Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как проверить трансформатор импульсного блока питания

Основным элементом источника питания цифровых приборов является устройство преобразования тока и напряжения. Поэтому при поломке оборудования часто подозрение падает именно на него. Проще всего проверить импульсный трансформатор мультиметром. Существуют несколько способов измерений. Какой выбрать — зависит от ситуации и предполагаемых повреждений. При этом самостоятельно выполнить проверку любым из них совсем несложно.

Конструкция преобразователя

Перед тем как приступить непосредственно к проверке импульсного трансформатора (ИТ), желательно знать, как он устроен, понимать принцип действия и различать существующие виды. Такое импульсное устройство используется не только как часть блока питания, его задействуют при построении защиты от короткого замыкания в режиме холостого хода и в качестве стабилизирующего элемента.

Импульсный трансформатор используется для преобразования величины тока и напряжения без изменения их формы. То есть он может изменить амплитуду и полярность различного рода импульса, согласовать между собой различные электронные каскады, создать надёжную и устойчивую обратную связь. Поэтому главным требованием, предъявляемым к нему, является сохранение формы импульса.

Добиваются этого снижением паразитных величин, таких как межвитковая ёмкость и индуктивность, путём использования небольших сердечников, расположением витков, уменьшением числа обмоток. Основными характеристиками трансформатора являются: мощность и рабочее напряжение. Конструктивно устройство может быть выполнено в следующем виде:

  • стержневом — магнитопровод такого трансформатора выполняется из П-образных пластин, обхваченных обмотками;
  • броневом — используются Ш-образные пластины, а обмотки располагаются в катушках, образуя своеобразную броню;
  • тороидальном — его вид напоминает геометрическую фигуру тор, при этом он не имеет катушек, а обмотка наматывается на сердечник;
  • смешанном (бронестержневом) — собирается из четырёх катушек и магнитопровода совмещённого типа.

Магнитопровод в трансформаторе выполняется из пластин электротехнической стали, кроме тороидальной формы, в которой он сделан из рулонного или ферромагнитного материала. Каркасы катушек размещаются на изоляторах, а провода используются только медные. Толщина пластин подбирается в зависимости от частоты.

Расположение обмоток может быть выполнено спиральным, коническим и цилиндрическим видом. Особенностью первого типа является использование не проволоки, а широкой тонкой фольгированной ленты. Второго — выполняются с различной толщиной изоляции, влияющей на напряжение между первичной и вторичной обмотки. Третьего же типа представляют собой конструкции с намотанной проволокой на стержень по спирали.

Принцип работы устройства

Принцип действия ИТ основан на возникновении электромагнитной индукции. Так, если на первичную обмотку подать напряжение, то по ней начнёт протекать переменный ток. Его появление приведёт к возникновению непостоянного по своей величине магнитного потока. Таким образом, эта катушка является своего рода источником магнитного поля. Этот поток по короткозамкнутому сердечнику передаётся на вторичную обмотку, индуцируя на ней электродвижущую силу (ЭДС).

Величина напряжения на выходе зависит от отношения числа витков между первичной обмоткой и вторичной, а от сечения используемого провода зависит максимальная сила тока. При подключении к выходу мощной нагрузки увеличивается потребление тока, что при малом сечении проволоки приводит трансформатор к перегреву, повреждению изоляции и перегоранию.

Работа ИТ зависит также от частоты сигнала, который подаётся на первичную обмотку. Чем выше будет эта частота, тем меньшие потери будут происходить при трансформации энергии. Поэтому при высокой скорости подаваемых импульсов размеры устройства могут быть меньшими. Достигается это работой магнитопровода в режиме насыщения, а для снижения остаточной индукции используется небольшой воздушный зазор. Этот принцип и используется при построении ИТ, на который подаётся сигнал с длительностью всего в несколько микросекунд.

Подготовка и проверка

Для проверки на работоспособность импульсного трансформатора можно использовать как аналоговый мультиметр, так и цифровой. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования. Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления. После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко. Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

С цифровым мультиметром проще. В его конструкции используется анализатор, который следит за состоянием батареи и при ухудшении её параметров выводит на экран тестера сообщение о необходимой её замене.

При проверке параметров трансформатора используется два принципиально разных подхода. Первый заключается в оценке исправности непосредственно в схеме, а второй — автономно от неё. Но важно понимать, что если ИТ не выпаять из схемы, или хотя бы не отсоединить ряд выводов, то погрешность измерения может быть очень большой. Связано это с другими радиоэлементами, шунтирующими вход и выход устройства.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация. Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

  • повреждение сердечника;
  • отгоревший контакт;
  • пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
  • разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.

Исследование на обрыв и КЗ

Для проверки целостности обмоток лучше всего использовать цифровой тестер, но можно исследовать их и с помощью стрелочного. В первом случае используется режим прозвонки диодов, обозначенный на мультиметре символом -|>| –))). Для определения обрыва к цифровому прибору подключаются измерительные провода. Один вставляется в разъёмы, обозначенные V/Ω, а второй — в COM. Галетный переключатель переводится в область прозвонки. Измерительными щупами последовательно дотрагиваются до каждой обмотки, красным — к одному её выводу, а чёрным — к другому. При её целостности мультиметр запищит.

Аналоговым тестером проверка выполняется в режиме замера сопротивлений. Для этого на тестере выбирается наименьший диапазон измерения сопротивлений. Это может быть реализовано через кнопки или переключатель. Щупами прибора, так же как и в случае с цифровым мультиметром, дотрагиваются до начала и конца обмотки. При её повреждении стрелка останется на месте и не отклонится.

Таким же образом происходит проверка на короткое замыкание. Возникнуть КЗ может из-за пробоя изоляции. В результате сопротивление обмотки уменьшится, что приведёт к перераспределению в устройстве магнитного потока. Для проведения тестирования мультиметр переключается в режим проверки сопротивления. Дотрагиваясь щупами до обмоток, смотрят результат на цифровом дисплее или на шкале (отклонение стрелки). Этот результат не должен быть менее 10 Ом.

Чтобы убедиться в отсутствии КЗ на магнитопровод, одним щупом прикасаются к «железу» трансформатора, а вторым — последовательно к каждой обмотке. Отклонения стрелки или появления звукового сигнала быть не должно. Стоит отметить, что прозвонить тестером межвитковое замыкание можно только в приближённом виде, так как погрешность прибора довольно высока.

Измерения напряжения и тока

При подозрении на неисправность трансформатора тестирование можно провести, и не отключая его полностью от схемы. Такой метод проверки называется прямым, но связан с риском получить удар электрическим током. Суть действий в измерении тока заключается в выполнении следующих этапов:

  • из схемы выпаивается одна из ножек вторичной обмотки;
  • провод чёрного цвета вставляется в гнездо мультиметра COM, а красного — подключается к разъёму, обозначенному буквой А;
  • переключатель устройства переводится в положение, соответствующее зоне ACA.
  • щупом, подключённым к красному проводу, касаются свободной ножки, а к чёрному — места, к которому она была припаяна.

При подаче напряжения, если трансформатор работоспособный, через него начнёт протекать ток, значение которого и можно будет увидеть на экране тестера. Если ИТ имеет несколько вторичных обмоток, то сила тока проверяется на каждой из них.

Измерение же напряжения заключается в следующем. Схема с установленным трансформатором подключается к источнику питания, а затем тестер переключается на область ACV (переменный сигнал). Штекеры проводов вставляются в гнёзда V/Ω и COM и прикасаются к началу и концу обмотки. Если ИТ исправен, то на экране отобразится результат.

Снятие характеристики

Чтобы иметь возможность проверить трансформатор мультиметром таким методом, необходима его вольт-амперная характеристика. Этот график отображает зависимость между разностью потенциалов на выводах вторичных обмоток и силы тока, приводящей к их намагничиванию.

Суть метода лежит в следующем: трансформатор извлекается из схемы, на его вторичную обмотку с помощью генератора подаются импульсы разной величины. Подводимой на катушку мощности должно быть достаточно для насыщения магнитопровода. Каждый раз при изменении импульса измеряется сила тока в катушке и напряжение на выходе источника, а магнитопровод размагничивается. Для этого после снятия напряжения ток в обмотке увеличивается за несколько подходов, после чего снижается до нуля.

По мере снятия ВАХ её реальная характеристика сравнивается с эталонной. Снижение её крутизны свидетельствует o появление в трансформаторе межвиткового замыкания. Важно отметить, что для построения вольт-амперной характеристики необходимо использовать мультиметр с электродинамической головкой (стрелочный).

Таким образом, используя обычный мультиметр, можно с большой долей вероятности определить работоспособность ИТ, но для этого лучше всего выполнить комплекс измерений. Хотя для правильной интерпретации результата, следует понимать принцип работы устройства и представлять, какие процессы происходят в нём, но в принципе для успешного измерения достаточно лишь уметь переключать прибор в разные режимы.

Основным элементом источника питания цифровых приборов является устройство преобразования тока и напряжения. Поэтому при поломке оборудования часто подозрение падает именно на него. Проще всего проверить импульсный трансформатор мультиметром. Существуют несколько способов измерений. Какой выбрать — зависит от ситуации и предполагаемых повреждений. При этом самостоятельно выполнить проверку любым из них совсем несложно.

Конструкция преобразователя

Перед тем как приступить непосредственно к проверке импульсного трансформатора (ИТ), желательно знать, как он устроен, понимать принцип действия и различать существующие виды. Такое импульсное устройство используется не только как часть блока питания, его задействуют при построении защиты от короткого замыкания в режиме холостого хода и в качестве стабилизирующего элемента.

Импульсный трансформатор используется для преобразования величины тока и напряжения без изменения их формы. То есть он может изменить амплитуду и полярность различного рода импульса, согласовать между собой различные электронные каскады, создать надёжную и устойчивую обратную связь. Поэтому главным требованием, предъявляемым к нему, является сохранение формы импульса.

Добиваются этого снижением паразитных величин, таких как межвитковая ёмкость и индуктивность, путём использования небольших сердечников, расположением витков, уменьшением числа обмоток. Основными характеристиками трансформатора являются: мощность и рабочее напряжение. Конструктивно устройство может быть выполнено в следующем виде:

  • стержневом — магнитопровод такого трансформатора выполняется из П-образных пластин, обхваченных обмотками;
  • броневом — используются Ш-образные пластины, а обмотки располагаются в катушках, образуя своеобразную броню;
  • тороидальном — его вид напоминает геометрическую фигуру тор, при этом он не имеет катушек, а обмотка наматывается на сердечник;
  • смешанном (бронестержневом) — собирается из четырёх катушек и магнитопровода совмещённого типа.

Магнитопровод в трансформаторе выполняется из пластин электротехнической стали, кроме тороидальной формы, в которой он сделан из рулонного или ферромагнитного материала. Каркасы катушек размещаются на изоляторах, а провода используются только медные. Толщина пластин подбирается в зависимости от частоты.

Расположение обмоток может быть выполнено спиральным, коническим и цилиндрическим видом. Особенностью первого типа является использование не проволоки, а широкой тонкой фольгированной ленты. Второго — выполняются с различной толщиной изоляции, влияющей на напряжение между первичной и вторичной обмотки. Третьего же типа представляют собой конструкции с намотанной проволокой на стержень по спирали.

Принцип работы устройства

Принцип действия ИТ основан на возникновении электромагнитной индукции. Так, если на первичную обмотку подать напряжение, то по ней начнёт протекать переменный ток. Его появление приведёт к возникновению непостоянного по своей величине магнитного потока. Таким образом, эта катушка является своего рода источником магнитного поля. Этот поток по короткозамкнутому сердечнику передаётся на вторичную обмотку, индуцируя на ней электродвижущую силу (ЭДС).

Величина напряжения на выходе зависит от отношения числа витков между первичной обмоткой и вторичной, а от сечения используемого провода зависит максимальная сила тока. При подключении к выходу мощной нагрузки увеличивается потребление тока, что при малом сечении проволоки приводит трансформатор к перегреву, повреждению изоляции и перегоранию.

Работа ИТ зависит также от частоты сигнала, который подаётся на первичную обмотку. Чем выше будет эта частота, тем меньшие потери будут происходить при трансформации энергии. Поэтому при высокой скорости подаваемых импульсов размеры устройства могут быть меньшими. Достигается это работой магнитопровода в режиме насыщения, а для снижения остаточной индукции используется небольшой воздушный зазор. Этот принцип и используется при построении ИТ, на который подаётся сигнал с длительностью всего в несколько микросекунд.

Подготовка и проверка

Для проверки на работоспособность импульсного трансформатора можно использовать как аналоговый мультиметр, так и цифровой. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования. Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления. После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко. Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

С цифровым мультиметром проще. В его конструкции используется анализатор, который следит за состоянием батареи и при ухудшении её параметров выводит на экран тестера сообщение о необходимой её замене.

При проверке параметров трансформатора используется два принципиально разных подхода. Первый заключается в оценке исправности непосредственно в схеме, а второй — автономно от неё. Но важно понимать, что если ИТ не выпаять из схемы, или хотя бы не отсоединить ряд выводов, то погрешность измерения может быть очень большой. Связано это с другими радиоэлементами, шунтирующими вход и выход устройства.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация. Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

  • повреждение сердечника;
  • отгоревший контакт;
  • пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
  • разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.

Исследование на обрыв и КЗ

Для проверки целостности обмоток лучше всего использовать цифровой тестер, но можно исследовать их и с помощью стрелочного. В первом случае используется режим прозвонки диодов, обозначенный на мультиметре символом -|>| –))). Для определения обрыва к цифровому прибору подключаются измерительные провода. Один вставляется в разъёмы, обозначенные V/Ω, а второй — в COM. Галетный переключатель переводится в область прозвонки. Измерительными щупами последовательно дотрагиваются до каждой обмотки, красным — к одному её выводу, а чёрным — к другому. При её целостности мультиметр запищит.

Аналоговым тестером проверка выполняется в режиме замера сопротивлений. Для этого на тестере выбирается наименьший диапазон измерения сопротивлений. Это может быть реализовано через кнопки или переключатель. Щупами прибора, так же как и в случае с цифровым мультиметром, дотрагиваются до начала и конца обмотки. При её повреждении стрелка останется на месте и не отклонится.

Таким же образом происходит проверка на короткое замыкание. Возникнуть КЗ может из-за пробоя изоляции. В результате сопротивление обмотки уменьшится, что приведёт к перераспределению в устройстве магнитного потока. Для проведения тестирования мультиметр переключается в режим проверки сопротивления. Дотрагиваясь щупами до обмоток, смотрят результат на цифровом дисплее или на шкале (отклонение стрелки). Этот результат не должен быть менее 10 Ом.

Чтобы убедиться в отсутствии КЗ на магнитопровод, одним щупом прикасаются к «железу» трансформатора, а вторым — последовательно к каждой обмотке. Отклонения стрелки или появления звукового сигнала быть не должно. Стоит отметить, что прозвонить тестером межвитковое замыкание можно только в приближённом виде, так как погрешность прибора довольно высока.

Измерения напряжения и тока

При подозрении на неисправность трансформатора тестирование можно провести, и не отключая его полностью от схемы. Такой метод проверки называется прямым, но связан с риском получить удар электрическим током. Суть действий в измерении тока заключается в выполнении следующих этапов:

  • из схемы выпаивается одна из ножек вторичной обмотки;
  • провод чёрного цвета вставляется в гнездо мультиметра COM, а красного — подключается к разъёму, обозначенному буквой А;
  • переключатель устройства переводится в положение, соответствующее зоне ACA.
  • щупом, подключённым к красному проводу, касаются свободной ножки, а к чёрному — места, к которому она была припаяна.

При подаче напряжения, если трансформатор работоспособный, через него начнёт протекать ток, значение которого и можно будет увидеть на экране тестера. Если ИТ имеет несколько вторичных обмоток, то сила тока проверяется на каждой из них.

Измерение же напряжения заключается в следующем. Схема с установленным трансформатором подключается к источнику питания, а затем тестер переключается на область ACV (переменный сигнал). Штекеры проводов вставляются в гнёзда V/Ω и COM и прикасаются к началу и концу обмотки. Если ИТ исправен, то на экране отобразится результат.

Снятие характеристики

Чтобы иметь возможность проверить трансформатор мультиметром таким методом, необходима его вольт-амперная характеристика. Этот график отображает зависимость между разностью потенциалов на выводах вторичных обмоток и силы тока, приводящей к их намагничиванию.

Суть метода лежит в следующем: трансформатор извлекается из схемы, на его вторичную обмотку с помощью генератора подаются импульсы разной величины. Подводимой на катушку мощности должно быть достаточно для насыщения магнитопровода. Каждый раз при изменении импульса измеряется сила тока в катушке и напряжение на выходе источника, а магнитопровод размагничивается. Для этого после снятия напряжения ток в обмотке увеличивается за несколько подходов, после чего снижается до нуля.

По мере снятия ВАХ её реальная характеристика сравнивается с эталонной. Снижение её крутизны свидетельствует o появление в трансформаторе межвиткового замыкания. Важно отметить, что для построения вольт-амперной характеристики необходимо использовать мультиметр с электродинамической головкой (стрелочный).

Таким образом, используя обычный мультиметр, можно с большой долей вероятности определить работоспособность ИТ, но для этого лучше всего выполнить комплекс измерений. Хотя для правильной интерпретации результата, следует понимать принцип работы устройства и представлять, какие процессы происходят в нём, но в принципе для успешного измерения достаточно лишь уметь переключать прибор в разные режимы.

При ремонте частотных преобразователей и других устройств промышленной электроники, имеющих в своем составе импульсный блок питания, часто появляется необходимость в диагностике состояния трансформаторов.

В практике ремонта разработано много различных методик, которые позволяют с требуемой для ремонта точностью отбраковывать неисправные трансформаторы импульсных источников питания.

Для проверки трансформаторов этим способом потребуется генератор сигналов синусоидальной формы с частотным диапазоном 10 – 150 кГц и цифровой или аналоговый осциллограф. Для начала проверки на первичную обмотку трансформатора последовательно через неполярный конденсатор с номинальной емкостью 0.3-1.6 мкФ подаем тестовый сигнал с выхода генератора с амплитудой 4 – 11 В. Ко вторичной обмотке подключаем вход осциллографа и наблюдаем форму сигнала. Изменяя значение частоты на выходе генератора сигналов важно на каком-то определенном участке частотного диапазона обнаружить форму сигнала в виде чистой, неискаженной, синусоиды. Если же форма сигнала окажется искаженной, отличной от синусоиды, то с высокой степенью вероятности можно сделать заключение, что проверяемый трансформатор содержит межвитковое замыкание или обрыв.

Для тестирования трансформатора паралелльно первичной обмотке подключаем неполярный конденсатор с номинальной емкостью 0.05-1.5 мкФ и подаем на нее тестовый сигнал с генератора синусоиды амплитудой 4 – 11 В. Вход осциллографа также подключаем параллельно конденсатору и первичной обмотке. Теперь, регулируя частоту генератора сигналов на собранном параллельном колебательном контуре, производим поиск участка резонанса, ожидая максимальный размах сигнала на дисплее осциллографа. Далее, на время проведения проверки, вторичную обмотку трансформатора необходимо замкнуть накоротко – это приведет к исчезновению колебаний в контуре. Из описанного следует, что наличие короткозамкнутых витков приводит к срыву эффекта резонанса в колебательном контуре. Таким образом, если в одной из обмоток тестируемого трансформатора есть межвитковое замыкание, то мы не обнаружим эффект резонанса, изменяя выходную частоту тестового генератора.

Принцип тестирования трансформатора тот же, но теперь применяется последовательный контур вместо параллельного и происходит резкий срыв устойчивых колебаний при достижении эффекта резонанса. Последовательная цепь будет состоять из осциллографа, генератора сигналов, конденсатора и первичной обмотки трансформатора. Достигнуть эффекта резонанса будет невозможно, если присутствуют короткозамкнутые витки в одной из обмоток трансформатора.

Перечисленные выше способы можно применять для проверки силовых трансформаторов преобразователей, а также разделительных трансформаторов, используемых для гальванической развязки цепей управления в устройствах силовой электроники.

Время выполнения запроса: 0,00396609306335 секунд.

Как проверить трансформатор импульсного блока питания мультиметром

Основным элементом источника питания цифровых приборов является устройство преобразования тока и напряжения. Поэтому при поломке оборудования часто подозрение падает именно на него. Проще всего проверить импульсный трансформатор мультиметром. Существуют несколько способов измерений. Какой выбрать — зависит от ситуации и предполагаемых повреждений. При этом самостоятельно выполнить проверку любым из них совсем несложно.

Конструкция преобразователя

Перед тем как приступить непосредственно к проверке импульсного трансформатора (ИТ), желательно знать, как он устроен, понимать принцип действия и различать существующие виды. Такое импульсное устройство используется не только как часть блока питания, его задействуют при построении защиты от короткого замыкания в режиме холостого хода и в качестве стабилизирующего элемента.

Импульсный трансформатор используется для преобразования величины тока и напряжения без изменения их формы. То есть он может изменить амплитуду и полярность различного рода импульса, согласовать между собой различные электронные каскады, создать надёжную и устойчивую обратную связь. Поэтому главным требованием, предъявляемым к нему, является сохранение формы импульса.

Добиваются этого снижением паразитных величин, таких как межвитковая ёмкость и индуктивность, путём использования небольших сердечников, расположением витков, уменьшением числа обмоток. Основными характеристиками трансформатора являются: мощность и рабочее напряжение. Конструктивно устройство может быть выполнено в следующем виде:

  • стержневом — магнитопровод такого трансформатора выполняется из П-образных пластин, обхваченных обмотками;
  • броневом — используются Ш-образные пластины, а обмотки располагаются в катушках, образуя своеобразную броню;
  • тороидальном — его вид напоминает геометрическую фигуру тор, при этом он не имеет катушек, а обмотка наматывается на сердечник;
  • смешанном (бронестержневом) — собирается из четырёх катушек и магнитопровода совмещённого типа.

Магнитопровод в трансформаторе выполняется из пластин электротехнической стали, кроме тороидальной формы, в которой он сделан из рулонного или ферромагнитного материала. Каркасы катушек размещаются на изоляторах, а провода используются только медные. Толщина пластин подбирается в зависимости от частоты.

Расположение обмоток может быть выполнено спиральным, коническим и цилиндрическим видом. Особенностью первого типа является использование не проволоки, а широкой тонкой фольгированной ленты. Второго — выполняются с различной толщиной изоляции, влияющей на напряжение между первичной и вторичной обмотки. Третьего же типа представляют собой конструкции с намотанной проволокой на стержень по спирали.

Принцип работы устройства

Принцип действия ИТ основан на возникновении электромагнитной индукции. Так, если на первичную обмотку подать напряжение, то по ней начнёт протекать переменный ток. Его появление приведёт к возникновению непостоянного по своей величине магнитного потока. Таким образом, эта катушка является своего рода источником магнитного поля. Этот поток по короткозамкнутому сердечнику передаётся на вторичную обмотку, индуцируя на ней электродвижущую силу (ЭДС).

Величина напряжения на выходе зависит от отношения числа витков между первичной обмоткой и вторичной, а от сечения используемого провода зависит максимальная сила тока. При подключении к выходу мощной нагрузки увеличивается потребление тока, что при малом сечении проволоки приводит трансформатор к перегреву, повреждению изоляции и перегоранию.

Работа ИТ зависит также от частоты сигнала, который подаётся на первичную обмотку. Чем выше будет эта частота, тем меньшие потери будут происходить при трансформации энергии. Поэтому при высокой скорости подаваемых импульсов размеры устройства могут быть меньшими. Достигается это работой магнитопровода в режиме насыщения, а для снижения остаточной индукции используется небольшой воздушный зазор. Этот принцип и используется при построении ИТ, на который подаётся сигнал с длительностью всего в несколько микросекунд.

Подготовка и проверка

Для проверки на работоспособность импульсного трансформатора можно использовать как аналоговый мультиметр, так и цифровой. Применение второго предпочтительней из-за удобства его использования. Суть подготовки цифрового тестера сводится к проверке элемента питания и измерительных проводов. В то же время прибор стрелочного типа в дополнение к этому ещё дополнительно подстраивается.

Настройка аналогового прибора происходит путём переключения режима работы в область измерения минимально возможного сопротивления. После в гнёзда тестера вставляются два провода и перемыкаются накоротко. Специальной построечной ручкой положение стрелки устанавливается напротив нуля. Если же стрелку выставить в ноль не удаётся, то это свидетельствует о разрядившихся элементах питания, которые необходимо будет заменить.

С цифровым мультиметром проще. В его конструкции используется анализатор, который следит за состоянием батареи и при ухудшении её параметров выводит на экран тестера сообщение о необходимой её замене.

При проверке параметров трансформатора используется два принципиально разных подхода. Первый заключается в оценке исправности непосредственно в схеме, а второй — автономно от неё. Но важно понимать, что если ИТ не выпаять из схемы, или хотя бы не отсоединить ряд выводов, то погрешность измерения может быть очень большой. Связано это с другими радиоэлементами, шунтирующими вход и выход устройства.

Порядок выявления дефектов

Важным этапом проверки трансформатора мультиметром является определение обмоток. При этом их направление существенной роли не играет. Сделать это можно по маркировке, нанесённой на устройство. Обычно на трансформаторе указывается определённый код.

В отдельных случаях на ИТ может быть нанесена схема расположения обмоток или даже подписаны их выводы. Если же трансформатор установлен в прибор, то в нахождении распиновки поможет принципиальная электрическая схема или спецификация. Также часто обозначения обмоток, а именно напряжения и общий вывод, подписываются на самом текстолите платы возле разъёмов, к которым подключается устройство.

После того как выводы определены, можно приступать непосредственно к проверке трансформатора. Перечень неисправностей, которые могут возникнуть в устройстве, ограничен четырьмя пунктами:

  • повреждение сердечника;
  • отгоревший контакт;
  • пробой изоляции, приводящий к межвитковому или корпусному замыканию;
  • разрыв проволоки.

Последовательность проверки сводится к первоначальному внешнему осмотру трансформатора. Он внимательно проверяется на почернения, сколы, а также запах. Если явных повреждений не выявлено, то переходят к измерению мультиметром.

Исследование на обрыв и КЗ

Для проверки целостности обмоток лучше всего использовать цифровой тестер, но можно исследовать их и с помощью стрелочного. В первом случае используется режим прозвонки диодов, обозначенный на мультиметре символом -|>| –))). Для определения обрыва к цифровому прибору подключаются измерительные провода. Один вставляется в разъёмы, обозначенные V/Ω, а второй — в COM. Галетный переключатель переводится в область прозвонки. Измерительными щупами последовательно дотрагиваются до каждой обмотки, красным — к одному её выводу, а чёрным — к другому. При её целостности мультиметр запищит.

Аналоговым тестером проверка выполняется в режиме замера сопротивлений. Для этого на тестере выбирается наименьший диапазон измерения сопротивлений. Это может быть реализовано через кнопки или переключатель. Щупами прибора, так же как и в случае с цифровым мультиметром, дотрагиваются до начала и конца обмотки. При её повреждении стрелка останется на месте и не отклонится.

Таким же образом происходит проверка на короткое замыкание. Возникнуть КЗ может из-за пробоя изоляции. В результате сопротивление обмотки уменьшится, что приведёт к перераспределению в устройстве магнитного потока. Для проведения тестирования мультиметр переключается в режим проверки сопротивления. Дотрагиваясь щупами до обмоток, смотрят результат на цифровом дисплее или на шкале (отклонение стрелки). Этот результат не должен быть менее 10 Ом.

Чтобы убедиться в отсутствии КЗ на магнитопровод, одним щупом прикасаются к «железу» трансформатора, а вторым — последовательно к каждой обмотке. Отклонения стрелки или появления звукового сигнала быть не должно. Стоит отметить, что прозвонить тестером межвитковое замыкание можно только в приближённом виде, так как погрешность прибора довольно высока.

Измерения напряжения и тока

При подозрении на неисправность трансформатора тестирование можно провести, и не отключая его полностью от схемы. Такой метод проверки называется прямым, но связан с риском получить удар электрическим током. Суть действий в измерении тока заключается в выполнении следующих этапов:

  • из схемы выпаивается одна из ножек вторичной обмотки;
  • провод чёрного цвета вставляется в гнездо мультиметра COM, а красного — подключается к разъёму, обозначенному буквой А;
  • переключатель устройства переводится в положение, соответствующее зоне ACA.
  • щупом, подключённым к красному проводу, касаются свободной ножки, а к чёрному — места, к которому она была припаяна.

При подаче напряжения, если трансформатор работоспособный, через него начнёт протекать ток, значение которого и можно будет увидеть на экране тестера. Если ИТ имеет несколько вторичных обмоток, то сила тока проверяется на каждой из них.

Измерение же напряжения заключается в следующем. Схема с установленным трансформатором подключается к источнику питания, а затем тестер переключается на область ACV (переменный сигнал). Штекеры проводов вставляются в гнёзда V/Ω и COM и прикасаются к началу и концу обмотки. Если ИТ исправен, то на экране отобразится результат.

Снятие характеристики

Чтобы иметь возможность проверить трансформатор мультиметром таким методом, необходима его вольт-амперная характеристика. Этот график отображает зависимость между разностью потенциалов на выводах вторичных обмоток и силы тока, приводящей к их намагничиванию.

Суть метода лежит в следующем: трансформатор извлекается из схемы, на его вторичную обмотку с помощью генератора подаются импульсы разной величины. Подводимой на катушку мощности должно быть достаточно для насыщения магнитопровода. Каждый раз при изменении импульса измеряется сила тока в катушке и напряжение на выходе источника, а магнитопровод размагничивается. Для этого после снятия напряжения ток в обмотке увеличивается за несколько подходов, после чего снижается до нуля.

По мере снятия ВАХ её реальная характеристика сравнивается с эталонной. Снижение её крутизны свидетельствует o появление в трансформаторе межвиткового замыкания. Важно отметить, что для построения вольт-амперной характеристики необходимо использовать мультиметр с электродинамической головкой (стрелочный).

Таким образом, используя обычный мультиметр, можно с большой долей вероятности определить работоспособность ИТ, но для этого лучше всего выполнить комплекс измерений. Хотя для правильной интерпретации результата, следует понимать принцип работы устройства и представлять, какие процессы происходят в нём, но в принципе для успешного измерения достаточно лишь уметь переключать прибор в разные режимы.

В современной технике трансформаторы применяют довольно часто. Эти приборы используются, чтобы увеличивать или уменьшать параметры переменного электрического тока. Трансформатор состоит из входной и нескольких (или хотя бы одной) выходных обмоток на магнитном сердечнике. Это его основные компоненты. Случается, что прибор выходит из строя и возникает необходимость в его ремонте или замене. Установить, исправен ли трансформатор, можно при помощи домашнего мультиметра собственными силами. Итак, как проверить трансформатор мультиметром?

Основы и принцип работы

Сам по себе трансформатор относится к элементарным устройствам, а принцип его действия основан на двустороннем преобразовании возбуждаемого магнитного поля. Что характерно, индуцировать магнитное поле можно исключительно при помощи переменного тока. Если приходится работать с постоянным, вначале его надо преобразовывать.

На сердечник устройства намотана первичная обмотка, на которую и подается внешнее переменное напряжение с определенными характеристиками. Следом идут она или несколько вторичных обмоток, в которых индуцируется переменное напряжение. Коэффициент передачи зависит от разницы в количестве витков и свойств сердечника.

Разновидности

Сегодня на рынке можно найти множество разновидностей трансформатора. В зависимости от выбранной производителем конструкции могут использоваться разнообразные материалы. Что касается формы, она выбирается исключительно из удобства размещения устройства в корпусе электроприбора. На расчетную мощность влияет лишь конфигурация и материал сердечника. При этом направление витков ни на что не влияет – обмотки наматываются как навстречу, так и друг от друга. Единственным исключением является идентичный выбор направления в случае, если используется несколько вторичных обмоток.

Для проверки подобного устройства достаточно обычного мультиметра, который и будет использоваться, как тестер трансформаторов тока. Никаких специальных приборов не потребуется.

Порядок проверки

Проверка трансформатора начинается с определения обмоток. Сделать это можно при помощи маркировки на устройстве. Должны быть указаны номера выводов, а также обозначения их типа, что позволяет установить больше информации по справочникам. В отдельных случаях имеются даже поясняющие рисунки. Если же трансформатор установлен в какой-то электронный прибор, то прояснить ситуацию сможет принципиальная электронная схема этого прибора, а также подробная спецификация.

Итак, когда все выводы определены, приходит черед тестера. С его помощью можно установить две наиболее частые неисправности – замыкание (на корпус или соседнюю обмотку) и обрыв обмотки. В последнем случае в режиме омметра (измерения сопротивления) перезваниваются все обмотки по очереди. Если какое-то из измерений показывает единицу, то есть бесконечное сопротивление, то налицо обрыв.

Здесь имеется важный нюанс. Проверять лучше на аналоговом приборе, так как цифровой может выдавать искаженные показания из-за высокой индукции, что особенно характерно для обмоток с большим числом витков.

Когда ведется проверка замыкания на корпус, один из щупов подсоединяют к выводу обмотки, в то время как вторым позванивают выводы всех прочих обмоток и самого корпуса. Для проверки последнего потребуется предварительно зачистить место контакта от лака и краски.

Определение межвиткового замыкания

Другой частой поломкой трансформаторов является межвитковое замыкание. Проверить импульсный трансформатор на предмет подобной неисправности с одним лишь мультиметром практически нереально. Однако, если привлечь обоняние, внимательность и острое зрение, задача вполне может решиться.

Немного теории. Проволока на трансформаторе изолируется исключительно собственным лаковым покрытием. Если имеет место пробой изоляции, сопротивление межу соседними витками остается, в результате чего место контакта нагревается. Именно поэтому первым делом следует тщательно осмотреть прибор на предмет появления потеков, почернений, подгоревшей бумаги, вздутий и запаха гари.

Далее стараемся определить тип трансформатора. Как только это получается, по специализированным справочникам можно посмотреть сопротивление его обмоток. Далее переключаем тестер в режим мегаомметра и начинаем измерять сопротивление изоляции обмоток. В данном случае тестер импульсных трансформаторов – это обычный мультиметр.

Каждое измерение следует сравнить с указанным в справочнике. Если имеет место расхождение более чем на 50%, значит, обмотка неисправна.

Если же сопротивление обмоток по тем или иным причинам не указано, в справочнике обязательно должны быть приведены иные данные: тип и сечение провода, а также количество витков. С их помощью можно вычислить желаемый показатель самостоятельно.

Проверка бытовых понижающих устройств

Следует отметить момент проверки тестером-мультиметром классических трансформаторов понижения. Найти их можно практически во всех блоках питания, которые понижают входящее напряжение с 220 Вольт до выходящего в 5-30 Вольт.

Первым делом проверяется первичная обмотка, на которую подается напряжение в 220 Вольт. Признаки неисправности первичной обмотки:

  • малейшая видимость дыма;
  • запах гари;
  • треск.

В этом случае следует сразу прекращать эксперимент.

Если же все нормально, можно переходить к измерению на вторичных обмотках. Прикасаться к ним можно только контактами тестера (щупами). Если полученные результаты меньше контрольных минимум на 20%, значит обмотка неисправна.

К сожалению, протестировать такой токовый блок можно только в тех случаях, если имеется полностью аналогичный и гарантированно рабочий блок, так как именно с него и будут собираться контрольные данные. Также следует помнить, что при работе с показателями порядка 10 Ом некоторые тестеры могут искажать результаты.

Измерение тока холостого хода

Если все тестирования показали, что трансформатор полностью исправен, не лишним будет провести еще одну диагностику – на ток трансформатора холостого хода. Чаще всего он равняется 0,1-0,15 от номинального показателя, то есть тока под нагрузкой.

Для проведения проверки измерительный прибор переключают в режим амперметра. Важный момент! Мультиметр к испытуемому трансформатору следует подключать замкнутым накоротко.

Это важно, потому что во время подачи электроэнергии на обмотку трансформатора сила тока возрастает до нескольких сот раз в сравнении с номинальным. После этого щупы тестера размыкаются, и на экране отображаются показатели. Именно они и отображают величину тока без нагрузки, тока холостого хода. Аналогичным образом производится измерение показателей и на вторичных обмотках.

Для измерения напряжения к трансформатору чаще всего подключают реостат. Если же его под рукой нет, в ход может пойти спираль из вольфрама или ряд лампочек.

Для увеличения нагрузки увеличивают количество лампочек или же сокращают количество витков спирали.

Как можно видеть, для проверки даже не потребуется никакой особый тестер. Подойдет вполне обычный мультиметр. Крайне желательно иметь хотя бы приблизительное понятие о принципах работы и устройстве трансформаторов, но для успешного измерения достаточно всего лишь уметь переключать прибор в режим омметра.

Основное назначение трансформатора – это преобразование тока и напряжения. И хотя это устройство выполняет достаточно сложные преобразования, само по себе оно имеет простую конструкцию. Это сердечник, вокруг которого намотано несколько катушек проволоки. Одна из них является вводной (носит название первичная обмотка), другие выходными (вторичные). Электрический ток подается на первичную катушку, где напряжение индуцирует магнитное поле. Последнее во вторичных обмотках образует переменный ток точно такого же напряжения и частоты, как и в обмотке входной. Если количество витков в двух катушках будет разным, то и ток на входе и выходе будет разным. Все достаточно просто. Правда, это устройство нередко выходит из строя, и его дефекты не всегда видны, поэтому у многих потребителей возникает вопрос, как проверить трансформатор мультиметром или другим прибором?

Необходимо отметить, что мультиметр пригодиться и в том случае, если перед вами лежит трансформатор с неизвестными параметрами. Так вот их с помощью этого прибора также можно определить. Поэтому, начиная работать с ним, надо в первую очередь разобраться с обмотками. Для этого придется все концы катушек вытянуть по отдельности и прозвонить их, выискивая тем самым парные соединения. При этом рекомендуется концы пронумеровать, определив, к какой обмотке они относятся.

Самый простой вариант – это четыре конца, по две на каждую катушку. Чаще встречаются устройства, у которых более четырех концов. Может оказаться и так, что некоторые из них «не прозваниваются», но это не значит, что в них произошел обрыв. Это могут оказаться так называемые экранирующие обмотки, которые располагаются между первичными и вторичными, они обычно соединяются с «землей».

Вот почему так важно при прозвонке обращать внимание на сопротивление. У сетевой первичной обмотки оно определяется десятками или сотнями Ом. Обратите внимание, что маленькие трансформаторы обладают большим сопротивлением первичных обмоток. Все дело в большем количестве витков и малом диаметре медной проволоки. Сопротивление вторичных обмоток обычно приближенно к нулю.

Проверка трансформатора

Итак, с помощью мультиметра определены обмотки. Теперь можно переходить непосредственно к вопросу, как проверить трансформатор, используя все тот же прибор. Разговор идет о дефектах. Их обычно два:

  • обрыв;
  • износ изоляции, что приводит к замыканию на другую обмотку или на корпус устройства.

Обрыв определить проще простого, то есть, проверяется каждая катушка на сопротивление. Мультиметр выставляется в режим омметра, щупами подключаются к прибору два конца. И если на дисплее показывается отсутствие сопротивления (показаний), то это гарантированно обрыв. Проверка цифровым мультиметром может быть недостоверной в том случае, если тестируется обмотка с большим количеством витков. Все дело в том, что чем больше витков, тем выше индуктивность.

Замыкание проверяется так:

  1. Один щуп мультиметра замыкается на выводной конец обмотки.
  2. Второй щуп попеременно подсоединяется к другим концам.
  3. В случае с замыканием на корпус второй щуп соединяется с корпусом трансформатора.

Есть еще один часто встречаемый дефект – это так называемое межвитковое замыкание. Оно происходит в том случае, если изоляция двух соседних витков изнашивается. Сопротивление в этом случае у проволоки остается, поэтому в месте отсутствия изоляционного лака происходит перегрев. Обычно при этом выделяется запах гари, появляются почернения обмотки, бумаги, вздувается заливка. Мультиметром этот дефект также можно обнаружить. При этом придется узнать из справочника, какое сопротивление должно быть у обмоток данного трансформатора (будем считать, что его марка известна). Сравнивая фактический показатель со справочным, можно точно сказать, есть ли изъян или нет. Если фактический параметр отличается от справочного вполовину или больше, то это прямое подтверждение межвиткового замыкания.

Внимание! Проверяя обмотки трансформатора на сопротивление, не имеет значение, какой щуп к какому концу подсоединять. В данном случае полярность не играет никакой роли.

Измерение тока холостого хода

Если трансформатор после тестирования мультиметром оказался исправным, то специалисты рекомендуют проверить его и на такой параметр, как ток холостого хода. Обычно у исправного устройства он равен 10-15% от номинала. В данном случае под номиналом имеется в виду ток под нагрузкой.

Для примера, трансформатор марки ТПП-281. Входное его напряжение – 220 вольт, и ток холостого хода равен 0,07-0,1 А, то есть не должен превышать сто миллиампер. Перед тем как проверить трансформатор на параметр тока холостого хода, необходимо измерительный прибор перевести в режим амперметра. Обратите внимание, что при подаче электроэнергии на обмотки сила пускового тока может превосходить номинальный в несколько сот раз, поэтому измерительный прибор подключают к тестируемому устройству замкнутым накоротко.

После чего необходимо разомкнуть выводы измерительного прибора, при этом на его дисплее отразятся числа. Это и есть ток без нагрузки, то есть, холостого хода. Далее, замеряется напряжение без нагрузки на вторичных обмотках, затем под нагрузкой. Снижение напряжения на 10-15% должно привести к показателям тока, которые не превышают один ампер.

Чтобы изменить напряжение, к трансформатору необходимо подключить реостат, если такового нет, можно подключить несколько лампочек или спираль из вольфрамовой проволоки. Чтобы увеличить нагрузку, надо или увеличивать количество лампочек, или укорачивать спираль.

Заключение по теме

Перед тем как проверить трансформатор (понижающий или повышающий) мультиметром, необходимо понимать, как устроено это устройство, как оно работает, и какие нюансы необходимо учитывать, проводя проверку. В принципе, ничего сложного в данном процессе нет. Главное знать, как переключить сам измерительный прибор в режим омметра.

Узнаем как проверить трансформатор мультиметром? Инструкция

Часто нужно ознакомиться заранее с вопросом о том, как проверить трансформатор. Ведь при выходе его из строя или нестабильной работе будет сложно искать причину отказа оборудования. Это простое электротехническое устройство можно продиагностировать обычным мультиметром. Рассмотрим, как это сделать.

Что собой представляет оборудование?

Как проверить трансформатор, если не знаем его конструкцию? Рассмотрим принцип действия и разновидности простого оборудования. На магнитный сердечник наносят витки медной проволоки определенного сечения так, чтобы оставались выводы для подающей обмотки и вторичной.

Передача энергии во вторичную обмотку производится бесконтактным способом. Тут уже становится почти ясно, как проверить трансформатор. Аналогично прозванивается обычная индуктивность омметром. Витки образуют сопротивление, которое можно измерить. Однако такой способ применим, когда известна заданная величина. Ведь сопротивление может измениться в большую или меньшую сторону в результате нагрева. Это называется межвитковое замыкание.

Такое устройство уже не будет выдавать эталонное напряжение и ток. Омметр покажет только обрыв в цепи или полное короткое замыкание. Для дополнительной диагностики используют проверку замыкания на корпус тем же омметром. Как проверить трансформатор, не зная выводов обмоток?

Это определяется по толщине выходящих проводов. Если трансформатор понижающий, то выводные проводники будут толще подводящих. И соответственно, наоборот: у повышающего вводные провода толще. Если две обмотки выходные, то толщина может быть одинаковой, про это следует помнить. Самый верный способ посмотреть маркировку и найти технические характеристики оборудования.

Виды

Трансформаторы делятся на следующие группы:

  • Понижающие и повышающие.
  • Силовые чаще служат для уменьшения подводящего напряжения.
  • Трансформаторы тока для подачи потребителю постоянной величины тока и ее удержания в заданном диапазоне.
  • Одно- и многофазные.
  • Сварочного назначения.
  • Импульсные.

В зависимости от назначения оборудования изменяется и принцип подхода к вопросу о том, как проверить обмотки трансформатора. Мультиметром можно прозвонить лишь малогабаритные устройства. Силовые машины уже требуют иного подхода к диагностике неисправностей.

Метод прозвонки

Метод диагностики омметром поможет с вопросом о том, как проверить трансформатор питания. Прозванивать начинают сопротивление между выводами одной обмотки. Так устанавливают целостность проводника. Перед этим проводят осмотр корпуса на отсутствие нагаров, наплывов в результате нагрева оборудования.

Далее замеряют текущие значения в Омах и сравнивают их с паспортными. Если таковых не имеется, то потребуется дополнительная диагностика под напряжением. Прозвонить рекомендуется каждый вывод относительно металлического корпуса устройства, куда подключаются заземление.

Перед проведением замеров следует отключить все концы трансформатора. Отсоединить от цепи их рекомендуется и в целях собственной безопасности. Также проверяют наличие электронной схемы, которая часто присутствует в современных моделях питания. Её также следует выпаять перед проверкой.

Бесконечное сопротивление говорит о целой изоляции. Значения в несколько килоом уже вызывают подозрения о пробое на корпус. Также это может быть за счет скопившейся грязи, пыли или влаги в воздушных зазорах устройства.

Под напряжением

Испытания с поданным питанием проводятся, когда стоит вопрос о том, как проверить трансформатор на межвитковое замыкание. Если мы знаем величину питающего напряжения устройства, для которого предназначен трансформатор, то замеряют вольтметром значение холостого хода. То есть провода выводные находятся в воздухе.

Если значение напряжения отличается от номинального, то делают выводы о межвитковом замыкании в обмотках. Если при работе устройства слышны треск, искрение, то такой трансформатор лучше сразу выключить. Он неисправен. Существуют допустимые отклонения при измерениях:

  • Для напряжения значения могут отличаться на 20%.
  • Для сопротивления нормой является разброс значений в 50% от паспортных.

Замер амперметром

Разберемся, как проверить трансформатор тока. Его включают в цепь: штатную либо собственно изготовленную. Важно, чтобы значение тока было не меньше номинального. Замеры амперметром проводят в первичной цепи и во вторичной.

Ток в первичной цепи сравнивают со вторичными показаниями. Точнее, делят первые значения на замеренные во вторичной обмотке. Коэффициент трансформации следует взять из справочника и сравнить с полученными расчетами. Результаты должны быть одинаковыми.

Трансформатор тока нельзя замерять на холостом ходу. На вторичной обмотке в таком случае может образоваться слишком высокое напряжение, способное повредить изоляцию. Также следует соблюдать полярность подключения, что повлияет на работу всей подключенной схемы.

Типичные неисправности

Перед тем как проверить трансформатор микроволновки, приведем частые разновидности поломок, устраняемых без мультиметра. Часто устройства питания выходят из строя вследствие короткого замыкания. Оно устанавливается путем осмотра монтажных плат, разъемов, соединений. Реже происходит механическое повреждение корпуса трансформатора и его сердечника.

Механический износ соединений выводов трансформатора происходит на движущихся машинах. Большие питающие обмотки требуют постоянного охлаждения. При его отсутствии возможен перегрев и оплавление изоляции.

ТДКС

Разберемся, как проверить импульсный трансформатор. Омметром можно будет установить только целостность обмоток. Работоспособность устройства устанавливается при подключении в схему, где участвует конденсатор, нагрузка и звуковой генератор.

На первичную обмотку пускают импульсный сигнал в диапазоне от 20 до 100 кГц. На вторичной же обмотке делают замеры величины осциллографом. Устанавливают присутствие искажений импульса. Если они отсутствуют, делают выводы об исправном устройстве.

Искажения осциллограммы говорят о подпорченных обмотках. Ремонтировать такие устройства не рекомендуется самостоятельно. Их настраивают в лабораторных условиях. Существуют и другие схемы проверки импульсных трансформаторов, где исследуют присутствие резонанса на обмотках. Его отсутствие свидетельствует о неисправном устройстве.

Также можно сравнивать форму импульсов, поданных на первичную обмотку и вышедших со вторичной. Отклонение по форме также говорит о неисправности трансформатора.

Несколько обмоток

Для замеров сопротивления освобождают концы от электрических соединений. Выбирают любой вывод и замеряют все сопротивления относительно остальных. Рекомендуется записывать значения и маркировать проверенные концы.

Так мы сможем определить тип соединения обмоток: со средними выводами, без них, с общей точкой подключения. Чаще встречаются с отдельным подключением обмоток. Замер получится сделать только с одним из всех проводов.

Если имеется общая точка, то сопротивление замерим между всеми имеющимися проводниками. Две обмотки со средним выводом будут иметь значения только между тремя проводами. Несколько выводов встречается в трансформаторах, рассчитанных на работу в нескольких сетях номиналом 110 или 220 Вольт.

Нюансы диагностики

Гул при работе трансформатора является нормальным, если это специфичные устройства. Только искрение и треск свидетельствуют о неисправности. Часто и нагрев обмоток - это нормальная работа трансформатора. Чаще это наблюдается у понижающих устройств.

Может создаваться резонанс, когда вибрирует корпус трансформатора. Тогда следует его просто закрепить изоляционным материалом. Работа обмоток значительно меняется при неплотно затянутых или загрязненных контактах. Большинство проблем решается зачисткой металла до блеска и новой обтяжкой выводов.

При замерах значений напряжения и тока следует учитывать температуру окружающей среды, величину и характер нагрузки. Контроль подводящего напряжения также необходим. Проверка подключения частоты обязательна. Азиатская и американская техника рассчитана на 60 Гц, что приводит к заниженным выходным значениям.

Неумелое подключение трансформатора может привести к неисправности устройства. Ни в коем случае не подсоединяют к обмоткам постоянное напряжение. Витки быстро оплавятся в противном случае. Аккуратность в замерах и грамотное подключение помогут не только найти причину поломки, но и, возможно, устранить ее безболезненным способом.

ПРИБОР ДЛЯ ПРОВЕРКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ - Измерительная техника - Инструменты

 

Тестер трансформаторов - это незаменимый прибор при ремонте телевизоров, мониторов и других подобных устройств. С большой точностью он может указать на КЗ в витках. У меня работает с 2003 года, на работу нареканий нет. Прибор запускается сразу и налаживания не требует. Подключил, кнопку нажал, посмотрел - если будет замыкание в витках - покажет. Не подводил еще ни разу, таким тестером намного лучше, чем генератором да осциллографом, наличия короткого вычислять. Собирал по оригинальной схеме, только мастеркитовскую печатку немного переделал, сжал и поместил на нее батарейки питания. Дальше схема электрическая и описание от автора, опубликованное в журнале "Ремонт электронной техники":

Данный несложный прибор позволяет без выпаивания трансформатора из схемы диагностировать дефекты и существенно сократить время ремонта. Известно, что частая причина отказов телевизоров и мониторов - это выход из строя силовых элементов блоков питания и строчной развертки. Это легко объяснимо, ведь они работают в очень тяжелых условиях, при высоких токах и напряжениях. Нередко выход из строя одного элемента, например строчного трансформатора, провоцирует выход из строя других связанных с ним элементов, таких как выходной транзистор или демпферные диоды. Иногда трудно сразу обнаружить все поврежденные элементы и определить причину их отказа, а при неправильно определенной причине замененные элементы могут через короткое время снова выйти из строя, увеличивая затраты на ремонт и, что еще хуже, роняя репутацию мастера в глазах клиентов.

Наиболее трудными для диагностики являются импульсные трансформаторы блоков питания, строчные трансформаторы и отклоняющие катушки ЭЛТ. Наиболее частый вид их отказа - появление короткозамкнутых витков, и он никак не диагностируется при помощи тестера. Проверка методом замены на заведомо исправный элемент также не всегда возможна, ведь такие трансформаторы обычно делаются под конкретную модель телевизора и являются весьма дорогостоящими элементами. Существенно облегчить диагностику любых трансформаторов и дросселей на ферритовых сердечниках помогает предлагаемый тестер импульсных трансформаторов. Идея работы прибора основана на том факте, что все подобные трансформаторы работают на принципе накопления энергии и поэтому должны иметь высокую добротность, а наличие короткозамкнутых витков резко ее снижает. Задача состоит в том, как ее оценить простыми средствами. Можно возбудить в контуре ударные колебания и подсчитать число периодов, за которое амплитуда упадет до определенного уровня. Известно, что это число пропорционально добротности контура. На этом принципе и построен прибор. Тестер состоит из трех частей: генератора импульсов ударного возбуждения, компаратора импульсов “звона” и счетчика импульсов. Генератор импульсов собран на компараторе DA1.2 (LM393), транзисторах VT1, VT2 и диоде VD2. Он вырабатывает короткие импульсы ударного возбуждения длительностью около 2 мс и частотой около 10 Гц. Диод VD2 устанавливает амплитуду импульсов возбуждения равной примерно 0,7 В, что позволяет проводить проверку трансформаторов без их выпаивания из схемы, так как при таком напряжении имеющиеся в схеме p-n-переходы оказываются закрытыми и не влияют на результат измерения. Проверяемый трансформатор подключается к выводам 3 и 4 тестера и совместно с конденсатором СЗ создает колебательный контур. По спаду импульса возбуждения открывается транзистор VT2 и начинаются свободные затухающие колебания в образованном колебательном контуре. Эти колебания через переходной конденсатор С4 поступают на вход компаратора импульсов, собранного на DA1.1. На этот же вход поступает напряжение порога срабатывания, которое формируется делителем R11, R12 и опорным источником VD3. Порог выбран на уровне 10% от напряжения возбуждения. В качестве опорного источника порога использован диод того же типа, что и в источнике ударного возбуждения, что гарантирует стабильность параметров тестера в достаточно широком диапазоне температур и питающих напряжений. С выхода компаратора импульсы поступают на вход счетчика импульсов, собранного на микросхеме DA2. Эта микросхема представляет собой два четырехразрядных сдвиговых регистра с последовательными входами. В схеме тестера эти регистры соединены последовательно в один восьмиразрядный регистр, и информационный вход первого регистра подключен к лог. “1”. На тактовые входы микросхемы (выводы 1, 9) подаются импульсы с компаратора. Ко всем выходам регистра через токоограничивающие резисторы R15...R22 подключены светодиоды. Во время формирования импульса возбуждения регистры обнуляются по входам Reset (выводы 6 и 14) и все светодиоды гаснут. По спаду импульса возбуждения начинается колебательный процесс в контуре подключенного трансформатора. Возникшие колебания преобразуются компаратором в логические импульсы, которые далее поступают на сдвиговый регистр. В сдвиговом регистре каждый импульс переносит лог. “1” на очередной разряд, зажигая последовательно светодиоды HL1...HL8. Для удобства пользования первые три светодиода красные (трансформатор неисправен), следующие два - желтые (ситуация неопределенная) и последние три - зеленые (трансформатор исправен). После окончания колебательного процесса число светящихся светодиодов равно числу периодов колебания. Если число импульсов более 8, то светятся все светодиоды. Работа с прибором при проведении ремонта. Сначала нужно, не отпаивая никаких компонентов, подключить прибор выводом GND к шасси телевизора, а выводом НОТ к коллектору выходного транзистора строчной развертки. Если при нажатии на кнопку “Тест” загорится более четырех светодиодов, это говорит об исправности выходных цепей строчной развертки. Если светится менее двух светодиодов, то это говорит о наличии коротких замыканий на выходе цепей - необходимо выпаять выходной транзистор и повторить измерение. Если после этого светится более четырех светодиодов, то требуется замена выходного транзистора, в противном случае нужно выпаять демпфирующий диод и повторить измерение. Свечение более четырех светодиодов свидетельствует о необходимости замены этого диода. Такие же операции необходимо повторить с конденсатором обратного хода и отклоняющими катушками ЭЛТ. Если результат отрицательный, то необходимо выпаять строчный трансформатор и провести его тестирование вне схемы. Свечение менее двух светодиодов при проверке выпаянного трансформатора говорит о наличии короткозамкнутых витков в трансформаторе и необходимости его замены. Порядок проверки импульсных блоков питания и отклоняющих катушек ЭЛТ аналогичен. Следует только отметить, что при проверке может потребоваться временно отключить шунтирующие цепи, которые устанавливаются параллельно обмоткам.

Аналог микросхемы 4015 - К561ИР2, она совсем не дефицит, в магазинах без проблем можно будет купить. правда для более мощных обмоток (генератор авто, электродвигатели) он не годится, на ферритовых сердечниках покажет любое КЗ, а на трансформаторной стали - нет. Транзистор поставил 2N5401, а на месте полевого - 2N7000, подбирать ничего не надо. Прибор запускается сразу. Автор схемы В. Чулков

 

Еще одна версия прибора....

 

Неисправности бытовой радиоэлектроники бывают разные. Конечно, приятно и удобно ремонтировать, когда при первом же взгляде на плату обнаруживается "вспученный" электролит или обгоревший резистор. Это сразу же указывет направление дальнейшего поиска деффекта. Но бывают и другие ремонты - когда свиду всё "красиво" и даже замена найденных неисправных элементов не только не приводит к успеху, но и усугубляет ситуацию, выводя из строя те же детали повторно. Как правило, такие проблемы возникают в силовых участках схем - импульсные блоки питания, строчная развёртка телевизора... Тогда, наконец-то, приходит воззрение, что это была борьба с последствиями, а не с причинами изначального деффекта. И вот, в очередной раз замерив напряжения, ещё раз проверив окружающие детали, в сознание закрадываются смутные сомнения - а не в ТДКСе или в ТПИ начальная проблема? Эти намоточные изделия если и содержат деффекты, то они, как правило, скрыты от наших глаз, так как ТДКС залит герметиком, а ТПИ запакован в экран. Прозвонка тестером может указать только на обрывы или замыкания обмоток между собой (и то - трансформатор придётся либо выпаивать, либо отсоединять от подключенных к его выводах деталей), но никак не межвитковые замыкания обмоток. Таким образом, назревает необходимость в заимении в своём радиохозяйстве некоего прибора для экстра-тестирования импульсных трансформаторов, который позволит проверять их работоспособность даже без выпайки со схемы. Чудо? Отнюдь - даже довольно таки просто.
 


Одна из понравившихся мне схем была опубликована в журнале "Радиохобби" №6 за 2001 год, страница 42. Скорее, это даже была рекламная статья, призванная заинтересовать телемастеров покупать очередной МастерКитовский конструктор NM8031 ( http://www.masterkit...p?code_id=25402 ) - набор для сборки этого тестера импульсных трансформаторов. Что не понравилось мне сразу - это автономное питание и сама конфигурация конструктива прибора. Судите сами - зачем питать прибор от батареи, если ремонт телевизоров производится в помещении, на своём рабочем столе, где всегда под рукой либо лабораторный БП, либо произвольный "сетевой адаптер" широкого применения. Воспользоваться этим тестером, возможно, придётся раз в месяц или ещё реже, зачем же батарейкам зря гнить в коробке! Да и внешне мне видеться удобным держать в руках нечто типа информационного щупа, которым можно касаться к выводам транса на плате, а не крутить головой куда-то в сторону, косоглазо поглядывая, туда ли тыкаешь в плату. Сказано - сделано. Под эти требования и развёл печатную плату - продолговатая, с одной стороны - щуп для касания к выводам, с другой стороны - гнездо для подключения питания и провод с крокодильчиком. Светодиоды расположены столбиком вдоль стороны щупа. Для универсальности питания добавил в схему стабилизатор напряжения +5в, "подперев" его диодом - такое извращение позволяет поднять питание на выходе стабилизатора примерно на 0,7 вольт - ведь изначально схема разрабатывалась на 6-вольтовое питание.

Безусловно, плату можно сделать намного короче, если применить не большие светодиоды, а меньшие по размеру, тем более - плоские. Но мне щуриться и присматриваться к мурашкам ни к чему, я применил светодиоды покрупней, да ещё и сопротивления ограничительных резисторов уменьшил с 1кОм до 510 ом. "Разгадал" и одну из мастеркитовских "хитростей" - похоже, коммерсанты специально рекомендуют применять в схеме как можно более редкие детали, чтобы народ сам не собирал эти конструкции, а покупал наборы. Смотрите - по схеме необходимо устанавливать мотороловскую микросхему МС14015ВСР. Пусть, думают, побегают, поищут... и стеснительно забывают указывать в описаниях, что это самая обычная логическая микросхема 4015 любого производителя (CD4015, HEF4015) или даже отечественная есть в 561-й серии... Нормальный ход! Аналогично и полевичёк - попробуйте припомнить, где и откуда можно такой выдрать... а ведь там спокойно будет работать любой полевичёк средней мощности с изолированным затвором - скажем, широкораспостранённые 2N7000, наши КП501, КП505, есть такие и в серии BSN - нет только никаких упоминаний об этом в самом описании конструкции. Биполярный транзистор я тоже применил 2SA733 - их полно в различной импортной технике. Разумеется, при применении других транзисторов необходимо сверяться с цоколёвкой!

Корпус для тестера изготовлен самостоятельно - склеян дихлорэтаном из листового полистирола. Плата внутри держится без какого-либо специального крепления, так как корпус выполнен под эту конкретную конструкцию. Крышка сверху легонько приклеивается тем же макаром - это не то изделие, что будет регулярно ломаться.

 


Теперь проверяем. Подаём питание - светодиодная шкала не должна гореть. Берём заведомо исправный ТВС или ТПИ и подключаемся крокодильчиком к одному из выводов первички. Щупом касаемся второго вывода этой же обмотки - шкала должна загореться до зелёного сектора включительно и характерно мерцать частотой около 10 Гц. Замыкаем пинцетом или отвёрткой выводы любой вторички между собой (иммитируем межвитковое замыкание) - шкала должна погаснуть до красного сектора. Всё, работает. Теперь можно потыкать по всем платам с ТПИ и другими импульсными трансформаторами 🙂

Конечно, не все неисправности импульсных трансформаторов можно обнаружить этим нехитрым приборчиком. Скажем, есть деффекты, которые проявляются только при подаче на трансформатор рабочего - высокого, напряжения. Но эти же деффекты, как правило, дают о себе знать потрескиванием, искрением, характерным писком со срабатыванием защиты при попытке запуска в самой схеме телевизора или блока питания. Мне же остаётся только предоставить печатную плату и сборочный чертёж для повторения этого девайса. Кстати - проводнички на плате достаточно тонкие и проходят в некоторых местах на очень близких расстояниях от контактных площадок, так что потребуется аккуратность и внимание при сборке. Но для ЛУТильщика и паяльщика средней квалификации это не представляет каких-либо трудностей.

DesAlex
АРХИВ:Скачать

 

Как устроен блок питания, часть 4. Силовой трансформатор блока питания. Устройство импульсного блока питания

Как я уже сказал, речь сегодня пойдет о силовом трансформаторе, а также об узле, именуемом Снаббер.
И если трансформатор наверное знает большинство, то снаббер в основном те, кто занимается блоками питания более плотно.
Весь узел на фото выделен красным, а снаббер я обвел зеленым.

Также его можно увидеть в народном блоке питания. На фото я вычеркнул диод, не имеющий отношения к снабберу.

И в моем самодельном блоке питания. Здесь его схема отличается и об этом я расскажу немного позже.

Схема типового обратноходового блока питания думаю знакома многим, подобные схемы часто встречаются в моих обзорах.

Выделим из нее ту часть, о которой я и буду рассказывать.
В нее входит снаббер, трансформатор, входной конденсатор и высоковольтный транзистор.

Отсечем ту часть, которая не имеет отношения к теме разговора, останется совсем мало деталей, думаю что так будет проще для понимания процессов.

Что же происходит в импульсном блоке питания во время работы.
Сначала открывается силовой ключ, через цепь выделенную красным, течет ток, энергия в это время запасается в магнитопроводе трансформатора.

После закрытия ключа полярность на обмотках трансформатора меняется на противоположную и ток начинает течь в нагрузку.

Но так как трансформатор и выходные цепи неидеальны, то на первичной обмотке возникает выброс напряжения, который начинает течь через снаббер.
Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что начала обмоток помеченные точками, одинаково сориентированы по отношению к диодам D1 и D2, потому во время открытого состояния силового ключа эти цепи не работают.
Функция снаббера поглотить паразитный выброс, который возникает в первичной обмотке и тем самым защитить высоковольтный транзистор. У некоторых совсем дешевых блоках питания снаббера нет вообще, и это весьма вредно, так как снижает надежность.

В типовом блоке питания данный участок схемы выглядит так. Номиналы подбираются в зависимости от индуктивности обмотки трансформатора, частоты работы и мощности блока питания. Я не буду рассказывать о методике расчета, это довольно долго, но скажу лишь что здесь не работает принцип - чем больше, тем лучше, цепь должна быть оптимальная для определенных условий.

Некоторые наверное увидели диод в схеме снаббера и подумали - что-то знакомое.
Да, так и есть, ближайший аналог, это цепь защиты транзистора, который коммутирует питание обмотки реле. В данном случае он выполняет похожую функцию, не допускает выброса напряжения на транзисторе при выключении. Кстати если диод в этой схеме заменить стабилитроном, то работать должно лучше.

Так как вариант с диодом неприменим в варианте с трансформатором, то последовательно с ним ставят либо резистор с конденсатором, либо супрессор, как на этой схеме.

Еще одно новое слово - супрессор. Не пугайтесь, супрессор это по сути просто стабилитрон, но если у стабилитрона функция обеспечить стабильное напряжение, то у супрессора акцент сделан на импульсный ток и рассеиваемую мощность, стабильность напряжения в данном случае не так важна.
Выглядит он как обычный диод, при этом бывает двунаправленным, но тогда катод не маркируется. Наиолее распространенные супрессоры серий P6KE и 1.5KE. Первый имеет импульсную мощность 600 Ватт, второй 1500 Ватт. Существуют и более мощные, но нас они не интересуют.

Я немного переверну схему так, чтобы было более понятно как работает эта схема. В подобных схемах чаще применяют супрессоры на напряжение в 200 Вольт, например P6KE200A.
Благодаря этому напряжение на обмотке трансформатора не может быть больше чем 200 Вольт. Напряжение на входном конденсаторе около 310 Вольт.
Получается что на транзисторе напряжение около 510 Вольт. На самом деле напряжение будет немного выше, так как детали неидеальны, а кроме того в сети может быть и более высокое напряжение.

В даташитах к микросхемам серии ТОР часто была показана именно такая схема включения супрессора.
Такая схема имеет более жесткую характеристику ограничения, так как до 200 Вольт не ограничивает совсем, а потом старается обрезать все что выше 200 Вольт. Схема с конденсатором имеет немного другую характеристику ограничения, но на самом деле это не критично.

Для уменьшения мощности, рассеиваемой на супрессоре, параллельно ему можно подключить конденсатор.

Или вообще сделать гибрид из двух схем, где есть все элементы обоих вариантов, такое часто применяется в мощных обратноходовых блоках питания.

Иногда применяется альтернативный вариант защиты транзистора, супрессор включенный параллельно ему. Такой вариант применяется довольно редко, чаще в блоках питания имеющих низкое входное напряжение.

Например такое включение супрессора можно увидеть в РоЕ блоке питания, входное напряжение здесь не 310 Вольт постоянного тока, а всего до 70 Вольт.

Теперь можно перейти к трансформатору.
Трансформатор состоит из магнитопровода и каркаса, иногда конструкция дополняется специальным скобами, которые фиксируют магнитопровод на каркасе.

Чаще всего для них используются Ш-образные магнитопроводы. Если блок питания обратноходовый, каким является подавляющее большинство недорогих маломощных блоков питания, то между половинками магнитопровода должен быть зазор. Зазор делается либо между половинками, либо используется специальный магнитопровод, где центральный керн уже имеет зазор, а этом случае ширина зазора должна быть в два раза больше.

Обычно в качестве материала магнитопровода используется феррит, у фирменных магнитопроводов может быть нанесена маркировка и по даташиту можно узнать его характеристики, у более дешевых магнитопроводом чаще маркировки нет.

Вначале мотаются обмотки трансформатора, а затем на этот магнитопровод устанавливается каркас.

Процесс намотки мелких трансформаторов довольно прост.
Сначала мотаем первичную обмотку.

Затем вторичную, иногда в два и более проводов.

Если есть третья обмотка, чаще всего это обмотка питания ШИМ контроллера, то мотаем и ее.

В целях безопасности изолируем всю конструкцию.

После этого берем подобранный магнитопровод, в данном случае здесь у одной половинки средний керн укорочен.

Собираем всю конструкцию вместе. Магнитопровод чаще всего склеивается, но я обычно дополнительно фиксирую скотчем.

В итоге получаем небольшой аккуратный трансформатор. На фото трансформатор мощностью около 25-30 Ватт.

Этот трансформатор уже имеет мощность до 80-100 Ватт. Мотаются они подобным образом, но с некоторыми отличиями.

У трансформаторов рассчитанных на низкое выходное напряжение и большой ток выходная обмотка может мотаться либо литцендратом, либо шиной.

Величина выбора с первичной обмотке напрямую зависит от правильности намотки трансформатора и если для маломощных трансформаторов это не очень критично, то неправильная намотка мощного трансформатора может привести к печальным последствиям.
Обычно наматывают обмотки в три слоя (если используется три обмотки), первичная, вторичная и вспомогательная.
Но связь между обмотками можно сильно улучшить если вторичную обмотку разместить между двумя половинами первичной.

Кроме того рекомендуется мотать провод не внавал, а виток к витку, равномерно заполняя всю площадь каркаса. Обмотки рассчитанные на большой ток мотать лучше несколькими тонкими проводами, а не одним толстым.

Проблемы, которые могут возникнуть в этом узле:
1. Межвитковое КЗ в случае выхода из строя высоковольтного транзистора.
2. Перегрев трансформатора, последующее резкое уменьшение его индуктивности и выход из строя транзистора инвертора
3. Пробой диода снаббера, крайне редко.
4. Частичный пробой супрессора, например супрессор на 200 Вольт превращается в супрессор на 100 Вольт, ничего не выгорает, но БП не работает.

принцип работы, виды и расчёт

Импульсные трансформаторы (ИТ) являются востребованным прибором в хозяйственной деятельности. Часто  устанавливают в блоки питания бытовой, компьютерной, специальной техники. Импульсный трансформатор своими руками создают мастера с минимальным опытом работы в области радиотехники. Что это за устройство, а также принцип работы будут рассмотрены далее.

Область применения

Задача импульсного трансформатора заключается в защите электрического прибора от короткого замыкания, чрезмерного увеличения значения напряжения, нагрева корпуса. Стабильность блоков питания обеспечена импульсными трансформаторами. Подобные схемы применяются в триодных генераторах, магнетронах. Импульсник применяется при работе инвертора, газового лазера. Данные приборы устанавливают в схемах в качестве дифференцирующего трансформатора.

Радиоэлектронная аппаратура основана на трансформаторной способности импульсных преобразователей. При использовании импульсного блока питания организовывается работа цветного телевизора, обычного компьютерного монитора и т. д. Помимо обеспечения потребителя током требуемой мощности и частоты, трансформатором выполняется стабилизация значения напряжения при работе оборудования.

Видео: Как работает импульсный трансформатор?

Требования к приборам

Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.

Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.

Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.

Принцип работы

Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию. Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью. Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.

На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы. Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке. Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

  • Тороидальный.
  • Броневой.
  • Стержневой.
  • Бронестержневой.

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

  • Спиральные.
  • Цилиндрические.
  • Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Преимущества

Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.

Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:

  1. Малый вес.
  2. Низкая цена.
  3. Повышенный уровень КПД.
  4. Расширенный диапазон напряжения.
  5. Возможность встроить защиту.

Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.

Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.

Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками. Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.

Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.

Разновидности материалов

Представленное оборудование изготавливается из различных материалов. Создавая блоки питания представленного типа, потребуется рассмотреть все возможные варианты. Применяются следующие материалы:

  1. Электротехническая сталь.
  2. Пермаллой.
  3. Феррит.

Одним из лучших вариантов является альсифер. Однако его практически не найти в свободной продаже. Поэтому, желая создать оборудование самостоятельно, его не рассматривают в качестве возможного варианта.

Чаще всего для создания сердечника применяется электротехническая сталь марок 3421-3425, 3405-3408. Магнитно-мягкими характеристиками известен пермаллой. Это сплав, который состоит из никеля и железа. Его легируют в процессе обработки.

Для импульсов, интервал которых находится в пределах наносекунды, используется феррит. Этот материал имеет высокое удельное сопротивление.

Расчет

Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.

Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:

П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².

Далее можно просчитать минимальное количество витков:

На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:

Д = 78/181 = 0,43 мм.

Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:

ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.

На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.

Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.

От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.

Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.

Правильная намотка импульсного трансформатора

Приветствую, Самоделкины!
Как известно трансформатор - основной элемент любого источника питания. Новички радиолюбители довольно часто задаются вопросом: как правильно произвести намотку трансформатора самостоятельно? Поэтому данная инструкция (автор: Роман, YouTube канал «Open Frime TV») полностью посвящена расчету и намотке импульсного трансформатора.

Итак, давайте начнем, но не с самого трансформатора, а со схемы управления. Зачастую случается так, что люди берут любой попавшийся под руку трансформатор и начинают на нем мотать свои обмотки, при этом не задумываясь об одной мелкой, но очень важной детали, которая называется зазор.

Существует 2 основных типа схемы управления трансформатором: однотактная и двухтактная.

Из рисунка выше видно, что к двухтактным относят: мост, полумост и пуш-пул. В этих схемах зазора в сердечнике быть не должно, причем это касается не только силового трансформатора, но и ТГР.

Что касается однотактных схем, они бывают прямоходовые и обратноходовые, вот у них зазор в сердечнике должен быть обязательно, поэтому первым делом всегда необходимо более подробно ознакамливаться с тем, что вы делаете.

Для более наглядного примера в этой статье мы рассмотрим намотку 2-ух различных трансформаторов, один для двухтактной схемы, второй соответственно для однотактной.


Мотать трансформатор автор решил для готовых проектов. Первый - блок на SG3525. Схема представлена ниже.

Как видим из схемы - это полумост. Таким образом данный тип относится к разряду двухтактных схем, следовательно, как упоминалось в начале статьи - зазор в сердечнике не нужен.

С этим определились, но это еще не все. Перед намоткой необходимо произвести специальные вычисления (рассчитать трансформатор). Благо в интернете без особого труда можно найти и скачать специальные программы Владимира Денисенко для расчета трансформатора.


Благодаря автору данных программ, а их у него далеко не одна, количество самопальных блоков питания постоянно растет. Вы можете ознакомиться со всеми программами данного автора, но в примере мы разберем только две из них. Первая – это «Lite-CalcIT Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя» (Версия 4.1).

Вдаваться в подробности не будем, затронем только важные моменты. Первый - это выбор схемы преобразователя: пуш-пул, полумостовая или мостовая. Далее у нас строка выбора напряжения питания, его также необходимо указать, можно указывать или уже выпрямленное напряжение (постоянное) или просто сетевое (переменное). Ниже поле для ввода частоты преобразования. Обычно в своих проектах при расчете блоков питания автор устанавливает частоту в районе 40-50Гц, выше поднимать не нужно. Далее следует указать характеристики преобразователя. В соответствующих колонках указываем напряжение, мощность и провод, каким будет производиться намотка. Не забываем указать схему выпрямления и поставить галочку на «Использовать желаемые параметры».

Помимо этого, в программе присутствуют еще 2 важных поля для заполнения. Первое - это наличие или отсутствие стабилизации.

При включенной галочке программа автоматом накидывает пару витков на вторичку для зазора работы ШИМ.
Второе поле - это охлаждение. Если оно присутствует, то можно из трансформатора выжать больше мощности.

И последнее, но самое важное – необходимо указать какой сердечник будет использоваться при намотке данного трансформатора.


Большинство стандартных номиналов уже занесены в программу, тут остается только выбрать необходимый.
И вот, когда все поля заполнены, можно нажимать кнопку «Рассчитать».

В результате получаем данные для намотки нашего трансформатора, а именно количество витков первички и вторички совместно с количеством жил.

Необходимые расчеты произвели, можно приступать к обмотке.
Важный момент! Все обмотки мотаем в одну сторону, но начало и конец обмотки располагаем строго по схеме. Пример: допустим мы поставили начало обмотки тут (подробнее на изображении ниже), намотали необходимое количество витков и сделали вывод.


Давайте визуально представим, как течет ток. Допустим он течет так:

Тогда он потечёт по проводу в указанную сторону. А теперь мы просто поменяем начало и конец обмотки местами.

Хоть намотка и производилась справа, ток потечет в обратном направлении и это будет равносильно тому, что мы намотали обмотку влево. Таким образом по точкам на схеме можно легко проводить фазировку, главное при этом все обмотки мотать в одну сторону.

С примером разобрались, приступаем к реальной намотке. Начало обмотки у нас в этой точке (смотри изображение ниже), значит отсюда и будем мотать.


Стараемся равномерно укладывать витки, также необходимо избегать пересечение провода и различных узелков, петель и тому подобных явлений. От того как вы намотаете трансформатор зависит дальнейшая работа всего блока питания.

Мотаем ровно половину первички и делаем отвод, только не прямо на пин трансформатора, а вверх. Дальше будем мотать вторичку, а поверх неё оставшуюся первичку.


Таким образом повышается магнитная связь обмоток и уменьшается индуктивность рассеяния.

Между обмотками необходимо использовать изоляцию. Отлично подойдет вот такая из термоскотча.

А для самого последнего слоя изоляции можно использовать майларовую ленту для красоты.

Вторичная обмотка наматывается точно так же, как и первичная.

Припаиваемся к началу обмотки и равномерно виток к витку мотаем. При этом желательно чтобы вторичка поместилась в один слой. Но если же вы рассчитали на большее напряжение, то необходимо второй слой равномерно растянуть по всему каркасу.

Когда намотали слой, то опять же делаем отвод вверх и начинаем мотать вторую часть вторички. Мотается она точно так же, как и первая.


Вот тут уже стоит каким-либо образом пометить где у вас первая половина вторички и где вторая.

Следующий шаг – домотка первичной обмотки. В этом случае автор обычно оставляет себе пустой пин на печатной плате, чтобы туда можно было подключить среднюю точку первички.


Вот с этого пина и начинаем мотать оставшуюся первичку, все также равномерно.

Вот тут уже отводить вверх конец провода не стоит, можно сразу завести его на положенное место.
Затем проводим такую же операцию для оставшихся выводов.

Когда основные обмотки закончили, можно приступать к намотке дополнительных, в данном случае это обмотка самозапита. С ней все точно также, начало и конец обозначены на печатной плате, изолируем и мотаем.

Верхний слой, как уже говорилось ранее, покрываем майларовой лентой. Вот, теперь трансформатор похож на промышленный образец.

Примечание для начинающих! Как правило начинающие радиолюбители делают свои первые блоки питания не стабилизированными на микросхемах типа IR2153 и постоянно сталкиваются со следующей проблемой: мол намотал на одно напряжение, а на выходе получил другое. Перемотка результатов не дает. В чем же дело? А дело в том, что необходимо проводить измерения при нагрузке как минимум 15% от номинала. А то получается, что выходной конденсатор зарядился до амплитудного значения, собственно его вы и измеряете, и не можете понять что не так.

Намотка трансформатора обратноходового блока питания ничем не отличается от предыдущего, только для расчета будем использовать уже другую программу из того же пакета программ – «Flyback – Программа расчета трансформатора обратноходового преобразователя» (Версия 8.1).


Указываем необходимые параметры: частоту, выходные напряжения и так далее, это не столь важно. Единственный момент, заслуживающий особого внимания - это зазор в сердечнике и индуктивность первичной обмотки. Эти параметры необходимо будет как можно точнее соблюсти.



На этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видеоролик автора:


Источник (Source) Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как тестировать и использовать в приложениях

Два основных типа источников питания, линейный и импульсный (SMPS), работают по совершенно разным принципам и имеют отличительные характеристики. Работа по проектированию и техническому обслуживанию каждого из них требует совершенно разных взглядов.

Внутри ИИП.

Импульсный источник питания в настоящее время широко используется из-за его большей эффективности, меньшей стоимости и лучших весовых и тепловых характеристик. Есть некоторые недостатки, которые, однако, можно устранить путем тщательного планирования на этапе проектирования.

Сначала мы вернемся к старому линейному источнику питания. Это была привычная часть аналоговых телевизоров с ЭЛТ, что привело к значительному весу из-за тяжелого силового трансформатора. Однако это было плюсом, потому что несколько вторичных ответвлений обеспечивали любое количество напряжений, необходимое для смещения, накала, отклонения кинескопа и т. Д.

В линейных источниках питания активные устройства работают на линейной части своих кривых отклика. Это отличается от SMPS, где сначала входная мощность преобразуется в прямоугольные волны с изменяющимся рабочим циклом.Активные компоненты работают в нелинейных режимах. Когда компоненты работают в линейных частях своих кривых отклика, они эффективно действуют как переменные резисторы, рассеивающие мощность (из-за I 2 R). Вот почему значительная часть входной мощности рассеивается в виде тепла, и это ситуация с линейным источником питания.

Линейный источник питания состоит из ряда ступеней. Линия переменного тока, часто начинающаяся со штепсельной вилки для приема однофазного сетевого питания 120 В, проходит через отверстие с втулкой в ​​шкафу, где на входе всегда есть предохранитель и выключатель с дополнительным индикатором питания.Он питает первичную обмотку силового трансформатора, который может иметь любое количество вторичных обмоток. Помимо возможности подачи нескольких напряжений, этот тип трансформатора не имеет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками, поэтому он известен как изолирующий трансформатор. (Заземление не проходит через трансформатор, если это не автотрансформатор, где первичная и вторичная обмотки представляют собой одну обмотку, ответвленную в разных точках.)

Что хорошо в линейном блоке питания, так это то, что за потоком мощности легко следить.Он поступает от выпрямителя, состоящего из одного или нескольких диодов, к конденсаторам электролитической фильтрации, подключенным параллельно для устранения пульсаций переменного тока, и иногда к более дорогим последовательно соединенным индукторам для дополнительной очистки постоянного тока. Затем идет линейный регулятор и конечный выход постоянного тока. Все это легко проектировать и диагностировать. Чаще всего причиной неисправностей являются электролитические конденсаторы, которые можно визуально осмотреть и проверить с помощью мультиметра.

Как упоминалось ранее, полупроводники в линейном источнике питания могут эффективно образовывать большое сопротивление, которое рассеивает тепло, а линейные источники питания включают в себя громоздкие компоненты (такие как трансформатор), которые делают источник питания физически большим.Для небольших бытовых приборов нагрев может не быть проблемой, но большие размеры и вес компонентов могут быть проблемой. Сотовые телефоны и ноутбуки в том виде, в каком мы их знаем, были бы невозможны с линейными источниками питания.

Напротив, SMPS включает в себя транзистор, который работает как цифровой переключатель. Переключатель либо выключен, практически не проводя тока, либо полностью включен с небольшим сопротивлением. Единственный раз, когда тепло генерируется и должно рассеиваться, - это при переключениях включения / выключения. Чрезвычайно быстрое время нарастания и спада прямоугольной волны делает эти переходы исчезающе короткими.Этим фактором объясняется высокий КПД ИИП. Кроме того, как мы увидим, изолирующий трансформатор работает на частоте переключения, поэтому он может быть меньше по сравнению с трансформатором линии электропередачи 60 Гц, который является важной частью линейного источника питания.

Небольшой размер компонентов, большая эффективность и низкая стоимость привели к широкому использованию SMPS почти во всем электронном оборудовании. Последние инновации позволили использовать его в приложениях с высокой мощностью. Но реализация SMPS не была полностью без проблем.Одним из них является генерация электронного шума, который, если его не уменьшить, может появиться как на входе, так и на выходе SMPS. Кроме того, электронный шум, создаваемый в процессе переключения, может распространяться как излучение от устройства. Это связано с тем, что прямоугольная волна с ее почти мгновенным временем нарастания и спада напоминает высокочастотный источник энергии, богатый разрушающими гармониками.

При включении SMPS выдает пусковой ток, который может повлиять на близлежащее чувствительное оборудование через систему распределения питания.Еще одна потенциальная проблема, вызванная гармониками, - это нагрев нейтрального проводника в источнике питания. Решение состоит в том, чтобы увеличить размер этого провода. Вообще говоря, даже там, где требуются доработки, общие преимущества SMPS значительны независимо от масштабирования.

Регулировка напряжения является неотъемлемой частью ИИП. Он работает, изменяя соотношение между временем работы и временем отключения. Этот метод является решающим преимуществом по сравнению с линейным источником питания, в котором выходное напряжение должно рассеиваться в полупроводнике.

Выход SMPS является функцией его входа, но не зависит от соотношения первичных и вторичных витков в силовом трансформаторе, как в линейном источнике питания. Напротив, одна конфигурация, которая типична для SMPS, состоит в том, чтобы иметь постоянное напряжение последовательно с катушкой индуктивности и переключателем, управляемым прямоугольной волной. Измеренное на переключателе размах напряжения может превышать напряжение постоянного тока, измеренное на входе. Это одна из причин, по которой SMPS работают не для слабонервных.

Более высокое напряжение возникает из-за того, что катушка индуктивности создает индуцированное напряжение в ответ на изменения тока.Это напряжение добавляется к напряжению источника постоянного тока в течение периода времени, когда переключатель разомкнут. Дальнейшее усовершенствование - это добавление к переключателю диода и конденсатора. Пиковое напряжение будет храниться в конденсаторе в виде электрического заряда. В этот момент конденсатор становится источником постоянного тока, а общее выходное напряжение становится больше, чем напряжение постоянного тока на входе. Это повышающий преобразователь, работающий от постоянного, а не переменного тока. Это режим переключения, эквивалентный повышающему трансформатору в линейном источнике питания.

Еще одна разновидность режима переключения - это повышающий-понижающий преобразователь, который изменяет полярность выхода по отношению к входу. Другая реализация - это понижающая схема, которая увеличивает средний выходной ток, причем платой за это является более низкое выходное напряжение.

Конфигурация SMPS зависит от множества переменных. Выходной ток всегда зависит от входной мощности. Но с многочисленными топологиями схем и различными методами управления переключателем, такими как широтно-импульсная модуляция, есть бесконечные комбинации.Таким образом, кривая обучения намного круче по сравнению с линейным источником питания.

Основная трудность при проведении измерений SMPS заключается в том, что часто представляющая интерес форма волны представляет собой пульсацию милливольтного уровня, лежащую на вершине сигнала в диапазоне 100 В. Точно так же компоненты источника питания могут работать при напряжении около 100 В в одном состоянии и при милливольтах в другом. Такой большой динамический диапазон может стать проблемой для восьмибитных оцифровывающих осциллографов, обычно используемых в электронных лабораториях.

Например, одним из распространенных измерений SMPS является определение потерь при переключении и средней потери мощности в коммутационном устройстве.Первым шагом является определение напряжения на коммутационном устройстве во время выключения и включения. Напряжение на коммутационном устройстве имеет широкий динамический диапазон. Напряжение на переключающем устройстве во включенном состоянии зависит от типа переключающего устройства. Напряжение в закрытом состоянии зависит от рабочего входного напряжения и топологии питания. При максимальном входном напряжении для SMPS со входом 120 В напряжение в выключенном состоянии на переключающем устройстве может достигать 750 В. Во включенном состоянии
напряжение на тех же клеммах может варьироваться от нескольких милливольт до около одного вольт.

Для захвата таких сигналов вертикальный диапазон осциллографа должен быть установлен на 100 В / дел. При этой настройке многие осциллографы принимают напряжение до 1 кВ. Проблема с использованием этой настройки заключается в том, что минимальная амплитуда сигнала, которую может разрешить восьмибитный осциллограф, составляет 1000/256, или около 4 В.

Некоторые современные осциллографы предлагают прикладное программное обеспечение питания, которое решает эту проблему, позволяя пользователю вводить значения R DSON или V CEsat для главного полупроводникового переключателя из таблицы данных устройства, вместо того, чтобы пытаться измерить их напрямую.В качестве альтернативы, если измеренное напряжение находится в пределах чувствительности осциллографа, прикладное программное обеспечение может использовать полученные данные для своих расчетов, а не значения, введенные вручную.

Вот как Tektronix описывает влияние задержки распространения на измерения напряжения и тока SMPS. Tek является одним из производителей прицелов, которые предоставляют пакеты для устранения перекосов и подобных проблем, которые решат проблему на его оборудовании.

Другая проблема, которая возникает при измерениях SMPS, касается использования пробников напряжения и тока.Необходимо измерить напряжение и ток через переключающее устройство, будь то полевой МОП-транзистор или биполярный транзистор (обычно IGBT). Для этой задачи требуются два отдельных датчика: высоковольтный дифференциальный пробник и токовый пробник. Каждый из этих пробников имеет различную задержку распространения. Разница в этих двух задержках, известная как
как перекос, вызывает неточные временные измерения и искажения отображаемых форм сигналов мощности.

Задержки распространения сигнала пробником могут повлиять на измерения максимальной пиковой мощности просто потому, что мощность является произведением напряжения и тока.Если две перемноженные переменные не идеально выровнены по времени, результат будет неверным.

К счастью, есть способы выровнять показания датчика, чтобы не пострадали точность измерений, например потери переключения. Некоторое программное обеспечение для измерения мощности автоматически устранит перекос зондов. Здесь программное обеспечение берет на себя управление осциллографом и регулирует задержку между каналами напряжения и тока с использованием сигналов тока и напряжения под напряжением.

Также доступна функция статической компенсации перекоса.Эта функция использует тот факт, что определенные пробники напряжения и тока имеют постоянные и повторяемые задержки распространения. Встроенная таблица времени распространения для выбранных пробников позволяет функции статической компенсации перекоса автоматически регулировать задержку между выбранными каналами напряжения и тока.

Дифференциальные и токовые пробники могут иметь небольшие смещения, которые следует удалить перед выполнением измерений. Некоторые датчики имеют встроенный автоматический метод удаления смещения. Для других датчиков требуется удаление смещения вручную.Большинство пробников дифференциального напряжения имеют встроенные регуляторы смещения постоянного тока, что делает удаление смещения относительно простым.

Точно так же датчики тока нуждаются в настройке перед выполнением измерений. Дифференциальные и токовые пробники являются активными устройствами, и всегда будет присутствовать некоторый низкий уровень шума, даже в состоянии покоя. Этот шум может ухудшить измерения, основанные на данных формы сигнала как напряжения, так и тока. Следовательно, некоторые программы измерения мощности включают в себя функции преобразования сигнала, которые сводят к минимуму влияние собственных шумов датчика.

Наконец, все дело в коэффициенте мощности, который является заботой как менеджера объекта, так и коммунального предприятия. Линейный источник питания обычно имеет низкий коэффициент мощности. SMPS без коррекции коэффициента мощности потребляет большой ток, совпадающий с пиками формы сигнала переменного тока. Эту проблему можно смягчить с помощью хорошо продуманной коррекции коэффициента мощности. Точно так же сильный пусковой ток в SMPS может быть уменьшен с помощью оборудования плавного пуска.

Подводя итог, можно сказать, что по сравнению с линейным источником питания, SMPS эффективен и имеет низкую стоимость.Однако его гораздо большая сложность требует опыта, выходящего за рамки простой электроники.

Как проверить трансформатор импульсного источника питания?

Трансформаторы импульсных источников питания (SMPS)

универсальны и используются в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, биомедицинская, телекоммуникационная и средства автоматизации. Основные области применения этих трансформаторов включают преобразователи, инверторы, импульсные регуляторы, блоки питания с изоляцией малой мощности, , фильтры с высокой добротностью и фильтры радиопомех.Поскольку эти трансформаторы используются во многих приложениях, важно периодически проверять трансформаторы, чтобы избежать каких-либо неисправностей или поломок.

Однако тестирование трансформатора SMPS отличается от тестирования линейного трансформатора, потому что оба этих типа источников питания работают по-разному на разных принципах, в зависимости от их отличительных характеристик и конструкции. Поскольку проходной транзистор трансформатора SMPS постоянно переключается между низким и высоким рассеиванием, его тестирование не может быть таким простым, как подсоединение пробников и проверка мощности.Существует несколько тестов, специфичных для трансформаторов SMPS, для проверки их мощности и функциональности, которые перечислены ниже.

Сопротивление обмотки

Этот тест помогает проанализировать пригодность и стандарт используемых проводов; был ли использован правильный провод или нет, и соответствует ли провод требуемому стандарту. Также можно проверить, правильно ли установлена ​​обмотка внутри трансформатора.

Передаточное число и фазировка

Этот тест проверяет полярность обмоток вместе с проверкой точности витков обмотки.

Сопротивление изоляции

Этот тест проверяет сопротивление небезопасной изоляции между экранами и обмотками трансформатора.

Индуктивность

Этот тест можно проводить на любом трансформаторе ИИП - с воздушными зазорами или без них. В трансформаторах с воздушными зазорами зазор между обмоткой и сердечником проверяется на взаимную индуктивность. А в случае трансформаторов без воздушных зазоров торцы сердечников проверяются на загрязнение и герметичность.В противном случае принимаются соответствующие меры по тщательной очистке и установке.

Ток и утечка индуктивности

Как следует из названия, этот тест проверяет утечку тока внутри трансформатора. Более того, обмотки также проверяются, чтобы убедиться, что они правильно расположены на шпульке.

Хай-пот

В ходе этого испытания проверяется защитная изоляция сердечника, защитного экрана, а также первичной и вторичной обмоток.

Q-фактор

Этот тест проверяет все провода, которые были закорочены во время сборки трансформатора.

Чтобы предотвратить ситуации отключения или перенапряжения, вы должны выполнить вышеупомянутые испытания на трансформаторе SMPS. Если все эти испытания пройдены, то трансформатор готов к эксплуатации. Однако, если вы покупаете свой трансформатор у известного производителя трансформаторов SMPS в Индии , такого как Miracle Electronics, вам не нужно беспокоиться о каких-либо тестах, поскольку все их трансформаторы всегда проверяются перед отправкой клиентам. Более того, все их трансформаторы соответствуют требованиям RoHS и REACH.Доступные варианты продукции в Miracle Electronics включают трансформаторы UU, трансформаторы EE, трансформаторы EI, трансформаторы с тороидальным ферритовым сердечником и трансформаторы с потенциометром. Кроме того, вы также можете получить другие включения, такие как провода TEX E, гильзы, соединители, L-образные зажимы, U-образные скобы, ферритовые сердечники и изоляцию класса B / F / H.

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Связанные

Импульсный источник питания: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ


Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик - рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания - это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

  • Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
  • Коммутация: Импульсный источник питания - это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в серию высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из электросети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для мощных приложений означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за их низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, эффективнее и способны выдерживать большую мощность. Рисунок 1 иллюстрирует общий переход от переменного тока (AC) к постоянному току (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Входное выпрямление

Выпрямление - это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала - это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение - это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, подобная той, которая выходит из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), - это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной для первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсируется или устраняется, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно добиться с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление может быть достигнуто с помощью пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно обеспечивать питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется всего четыре диода в конфигурации моста (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Полномостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией - уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самый простой и наиболее часто используемый метод уменьшения пульсаций - это использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем снабжает нагрузку током до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма волны намного ближе к желаемой форме и может считаться постоянным напряжением без составляющей переменного тока. Эта форма окончательного напряжения теперь может использоваться для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды - относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление может быть произвольно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что частоту переключения можно контролировать и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5: Полномостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в конструкции импульсного источника питания - это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Осциллограммы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы посмотрите форму волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, в частности, с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания цель схемы коррекции коэффициента мощности - минимизировать эти гармоники путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

  • Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
  • Активная коррекция коэффициента мощности изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC, последний этап преобразования мощности - это понижение выпрямленного напряжения постоянного тока до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного переменного тока выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет коррекции коэффициента мощности, выходное напряжение постоянного тока выпрямителя будет около 320 В.Если есть активная схема коррекции коэффициента мощности, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

Изолированные источники питания переменного / постоянного тока Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология Обратный преобразователь Понижающий преобразователь
Безопасность Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность Трансформаторы увеличивают размер и вес Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД Потери в трансформаторной стали и меди влияют на КПД Одна катушка индуктивности намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключен к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе электрический ток такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута путем магнитной развязки входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые цепи в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока - это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7: Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом на выход.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается входом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратно-обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения из-за принудительного включения и выключения транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень пагубно сказывается на жизненном цикле транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях с высокой мощностью. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений большой мощности, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших катушек индуктивности и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция, обеспечиваемая трансформатором.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, IoT и т. Д., Потому что любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, создает напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, катушка индуктивности выпускает ток, который течет через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, в то время как цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, потому что требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять многими различными топологиями преобразователя, такими как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.У него также есть опция зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. Рисунок 10 показывает типичную прикладную схему MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные источники питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Резюме

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

  1. Входное выпрямление: в этом процессе напряжение сети переменного тока преобразуется в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения напряжения пульсаций.
  2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый - это пассивная коррекция коэффициента мощности, использующая фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности - единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
  3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолируется, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использовать интегрированные модули в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и многое другое.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик - рассылайте их раз в месяц!

Руководство по устранению неисправностей и ремонту импульсных источников питания

Поиск и устранение неисправностей импульсного источника питания
1. Перегоревший предохранитель
Обычно перегоревший силовой предохранитель указывает на проблемы во внутренних цепях. Блок питания работает под высоким напряжением и током. Колебания напряжения или скачки напряжения в электросети часто вызывают мгновенное увеличение тока, что может привести к перегоранию силового предохранителя.Пользователи должны проверить, нет ли пробоя, обрыва или повреждения выпрямительного диода, высоковольтного фильтрующего электролитического конденсатора и трубки переключателя инверсии мощности на входе. Если плавкий предохранитель перегорел, но при этом не было никаких признаков других проблем, пользователям необходимо проверить компоненты на печатной плате, чтобы убедиться, что они не сгорели из-за утечки электролита. Если такого состояния нет, пользователи должны проверить мультиметром, нет ли пробоя или короткого замыкания. Пользователи не должны запускать оборудование даже после обнаружения и замены поврежденной части, поскольку неисправные компоненты высокого напряжения могут повредить недавно замененную часть.При работе с перегоревшим силовым предохранителем пользователи должны проверить все высоковольтные компоненты на печатной плате перед запуском оборудования.

2. Отсутствует выход постоянного тока или нестабильное выходное напряжение.
Если силовой предохранитель остается в идеальном состоянии, но отсутствует выход постоянного тока на различных уровнях в нагруженном состоянии, это может быть вызвано обрывом цепи, коротким замыканием, перенапряжением, перегрузкой по току, выходом из строя вспомогательного оборудования. электропитание, выход из строя колебательного контура, перегрузка источника питания, пробой выпрямительного диода в высокочастотной цепи выпрямления и сглаживания или утечка тока сглаживающего конденсатора.Если выходное напряжение остается нулевым после проверки вторичных компонентов мультиметром и устранения пробоя, перегрузки или короткого замыкания высокочастотного выпрямительного диода, это может быть подтверждением наличия проблемы с цепью управления источником питания. Если на некоторых частях есть выходное напряжение, это означает, что бортовая схема работает нормально, и это проблема высокочастотной схемы выпрямления и сглаживания. Схема высокочастотной фильтрации в основном использует выпрямительный диод и низковольтный фильтрующий конденсатор для вывода постоянного тока.Если выпрямительный диод выйдет из строя, схема не сможет выдавать напряжение. Кроме того, утечка тока через фильтрующий конденсатор приводит к нестабильному выходному напряжению. Поврежденные компоненты можно обнаружить, проверив соответствующие детали с помощью мультиметра.

3. Низкая грузоподъемность
Низкая грузоподъемность - частая неисправность. Его часто можно увидеть в традиционных источниках питания или в тех, которые работают долгие часы. Это вызвано старением компонентов, нестабильной трубкой переключателя или плохим охлаждением.Пользователи должны проверять и подтверждать состояние регулируемого диода, выпрямительного диода, сглаживающего конденсатора высокого напряжения и т. Д.

Руководство по ремонту импульсного источника питания
Ремонт импульсного источника питания можно выполнить в два этапа:
1. В случае отключения питания пользователи могут выполнить техническое обслуживание путем визуальной проверки, обоняния, запроса и измерения.

  • Визуальная проверка: Откройте корпус блока питания, чтобы проверить, не перегорел ли предохранитель. Проверить внутреннюю часть блока питания.Если компоненты на печатной плате сгорели, пользователи должны проверить окружающие компоненты и соответствующие компоненты схемы.
  • Запах: Проверьте, нет ли запаха гари внутри блока питания и нет ли перегоревшего компонента.
  • Вопрос: Спросите о повреждении источника питания и проверьте, нет ли нарушений в работе
  • Измерение: используйте мультиметр для измерения напряжения на обоих концах высоковольтного конденсатора перед включением. Если импульсный источник питания не генерирует колебания или возникает неисправность, вызванная переключающей трубкой, в большинстве случаев напряжение на обоих концах конденсатора фильтра высокого напряжения не сбрасывается.Будьте осторожны, так как напряжение действительно высокое! При измерении прямого и обратного сопротивления на обоих концах линий питания переменного тока, а также при зарядке конденсатора значение сопротивления не должно быть слишком низким, в противном случае внутренняя часть источника питания будет иметь короткое замыкание. Кроме того, должно быть подтверждено, что конденсатор выделяет и заряжает мощность. Затем пользователям необходимо измерить сопротивление заземления различных выходных концов после снятия нагрузки соответственно. Обычно индикатор мультиметра должен качаться для высвобождения мощности или зарядки конденсатора.Индикатор должен наконец отображать сопротивление кровотока.

2. Тест при включении
Проверьте, не перегорел ли предохранитель и не загорелись ли компоненты после включения. При необходимости пользователи должны отключить питание для проведения технического обслуживания.
Измерьте наличие выходного напряжения 300 В на обоих концах сглаживающего конденсатора ВН. Если это нормально, пользователи должны проверить выпрямительный диод, сглаживающий конденсатор и т. Д.
Измерить, есть ли выходное напряжение на вторичной обмотке высокочастотного трансформатора.Если это нормально, пользователи должны проверить, не повреждена ли трубка переключателя, колеблется ли трубка переключателя, работает ли защитная схема и т.д. регулирующие трубки на выходных сторонах.
Если источник питания прекращается после запуска, пользователи должны проверить, остается ли источник питания в защитном состоянии, измеряя защитное напряжение микросхемы ШИМ. Если напряжение превышает указанное значение, это означает, что источник питания находится в защитном состоянии, и пользователи должны выяснить причины защитного статуса.

Источник питания

- обзор

4.1 Первичный источник питания

Хотя источник питания может означать трансформатор, аккумулятор или выпрямительный фильтр со схемой зарядки или без нее, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), инженеры по аварийной сигнализации обычно применяют этот термин к компонентам как группе. В большинстве резервных источников питания в качестве вторичного источника питания используются аккумуляторные батареи.

Источник питания начинается с понижающего трансформатора, который преобразует его 240 В переменного тока в напряжение 12–18 В переменного тока, используемое в большинстве систем охранной сигнализации.Трансформатор - это устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой, то есть без прямого соединения между ними. В своей простейшей форме трансформатор состоит из отдельных первичной и вторичной обмоток на общем сердечнике из ферромагнитного материала, такого как железо. Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, результирующий магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке; индуцированное напряжение, вызывающее протекание тока во внешней цепи.В случае понижающего трансформатора вторичная сторона будет иметь меньшее количество обмоток. От этого трансформатора питание по двухпроводному кабелю поступает в схему выпрямителя и фильтра, где переменный ток преобразуется в постоянный. Цепь зарядки будет содержаться в блоке питания, так что резервная батарея может постоянно заряжаться, пока присутствует переменный ток.

Источник питания всегда должен быть регулируемым по напряжению и поддерживать фиксированное выходное напряжение в диапазоне нагрузок и зарядных токов.Компоненты микропроцессора, особенно интегральные схемы, предназначены для работы при определенных напряжениях и не особенно устойчивы к колебаниям. Низкое напряжение заставляет компоненты пытаться потреблять избыточную мощность, что еще больше снижает их допуск, в то время как более высокое напряжение может их разрушить. По этим причинам напряжение следует измерять на источнике и еще раз на входных клеммах точки оборудования.

Решающим фактором при выборе источника питания является определение нагрузки, которую он должен поддерживать.Первым делом необходимо установить, сколько мощности потребуют все энергопотребляющие устройства, подключенные к источнику питания. Затем рассчитывается промежуток времени, в течение которого резервный источник питания должен обеспечивать систему в случае потери основного питания.

Основным источником электроэнергии является подача электроэнергии в здание, которая будет поддерживать систему в течение большей части времени. Вторичный источник питания - это система поддержки в случае отказа основного источника питания, то есть батарей. Системы, которые нас интересуют, будут, как правило, питаться от трансформаторной / выпрямленной сети и перезаряжаемых вторичных ячеек через блок питания или источник бесперебойного питания (ИБП).Другие системы электропитания могут включать трансформатор / выпрямленный источник питания плюс неперезаряжаемые (первичные) элементы или только первичные элементы, но эти два типа менее широко используются. Отсюда следует, что сигнализация вторжения в значительной степени зависит от электросети, которая должна быть источником, который:

не будет легко отключен;

никогда не изолирован;

от непереключаемой ответвления с предохранителем;

без скачков напряжения или тока;

подается непосредственно на панель управления, а не через выключатель, вилку и розетку или удаленный ответвитель, который может выйти из строя или отключиться.

Трансформатор должен быть установлен в закрытом положении и вентилироваться, и его нельзя ставить на легковоспламеняющиеся поверхности. Трансформаторы находятся внутри самой панели управления или на конечной станции, если в системе используются независимые удаленные клавиатуры. В тех же пределах находятся выпрямитель и зарядное устройство. В системе будет либо зарядное устройство (BCU), либо ИБП.

ИБП обладает большей способностью подавлять помехи и скачки напряжения в электросети, и он, как правило, широко используется в компьютерных источниках питания с резервными системами.Основными требованиями к зарядному устройству являются следующие:

оно может полностью зарядить все батареи в течение 24 часов при сохранении системной нагрузки;

с внутренними предохранителями, первичными и вторичными;

он свободно плавающий и включает звуковые и видимые признаки неисправности.

включает триггер напряжения для активации дистанционной сигнализации отказа;

предусмотрена тамперная защита крышки;

имеет защиту от короткого замыкания с заземленным минусом на вторичной обмотке постоянного тока.

Как указывалось ранее, ИБП имеет лучшую защиту от помех с усилением записи и мониторинга. Он также должен иметь безопасный изолирующий трансформатор и иметь указанную мощность плюс требования к перезарядке при любой комбинации номинального напряжения питания и частоты питания при температурах от –10 до 40 ° C.

ИБП дополнительно будет иметь полностью выпрямленный трансформатор с низкой тепловой мощностью, твердотельный регулятор напряжения, линейный регулятор тока и высокотемпературный выключатель с непрерывным мониторингом цепи аварийной сигнализации низкого напряжения.Сетевые фильтры подавления используются для устранения кратковременных скачков высокого напряжения. BS 4737 требует следующих ИБП:

, чтобы они имели достаточную мощность и скорость перезарядки, чтобы справиться с любой длительной сетевой изоляцией основного источника питания, связанной с работами, выполняемыми для пожарной безопасности, нормальной изоляцией или нормальной работой на электрические услуги;

, что они расположены там, где обслуживание может быть легко выполнено;

, чтобы была обеспечена достаточная вентиляция, чтобы предотвратить накопление газа на вентилируемой батарее, которое может вызвать повреждение или травму;

, чтобы они не подвергались воздействию коррозионных условий и чтобы элементы были полностью закреплены, чтобы предотвратить их падение или разливание;

, что на агрегатах должна быть указана дата установки.

Прежде чем рассматривать типы вторичного источника питания, используемые в зоне охранной сигнализации, учащийся может пожелать уделить некоторое внимание проверке сетевого питания и испытаниям, которые необходимо провести, чтобы доказать его приемлемость. Эти испытания варьируются от визуальных проверок повреждений кабеля до требований к электрической проверке и рассматриваются в главе 8.

Как работают блоки питания | ОРЕЛ

Блоки питания

составляют основу всех наших электронных устройств и обеспечивают согласованную схему работы там, где это больше всего необходимо.В современной электронике, такой как компьютеры и другие чувствительные к данным устройства, питание должно работать безупречно, а единичный отказ может означать потерю работы и данных. Но, как разработчики электроники, мы обычно оставляем наши соображения по поводу источника питания на потом, часто беря заранее подготовленный блок схемы, который, как мы знаем, уже работает. В конце концов, нам просто нужен выход 5 В, верно? Оказывается, под капотом творится еще много всего.

Источники питания от 10000 футов

Большинство источников питания получают питание от сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток, пригодный для использования в электронных устройствах.Во время этого процесса источник питания выполняет несколько ролей, в том числе:

  • Преобразование переменного тока из сети в устойчивый постоянный ток
  • Предотвращение воздействия переменного тока на выход источника постоянного тока
  • Поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения

Чтобы осуществить все это преобразование, типичный источник питания будет использовать несколько общих компонентов, включая трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный начинается с переменного тока, который возникает в розетке в виде синусоидальной волны.Этот сигнал переменного тока колеблется между отрицательным и положительным напряжением до шестидесяти раз в секунду.

Сигнал синусоидальной формы переменного тока. (Источник изображения)

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, чтобы удовлетворить требованиям напряжения источника питания. После понижения напряжения выпрямитель превратит синусоидальную форму волны переменного тока в набор положительных впадин и пиков.

Выпрямление удаляет отрицательную сторону сигнала переменного тока, оставляя только положительный выход.(Источник изображения)

На этом этапе все еще есть колебания в форме волны переменного тока, поэтому для сглаживания переменного напряжения в пригодный для использования источник постоянного тока используется фильтр.

Применение фильтра с конденсатором емкости удаляет агрессивные пики и впадины в нашей форме волны. (Источник изображения)

Теперь, когда переменный ток преобразован в пригодный для использования постоянный ток, некоторые источники питания будут дополнительно устранять любые пульсации в форме волны с помощью регулятора. Этот регулятор будет обеспечивать стабильный выход постоянного тока независимо от изменений входного переменного напряжения.

Это краткий обзор процесса. Независимо от того, какой блок питания вы смотрите, в нем всегда будет как минимум три основных компонента - трансформатор, выпрямитель и фильтр. Регуляторы могут использоваться или не использоваться в зависимости от того, является ли источник питания нерегулируемым или регулируемым (подробнее об этом позже).

Детали блока питания

Трансформатор

В качестве первой линии защиты трансформатор выполняет работу по понижению входящего переменного тока от сети до уровня напряжения, с которым может справиться нагрузка источника питания.Трансформаторы также могут повышать напряжение, но в этой статье мы сосредоточимся на тех, которые понижают напряжение для низковольтных электронных устройств постоянного тока.

Внутри трансформатора находятся две обмотки катушки, физически отделенные друг от друга. Первая обмотка принимает переменный ток от сети, а затем электромагнитно соединяется со второй обмоткой, чтобы провести необходимое переменное напряжение во вторичной обмотке. Сохраняя эти две обмотки физически разделенными, трансформатор может изолировать напряжение сети переменного тока от выхода цепи питания.

Две физически разделенные катушки в трансформаторе проводят через электромагнитную связь. (Источник изображения)

Выпрямитель

После того, как переменный ток понижается трансформатором, выпрямитель должен преобразовать форму волны переменного тока в необработанный формат постоянного тока. Это достигается одним или несколькими диодами в полуволновой, полноволновой или мостовой конфигурации.

Полуволновое выпрямление

В этой конфигурации один выпрямительный диод используется для извлечения постоянного напряжения из половины цикла формы сигнала переменного тока.В результате у источника питания остается половина выходного напряжения, которое он мог бы получить от полной формы волны переменного тока при Vpk x 0,318. Half Wave - это самая дешевая конфигурация для проектирования, она идеальна для не требовательного использования энергии и обычно оставляет наибольшую пульсацию выходного напряжения.

Полуволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Полноволновое выпрямление

В этой конфигурации два выпрямительных диода используются для выделения двух полупериодов входящего сигнала переменного тока.Этот процесс обеспечит двойное выходное напряжение полуволнового выпрямления при Vpk x 0,637. Хотя эта конфигурация более дорогая в разработке, чем полуволновая, поскольку для нее требуется трансформатор с центральным отводом, она имеет дополнительное преимущество в виде улучшенного сглаживания пульсаций переменного тока.

Полноволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Ректификация моста

В этой конфигурации используются четыре диода, расположенных в виде моста для достижения полноволнового выпрямления без использования трансформатора с центральным отводом.Это обеспечит то же выходное напряжение, что и Full Wave при Vpk x 0,637 с диодами, которым требуется только половина их обратного напряжения пробоя. В течение каждого полупериода два противоположных диода проводят ток, что обеспечивает полную форму волны переменного тока в конце полного цикла.

Мостовое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала, как для полной волны. (Источник изображения)

Фильтр

Теперь, когда у нас преобразовано напряжение переменного тока, работа фильтра заключается в устранении любых пульсаций переменного тока в выходном напряжении, в результате чего напряжение постоянного тока остается плавным.Зачем устранять рябь? Если они попадут на выход источника питания, они могут повредить нагрузку и потенциально вывести из строя всю вашу схему. В фильтрах используются два основных компонента: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот.

Резервуарный конденсатор

Электролитический конденсатор большой емкости используется для временного хранения выходного тока, подаваемого выпрямительным диодом. При зарядке этот конденсатор может обеспечивать выходной постоянный ток в промежутках времени, когда выпрямительный диод не проводит ток.Это позволяет источнику питания поддерживать стабильный выход постоянного тока на протяжении циклов включения / выключения источника питания.

Здесь вы можете увидеть разницу в выходном сигнале с крышкой резервуара и без нее. (Источник изображения)

Фильтр низких частот

Вы можете сделать схему источника питания только с емкостным конденсатором, но добавление фильтра нижних частот дополнительно устраняет пульсации переменного тока, которые проходят через емкостной конденсатор. В большинстве базовых источников питания вы не найдете фильтров нижних частот, поскольку для них требуются дорогие индукторы с ламинированным или тороидальным сердечником.Однако в современной электронике с импульсными источниками питания вы обнаружите, что фильтры нижних частот используются для устранения пульсаций переменного тока на более высоких частотах.

При добавлении в схему источника питания емкостного конденсатора и фильтра нижних частот можно удалить более 95% пульсаций переменного тока. Это позволит вам поддерживать стабильное и чистое выходное напряжение, которое соответствует пику исходной входной волны переменного тока.

Регулятор

В регулируемых источниках питания будет добавлен регулятор для дальнейшего сглаживания постоянного напряжения и обеспечения стабильного выходного сигнала независимо от изменений входных уровней.Это улучшенное регулирование также увеличивает сложность и стоимость питания схемы. Вы найдете регуляторы в двух различных конфигурациях: в виде шунтирующего регулятора или последовательного регулятора.

Шунтирующий регулятор

В этой конфигурации регулятор подключен параллельно нагрузке, что обеспечивает постоянное протекание тока через регулятор до попадания в нагрузку. Если ток нагрузки увеличивается или уменьшается, шунтирующий регулятор будет либо уменьшать, либо увеличивать свой ток, чтобы поддерживать постоянное напряжение и ток питания.

Шунтовые регуляторы подключаются параллельно нагрузке. (Источник изображения)

Регулятор серии

В этой конфигурации последовательный регулятор подключен последовательно с нагрузкой, которая обеспечивает переменное сопротивление. Этот регулятор будет последовательно измерять входящее напряжение нагрузки, используя систему отрицательной обратной связи. Если напряжение на образце повышается или падает, то последовательный регулятор либо понижает, либо увеличивает свое сопротивление, позволяя большему или меньшему току проходить через нагрузку.

Регуляторы серии

добавляют переменное сопротивление к управляющему току. (Источник изображения)

Типы источников питания

Типичные источники питания переменного и постоянного тока будут использовать в своей схеме некоторые или все вышеперечисленные компоненты в качестве нерегулируемого или регулируемого источника питания. Тип источника питания, который вы используете в своем электронном проекте, зависит от уникальных требований вашего дизайна.

Нерегулируемые блоки питания

Эти блоки питания не имеют регулятора напряжения и выдают только заданное напряжение при максимальном выходном токе.Здесь выход постоянного напряжения связан с внутренним трансформатором напряжения, и выходное напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от токового выхода нагрузки. Эти блоки питания известны своей прочностью и недорого, но не обеспечивают достаточной точности для чувствительных к мощности электронных устройств.

Нерегулируемые блоки питания

содержат все стандартные компоненты, кроме регулятора.

Регулируемые блоки питания

Регулируемые блоки питания включают в себя все основные компоненты нерегулируемого источника питания с добавлением регулятора напряжения.Следует отметить три конфигурации блока питания регулятора:

Линейный источник питания . В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор для управления выходными напряжениями в определенном диапазоне. Хотя эти блоки питания не самые эффективные и выделяют много тепла, они известны своей надежностью, минимальным электрическим шумом и широкой коммерческой доступностью.

Типовая схема линейного источника питания. (Источник изображения)

Импульсный источник питания .В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор, который включается / выключается для подачи напряжения на выходной накопительный конденсатор. Режимы переключения обычно меньше и легче, чем линейные источники питания, предлагают широкий диапазон выходных сигналов и более эффективны. Однако они требуют сложной схемы, генерируют больше шума и требуют подавления помех для своих высокочастотных операций.

Здесь мы видим добавленную сложность в схеме переключения режимов. (Источник изображения)

Батарейный блок питания .Эта конфигурация действует как накопитель энергии и обеспечивает постоянный поток постоянного тока к электронному устройству. По сравнению с линейными и импульсными источниками питания, батареи являются наименее эффективным методом питания устройств, и их также трудно сопоставить с правильным напряжением в нагрузке. Тем не менее, батареи имеют то преимущество, что они служат источником питания, когда сеть переменного тока недоступна, и не создают электрических помех.

При выборе источника питания для вашего следующего проекта электроники обратите внимание на следующие преимущества и недостатки нерегулируемых и регулируемых источников питания:

Нерегулируемый Регулируемый
Преимущества:
  • Простая схема
  • Надежный и экономичный

Недостатки

  • Напряжение зависит от тока нагрузки
  • Идеально подходит для устройств, работающих с фиксированным выходным током / напряжением
Преимущества
  • Постоянное напряжение
  • Более высокое качество
  • Лучшая фильтрация шума
  • Регулируемое выходное напряжение / ток

Недостатки

  • Требуется более сложная схема
  • Дороже

При выборе между линейным, импульсным или аккумуляторным блоком питания учитывайте следующее:

Регулируемые блоки питания
Линейный Режим переключения Аккумулятор
Преимущества
  • Стабильно и надежно
  • Меньше электрических шумов
  • Хорошая регулировка линии и нагрузки

Недостатки

  • Низкий КПД <50%
  • Требуются радиаторы большего размера
  • Крупные компоненты и тяжелые
  • Дорого
Преимущества
  • Маленький размер и легче
  • Широкий диапазон входного напряжения
  • Высокая эффективность
  • Дешевле по сравнению с линейным

Недостатки

  • Требуется более сложная схема
  • Может загрязнять сеть переменного тока
  • Более высокий уровень шума
Преимущества
  • Не требует доступа к сети переменного тока
  • Портативный источник питания

Недостатки

  • Фиксированное входное напряжение
  • Фиксированный срок службы
  • Выходное напряжение падает из-за использования резервов энергии

Технические характеристики блока питания, о которых необходимо знать

Выбирая готовую схему источника питания вместо того, чтобы разрабатывать свою собственную, необходимо знать несколько спецификаций.К ним относятся:

  • Выходной ток . Это максимальный ток, который блок питания может подавать на нагрузку.
  • Регулятор нагрузки . Это определяет, насколько хорошо регулятор может поддерживать постоянный выходной сигнал при изменении тока нагрузки, обычно измеряемого в милливольтах (мВ) или максимальном выходном напряжении.
  • Шум и пульсация . Они измеряют нежелательные электронные помехи и колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный, обычно измеряемые в размахе напряжения для импульсных источников питания.
  • Защита от перегрузки . Это функция безопасности, которая отключит источник питания в случае короткого замыкания или перегрузки по току.
  • Эффективность . Это соотношение мощности, преобразованной из сети переменного тока в постоянный. Высокоэффективные системы, такие как импульсные блоки питания, могут достичь 80% -ного КПД, снизить нагрев и сэкономить энергию.

Последовательное преобразование

Источники питания

обеспечивают стабильную основу питания всех наших электронных устройств, будь то ваш компьютер, смартфон или телевизор, этот список можно продолжать.Независимо от того, какой тип источника питания вы используете или разрабатываете, все они включают в себя несколько основных компонентов для преобразования сети переменного тока в постоянный постоянный ток (DC). Трансформатор сначала понижает напряжение, которое затем выпрямляется в необработанный формат постоянного тока. Затем он фильтруется и регулируется, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение для стабильного выходного сигнала. При разработке собственной схемы источника питания рассчитывайте использовать эти основные компоненты вместе с уникальными характеристиками мощности для вашей конструкции, чтобы обеспечить постоянный выход постоянного тока в любое время дня.

Нужен разъем питания для вашего будущего проекта по разработке электроники? У нас есть масса бесплатных библиотек! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Ремонт импульсных блоков питания

В этой статье Скотт Дорси рассказывает нам, как ремонтировать импульсные блоки питания. Как он объясняет, «существует множество книг и статей о том, как разработать импульсный источник питания, но не так много об их ремонте. Поскольку переключаемые источники питания становятся повсеместным явлением в электронных устройствах сегодня, становится гораздо важнее понять, как они работают и, что не менее важно, как они терпят неудачу."Эта статья была первоначально опубликована в audioXpress, январь 2018 года.

Есть много книг и статей о том, как разработать импульсный источник питания, но не так много об их ремонте. Поскольку импульсные источники питания становятся повсеместными в электронных устройствах сегодня, они становится гораздо важнее понять, как они работают, и, что не менее важно, как они терпят неудачу.

Вся суть переключателя заключается в том, что он выпрямляет линию питания переменного тока в постоянный ток, а затем прерывает постоянный ток генератором с переменной скважностью на очень высокой частоте, так что можно использовать крошечный понижающий трансформатор.Трансформаторам, работающим на высоких частотах, не нужны большие сердечники или много обмоток для получения большой мощности, поэтому их можно сделать крошечными и с небольшими затратами. Рабочий цикл генератора можно регулировать с помощью обратной связи, так что регулирование может выполняться без потери мощности в процессе. Таким образом, вы можете получить одновременно хорошее регулирование и хорошую эффективность.

В этой статье речь пойдет о расходных материалах обратного хода с линейным приводом. Существуют и другие преобразователи топологии, которые популярны, когда изоляция линий не требуется, но если посмотреть на то, что происходит между входом переменного тока и шинами постоянного тока на электронном оборудовании сегодня, это основная используемая топология, потому что она дает хорошие результаты. эффективность и изоляция линии.

Рисунок 1: Этот образец импульсного источника питания взят из таблицы данных UC2842 и использует общую микросхему ШИМ-контроллера UC2842. (Оригинальная схема любезно предоставлена ​​Texas Instruments)
Как работают коммутаторы
На рис. 1 показан образец импульсного источника питания (любезно предоставлен Texas Instruments). Это взято из таблицы данных UC2842 и использует общую микросхему контроллера PWM UC2842. (Таблицу данных можно найти в разделе «Дополнительные материалы» на веб-сайте audioXpress, ссылку см. В разделе «Файлы проекта».Обратите внимание, что эта конструкция, как и обычно, имеет полную изоляцию между первичной и вторичной сторонами цепи. Вы можете провести в своей голове линию через сердечник трансформатора и оптрон и разбить схему на две электрически изолированные половины. Это важный момент, и вы увидите это почти во всех источниках питания любого размера, поскольку изоляция от линии электропередачи является основной проблемой безопасности.

Электропитание переменного тока отключается от сети и выпрямляется через мостовой выпрямитель DBRIDGE.Выход заряжает большой конденсатор фильтра на первичной стороне CIN, который обеспечивает отфильтрованное (но почти без пульсаций) постоянное напряжение на первичную обмотку трансформатора NP, а также напряжение для запуска микросхемы широтно-импульсной модуляции (PWM). через резистор RSTART.

RSTART подает только небольшой ток для запуска устройства, поэтому, как только первый импульс проходит через полевой транзистор (FET), ток из третьей обмотки трансформатора используется для обеспечения питания для запуска генератора.В этом суть NA и DBIAS. Вы можете не увидеть эту третью обмотку, вы можете просто увидеть, что вся рабочая мощность потребляется через резистор сброса большей мощности вместо RSTART. Но использование третьей обмотки значительно повышает эффективность.

Когда генератор ШИМ работает, он посылает постоянные импульсы с выходного контакта. Это включает большой переключающий полевой транзистор QSW, который генерирует импульс тока, проходящего через трансформатор. Когда это происходит, ток индуцируется во вторичной обмотке трансформатора, выпрямляется и фильтруется с помощью DOUT и COUT, а ток течет по выходу.

Поскольку генератор ШИМ работает очень быстро, трансформатор и конденсатор фильтра на вторичной стороне могут быть очень маленькими. Хотя этот предел 2200 мкФ может показаться большим, если генератор работает на частоте 60 кГц, он в тысячу раз эффективнее того же значения на линии 60 Гц.

Рисунок 2: На этой схеме показан типичный небольшой импульсный источник питания, использующий микросхему 3845 PWM. Обратите внимание, что выход Vaux связан с входной землей. Оптоизолятор U2 состоит из двух частей.U3 является эталоном для сравнения линии 5 В.
Регулировка источника питания
Итак, как работает регулирование? Все остальное на вторичной обмотке приводит к включению светодиода в оптоизоляторе, когда выходное напряжение превышает 12 В. UC2842 обеспечивает небольшое количество регулируемых 5 В (сделанных с помощью внутреннего линейного регулятора), и это напряжение на VREF используется для запитать выходной каскад оптоизолятора. Он подает переменное напряжение на вход VFB, чтобы обеспечить обратную связь с UC2842 о том, что напряжение правильное, и немного снизить коэффициент заполнения выходного сигнала.

Оптоизолятор не должен быть очень линейным, чтобы рабочий цикл UC32842 оставался на грани, чтобы выходное напряжение всегда было идеальным. Вход ISENSE измеряет падение напряжения на RCS, то есть измеряет ток, потребляемый через этот переключающий полевой транзистор. UC2842 спроектирован таким образом, что если оно превышает 1 В, он отключает схему ШИМ. Итак, это схема защиты по току.

Обычно мы видим резистор и конденсатор, RRT и CCT, подключенные к выводу RT / CT и обеспечивающие постоянную времени для генератора ШИМ.В этом случае мы также усиливаем линейный сигнал ШИМ с помощью транзистора и подаем его на вход ISENSE через CRAMP и IRAMP, чтобы схема была стабильной в течение очень долгих рабочих циклов. Это называется «компенсацией наклона», и способ ее выполнения кратко объясняется в таблице данных TI для микросхемы UC2842, но не в таблицах данных других производителей.

А что насчет другого транзистора с CSS и RSS? Это небольшая схема, которая сужает ширину импульса при первом включении устройства и немного замедляет запуск, чтобы было меньше ударов по компонентам.Теперь вы увидите другие варианты этой базовой схемы.

Вы увидите, что для обеспечения обратной связи используется дополнительная обмотка трансформатора вместо оптоизолятора. Вы увидите, что ИС с ШИМ подключается непосредственно к линии переменного тока, а не с обмоткой NA. Вы увидите несколько вторичных цепей и цепей лома. Но это базовая конструкция, которую вы увидите внутри любого переключателя, поэтому ваша задача - точно выяснить, какие изменения от этой базовой конструкции существуют в вашей схеме.

Рисунок 3: Вот еще один вариант конструкции небольшого импульсного источника питания.Этот коммутатор использует регулировку на шине 5 В, а шина 12 В регулируется только в том смысле, что она отслеживает шину 5 В. Четвертая обмотка питает микросхему ШИМ.
Как определить, что у вас есть
Плохая новость заключается в том, что в большинстве случаев у вас не будет документации для коммутатора. Хорошая новость заключается в том, что большую часть времени коммутатор будет очень близок к образцу схемы из таблицы данных микросхемы ШИМ (см. Рисунок 2). Не всегда и не для расходных материалов более высокого уровня, но в большинстве случаев получение таблицы данных микросхемы скажет вам 90% того, что происходит со схемой.

Похоже, что в подавляющем большинстве более качественных расходных материалов китайского производства используются контроллеры ШИМ серии C2842 / UC2843 / UC3842 / UC3843. Они производятся дюжиной разных компаний, включая Fairchild Semiconductor, ON Semiconductor, TI и STMicroelectronics, и у каждой из этих компаний есть немного разные таблицы данных с немного разными образцами схем. Так что, если вы не видите схему, с которой столкнулись, в таблице данных, получите другую таблицу от другого производителя, и, вероятно, вы ее увидите (см. Рисунок 3).

Fairchild KA7552 обнаруживается в ряде устройств (см. Фото 2). Это был дизайн Samsung, который теперь продается Fairchild с тех пор, как они приобрели производственные мощности и линейку продуктов Samsung. Он отдаленно похож на UC2842, но с другой распиновкой.

Иногда вы увидите ШИМ-контроллер TL594 от ON Semiconductor. Опять же, для этого есть пара других поставщиков, поэтому вам следует проверить несколько таблиц данных. Одна очень популярная ИС, которую вы найдете в устройствах с одним выходом с низким энергопотреблением, - это микросхемы серии TOP242, производимые Power Integrations.Это встроенные генераторы ШИМ на одной подложке с мощным полевым транзистором. Добавьте трансформатор, пару выпрямителей и оптоизолятор, и вы получите полный импульсный блок питания в коробке. Конечно, они часто выходят из строя, но их довольно легко диагностировать.

Однако эти микросхемы имеют десятки вариантов мощности и корпусов, поэтому вы не всегда можете держать их все под рукой. Аналогичное, но менее популярное устройство - MC33374. Многие менее дорогие продукты китайского производства будут использовать управляющую ИС AP3021, и этот чип производится и продается под десятками разных наименований десятками различных компаний в Китае.Документация по нему оставляет желать лучшего, но если вы когда-нибудь столкнетесь с загадочно выглядящим ШИМ-контроллером, где контакт № 6 не используется, скорее всего, это AP3021 или его копия. Таблицы данных на английском языке для этого продукта в лучшем случае скудны, но как только вы получите некоторое представление о распиновке и о том, как она работает, вы сможете понять, что происходит.

Фото 2: Fairchild KA7552 использовался в нескольких устройствах.
Столкновение с неожиданностью
Не каждый источник питания представляет собой отдельный импульсный источник питания в коробке.Иногда вы встретите системы с несколькими переключателями в одном корпусе, обеспечивающими несколько выходных напряжений, каждый из которых регулируется. Чаще встречается несколько напряжений на одном трансформаторе с одним выходным напряжением, используемым для контура управления, но для некоторых приложений требуется хорошее регулирование с сильно изменяющейся нагрузкой.

Иногда используется второй «всегда включенный» источник питания, который обеспечивает резервное напряжение, используемое для работы процессора, который управляет основным питанием. Это очень распространено для таких вещей, как видеомониторы и компьютеры.Часто этот источник питания находится на небольшой дочерней плате, поскольку он требует хорошей гальванической развязки от остальной электроники, но не требует большой мощности.

Если вы видите повсюду множество маленьких дискретных транзисторов, можно предположить, что они задействованы в системах автоматического отключения, чтобы отключиться в случае высокого или низкого напряжения или тока в одном или нескольких местах. Поиск и устранение неисправностей в этих схемах без руководства может быть настоящим кошмаром, поскольку бывает сложно понять, при каком напряжении срабатывают отдельные части.

Время от времени для аудио или других приложений с низким уровнем шума вы будете видеть линейные регуляторы серии для небольшого дополнительного сглаживания, расположенные после переключения источника питания. Поскольку они могут перегреться, они являются частым источником проблем, но их довольно легко диагностировать, поскольку вы можете видеть, как в них поступает и выходит напряжение.

Устранение проблемы
Если у вас есть документация на блок питания, половина работы сделана за вас. Если нет, то вы знаете основную блок-схему и можете вручную разрабатывать отдельные части внутри каждого блока.Получение таблицы данных для микросхемы PWM скажет вам очень многое, поскольку большинство схем PWM, а иногда и целые расходные материалы просто скопированы из таблиц данных производителей. Часто микросхема ШИМ имеет несколько источников. Например, общий ШИМ-контроллер 2842 можно приобрести как минимум у четырех разных производителей. У всех есть разные таблицы данных, и если вашей схемы нет в одной, она может быть в другой.

Если источник питания включается, но сразу ломаются, первое, что нужно сделать, это проверить или заменить все конденсаторы фильтра на вторичной обмотке трансформатора.Это может быть вызвано и другими вещами, такими как негерметичный выпрямитель на вторичной обмотке или неисправный резистор в цепи измерения тока, но они встречаются гораздо реже.

Иногда крышки бывают настолько негерметичными, что источник питания запускается без нагрузки, но не работает с какой-либо нагрузкой. Вы склонны винить нагрузку в том, что она потребляет слишком большой ток, но это не всегда нагрузка. Если сомневаетесь, замените колпачки, а затем снимите диагностику.

Во многих источниках питания используется «пусковой конденсатор» для подачи тока для их запуска.Это не показано в приведенном выше примере, но это довольно распространенная конфигурация. Если блок питания работал, был отключен, но не перезапускался вообще, замените конденсатор кикстарта. Если документации нет, скорее всего, это будет электролитический блок от 25 до 50 В очень небольшого значения (1 мкФ или 2 мкФ), расположенный рядом с микросхемой ШИМ.

Высоковольтный конденсатор (иногда два конденсатора) на первичном источнике питания, который напрямую фильтрует линию, редко выходит из строя в США.Однако в Европе, где линейное напряжение в два раза больше и где используются те же источники питания с несколькими входами, эти конденсаторы часто оказываются неисправными. Европейские поставщики, поведение которых меняется в зависимости от нагрузки, должны сначала проверить их.

Конденсаторы, расположенные рядом с радиаторами или под ними, имеют тенденцию очень быстро перегорать и являются частыми источниками отказов. Фактически, поскольку подавляющее большинство сбоев, с которыми вы сталкиваетесь, связаны с конденсаторами, очень удобно иметь эквивалентный тестер последовательного сопротивления (ESR) для проведения быстрых тестов в цепи.Тем не менее, я часто склонен просто заменять все электролиты сомнительных производителей, даже если они хорошо проходят испытания, просто потому, что мне нужен более длительный срок службы источника питания, чем предполагаемый расчетный срок службы.

Если проблема не в конденсаторе, очень распространенной неисправностью является силовой транзистор или полевой транзистор (см. QSW на рисунке 1). Обычно их можно легко найти по большим отверстиям в плате, где раньше находился полевой транзистор, по всем трем контактам полевого транзистора, имеющим непрерывность между ними, или по очевидным сбоям диодов или резисторов в цепи рядом с полевым транзистором.Если полевой транзистор не «протерт» (это означает, что все три контакта имеют целостность и звуковой сигнал на тестере целостности), возможно, стоит проверить его вне цепи.

Однако, если полевой транзистор «очищен», все, что управляет затвором этого полевого транзистора, вероятно, было разрушено в результате сбоя. Часто это микросхема ШИМ, и хорошо иметь общие микросхемы ШИМ в корзине запчастей.

Хорошее правило состоит в том, что в случае отказа переключающего транзистора или полевого транзистора следует заменить защитный диод на базе или затворе транзистора.Даже если он хорошо проверит, может и не быть. Также необходимо проверить демпфирующий диод DCLAMP. Полевые транзисторы выходят из строя по непонятной причине, но чаще они выходят из строя из-за перенапряжения (из-за плохих ограничивающих диодов) или перегрузки по току (из-за плохих и протекающих конденсаторов) или высоких температур (из-за плохих разработчиков).

Если эти простые вещи не решают вашу проблему, пора приступить к реальной диагностике. Достаньте измеритель и начните смотреть на контакты микросхемы ШИМ. Вы видите приемлемое входное напряжение на VCC? Вы видите опорное напряжение 5 В от VREF? Вы видите на ISENSE меньше вольт или больше? Осциллятор вообще колеблется? Убедитесь, что входы микросхемы ШИМ исправны, а затем и выходы микросхемы ШИМ.Если у вас есть форма волны на выходном контакте, но у вас нет выхода, обратите внимание на переключающий полевой транзистор или транзистор, демпфирующий диод вокруг него и так далее. Если осциллятор не колеблется, чего ему не хватает?

Точные значения будут варьироваться в зависимости от используемой микросхемы ШИМ, но таблица рекомендуемых рабочих условий в таблице данных микросхемы ШИМ сообщит вам, какими они должны быть.

Правила для конденсаторов
Правило 1: Большинство отказов импульсного источника питания происходит из-за плохих электролитических конденсаторов.Даже отказы полевого транзистора часто являются долгосрочными последствиями первоначальной проблемы с конденсатором.

Правило 2: Никто никогда не ошибся, заменив дешевые бытовые электролитические конденсаторы на промышленные 105C более высокого класса. Это может не решить сиюминутную проблему, но, вероятно, повысит надежность электроснабжения в долгосрочной перспективе. Так что не тратьте много времени на то, чтобы решить, неисправен ли конденсатор, просто замените его. Ваше время стоит больше, чем электролит.

Правило 3. Покупайте конденсаторы у законных поставщиков, таких как Digi-Key, Newark / element14, Allied / RS, Mouser и т. Д.На рынке много поддельных конденсаторов, которые не были поставлены производителем на банке.

Правило 4: Электролитические конденсаторы выходят из строя из-за возраста и плохой инженерной надежности, но когда другие типы конденсаторов выходят из строя, это происходит потому, что они вышли из строя из-за чего-то другого.

Правило 5: Танталовые конденсаторы на самом деле являются электролитическими. Химический состав немного отличается от химического состава алюминиевых электролитических колпачков, но долговременная надежность и проблемы, связанные с температурой, такие же.Обратите внимание, что более распространенные танталы с «сухими пробками» (те, что покрыты эпоксидной смолой) имеют тенденцию выходить из строя, и это может облегчить их идентификацию в случае отказа. К сожалению, это также означает, что отказ может привести к серьезному сопутствующему ущербу.

Изменение
Не бойтесь работать на оборудовании со встроенными коммутационными блоками. Чтобы разобраться в том, как они работают, и в наиболее распространенных режимах отказов может потребоваться много времени, но как только вы это сделаете, их, как правило, нетрудно исправить.

Если вы хотите научиться разрабатывать коммутационные блоки (а вам следует это сделать, потому что это тоже полезный навык), позвольте мне порекомендовать «Замечание по применению линейной технологии 25: Импульсные регуляторы для поэтов», написанное 30 лет назад великий Джим Уильямс. В то время переключение источников питания было причудливой новой вещью, с которой дизайнеры только начинали разбираться, а доступные ИС были гораздо более ограниченными и грубыми, поэтому описание Уильямса должно было быть подробным. Это прекрасный документ, доступный во многих местах в Интернете.B

Файлы проекта
Чтобы загрузить техническое описание Texas Instruments UC2842, посетите audioXpress-Supplementary-Material

Resource
Дж. Уильямс, «Примечание 25 по применению линейной технологии: переключение регуляторов для поэтов», сентябрь 1987 г.

Эта статья была первоначально опубликована в audioXpress, январь 2018 г.

Об авторе
Скотт Дорси имеет степень в области электротехники, во время которой он работал в сфере радиовещания и звукозаписи.Проработав несколько лет в крупной студии, он устроился на работу к подрядчику по защите. Это оставило ему время для записи живых концертов акустической музыки, а также для разработки и создания аудиоустройств для личного использования по контракту с несколькими производителями и импортерами аудио. Скотт регулярно пишет в нескольких аудиожурналах. Он публикует обзоры оборудования и проекты DIY с середины 1980-х годов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *