Лабораторный импульсный блок питания 120 ВА

Лабораторный импульсный блок питания 120 ВА

На страницах радиожурналов все чаще появляются схемы импульсных блоков питания (ИБП) различной сложности. Сложные, навороченные импортными микросхемами, мощными полевыми транзисторами, не всем доступно. Детали к этим схемам дороги, да и купить их порой невозможно.

Телевизоры, компьютеры давно перешли на ИБП, появились сварочные импульсные трансформаторы.
Заманчиво иметь в гараже легкий экономичный переносной сварочный аппарат. Раньше меня устраивали блоки питания по старой классической схеме с трансформатором. Со временем меняются взгляды и передовое прочно занимает свои позиции.
Это мой первый опыт. С чего начать? Изучив все достоинства ИБП, схемы, их работу, решил начать с простого. Казалось просто: мостовая, полумостовая схема преобразователя и запускающий узел.

На деле оказалось не так-то просто, и мне пришлось сжечь несколько высоковольтных транзисторов. Все это от того, что мы часто не придерживаемся авторских схемных решений, а делаем из того, что есть.

Решить проблему из того, что есть, все-таки мне удалось и, возможно, мой опыт пригодится тому, кто впервые обратит впервые на импульсные схемы питания.
В журнале [1 ] напечатана очень простая схема импульсного преобразователя. Именно эта схема легла в основу моего ИБП.

Сначала собрал схему по авторскому варианту. Схема заработала с первого включения, но выходные параметры — 8 В и ток 2,5 А меня не устраивали. Мне надо лабораторный блок питания с регулируемым напряжением 0. 30 В и ток порядка 4-5 А. Не вдаваясь в глубокие расчеты, решил изменить параметры силового трансформатора, дросселей и конденсатора, ограничивающего выходной ток.

Прежде всего, увеличим сечение сердечника трансформатора по сравнению с авторским с 0,36 см2 до 1,65 см2 и, пропорционально уменьшив число витков, увеличим их сечение. Чтобы схема работала в более легком режиме, полученное количество витков увеличим на 25%, а еще лучше сделать отводы и подобрать оптимальный режим. Кроме того, переключая отводы, можно менять незначительно коэффициент трансформации.

Полученный ИБП обеспечил выходные напряжение 30 В и ток 4,5 А. К то му же легкий, малогабаритный. Добавив к нему регулятор напряжения, получил лабораторный ИБП.

Однако, при включении на рядом работающем радиоприемнике прослушивались помехи сети. Чтобы их исключить, пришлось к схеме добавить сетевой фильтр от помех. Таким образом, поставленная задача была решена.

Детали
Дроссели сетевого фильтра намотаны на ферритовом кольце НМ2000 25x14x6 в два провода.
Др1 — ПЭВ-2 по 20 витков диаметром 0,5 мм.
Др2 — ПЭВ-2 по 15 витков диаметром 0,5 мм.
Д1. Д4-КД226Г.
С1 — 0,1 мкФ х 400 В.
С2. СЗ — 4700 пФх 1,6 кВ.
С4-220 мкФ х 400 В.

Для визуальной видимости разряда конденсатора С4 установлена неоновая лампочка от индикации каналов старого телевизора. Можно установить любую, подобрав гасящее сопротивление R5.
VT1. VT2 — КТ835А или КТ846Б, радиаторы 50. 70 см2.
VD8. VD9 — КД2997, КД213 -один радиатор 70. 100 см2.
VT5 — КТ805А — замена на любой на 5. 10 А.
VT6 — КТ807А — замена КТ815, КТ817.

ДрЗ. Др4 — на ферритовом кольце 10x6x5 д = 600 по 8 витков ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм.
Т1 — на 2-х сложенных вместе ферритовых кольцах 40x25x11. Обмотка 1-150 витков с отводами от 120, 130, 140 витков ПЭВ-2 диаметром 0,4 мм. Обмотка II — 29+29 витков ПЭВ-2 диаметром 1,6 мм. Мотать в два провода с последующим соединением конца одной с началом другой обмотки.
Если долго работать на предельной мощности, то необходимо включать кулер или увеличить площадь радиаторов. Вентилятор лучше подключать в дежурном режиме. При t = 25°С вентилятор отключен.

При повышении температуры на радиаторах VT1 . VT2 свыше 30°С начинает вращаться вентилятор на медленных оборотах. С повышением температуры обороты увеличиваются, достигая максимума при t = 50°С.
Терморезистор лучше установить на радиатор транзистора VT1.

Налаживание
Следует помнить, что вся левая часть, включая первичную обмотку трансформатора, находятся под напряжением сети. Конденсатор С4 длительно сохраняет заряд. Поэтому до полного погасания неоновой лампочки касаться руками элементов сети опасно.
Собрав в миниатюрный модуль узел начального пуска, необходимо до установки проверить его работоспособность. Для этого через дроссель 60. 100 мкГн подать напряжение +9. 15 В в точку соединения А, а к R9, R10, С11 и осциллографом проверить сигнал в точке А и точке Б. Наличие высокочастотных колебаний показывает его работоспособность.

Первичное включение ИБП желательно производить через ЛАТР или, в крайнем случае, с последовательно включенной лампой накаливания 75. 100 ВА, предварительно на выходе подключить лампу 24. 27 В на ток 1 . 2 А. Регулятор установить на максимум накала. Конденсатор С6 установить 0,047 мкФ. Увеличить нагрузку путем подключения дополнительных лампочек до тех пор, пока ИБП не будет включаться. Увеличить С6 до 0,1 мкФ. ИБП снова будет включаться. Установить нагрузку на расчетный ток. В данном случае 4,5 А, при этом С6 надобно увеличить до 0,15 мкФ. Дальнейшее увеличение нагрузки приведет к срыву генерации, таким образом, схема защищается от перегрузки. На этом налаживание заканчивается.

Рубрика «Лабораторные блоки питания и стабилизаторы»

В этой рубрике будут представлены схемы различных стабилизаторов, лабораторных блоков питания и сопутствующих устройств.

Простой стабилизатор тока на LM317

Приветствуем Вас уважаемый посетитель данной Интернет странички. Хотим обратить Ваше внимание, что существует множество схем и вариантов изготовления светодиодного драйвера, посредством простого стабилизатора тока на LM317. Наиболее трудоёмкие и материально затратные, представляют собой дополнительные схематические решения, позволяющие при критических перепадах напряжения и силы тока, сохранить наиболее дорогостоящие электронные компоненты. Схема и принцип работы стабилизатора до …

Бестрансформаторые стабилизаторы

Бестрансформаторные стабилизаторы отлично подойдут для питания маломощного устройства не критичного к пульсациям напряжения. К том же они просты в изготовлении и компактны. Внимание схема работает от 220В, будьте внимательны, соблюдайте технику безопасности! Недостатки Следует учесть, что такие стабилизаторы обладают рядом недостатков и их применение ограничено: Имеется связь с фазой электросети. Выдаваемая мощность таким стабилизатором достаточно мала, около …

Стабилизатор напряжения на транзисторах

Стабилизатор на одном стабилитроне Стабилизатор на одном транзисторе Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением Стабилизатор на одном стабилитроне Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от …

Простейшая защита от короткого замыкания

Простейшая защита от короткого замыкания При наладке различной электро-радио аппаратуры бывает все идет не так как нам хотелось бы и происходит КЗ (короткое замыкание). Короткое замыкание опасно как для устройства, так и для человека, налаживающего его. Для защиты аппаратуры можно использовать устройство, схема которого представлена ниже. Принцип работы В качестве контролирующего элемента от короткого замыкания выступает …

Двуполярный регулируемый стабилизатор

Двуполярный регулируемый стабилизатор основана на микросхеме КР142ЕН5А. Такой стабилизатор обладает следующими характеристиками: используется малое количество элементов; простота в выборе трансформатора, так как можно использовать вторичную обмотку без центрального отвода; максимальный выходной ток до 1А; регулировка напряжения в пределах ± 5…15В. Принцип работы Диоды VD1, VD2 представляют собой выпрямитель с удвоением напряжения. Конденсаторы С1-С4 выполняют роль …

Простое устройство для защиты от перепадов в сети

Здравствуйте друзья! Для сохранения современной электроники в рабочем состоянии я рекомендую использовать средства защиты от перепадов напряжения в сети 220 В. Это особенно актуально в частном секторе, особенно зимой, когда многие люди используют электро обогреватели . Импульсные блоки питания могут выйти из строя как от высокого напряжения, так и от низкого. Предлагаемый мной способ достаточно дешевый, прост …

Автомобильный блок питания для ноутбука

Здравствуйте друзья! Для питания ноутбука от сети автомобиля я рекомендую использовать преобразователь напряжения с 12 в 19 Вольт. По сравнению с инверторами в 220В ток потребления данного устройства значительно ниже. В современных легковых автомобилях провода идущие на прикуриватель не предназначены на нагрузку более 10А. Соответственно для инверторов 220В я рекомендую протянуть отдельный силовой провод на …

Импульсный стабилизатор с регулировкой по напряжению

ШИМ-стабилизатор с регулировкой и защитой по напряжению Данная схема представляет собой понижающий регулятор с возможностью регулировки и защиты или ограничения тока. Особенностью устройства является применение в силовой части биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и микросхемы TL494 с двумя операционными усилителями. ОУ используются в цепи обратной отрицательной связи регулятора, обеспечивая оптимальный режим работы. Рабочие параметры …

Простой лабораторный блок питания на LM317

Здравствуйте друзья! Лабораторный блок питания необходим радиолюбителю, без него как без рук. Для начинающих радиолюбителей я предлагаю собрать схему простого стабилизатора с регулировкой по напряжению на микросхеме LM317, на очень распространенных и не дорогих радиоэлементах. Диапазон выходного напряжения от 1,5 до 37В. Ток может достигать 5А, зависит от используемого силового транзистора и теплоотвода. Входной трансформатор …

Как работает простой и мощный импульсный блок питания

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

Конструктивные особенности и принцип работы

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

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

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

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

Упрощенная структурная схема аналогового БП

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

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

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

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

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

Импульсные устройства

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

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

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

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

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

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

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

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

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

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

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

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

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

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

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

Сильные и слабые стороны импульсных источников

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

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

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

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

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

Сфера применения

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

• различные виды зарядных устройств; Зарядки и внешние БП
• внешние блоки питания;
• электронный балласт для осветительных приборов;
• БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.

Собираем импульсный БП своими руками

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

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

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

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

Схема регулируемого блока питания импульсного типа

Схема регулируемого блока питания, представленная в этой статье, является высокоэффективным устройством, необходимым практически любому радиолюбителю, так как такой регулируемый блок питания обеспечивает стабилизированное постоянное напряжения на выходе в диапазоне от 0.2v до 80v.

Схема регулируемого блока питания импульсного типа 0.2V-80V, 0-10A

Импульсный источник питания 0,2–80v построенный на основе теперь почти легендарной микросхеме TL494 может использоваться в различных устройствах, например таких как: двигатели, схемы зарядки аккумуляторов и так далее. Существует дополнительная схема SMPS с импульсным преобразователем переменного напряжения в постоянное TNY267, предназначенного для питания таких элементов, как микросхема TL494, вентиляторы, реле. Как и многие компоненты схемы, используемые в проекте SMPS, добыты были из блоков питания ПК.

Регулируемые параметры цепи импульсного блока питания:

Описание подключения:

Напряжение сети проходит через входной фильтр, состоящий из тороидального дросселя TL1 и конденсаторов C2, C8. Напряжение подается на мостовой выпрямитель через резистор R16, который ограничивает удар тока, вызванный зарядкой сглаживающих конденсаторов после включения источника питания.

После запуска вспомогательного источника реле К1 замыкает резистор R16 и отключает его от цепи. За выпрямителем напряжение фильтруется парой электролитических конденсаторов C10, C11. Это напряжение обеспечивает основное и вспомогательное питание. Резистор R20 разряжает конденсаторы после отключения питания.

В качестве выходного силового трансформатора E65 можно использовать эффективный сердечнике ETD34 из ферритового кольца N87, тогда есть надежда, что трансформатор не будет сильно нагреваться. Расчеты трансформатора SMPS выполняются с помощью специальных программ, например: «Программы расчета обмоток трансформатора преобразователя SMPS». Ниже показан снимок, сделанный во время намотки трансформатора. У микросхемы TL494 рабочая частота составляет 50 кГц.

Шунт амперметра

Я сделал шунтирующий резистор для амперметра из двух медных прямоугольников 15x15x5 мм, и спаянных между собой проводами диаметром 0,56 мм с сопротивлением 1.761Ω на 1 метр длины. Мощность шунта составляет 50 Вт, а его основное предназначение, это — контроль тока в схеме регулируемого блока питания. В качестве прямоугольников были использованы медные подложки корпуса TO220 от транзисторов.

По сути, это проходной преобразователь одностороннего действия, управляемый известной микросхемой TL494. Вспомогательный источник — это блокирующий преобразователь, управляемый схемой TNY267. Интегральную схему TL494 и часть комплектующих можно получить, разобрав старый компьютерный блок питания. БП имеет непрерывную регулировку напряжения и тока, кроме этого, есть защита от перегрузки по току конечных транзисторов и защита от перегрузки по току в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

Принципиальная схема регулируемого блока питания ИБП 80v 10А

Схема регулируемого блока питания построена на односторонней печатной плате, и все силовые компоненты, нуждающиеся в охлаждении, расположены на краю платы, поэтому их можно легко прикрепить к радиатору. В схема не предусмотрены сетевой предохранитель, автоматический выключатель или диод защиты от обратной полярности, они должны быть добавлены при установке в корпус. Кроме того, конструкция не решает проблему тепловой защиты, поскольку охлаждение должно решаться только в зависимости от конфигурации используемого корпуса.

Скачать: плата Eagle cad, схема и все остальное, относящаяся к регулируемой цепи SMPS: 10A-80V.rar

Получить более подробную информацию о схеме регулируемого блока питания можно здесь