъема наверх различных примесей. В виду прохождения большого тока через резисторы, вода в емкости интенсивно испарялась, так как ее температура доходила почти до 100 градусов.

Импульсный блок питание схема-4

В представленном здесь импульсном блоке питания я задействовал трансформатор, который собственноручно изготовил на магнитопроводе EPCOS ETD29. Первичная обмотка трансформатора выполнена из 47 витков намотанных в два прохода эмаль-проводом сечением 0,8 мм². Четыре вторичные обмотки содержат по 12 витков каждая и намотанные в один ряд проводом такого же сечения. С первого взгляда можно усомнится в правильности выбора сечения провода, но это ошибочное мнение.

Читайте так же:
Как регулировать звук на mac

Чтобы гарантировать корректную работу для этого источника питания обеспечивающий питающим напряжением усилитель мощности низкой частоты, такого сечения провода в обмотках трансформатора вполне хватает. Так как мощность, которую потребляет усилитель существенно ниже предельной. Испытание блока питания при длительной его работе на нагрузку составленной из резисторов и выходной мощностью 210W показало, что нагрев трансформатора составил всего около 43 градусов.

Примечание: если потребуется поднять выходное напряжение выше 45v, то тогда нужно будет поменять сдвоенные диоды Шотки VD5 — VD6, установленные в выходном тракте на более высоковольтные.

Кроме этого, чтобы поднять выходную мощность нужно использовать трансформатор с большим по площади сечения магнитопроводом и усиленными обмотками.

Здесь показана готовая к монтажу печатная плата выполненная ЛУТом:

Печатная плата

Печатка с другой стороны

Печатная плата имеет следующие размеры: 188 х 88 мм. Был использован стеклотекстолит с усиленной медью, составляющей 50 мкм, обычно используется 35 мкм, хотя можно применять и стандартную толщину, только при этом необходимо хорошо облудить токопроводящие дорожки и контактные площадки.

СХЕМА УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

Всем привет, прошло не так долго времени как я собрал свой первый радио конструктор или как известный в народе Master KIT, первое впечатление было очень позитивное после сборки этого действительно интересного и полезного конструктора. И вот недавно увидел в Интернете ещё одну интересную схему, тем более был радио конструктор по очень привлекательный цене, решил купить и собрать блок питания на микросхемы lm324.

Схема универсального БП

Схема универсального БП регулируемого

Это однополярный блок питания с "грубой" и "плавной" регулировками выходного напряжения, регулировкой ограничения по току и индикацией режима работы. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

детали и описание бп

Технические характеристики

  • Входное напряжение: 7-32 В переменного тока
  • Регулируемый ток нагрузки: 0-3 А
  • Нестабильность выходного напряжения: не более 1%
  • Выходное напряжение: 0-30 В

Описание работы

Схема стабилизации напряжения собрана на U1.3 и U1.4. На U1.4 собран дифференциальный каскад, усиливающий напряжение делителя обратной связи, образованного резисторами R14 и R15. Усиленный сигнал поступает на компаратор U1.3, сравнивающий выходное напряжение с образцовым, сформированным стабилизатором U2 и потенциометром RV2. Полученная разница напряжений поступает на транзистор Q2, управляющий регулирующим элементом Q1. Ограничение тока осуществляется компаратором U1.1, который сравнивает падение напряжения на шунте R16 с опорным, сформированным потенциометром RV1. При превышении заданного порога, U1.1 изменяет опорное напряжение для компаратора U1.3, что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения. На операционном усилителе U1.2 собран узел индикации режима работы устройства. При понижении напряжения на выходе U1.1 ниже напряжения сформированного делителем R2 и R3, светится светодиод D1, сигнализирующий о переходе схемы в режим стабилизации тока. В случае работы устройства от питающего напряжения ниже 23В, стабилитрон D3 необходимо заменить перемычкой. Так же, возможно питать слаботочную часть схемы от отдельного источника, подав напряжение 9-35 В непосредственно на вход стабилизатора U3 и удалив стабилитрон D3.

Сборка устройства

Детали для УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

Плата для сборки СХЕМЫ УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

плата от БП

После распаковки посылки меня сразу насторожило то, что отсутствует стабилитрон и некоторые резисторы — такое впечатление что этот комплект собирали кое как. Ничего, пусть будет, я думал что на этом все сюрпризы закончились, но как я ошибался: во время пайки дорожи улетали, паяльная маска была везде, должен был проходить наждачной бумагой зачищая контакты после чего их заново залуживал, пайка продолжалась несмотря ни на что, припаял основные резисторы это 1К и 10К, ну а дальше пошел на поиски недостающих резисторов. Нашел и запаял, после чего взялся за транзисторы — здесь было все нормально.

Источник питания из радиолюбительского набора - пайка

Источник питания из радиолюбительского набора - детали

Блок питания из набора с регулируемым напряжением

Что было интересно — это инструкция или схема по которой нужно собирать радио конструктор, первое что бросается в глаза это то, какой здесь разброс номиналов резисторов. Сама печатная плата разведена неграмотно, переменные резисторы на плате прикасаются друг к другу, при выключении схемы из сети идет скачок до 30 вольт и медленно падает. Чтоб это исправить припаял конденсатор к 8 и 11 ноге микросхемы — этот глюк проявляется при малых загрузках.

Сборка УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

Плата и регуляторы УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

 УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Вообще схема по параметрам реально неплохая, поэтому развел свою печатною плату. Может кто-то захочет повторить конструкцию. Печатная плата и список деталей в архиве. Благодарю за внимание, с вами был Kalyan-super-bos.

Форум по обсуждению материала СХЕМА УНИВЕРСАЛЬНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

Куда применить отжившие свой век моторы от винчестеров ПК — подключение такого двигателя и варианты идей.

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.

Схема усилителя и микрофона из пьезоэлемента, подходящая для сборки своими руками.

Читайте так же:
Регулировка окон пвх своими силами

Радиоэлектроника и схемотехника для начинающих — первые шаги в радиоделе или с чего начать будущему радиолюбителю.

Схема, принцип работы импульсного блока питания

Любой блок питания – это устройство, обеспечивающее формирование вторичной мощности посредством применения дополнительных электрических компонентов. Проще говоря, БП служит для преобразования напряжения из одного вида в другой, по номиналу или другим характеристикам. Существует два больших класса таких преобразователей:

  • использующие для преобразования напряжения аналоговые трансформаторы;
  • блоки питания (инверторы) импульсного типа.

Импульсный блок питания

Первый тип известен достаточно давно, несмотря на постоянное совершенствование, трансформаторные блоки питания имеют ряд ограничений, преодолеть которые оказалось под силу импульсным устройствам. Принцип действия у них разный, отличия принципиальные, но многие не видят разницы между трансформаторными и импульсными преобразователями. Мы попробуем внести ясность в этот вопрос, рассмотрев принцип работы, достоинства и недостатки, а также сферу применения импульсных БП. И, конечно, затронем основные отличия от блоков питания устаревшего типа.

Что это такое

Упрощённо трансформаторный БП можно представить в виде схемы, состоящей из собственно трансформатора, выпрямителя, фильтра для сглаживания параметров выходного напряжения и стабилизатора. Такие устройства обладают достаточно простой схемотехникой, недорогие и обеспечивают низкий уровень помех выходного сигнала.

Но у них есть серьёзные конструктивные недостатки – большой вес и невысокий КПД. Значительная часть энергии преобразовывается в тепловую, поэтому проблема перегрева для таких устройств, особенно мощных – одна из самых актуальных.

Принцип работы импульсных БП для начинающих тоже можно объяснить довольно просто: он также основан на использовании трансформатора, однако работает он на очень больших частотах, порядка 1-100 КГц и обладает гораздо меньшими габаритами и массой. Это, в свою очередь, делает задачу отвода тепла легко выполнимой. Функция фильтрации/стабилизации выходного напряжения упрощается, поскольку для этой задачи используются конденсаторы малой ёмкости.

Но и у инверторных оков питания имеются недостатки – сложная схемотехника, чувствительность к электромагнитным помехам. Что касается стоимости, то она вполне сравнима с трансформаторными устройствами.

Принцип работы импульсного (инверторного) блока питания

А теперь рассмотрим, как работает импульсный блок питания, на полупрофессиональном уровне.

Основной функционал устройства заключается в выпрямлении характеристик первичного напряжения с последующим преобразованием в непрерывную последовательность импульсов, следующих с частотой, существенно превышающую номинальные 50 Гц. Именно в этом и заключается основное отличие от БП трансформаторного типа. У инверторных устройств выходное напряжение прямо влияет на функционирование блока посредством обратной связи. Используя характеристики импульсов, можно более точно регулировать стабилизацию выходного напряжения, тока и других параметров. Фактически импульсный блок питания может использоваться в качестве стабилизатора и напряжения, и тока. При этом полярность и число выходных характеристик может варьироваться в широких пределах, в зависимости от конкретной конструкции ИБП.

Импульсный блок питания ПК

Опишем принцип действия импульсного БП схематично.

На первый блок устройства, выпрямитель, подаётся бытовое напряжение номиналом 220 В, на трансформаторе амплитуда напряжения сглаживается, за что отвечает фильтр на основе конденсатора ёмкостного типа. Следующий этап – выпрямление синусоидного сигнала посредством диодного моста. После этого синусоидное напряжение преобразовывается в высокочастотные импульсы, при этом может быть использован принцип гальванического отделения питающего напряжения от выходного.

Если такая гальваническая развязка присутствует, высокочастотные сигналы по принципу обратной связи снова направляются на трансформатор, который использует их для осуществления гальванической развязки. Чтобы повысить КПД трансформатора, используется такой приём, как повышение его рабочей частоты.

Инверторный принцип обратной связи реализован посредством взаимодействия 3 базовых цепочек:

  • за широтно-импульсную модуляцию входного напряжения отвечает ШИМ-контроллер;
  • второй элемент – каскад силовых ключей, включающий собранные по специальным схемам транзисторы (схема со средней точкой Push-Pull, мостовая или полумостовая);
  • третья цепочка – собственно импульсный трансформатор.

Принцип работы импульсного блока питания

Разновидности импульсных БП

По большому счёту классификация ИБП может включать немало схем, но мы рассмотрим только две из их:

  • бестрансформаторные импульсные устройства;
  • трансформаторные ИБП.

Мы уже рассматривали, чем отличается импульсный инвертор от обычного трансформаторного блока питания. Теперь можно рассказать об отличиях между этими двумя разновидностями импульсных преобразователей.

В бестрансформаторных ИБП высокочастотные импульсы следуют на выходной выпрямитель, и далее – на оконечную компоненту, сглаживающий фильтр. Основное достоинство такой схемы – простота конструкции. Большую роль здесь играет широтно-импульсный генератор, представляющий собой специализированную микросхему.

Главный минус таких устройств – отсутствие гальванической развязки, то есть обратной связи с питающей цепочкой. По этой причине уровень безопасности бестрансформаторных блоков не так высок – существует опасность поражения электрическим током высокой частоты. Поэтому блоки питания такого типа делают маломощными.

Трансформаторные БП более распространены. Здесь присутствует гальваническая развязка: высокочастотные импульсы подаются на трансформаторный блок, на первичную обмотку, при этом количество вторичных обмоток неограниченно. Другими словами, выходных напряжений может быть много, при этом каждая вторичная обмотка содержит собственную пару выпрямитель – фильтр. К КПД такого импульсного блока питания претензий нет, уровень безопасности – высокий. Неслучайно в компьютерах используют именно этот тип. Здесь для подачи сигнала на трансформатор по гальванической развязке используется напряжение номиналом 5/12 В, поскольку уровень точности и стабильности для работы компонентов ПК требуется очень высокий.

Читайте так же:
Куплю лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения

В числе основных отличий импульсного блока питания от классического трансформаторного является использование высокочастотных импульсов вместо стандартных 50 Гц. Такое решение позволило использовать ферромагнитные сплавы вместо электротехнических разновидностей железа. Они обладают высокой коэрцитивной силой, что предоставило возможность многократно уменьшить вес и размеры трансформаторной части и всего устройства.

Использование инверторных схем существенно упростило задачу преобразования напряжения и тока, хотя схематически ИБП намного сложнее трансформаторных аналогов.

Схема ИБП

Рассмотрим, как устроен не самый сложный импульсный блок питания в наиболее распространённой конфигурации:

  • помехоподавляющий фильтр;
  • диодный выпрямитель;
  • сглаживающий фильтр;
  • ШИП;
  • блок силовых ключевых транзисторов;
  • высокочастотный трансформатор;
  • выпрямители;
  • групповые/индивидуальные фильтры.

Схема ИБП

В зону ответственности помехоподавляющего фильтра входит функция фильтрация помех, источником появления которых является сам блок питания. Дело в том, что использование мощных полупроводниковых компонентов часто приводит к формированию кратковременных импульсов, наблюдаемых в обширном диапазоне частот. Чтобы снизить их влияние на выходной сигнал, применяются цепочки специальных проходных конденсаторов, служащих фильтром для подобных импульсов.

Назначение диодного выпрямителя – преобразование переменного напряжения на входе блока в постоянное на выходе. Возникающие паразитные пульсации сглаживает установленный долее по схеме фильтр.

Если устройство импульсного блока включает преобразователь постоянного напряжения, цепочка из выпрямителя и фильтра будет лишней, поскольку входной сигнал будет сглаживаться на участке помехоподавляющего фильтра.

Широтно-импульсный преобразователь (его ещё называют модулятором) – наиболее сложная часть устройства. Он выполняет несколько функций:

  • генерирует импульсы высокой частоты (от килогерца до сотен КГц);
  • на основании параметров сигнала обратной связи корректирует характеристики импульсной последовательности на выходе;
  • осуществляет защиту схемы от перегрузок.

С ШИМ импульсы подаются на ключевые транзисторы высокой мощности, чаще всего выполненные по мостовой/полумостовой схемам. Выводы ключевых транзисторов поступают на первичную обмотку трансформаторного блока. В качестве элементной базы используются транзисторы типа MOSFET или IGBT, отличающиеся от биполярных аналогов незначительным снижение напряжения на участке перехода, а также более высоким быстродействием. Это позволило снизить параметр рассеиваемой мощности при тех же габаритах.

Что касается принципа работы импульсного трансформатора, то он использует тот же способ преобразования, что и классические трансформаторные БП. Единственное, но важное отличие – он работает на гораздо более высоких частотах. Это и позволило при той же выходной мощности заметно уменьшить массу и размеры блока.

С вторичной обмотки трансформатора (напоминаем, их может быть несколько) импульс поступает на выходные выпрямители. В отличие от аналога на входе блока, здесь диоды должны обеспечивать работу на высоких частотах. Лучше всего с такой работой справляются диоды Шоттки. Они устроены так, что обеспечивают малую ёмкость p-n перехода и, соответственно, небольшое падение напряжения при высоком показателе рабочей частоты.

Последний элемент схемы, выходной фильтр, сглаживает пульсации поступающего на вход выпрямленного напряжения. Поскольку это высокочастотные импульсы, здесь отпадает необходимость в применении конденсаторов и катушек большой мощности.

Сфера применения ИБП

Эра классических трансформаторных БП уходит в небытие. Импульсные преобразователи на основе полупроводниковых стабилизаторов повсеместно их вытесняют, поскольку при тех же значениях выходной мощности характеризуются гораздо меньшими весогабаритными показателями, они надёжнее аналоговых оппонентов и обладают намного более высоким КПД, позволяя снизить тепловые потери. Наконец, ИБП могут функционировать с входным напряжением в обширном диапазоне значений. Импульсный блок такого же размера, как трансформаторный, обладает в разы большей мощностью.

В настоящее время в сферах, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, используются практически только импульсные инверторы, при этом они могут обеспечить и повышение напряжения, что недоступно для классических аналоговых блоков. Ещё одним достоинством ИБП является способность обеспечить смену полярности выходного напряжения. Работа на высоких частотах облегчает функцию стабилизации/фильтрации выходных импульсов.

Малогабаритные инверторы, построенные на специализированных микросхемах, являются основой зарядных устройств всевозможных мобильных гаджетов, а надёжность их такова, что срок службы существенно превышает ресурс мобильных устройств. О компьютерных блоках питания мы уже упоминали. Отметим, что принцип работы ИБП используется в 12-вольтовых драйверах питания светодиодов.

Помогла ли вам данная статья разобраться с тем, какой же всё-таки принцип работы импульсного блока питания? Если что-то осталось непонятным или вы просто хотите поблагодарить за информацию, ждём вас в комментариях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector