Почему блока питания греются транзисторы преобразователя: Сильно греются транзисторы компьютерного блока питания. Ремонт бп пк

Увеличение вых напряж комп бп. Простой блок питания из atx

Автор не несет ответственности за выход из строя каких-то компонент, произошедший в результате разгона. Используя данные материалы в любых целях, конечный пользователь принимает на себя всю ответственность. Материалы сайта представлены “as is”.”

Вступление.

Этот эксперимент с частотой я затеял из-за не хватающей мощности БП.

Когда компьютер покупался его мощности вполне хватало для этой конфигурации:

AMD Duron 750Mhz / RAM DIMM 128 mb / PC Partner KT133 / HDD Samsung 20Gb / S3 Trio 3D/2X 8Mb AGP

Для примера две схемы:

Частота f для этой схемы получилась 57 кГц.

А для этой частота f равна 40 кГц.

Практика.

Частоту можно изменить заменив конденсатор C или(и) резистор R на другой номинал.

Было бы правильно поставить конденсатор с меньшей емкостью, а резистор заменить на последовательно соединенные постоянный резистор и переменный типа СП5 с гибкими выводами.

Затем, уменьшая его сопротивление, измерять напряжение, пока напряжение не достигнет 5.0 вольт. Затем впаять постоянный резистор на место переменного, округлив номинал в большую сторону.

Я пошел по более опасному пути – резко изменил частоту впаяв конденсатор меньшей ёмкости.

У меня было:

R 1 =12kOm
C 1 =1,5nF

По формуле получаем

f =61,1 кГц

После замены конденсатора

R 2 =12kOm
C 2 =1,0nF

f =91,6 кГц

Согласно формуле:

частота увеличилась на 50% соответственно и мощность возросла.

Если R не будем менять, то формула упрощается:

Или если С не будем менять, то формула:

Проследите конденсатор и резистор подключенные к 5 и 6 ножкам микросхемы. и замените конденсатор на конденсатор с меньшей ёмкостью.

Результат

После разгона блока питания напряжение стало ровно 5.00 (мультиметр может иногда показать 5. 01, что скорее всего погрешность), почти не реагируя на выполняемые задачи – при сильной нагрузке на шине +12 вольт (одновременная работа двух CD и двух винтов) – напряжение на шине +5В может кратковременно снизиться 4.98.

Начали сильнее греться ключевые транзисторы. Т.е. если раньше радиатор был слегка теплый, то теперь он сильно теплый, но не горячий. Радиатор с выпрямительными полумостами сильнее греться не стал. Трансформатор также не греется. С 18.09.2004 г. и по сегодняшний день (15.01.05) к блоку питания нет никаких вопросов. На данный момент следующая конфигурация:

Ссылки

1. ПАРАМЕТРЫ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СИЛОВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДВУХТАКТНЫХ СХЕМАХ ИБП ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА.
2. Конденсаторы. (Примечание: С = 0.77 ۰ Сном ۰SQRT(0,001۰f), где Сном – номинальная емкость конденсатора.)

Комментарии Renni: То что ты повысил частоту у тебя повысилось количество пилообразных импульсов за определенный промежуток времени, а как следствие повысилась частота с которой отслеживается нестабильности по питанию, так как нестабильности по питанию отслеживаются чаще то и импульсы на закрытие и открытие транзисторов в полумостовом ключе происходит с двойной частотой. Твои транзисторы обладают характеристиками, а конкретно своим быстродействием.: Увеличив частоту ты тем самым уменьшил размер мертвой зоны. Раз ты говоришь что транзисторы не греются значит они входят в той диапазон частот, значит тут казалось бы все хорошо. Но, есть и подводные камни. Перед тобой есть схема электрическая принципиальная? Я тебе сейчас по схеме объясню. Там в схеме посмотри где ключевые транзисторы, к коллектору и эмиттеру включены диоды. Они служат для рассасывания остаточного заряда в транзисторах и перегонке заряда в другое плечо(в конденсатор). Вот, если у этих товарищей скорость переключения низкая у тебя возможны сквозные токи – это прямой пробой твоих транзисторов. Возможно из за этого они будут греться. Теперь дальше, там дело не этом, там дело в том что после прямого тока, который прошел через диод. Он обладает инерционностью и когда появляется обратный ток,: у него какое то время еще не восстанавливается значение его сопротивления и по этому они характеризуются не частотой работы, а временем восстановления параметров.

Если это время больше чем можно, то у тебя будут наблюдаться частичные сквозные токи из за этого возможны всплески как по напряжению так и по току. Во вторично это не так страшно, но в силовой части – это просто пи#дец,: мягко говоря. Так вот продолжим. Во вторичной цепи эти переключения следующим не желательны, а именно: Там для стабилизации используются диоды Шотки, так вот по 12 вольтам что бы их подпирают напряжением -5 вольт.(прим. у меня кремниевые на 12 вольтах), так вот по 12 вольтам что бы их (диоды Шотки) можно было использовать подпирают напряжением -5 вольт. (Из-за низкого обратного напряжения, невозможно просто поставить диодов Шотки на шине 12 вольт, поэтому так извращаются). Но у кремниевых потери больше чем у диодов Шотки и реакция поменьше, если только они не из числа быстро восстанавливающихся. Так вот, если высокая частота, то у диодов Шотки наблюдается практически тот же эффект что и в силовой части + инерционность обмотки по -5 вольтам по отношению к +12 вольтам, делает невозможным использование диодов ШОТКИ, по этому увеличение частоты может со временем привести к выходу из строя онных. Я рассматриваю общий случай. Так вот едем дальше. Дальше еще один прикол, связанный наконец непосредственно с цепью обратной связи. Когда ты образуешь отрицательную обратную связь, у тебя есть такое понятие как резонансная частота вот этой петли обратной связи. Если ты выйдешь на резонанс, то п#зда всей твоей схеме. Прости за грубое выражение. Потому что эта микросхема ШИМ всем управляет и требуется ее работа в режиме. И на конец “темная лошадка” 😉 Ты понял о чем я? Трансформатор он самый, так вот у этой сцуки ведь тоже есть резонансная частота. Так эта дрянь ведь не унифицированная деталь, трансформатор намоточное изделие в каждом случае изготовляется индивидуально – по этой просто причине ты не знаешь характеристик на него. A если ты введешь своей частотой в резонанс? Ты спалишь свой транс и БП можешь спокойно выкидывать. Внешне два абсолютно одинаковых трансформатора могут иметь абсолютно разные параметры. Ну факт тот что не правильной подборкой частоты ты мог спокойно спалить БП.При всех прочих условиях как все таки повысить мощность БП.

Повышаем мощность блока питания. Первым делом нам надо разобраться что такое мощность. Формула предельно проста – ток на напряжение. Напряжение в силовой части у нас составляет 310 вольт постоянки. Так вот так как на напряжение мы никак не можем влиять. Транс то у нас один. Мы можем увеличить только ток. Величину тока нам диктует две вещи- это транзисторы в полумосте и буферные емкости. Кондеры по больше, транзисторы по мощнее, так вот надо увеличить номинал емкости и поменять транзисторы на такие у которых больше ток цепи коллектор-эмиттер или просто ток коллектора, если не жалко можешь втулть туда на 1000 мкФ и не напрягаться с расчетами. Так вот в этой цепи мы сделали все что могли, тут больше в принципе сделать ничего не возможно, разве что еще учесть напряжение и ток базы этих новых транзисторов. Если трансформатор маленький – это не поможет. Надо еще отрегулировать такую хрень как напряжение и ток при котором у тебя будет открываться и закрываться транзисторы. Теперь вроде как тут все. Поехали во вторичную цепь.Теперь у нас на выходе обмоток тока доху……. Надо немного подправить наши цепи фильтрации, стабилизации и выпрямления. Для этотго мы берем в зависимости от реализации нашего БП и меняем диодные сборки в первую очередь, что бы обеспечивали возможность протекания нашего тока. В принципе все остальное можно оставить так как есть. Вот и все, вроде бы, ну на данный момент Запас прочности должен быть. Тут дело в том что техника импульсная – вот это ее дурная сторона. Тут почти все построено на АЧХ и ФЧХ, на t реакции.: вот и все

В статье речь об импульсных блоках питания (далее ИБП), которые сегодня получили самое широкое применение во всех современных радиоэлектронных устройствах и самоделках.
Основной принцип заложенный в основу работы ИБП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (50 Герц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.
Преобразование осуществляется с помощью мощных транзисторов, работающих в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый – выполняется по схеме импульсного автогенератора и второй – с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств).
Поскольку частота преобразователя обычно выбирается в среднем от 20 до 50 килогерц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно минимизируются, что является очень важным фактором для современной аппаратуры.
Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением смотрите ниже:

Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра Сф и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, т.к энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, соответственно напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а следовательно осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП.
Единственное что для этого необходимо – схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ контроллер. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция. В состав ШИМ контроллера входит задающий генератор импульсов (определяющий частоту работы преобразователя), схемы защиты, контроля и логическая схема, которая и управляет длительностью импульса.
Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора T1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Что в свою очередь, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, который включен последовательно фототранзистору и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМ контроллера. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, входящую в состав ШИМ контроллера, увеличивать длительность импульса до тех пор, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. При уменьшении напряжения – процесс обратный.
В ИБП используются 2 принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный». Выше описанный способ называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя. При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора:

Уменьшение или увеличение напряжения на обмотке W2, приведет к изменению напряжения и на обмотке W3, которое через резистор R2 также приложено к выводу 1 ШИМ контроллера.
С цепью слежения я думаю, разобрались, теперь давайте рассмотрим такую ситуацию как короткое замыкание (КЗ) в нагрузке ИБП. В этом случае вся энергия, отдаваемая во вторичную цепь ИБП, будет теряться и напряжение на выходе будет практически равно нулю. Соответственно схема ШИМ контроллера будет пытаться увеличить длительность импульса для того, что бы поднять уровень этого напряжения до соответствующего значения. В итоге транзистор VT1 будет все дольше и дольше находиться в открытом состоянии, и через него будет увеличиваться протекающий ток. В конце концов, это приведет к выходу из строя этого транзистора. В ИБП предусмотрена защита транзистора преобразователя от перегрузок по току в таких нештатных ситуациях. Основу ее составляет резистор Rзащ, включенный последовательно в цепь, по которой протекает ток коллектора Iк. Увеличение тока Iк протекающего через транзистор VT1, приведет к увеличению падения напряжения на этом резисторе, а, следовательно, напряжение, подаваемое на вывод 2 ШИМ контроллера также будет уменьшаться. Когда это напряжение снизится до определенного уровня, который соответствует максимально допустимому току транзистора, логическая схема ШИМ контроллера прекратит формирование импульсов на выводе 3 и блок питания перейдет в режим защиты или другими словами отключится.
В заключении темы хотелось бы более подробно описать преимущества ИБП. Как уже упоминалось, частота импульсного преобразователя достаточно высока, в связи с чем, габаритные размеры импульсного трансформатора уменьшены, а значит, как это не парадоксально звучит, стоимость ИБП меньше традиционного БП, так как меньше расход металла на магнитопровод и меди на обмотки, даже не смотря на то, что количество деталей в ИБП увеличивается. Еще одним из достоинств ИБП является малая, по сравнению с обычным БП, емкость конденсатора фильтра вторичного выпрямителя. Уменьшение емкости стало возможным за счет увеличения частоты. И, наконец, КПД импульсного блока питания доходит до 85 %. Связано это с тем, что ИБП потребляет энергию электрической сети только во время открытого транзистора преобразователя, при его закрытии энергия в нагрузку отдается за счет разряда конденсатора фильтра вторичной цепи.
К минусам можно отнести усложнение схемы ИБП и увеличение импульсных помех излучаемым самим ИБП. Увеличение помех связано с тем, что транзистор преобразователя работает в ключевом режиме. В таком режиме транзистор является источником импульсных помех, возникающих в моменты переходных процессов транзистора. Это является недостатком любого транзистора работающего в ключевом режиме. Но если транзистор работает с малыми напряжениями (например, транзисторная логика с напряжением в 5 вольт) это не страшно, в нашем же случае напряжение, приложенное к коллектору транзистора, составляет, примерно 315 вольт. Для борьбы с этими помехами в ИБП используются более сложные схемы сетевых фильтров, чем в обычном БП.

С чего начинается Родина… То есть я хотел сказать с чего начинается любое радиоэлектронное устройство, будь то сигнализация или ламповый усилитель – конечно с источника питания. И чем значительнее ток потребления девайса, тем мощнее требуется трансформатор в его БП. Но если приборы изготавливаем часто, то никаких запасов трансформаторов нам не хватит. А если ходить покупать на радиобазаре то учтите, что в последнее время стоимость такого трансформатора превысила все разумные пределы – за средний стоваттник требуют около 10уе!

Но выход всё-же есть. Это обычный, стандартный ATX от любого, даже самого простого и древнего компьютера. Несмотря на дешевизну таких БП (бэушный можно найти по фирмам и за 5уе), они обеспечивают очень приличный ток и универсальные напряжения. По линии +12В – 10А, по линии -12В – 1А, по линии 5В – 12А и по линии 3,3В – 15А. Конечно указанные значения не точные, и могут несколько отличаться в зависимости от конкретной модели БП ATX.

Вот как раз недавно я и делал одну интересную вещь – музыкальный центр из и корпуса от небольшой колонки. Всё бы хорошо, да вот учитывая приличную мощность усилителя НЧ, ток потребления центра в пиках басов достигал 8А. И даже попытка установить на питание 100 ваттный трансформатор с 4-х амперными вторичками нормального результата не дал: мало того, что на басах напряжение проваливалось на 3-4 вольта (что было хорошо заметно по затуханию ламп подсветки передней панели магнитолы), так ещё и от фона 50Гц никак не удавалось избавиться. Хоть 20000 микрофарад ставь, хоть экранируй всё, что можно.

А тут как раз на счастье, сгорел старый системник на работе. Но блок питания ATX ещё рабочий. Вот и приткнём его для магнитолы. Хотя по паспорту автомагнитолы и ихние усилители питаются напряжением 12В, но мы то знаем, что гораздо мощнее она будет звучать если подать на неё 15-17В. По крайней мере за всю мою историю ещё ни один ресивер не сгорел от лишних 5-ти вольт.

Так как в имеющемся БП ATX напряжение 12-ти вольтовой шины было всего чуть больше 10В (может потому и не работал системник? Поздно.), будем поднимать его изменением управляющего напряжения на 2-м выводе TL494. Принципиальную схему компьютерного блока питания смотрите тут.

Проще говоря поменяем резистор или вообще впаяем его на дорожки другого номинала. Ставлю два килоома и вот 10,5В превращаются в 17. Надо меньше? – Увеличиваем сопротивление. Стартуется компьютерный блок питания замыканием зелёного провода на любой чёрный.

Так как места в корпусе будущего музыкального центра не много – вытаскиваем плату импульсного блока питания ATX из родного корпуса (коробочка пригодится для моего будущего проекта), и тем самым уменьшаем габариты БП в два раза. И не забываем перепаять конденсатор фильтра в БП на более высокое напряжение, а то мало ли что…

А кулер? – Спросит внимательный и сообразительный радиолюбитель. Он нам не нужен. Эксперименты показали, что при токе 5А 17В в течении часа работы магнитолы на максимальной громкости (за соседей не беспокойтесь – два резистора 4 Ома 25 ватт), радиатор диодов был немного тёплый, а транзисторов – почти холодный. Так что нагрузку до 100 ватт такой БП ATX будет держать без проблем.

Обсудить статью ПРОСТОЙ БЛОК ПИТАНИЯ ИЗ ATX

Читайте также…

Основа современного бизнеса – получение больших прибылей при сравнительно низких вложениях. Хотя этот путь и губителен для собственных отечественных разработок и промышленности, но бизнес есть бизнес. Тут либо вводи меры по предотвращению проникновения дешевых запцацак, либо делать на этом деньги. К примеру, если необходим дешевый блок питания, то не нужно изобретать и конструировать, убивая деньги, – просто нужно посмотреть на рынок распространенного китайского барахла и попытаться на его основе построить то, что необходимо. Рынок, как никогда, завален старыми и новыми компьютерными блока питания различной мощности. В этом блоке питания есть все что нужно – различные напряжения (+12 В, +5 В, +3,3 В, -12 В, -5 В), защиты этих напряжений от перенапряжения и от превышения тока. При этом компьютерные блоки питания типа ATX или TX имеют малый вес и небольшой размер. Конечно, блоки питания импульсные, но высокочастотных помех практически нет. При этом можно идти штатным проверенным способом и ставить обычный трансформатор с несколькими отводами и кучей диодных мостов, а регулирование осуществлять переменным резистором большой мощности. С точки зрения надежности трансформаторные блоки намного надежнее импульсных, ведь в импульсном блоки питания в несколько десятков раз больше деталей, чем в трансформаторном блоке питания типа СССР и если каждый элемент по надежности несколько меньше единицы, то общая надежность является произведением всех элементов и как результат – импульсные блоки питания по надежности намного меньше трансформаторных в несколько десятков раз. Кажется, что если так, то нечего городить огород и следует отказаться от импульсных блоков питания. Но тут более важным фактором, чем надежность, в нашей действительности является гибкость производства, а импульсные блоки достаточно просто могут трансформироваться и перестраиваться под совершенно любую технику в зависимости от требований производства. Вторым фактором является торговля запцацками. При достаточном уровне конкуренции производитель стремится отдать товар по себестоимости, при этом достаточно точно рассчитать время гарантии с тем, чтобы оборудование выходило из строя на следующей неделе, после окончания гарантии и клиент покупал бы запчасти по завышенным ценам. Порой доходит до того, что легче купить новую технику, чем чинить у производителя его бэушку. Для нас вполне нормально вместо сгоревшего блока питания вкрутить транс или подпереть красную кнопку пуска газа в духовках “Дефект” столовой ложкой, а не покупать новую часть. Наш менталитет четко просекают китайцы и стремятся делать свои товары неремонтопригодными, но мы как на войне, умудряемся ремонтировать и усовершенствовать их ненадежную технику, а если уже все – “труба”, то хоть какую-нить запцацку снять и вкидануть в другое оборудование. Мне стал нужен блок питания для проверки электронных компонентов с регулируемым напряжением до 30 В. Был трансформатор, но регулировать через резак – несерьезно, да и вольтаж будет плавать на разных токах, а вот был старенький блоки питания ATX от компа. Зародилась идея приспособить комповский блок под регулируемый источник питания. Прогуглив тему, нашел несколько переделок, но все они предлагали радикально выкинуть всю защиту и фильтры, а мы бы хотелось сохранить весь блок на случай, если придется использовать его по прямому назначению. Поэтому я начал эксперименты. Цель – не вырезая начинку создать регулируемый блок питания с пределами изменения напряжений от 0 до 30 В. Часть 1. Так себе. Блок для опытов попался достаточно старый, слабый, но напичканный множеством фильтров. Блок был в пыли и поэтому перед запуском я его вскрыл и почистил. Вид деталей подозрений не вызвал. Раз все устраивает – можно делать пробный пуск и измерить все напряжения. 12 В – желтый 5 В – красный 3,3 В – оранжевый 5 В – белый 12 В – синий 0 – черный По входу блока стоит предохранитель, а рядом напечатан тип блока LC16161D. Блок типа ATX имеет разъем для подсоединения его к материнской плате. Простое включение блока в розетку не включает сам блок. Материнская плата замыкает два контакта на разъеме. Если их замкнуть – блок включится и вентилятор – индикатор включения – начнет вращение. Цвет проводов, которые нужно замыкать для включения, указан на крышке блока, но обычно это “черный” и “зеленый”. Нужно вставить перемычку и включить блок в розетку. Если убрать перемычку блок отключится. Блок TX включается от кнопки, которая находится на кабеле, выходящем из блока питания. Понятно, что блок рабочий и прежде чем начать переделку, нужно выпаять предохранитель, стоящий по входу, и впаять вместо него патрон с лампочкой накаливания. Чем больше по мощности лампа, тем меньше напряжения будет на ней падать при тестах. Лампа защитит блок питания от всех перегрузок и пробоев и не даст выгореть элементам. При этом импульсные блоки практически нечувствительны к падению напряжения в питающей сети, т. е. лампа хоть и будет светить и кушать киловатты, но по выходным напряжениям просадки от лампы не будет. Лампа у меня на 220 В, 300 Вт. Блоки строятся на управляющей микросхеме TL494 или ее аналог KA7500 . Также часто используется компоратор на микрухе LM339 . Вся обвязка приходит сюда и именно здесь придется делать основные изменения. Напряжения в норме, блок рабочий. Приступаем к усовершенствованию блока по регулированию напряжений. Блок импульсный и регулирование происходит за счет регулирования длительности открытия входных транзисторов. Кстати, всегда думал, что колебают всю нагрузку полевые транзисторы, но, на самом деле, используются также быстрые переключающиеся биполярные транзисторы типа 13007, которые устанавливаются и в энергосберегающих лампах. В схеме блока питания нужно найти резистор между 1 ножкой микросхемы TL494 и шиной питания +12 В. В данной схеме он обозначается R34 = 39,2 кОм. Рядом установлен резистор R33 = 9 кОм, который связывает шину +5 В и 1 ножку микросхемы TL494. Замена резистора R33 ни к чему не приводит. Нужно заменить резистор R34 переменным резистором 40 кОм, можно и больше, но поднять напряжение по шине +12 В получилось только до уровня +15 В, поэтому в завышении сопротивления резистора смысла нет. Здесь идея в том, что чем выше сопротивление, тем выше выходное напряжение. При этом до бесконечности напряжение не увеличится. Напряжение между шинами +12 В и -12 В изменяется от 5 до 28 В. Найти нужный резистор можно проследив дорожки по плате, либо при помощи омметра. Выставляем переменный впаянный резистор в минимальное сопротивление и обязательно подключаем вольтметр. Без вольтметра тяжело определить изменение напряжений. Включаем блок и на вольтметре на шине +12 В установилось напряжение 2,5 В, при этом вентилятор не крутится, а блок питания немного поет на высокой частоте, что указывает на работу ШИМ на сравнительно небольшой частоте. Крутим переменный резистор и видим увеличение напряжений на всех шинах. Вентилятор включается примерно на +5 В. Замеряем все напряжения по шинам 12 В: +2,5 … +13,5 5 В: +1,1 … +5,7 3,3 В: +0,8 … 3,5 12 В: -2,1 … -13 5 В: -0,3 … -5,7 Напряжения в норме, кроме шины -12 В, и их можно варьировать для получения необходимых напряжений. Но компьютерные блоки сделаны так, чтобы по отрицательным шинам защита срабатывала при достаточно малых токах. Можно взять автомобильную лампочку на 12 В и включить между шиной +12 В и шиной 0. При увеличении напряжения лампочка станет светить все более ярко. При этом постепенно будет светить и лампа, включенная вместо предохранителя. Если включить лампочку между шиной -12 В и шиной 0, то при малом напряжении лампочка светится, но при определенном токе потребления блок уйдет в защиту. Защита срабатывает на ток порядка 0,3 А. Защита по току выполнена на резистивно-диодном делителе, чтобы его обмануть, нужно отключить диод между шиной -5 В и средней точкой, которая соединяет шину -12 В с резистором. Можно обрубить два стабилитрона ZD1 и ZD2. Стабилитроны применены как защита от перенапряжения и конкретно здесь через стабилитрон идет и защита по току. По крайней мере с шины – 12 В удалось взять 8 А, но это чревато пробоем микрухи обратной связи. В итоге путь тупиковый обрубать стабилитроны, а вот диод – вполне. Для проверки блока нужно использовать переменную нагрузку. Наиболее рациональным является кусок спирали от нагревателя. Витой нихром – вот все что нужно. Для проверки включается нихром через амперметр между выводом -12 В и +12 В, регулируем напряжение и измеряем ток. Выходные диоды для отрицательных напряжений значительно меньше тех, которые используются для положительных напряжений. Нагрузка соответственно также ниже. Более того, если в положительных каналах стоят сборки из диодов Шоттки, то в отрицательных каналах впаян обычный диод. Порой его припаивают к пластинке – типа радиатор, но это бред и для того чтобы поднять ток в канале -12 В нужно заменить диод, на что-то более сильное, но при этом сборки из диодов Шоттки у меня сгорели, а вот обычные диоды вполне неплохо тянули. Следует отметить, что защита не срабатывает, если нагрузка включена между разными шинами без шины 0. Последним тестом является защита от короткого замыкания. Коротим накоротко блок. Защита работает только на шине +12 В, ведь стабилитроны отключили практически всю защиту. Все остальные шины по короткому не отключают блок. В итоге получен регулируемый блок питания из компьютерного блока с заменой одного элемента. Быстро, а значит экономически целесообразно. При тестах выяснилось, что если быстро крутить ручку регулировки, то ШИМ не успевает перестроиться и выбивает микруху обратной связи KA5H0165R , а лампа загорается очень ярко, затем входные силовые биполюсные транзисторы KSE13007 могут вылететь, если вместо лампы предохранитель. Короче, все работает, но достаточно ненадежно. В таком виде нужно использовать только регулируемую шину +12 В и неинтересно медленно крутить ШИМ. Часть 2. Более-менее. Вторым экспериментом стал древнющий блок питания TX. Такой блок имеет кнопочку для включения – достаточно удобно. Переделку начинаем с перепайки резистора между +12 В и первой ножкой микрухи TL494. Резистор от +12 В и 1 ножкой ставится переменный на 40 кОм. Это дает возможность получить регулируемые напряжения. Все защиты остаются. Далее нужно изменить пределы тока для отрицательных шин. Я впаял резистор, который выпаял из шины +12 В, и впаял в разрыв шины 0 и 11 ножкой микрухи TL339. Там уже стоял один резистор. Предел токов изменился, но при подключении нагрузки напряжение на шине -12 В сильно падало при увеличении тока. Скорее всего просаживает всю линию отрицательного напряжения. Потом я заменил перепаянный резак на переменный резистор – для подбора срабатываний по току. Но получилось неважно – нечетко срабатывает. Надо будет попробовать убрать этот дополнительный резистор. Измерение параметров дало следующие результаты: Шина напряжения, В Напряжение на холостом ходу, В Напряжение на нагрузке 30 Вт, В Ток через нагрузку 30 Вт, А Перепайку я начал с выпрямительных диодов. Диодов два и они достаточно слабые. Диоды я взял от старого блока. Диодные сборки S20C40C – Шоттки, рассчитанные на ток 20 А и напряжение 40 В, но ничего путного не получилось. Либо сборки такие были, но один сгорел и я просто впаял два более сильных диодов. Влепил разрезанные радиаторы и на них диоды. Диоды стали сильно греться и накрылись:) , но даже с более сильными диодами напряжение на шине -12 В так и не пожелало опуститься до -15 В. После перепайки двух резисторов и двух диодов можно было скрутить блок питания и включить нагрузку. Вначале использовал нагрузку в виде лампочки, а измерял напряжение и ток по отдельности. Затем перестал париться, нашел переменный резистор из нихрома, мультиметр Ц4353 – измерял напряжение, а цифровым – ток. Получился неплохой тандем. По мере увеличения нагрузки напряжение незначительно падало, ток рос, но грузил я только до 6 А, а лампа по входу светилась в четверть накала. При достижении максимального напряжения лампа по входу засветилась на половинную мощность, а напряжение на нагрузке несколько просело. По большому счету переделка удалась. Правда, если включаться между шинами +12 В и -12 В, то защита не работает, но в остальном все четко. Всем удачных переделок. Однако и такая переделка долго не прожила. Часть 3. Удачная. Еще одной переделкой стал блок питания с микрухой 339. Я не приверженец выпаивать все, а затем стараться запустить блок, поэтому по шагам поступил так: Проверил блок на включение и срабатывание защиты от кз на шине +12 В; Вынул предохранитель по входу и заменил на патрон с лампой накаливания – так безопасно включать чтобы не сжечь ключи. Проверил блок на включение и кз; Удалил резистор на 39к между 1 ногой 494 и шиной +12 В, заменил на переменный резистор 45к. Включил блок – напряжение по шине +12 В регулируется в пределе +2,7…+12,4 В, проверил на кз; Удалил диод с шины -12 В, находится за резистором, если идти от провода. По шине -5 В слежения не было. Иногда стоит стабилитрон, суть его одна – ограничение выходного напряжения. Выпаивание микруху 7905 уводит блок в защиту. Проверил блок на включение и кз; Резистор 2,7к от 1 ножки 494 на массу заменил на 2к, там их несколько, но именно изменение 2,7к дает возможность изменить предел выходное напряжения. Например, при помощи резистора на 2к на шине +12 В стало возможным регулировать напряжение до 20 В, соответственно увеличив 2,7к до 4к максимальное напряжение стало +8 В. Проверил блок на включение и кз; Заменил выходные конденсаторы на шинах 12 В на максимальное 35 В, шинах 5 В на 16 В; Заменил спаренный диод шины +12 В, был tdl020-05f c напряжение до 20 В но током 5 А, поставил sbl3040pt на 40 А, выпаивать из шины +5 В не надо – нарушится обратная связь на 494. Проверил блок; Измерил ток через лампу накаливания по входу – при достижении потребления тока в нагрузке 3 А лампа по входу светилась ярко, но ток на нагрузке больше не рос, просаживало напряжение, ток через лампу был 0,5 А, что укладывалось в ток родного предохранителя. Убрал лампу и поставил обратно родной предохранитель на 2 А; Перевернул вентилятор обдува чтобы воздух вдувало внутрь блока и охлаждение радиатора было эффективнее. В результате замены двух резисторов, трех конденсаторов и диода получилось переделать компьютерный блок питания в регулируемый лабораторный с выходном током больше 10 А и напряжением 20 В. Минус в отсутствии регулирования тока, но зато осталась защита от кз. Лично мне регулировать так не надо – блок итак выдает больше 10 А. Переходим к практической реализации. Есть блок, правда TX. Но у него есть кнопка включения, тоже удобно для лабораторного. Блок способен выдать 200 Вт с заявленным током по 12 В – 8А и 5 В – 20 А. На блоке написано, что вскрывать нельзя и внутри нет ничего такого для любителей. Так что мы вроде как профессионалы. На блоке есть переключатель на 110/220 В. Переключатель конечно удалим за ненадобностью, а вот кнопку оставим – пусть работает. Внутренности более чем скромные – нет входного дроселя и заряд входных кондеров идет через резистор, а не через термистор, в результате идет потеря энергия, которая нагревает резистор. Выбрасываем провода на переключатель 110 В и все что мешает отделить плату от корпуса. Заменяем резистор на термистор и впаиваем дроссель. Убираем входной предохранитель и впаиваем вместо него лампочку накаливания. Проверяем работу схему – входная лампа светится на токе примерно 0,2 А. Нагрузкой является лампа 24 В 60 Вт. Светится лампа на 12 В. Все хорошо и проверка на короткое замыкание работает. Находим резистор от 1 ноги 494 к +12 В и поднимаем ногу. Подпаиваем переменный резистор вместо него. Теперь будет регулирование напряжения на нагрузке. Ищем резисторы от 1 ноги 494 к общему минусу. Здесь их три. Все достаточно высокоомные, я выпаял самый низкоомный резистор на 10к и запаял вместо него на 2к. Это увеличило предел регулирования до 20 В. Правда при тесте этого еще не видно, срабатывает защита от перенапряжения. Находим диод на шине -12 В, стоит после резистора и поднимаем его ногу. Это отключит защиту от перенапряжений. Теперь все должно быть. Теперь меняем выходной конденсатор на шине +12 В на предел 25 В. И плюс 8 А это с натяжкой для маленького выпрямительного диода, так что и этот элемент меняем на что-то более силовое. И конечно включаем и проверяем. Ток и напряжение при наличии лампы по входу может сильно не расти если нагрузка подключена. Вот если нагрузку отключить, то напряжение регулируется до +20 В. Если все устраивает – меняем лампу на предохранитель. И даем блоку нагрузку. Для визуальной оценки напряжения и тока я использовал цифровой индикатор с алиэкспрес. Тут еще был такой момент – напряжение на шине +12В начинало с 2,5В и это было не очень приятно. А вот на шине +5В от 0,4В. Поэтому я объединил шины при помощи переключателя. Сам индикатор имеет 5 провод на подключение: 3 на измерение напряжения и 2 на ток. Индикатор питается напряжением от 4,5В. Дежурное питание как раз составляет 5В и им питается микруха tl494. Очень рад что удалось переделать компьютерный блок питания. Всем удачной переделки.

Почему поет и греется частотник ?

Все началось с того, когда заказчик пожаловался на странный, меняющийся  свист двигателя, который наблюдался при работе ПЧ Delta Electronics C2000. 

Выглядело это примерно так:

 

Объяснив заказчику, что на выходе ПЧ на самом деле не синусоида 15Гц, а широтно-модулированные импульсы или  ШИМ, с опорной частотой, лежащей в области звукового спектра, можно было бы и остановиться:

 

Рис. 1. В википедии это выглядит так. Напряжение V на двигателе и магнитная индукция В статора.

Действительно, базовую частоту ШИМ (синих коротких импульсов на рис. 1) можно установить  в ПЧ VFD-C2000 параметром 00-17 в диапазоне от 2 кГц до 15 кГц и все это звуковые диапазоны.

Постоянный ток в магнитном поле порождает постоянную силу Ампера, переменный – переменную, а ток звуковой частоты – силу изменяющуюся с частотой в области слышимого спектра.

В преобразователе достаточно моточных изделий с токами звуковых частот, кроме того, таким моточным изделием является сам двигатель. Как бы ни хорошо были прикреплены обмотки, данное крепление обладает конечной жесткостью, поэтому упомянутая выше сила Ампера вызовет их перемещение со звуковой частотой, и, следовательно звуковую волну. 

Звуковую волну вызовет и изменение геометрических размеров ферромагнитных сердечников, статора двигателя в частности,  в результате магнитострикционного эффекта, причем скорее всего бОльшей интенсивности ввиду большей площади поверхности излучения.

Таким образом полностью избавиться от звука не получится,хотя нужно отдать должное некоторым зарубежным производителям двигателей для частотного регулирования, которые почти не шумят. С другой стороны характер звука будет определяться выбором несущей частоты ШИМ,тут следует учитывать, что далеко не каждый слышит звуки выше 15 кГц, более того с возрастом звуки выше 10-12 кГц вообще перестают быть слышны. Поэтому, чем выше выбираем частоту ШИМ, тем меньше неприятных звуковых ощущений. Некоторые производители прибегают к различным ухищрениям, снижая субъективные ощущения от свиста частотника, подмешивая в несущую ШИМ случайную составляющую, но сути это не меняет, звук работы при 2-х кГц и при 10 кГц – это две большие разницы.

Но возвращаясь к случаю с нашим Заказчиком, выяснилось,  какую частоту ШИМ не выбирай, все равно двигатель начинает свистеть по особенному при задании частот вращения ниже 15-20 Гц. Более того, этот эффект мы увидели и в других сериях преобразователей частоты Delta Electronics :

Проведенные эксперименты показали, что преобразователь частоты принудительно сбрасывает опорную частоту ШИМ до минимальной, при переходе порога в ~ 15 Гц, независимо от установок параметра 00-17,  причем делает это с гистерезисом.

Но зачем?

Придется погружаться глубже. Постараемся это сделать не злоупотребляя формулами.

Основная схемотехника практически всех ПЧ низкого напряжения, независимо от бренда абсолютно одинакова:

Рис 2. Блок схема ПЧ низкого напряжения

На  входе ПЧ  находится диодный выпрямитель, затем следует фильтр, сглаживающий пульсации (L есть не во всех частотниках), и  собственно, инвертор, собранный по мостовой схеме на IGBT транзисторах.  При этом напряжение на конденсаторе фильтра в режиме холостого хода равно амплитудному значению напряжения сети:

Vdd =(380±10%) * 1.414 = 537±10% В 

Транзисторы моста работают в ключевом режиме, что означает, что преобразователь умеет выдавать на выход либо +Vdd, либо -Vdd, в зависимости от того, какой транзистор моста открыт. Ситуация, при которой оба транзистора открыты не допускается, так как приводит к короткому замыканию, за этим следит драйвер, либо схема управления, формирующая ШИМ.

Ключевой режим работы транзисторов обладает  высоким КПД, поскольку мощность, рассеиваемая на транзисторе в открытом и закрытом состоянии стремится к нулю, если параметры транзисторов стремятся к идеальным, поскольку в любой момент времени либо напряжение на ключе, либо ток через него стремятся к нулю:

Рис 3.  Токи, напряжения и потери при идеальных ключах

Но дело в том, что идеальных IGBT транзисторов еще не придумали, и на самом деле осциллограммы  тока и напряжения на IGBT содержат существенные участки с ненулевыми и токами и напряжениями и  выглядят так:

Рис 4. Осциллограммы токов и напряжений реальных ключей

Во-первых,в открытом состоянии на IGBT остается небольшое остаточное напряжение, которого однако достаточно, чтобы на транзисторе рассеивалась заметная мощность равная U*I, так как через транзистор течет полный ток ПЧ.

Во-вторых транзистор не умеет мгновенно открываться и закрываться, поэтому существуют моменты времени во время переключения , когда и ток и напряжение значительны, даже превышают 50% максимальных, что приводит к значительным цифрам, киловаттам мгновенной рассеиваемой мощности даже на небольших ПЧ. Графики мгновенной рассеиваемой мощности p(t) и энергии потерь E приведены ниже.

Рис 5. Токи, напряжения, мощность и энергия потерь на включение, проводимость и выключение ключа

 

Очевидно, что общие усредненные потери в транзисторе IGBT равны потерям на включение плюс потери, связанные с конечной проводимостью открытого ключа IGBT, плюс потери на выключение:

P = Pon+Pcond+Poff

где:

Pon, Poff – потери мощности на включение и выключение

       Pcond – потери мощности, связанные с конечной проводимостью открытого перехода IGBT.
 

Площадь под кривой P(t) равняется энергии потерь E, выделяющейся в виде тепла и наглядно показывает, что насколько существенный вклад вносят переключения. Энергия потерь, выделяющаяся за время коммутации на порядки превосходит энергию потерь, выделяющуюся за аналогичное время из-за конечной проводимости.
 

Рассмотрение потерь в ПЧ было бы не полным без разрешения одного кажущегося парадокса. Каким образом при закрытом транзисторе моста и оборванной цепи ток двигателя не прерывается ? Почему индукция и ток фазы ( см. рис 1) носит непрерывный характер, а ток в IGBT – обязан быть прерывистым, коль мы его все время открываем и закрываем с помощью ШИМ? Это же вроде последовательная  цепь (рис 3) ?

Парадокс легко разрешается, если вспомнить, что индуктивность и называется индуктивностью за способность индуцировать напряжение.

Рис 6. Цепь тока фазы  при открытых ключах моста
 

Представим для простоты, что в какой-то момент времени были включены только два ключа, VT1 и VT4.  Источником напряжения, поддерживающим ток в цепи, по сути дела будет разряжающийся силовой конденсатор фильтра, который все время подзаряжается импульсами от выпрямителя сети. 

Пусть контроллер управления, в соответствии с законом широтно импульсной модуляции дал сигнал на отключение VT1 и VT4 и они начали закрываться.

Рис 7. Цепь тока фазы при закрытых ключах моста

Ток через двигатель, естественно, начинает падать, но тут в игру вступает индуктивность двигателя, которая изо всех своих сил, ограниченных только ранее запасенной энергией поля, стремится предотвратить это падение и индуцирует противо эдс E, которое тут-же превышает значение звена постоянного тока Vdd, что приводит к открытию демпфирующих диодов, через которые начинает заряжаться конденсатор – цепь замыкается,ток через обмотку двигателя продолжает течь и течь в том-же направлении.

Таким образом демпфирующие диоды, несмотря на название, в этом приложении – такой же важный токоведущий элемент, как и IGBT и диоды входного моста – через них проходит основная “сила”. Поэтому и потери на них существенны.

Так же, как и на IGBT, на диодах остается остаточное напряжение открытого перехода, которое приводит к кондуктивным потерям. Но с кондуктивными потерями можно бороться, для этого , например Дельта, открывает в моменты проводимости диода и шунтируемый им транзистор, который берет на себя свою долю тока.

Но диод, так-же как и IGBT, не может мгновенно перестать проводить при реверсе полярности. Это связано с тем, что диод содержит накопленный заряд, который вначале должен рассосаться. Этот разряд длится какое-то конечное время, во время которого ток через диод течет в обратном направлении, при уже значительном приложенном обратном напряжении, т.е. направления совпадают, что приводит к рассеиванию мощности (U*I) и потерям, которые называются потерями на восстановление диода.

Потери на восстановление диода могут достигать половины потерь на переключение IGBТ, в то-же время потери на проводимость – 15% от потерь на проводимость IGBT,что усугубляет вклад потерь на переключения в общие потери IGBT или в температуру радиатора частотника.2, с компенсацией скольжения или векторном. Сделать он это обязан  ну хотя бы для того, чтобы не сжечь обмотку, индуктивное сопротивление которой падает пропорционально частоте. А для сохранения момента (и тока) он должен это делать пропорционально f, 

Поэтому на частоте 15Гц на выходе ПЧ должно быть действующее значение 380В*15/50 = 114 В. При более “мягкой”, квадратичной  характеристике для насосов и вентиляторов, напряжение  должно быть еще меньше – 34 В.

Но ПЧ может выдавать либо 537 В либо ничего, поэтому 30 В он будет формировать очень короткими импульсами, открывая и тут-же закрывая транзистор. Из-за необходимости обеспечивать безопасный интервал предотвращения короткого замыкания, когда оба транзистора закрыты, эти импульсы становятся еще короче в относительном выражении. Если управление осуществляется по характеристике U/f и постоянном моменте, то коммутировать транзистору придется практически все тот-же полный номинальный ток, несмотря на пониженное напряжение. Поэтому априори можно предположить, что при низких выходных частотах ПЧ резко возрастают потери на коммутацию.

Но окончательно все становится ясно, после анализа реальных осциллограмм на выходе ПЧ и моделирования происходящего в Matlab и Simulink, благо все готовые блоки в Matlab есть.

Рис 8. Модель потерь в ПЧ (скалярное управление)

В результате рассмотрения  реальных осциллограмм  на выходе ПЧ С2000 выясняется еще одна, далеко не очевидная деталь.

Рис 9. Осциллограмма линейного напряжения на выходе ПЧ при 50 Гц.

Дело в том, что этот ПЧ, как и ПЧ VFD-E/EL, по умолчанию работает с перемодуляцией  ШИМ – т.е. опорным напряжением ШИМ является не просто синусоида, а синусоида, пропущенная через симметричный ограничитель (рис 10). В результате, в течение примерно ⅓ периода коммутации вообще не происходит.

Рис 10. Форма опорного напряжения для формирования ШИМ на 50 Гц.

Режим перемодуляции, когда ШИМ генератор переходит в насыщение, обладает двумя преимуществами и одним недостатком. В этом режиме существенно уменьшается количество переключений ключей в единицу времени, и, следовательно, тепловыделение. Кроме того, в этом режиме ПЧ легче противостоять просадкам напряжения по входу, так как действующее значение напряжения, генерируемого ШИМ с перемодуляцией заметно повышается. За это приходится расплачиваться повышенным коэффициентом гармоник на выходе ПЧ. Кстати самые последние,“европейские” серии Deta Electronics MS/MH режима перемодуляции не имеют, так как во главу угла поставлено строгое соответствие всем европейским стандартам, в том числе и по электромагнитной совместимости.

Графики фазных и линейных напряжений, токов IGBT и двигателя, полученных в результате моделирования для 50 Гц и 20 Гц, приведены ниже.

Рис 10. Фазное и линейное напряжение на выходе ПЧ, ток через IGBT и обмотку двигателя при 50 Гц.

Рис 11. Фазное и линейное напряжение на выходе ПЧ, ток через IGBT и обмотку двигателя при 20 Гц.

Невооруженным взглядом видно, как возрастает интенсивность коммутации во втором случае, причем номинал коммутируемого тока практически прежний.

Результаты моделирования теплового режима ПЧ полностью подтверждают предположения.

Если задаться начальной температурой внутри ПЧ 40С и включить его на 50 Гц, то температура корпусов IGBT будет расти как на рис 12.

Рис 12. Температура корпуса IGBT при 50 Гц, fшим = 10 кГц

Видно, что при заданніх параметрах радиатора, тепловой баланс устанавливается примерно при  67С.

Если же стартовать на 20 Гц, картина резко меняется:

Рис 13. Температура корпуса IGBT при 20 Гц, fшим = 10 кГц

В этом случае IGBT быстро разогревается практически до максимально допустимых температур.

Если-же сбросить частоту ШИМ до 2 кГц, ситуация сразу нормализуется – тепловой баланс наступает примерно при совершенно безопасных 53 С.

Рис 14. Температура корпуса IGBT при 20 Гц, fшим = 2 кГц

Следует оговориться, что абсолютные значения температур зависят от заданных в модель тепловых параметров системы охлаждения,которые могут не совпадать с реальными, поэтому нужно обращать внимание не на количественную картину, а на качественную.

Таким образом можно считать доказанным, что ПЧ дельта принудительно сбрасывает опорную частоту ШИМ для малых скоростей вращения, чтобы уменьшить тепловыделение и температуру внутри ПЧ.

Но почему так важна температура внутри ПЧ? Ведь в последнее время верхняя граница рабочего диапазона температур многих радиокомпонентов существенно выросла?

Потому что  температура, в любом случае, это срок службы ПЧ. Дело в том, что при снижении температуры на каждые 15С, удваиваются показатели наработки на отказ (MTBF) силовых конденсаторов, а на каждые 10С – удваивается MTBF трансформаторов.

Поэтому Дельта и размещает силовые конденсаторы в специальном отсеке, термически изолированном от источников тепла, снабженным индивидуальными вентилятором.

Рис 15. Отсек силовых конденсаторов с индивидуальным вентилятором ПЧ Дельта (правый верхний угол корпуса)

Мы рассмотрели режим работы ПЧ VFD-C2000 с установками частоты ШИМ по умолчанию.  Дельта справедливо считает, что срок службы ПЧ важнее, чем звуковые эффекты.

Однако существуют и другие режимы управления несущей частотой ШИМ, которые определяются параметром 06-55. При желании можно вообще запретить частотнику менять частоту ШИМ, однако в этом случае возможно срабатывание других защит ПЧ. 

Даже если срабатывания защит не произойдет, работа в таком режиме существенно повлияет на послегарантийный срок службы преобразователя из-за перегрева..

Таким образом, выбирая “тихий” режим работы преобразователя частоты и увеличивая для этого частоту ШИМ, вы на самом деле всегда выбираете между комфортом и долговечностью. 

Греется трансформатор на зарядном устройстве

Безусловно, любое зарядное устройство в процессе своей работы хоть немного, но обязательно должно разогреваться, здесь достаточно вспомнить закон Джоуля-Ленца, указывающий нам на то, что если ток течет по проводнику, то будет наблюдаться и нагрев этого проводника, если конечно речь идет о реальном проводнике, например о том же медном, или о полупроводнике, из которого сделаны диоды и транзисторы.

Даже самые обычные провода, так или иначе от тока чуть-чуть всегда разогреваются. Но некоторые зарядные устройства, бывает, греются сверх всякой меры. Давайте попробуем разобраться, почему так происходит.

В случае с нынешними зарядными устройствами, причина их нагрева или перегрева заключается не только в джоулевым тепле. Любой современный сетевой зарядник — это прежде всего понижающий импульсный преобразователь. А в понижающем импульсном преобразователе есть, во-первых, импульсный трансформатор на феррите или хотя бы ферритовый дроссель.

Железные трансформаторы в зарядниках сегодня, пожалуй, не встретишь. Во-вторых, в импульсных преобразователях есть полевые транзисторы и, в-третьих, выпрямительные диоды. Таким образом, здесь есть целых три источника разогрева.

Ферритовый сердечник

На входе типичного зарядного устройства стоит диодный мост, превращающий сетевое переменное напряжение в постоянное. Это постоянное напряжение величиной около 300-310 вольт подается при помощи полевых или биполярных транзисторов короткими импульсами на импульсный трансформатор или на дроссель (в зависимости от схемотехники зарядника), который содержит ферритовый сердечник.

Итак, импульсы частотой в несколько десятков килогерц подаются на этот индуктивный элемент. Сердечник индуктивного элемента — реальный, значит когда он намагничивается и размагничивается, вихревые токи в нем так или иначе возникают, не говоря уже о насыщении. Так вот, в процессе работы зарядника этот ферритовый сердечник разогревается.

А если разработчик зарядного устройства пытался сделать его как можно компактнее, то и сердечник наверняка подобрал и установил минимально возможного для данной мощности размера, при этом частоту преобразователя завысил. В итоге сердечник, конечно, перегревается.

Если, к примеру, нормальная частота для сердечника составляет 50 кГц, а на него подали все 250 кГц. Размер то получился меньше, однако тепла взамен будет выделятся больше, ведь ферриты, способные перемагничиваться на высокой частоте без перегрева, стоят дороже, и размер, опять же, получится больше, что не выгодно для маркетинга.

Транзистор

Транзистор (полевой или биполярный) преобразуют выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотные импульсы, которые подаются на обмотку индуктивного элемента. Так устроено большинство зарядных устройств. В редких случаях транзисторов может быть два. Если зарядное устройство относительно мощное, то транзистору необходим радиатор для отвода тепла, ведь транзистор как раз по закону Джоуля-Ленца разогревается.

Если изготовитель блока питания решил сэкономить на размере радиатора, либо совсем не поставил его, или вообще установил дешевые транзисторы с большим сопротивлением канала, то устройство, конечно, будет перегреваться. В неоригинальных зарядных устройствах такое сплошь и рядом встречается.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды Шоттки, преобразующие пониженное импульсное напряжение в постоянное низкое для зарядки, стоят на выходе, и тоже нагреваются. Они имеют падение напряжения от 0,2 (в лучшем случае) до 0,5 вольт, и при выходном токе, скажем, в 1 ампер, некоторое ощутимое количество тепла уже будет выделяться лишь на этих диодах. А если ток на выходе больше, да если напряжение меньше, это сильно сказывается на КПД.

Вывод

Таким образом, если вы хотите чтобы ваш зарядник грелся как можно меньше и не перегревался, покупайте оригинальные (от фирмы – изготовителя заряжаемого устройства) зарядники, в которых установлены качественные комплектующие, где разработчик не пытался сэкономить на всем подряд, а делал упор на качество своего продукта.

1)трансформатора первичка как 220 так и 237 как лутше,

-лучше на 237в, напряжение в сети не всегда 220в, так что будет лучше и спокойнее при 237в, да и гудеть будет потише.

2)можно ли мотать вторичку тем-же проводом в несколько жил?

-конечно можно, главное чтобы суммарная площадь поперечного сечения всех использованых проводов, составляла не менее 1.7мм2, больше- лучше, но без фанатизма 2мм2 хватит с запасом.

3)сколько витков мотать на каждую катушку?

-берёте обмотку с напряжением 6.4в, сматываете её, при этом считаете витки, делите количество витков на 6.4, получаете количество витков на 1в. Исходя из этого мотаете уже свою вторичную обмотку с напряжением 18-20в.

Заряжать буду автомобильный аккумулятор 75а/ч.

– я за Вас очень рад, у меня зарядное устройство прекрасно заряжет начиная от пальчиковых (АА) аккумуляторов и заканчивая 125а/ч *12в, при этом зарядный ток выставляю 10а, что характерно то в таком режиме работы , тиристор греется значительно меньше чем диодный мост, объясняется это тем, что тиристор практически открыт полностью и на нём падение напряжения минимально. Но это так – к слову. Охлаждение в любом случае должно быть хорошим. Могу посоветовать использовать радиатор от центрального процессора компьтера , очень желательно от производителя AMD, так как у них площадь основания больше, а значит можно очень хорошо разместить и диодный мост (кврс3510 или ему подобный) вместе с тиристором, а вентилятор будет замечательно отводить тёплый воздух, таким образом получим достаточно компактное и очень мощное зарядное устройство.

Трансформаторы – электрические устройства, которые используются для трансформации энергии в процессе передачи по цепям. В процессе работы они нагреваются, что в принципе некритично, если избыточная температура не превышает той, на которую рассчитаны обмотки. Тем не менее, вопрос – почему и как греется трансформатор – является актуальным, ибо перегрев может свидетельствовать о неисправностях техники. Это может привести к риску пожара или отключения от электроснабжения потребителей.

Основные причины

Перегрев оценивается с точки зрения вероятности, частоты и сложности места обнаружения. Рассмотрим ситуации, которые встречаются чаще.

Короткозамкнутый виток

Механическая неисправность, проявляющаяся в следующих случаях:

• Ошибка в обмотке. В распределительных трансформаторах присутствуют две обмотки – первичная и вторичная. Высокое напряжение (и соответственно малый ток) находится на первичной обмотке. Оттуда они путём электромагнитной индукции преобразуются в пониженное напряжение и повышенный ток во вторичной обмотке. В процессе такой трансформации обмотки неоднократно подвергаются диэлектрическим, термическим и механическим нагрузкам. В результате вероятно повреждение обмоток, которое заключается в нарушении целостности или даже в частичном выгорании;
• Нарушение изоляции. Чаще встречается в местах изгиба или поворота обмотки на следующий виток. Возникает тогда, когда фактические значения тока и напряжения превышают максимально допустимые значения (этот предел указывается предприятием-изготовителем в сопроводительной документации). В случае разрушения изоляции (например, при ударе молнии) наблюдается пробой обмотки и короткое замыкание. Несмотря на кратковременность такого процесса, перегрев значителен.

Регулярная проверка диэлектрического сопротивления обмоток помогает предотвратить проблему.

Недостаточная нагрузка

При недостаточной нагрузке во вторичной цепи входное напряжение не понижается. Из-за этого возможны диэлектрические утечки, приводящие к перегреву. Причина легко обнаруживается, поскольку недонагруженный трансформатор изменяет звуковой тон работы.

Перегрузка

Материал обмоток – медный провод, характеризующийся незначительными тепловыми потерями. Однако при нерегулярном техническом обслуживании отдельные части обмоток перегреваются. Если устройство периодически работает на повышенных значениях рабочих характеристик, то с течением времени наблюдается износ и ухудшение качества поверхностного слоя изоляции. Обмотки подвергаются тепловому деформированию, что вызывает ослабление или смещение обмоток. Трансформатор теряет в производительности, а температура на поверхности обмоток (при неудовлетворительном состоянии вентиляции) резко поднимается.

Причинами перегрузки могут быть также:

• Вибрации агрегата;
• Внезапный скачок напряжения;
• Постепенно накапливающиеся коррозионные процессы.

Сердечники

Выход из строя сердечников связан с некачественной сборкой, поэтому редко становится причиной отказа. Сердечники ламинируются, чтобы избежать появления вихревых токов, способствующих перегреву. Качество ламинирующего слоя резко ухудшается, если его не контролировать. Перегрев начинается на поверхности, распространяясь вглубь, пока не достигает обмоток. Далее происходит перегрев масла, которое испаряется, и повреждает остальные узлы агрегата.

Вероятна также и механическая поломка сердечника, проявляющаяся при попадании внутрь воды (которая впоследствии интенсивно испаряется) и из-за естественного старения материала детали. Опасность перегрева устраняется заменой трансформаторного масла.

Заземляющие втулки

Конструктивно представляют собой изолирующие устройства, которые предотвращают попадание высокого напряжения на проводник при переходе к заземляющему узлу. Внутри трансформатора используются бумажные изоляторы, которые окружены маслом, обеспечивающим дополнительную изоляцию. Пробой на гильзе втулки происходит со временем, и вызывает перегрев.

Регулирующая автоматика и система охлаждения

Основная часть такой системы – тепловое реле, при помощи которого изменяются уровень и диапазон напряжения. В этом случае включаются/выключаются отдельные части обмоток, и возможный перегрев предотвращается. Первым признаком неисправности теплового реле считается несвоевременность отработки команд на изменение численных значений характеристик вторичной цепи. Немедленной замене подлежит исполнительная пружина реле, материал которой от длительного использования утратил упругость. Поэтому не происходит включения подачи масляного охладительного потока.

Проверке подлежат охлаждающие вентиляторы, масляные насосы и теплообменники с водяным охлаждением.

Как правильно предотвратить причину

Всё решается квалифицированным регламентным обслуживанием, периодичность которого устанавливается производителем. Главные пункты проверки рассматриваются далее.

Ток холостого хода

Перед подключением к нагрузке проверяется температура крышки корпуса. Она не может быть выше 65…70°C. В противном случае осматриваются витки изоляции. Сгоревшая, затемненная или поврежденная изоляция сопровождается характерным запахом горелого. Самая горячая часть трансформатора – катушка при вершине сердечника. Если изоляция повреждена или при холостом ходе наблюдается дым, то устройство необходимо срочно протестировать, после чего принять решение о ремонте или замене агрегата.

Ток холостого хода не должен превышать 2…3 % от общей мощности трансформатора.

При зарядке

Неисправность касается маломощных трансформаторов, например тех, что находятся в зарядных устройствах ноутбуков. Они преобразуют напряжение, поступающее от сети, в то, которое требуется компьютеру. При этом наблюдается перегрев вилки. Если этот перегрев значителен, и сопровождается неприятным запахом, то зарядное устройство заменяют; в противном случае неприятность вызовет последующую замену аккумулятора компьютера.

Снизить нагрев можно, если установить корпус набок или подставить снизу несколько карандашей, чтобы улучшить циркуляцию воздуха. Если зарядное устройство не используется, его отсоединяют от сетевой розетки.

Опыт короткого замыкания

Такая проверка сильно опасна, поэтому перед началом испытания необходимо убедиться, что сетевая нагрузка не превышает значения номинальной мощности. Рекомендуется не проводить опыт при предельной рабочей нагрузке на агрегат, а также на другом трансформаторе подобной модели. Вентиляторы должны работать на максимальных оборотах, а температура окружающей среды не может превышать 25 С.

Опыт непригоден, если трансформатор смонтирован в закрытом непроветриваемом помещении. Другие условия:

• Соединения ответвлений установлены одинаково;
• Трансформатор правильно рассчитан на гармоническую нагрузку;
• Высокие токи в нейтрали отсутствуют.

Особенности поведения импульсного трансформатора

Разработчики импульсных трансформаторов стремятся минимизировать падение напряжения, время нарастания и искажения импульса. Это вызвано с увеличением тока намагничивания во время длительности импульса.

Питание в устройстве включается и выключается с помощью переключателя (или переключающего устройства) на рабочей частоте и длительности импульса, которые обеспечивают необходимое количество энергии на входе в блок питания. Следовательно, температура также контролируется. При исправном трансформаторе электрическая изоляция между входом и выходом гарантируется конструкцией устройства.

Чаще перегреваются трансформаторы, используемые в источниках питания с прямым преобразователем, особенно, если мощность превышает 500 кВт. Импульсные трансформаторы сигнального типа имеют дело с низкими уровнями мощности, поэтому их нагрев незначителен.

Проблем с перегревом таких устройств не будет, если контролировать следующие параметры:

• Ток намагничивания.
• Ток нагрузки.
• Падение напряжения.
• Напряжение отдачи.
• Вторичный ток нагрузки.
• Искажение импульса.

В каких случаях трансформатор нагревается больше всего

Суммируя вышеописанное, можно сделать вывод, что, перегрев трансформатора наблюдается в следующих случаях:

• Эксплуатация оборудования в нештатном режиме;
• Плохая вентиляция и/или охлаждение;
• Неудовлетворительное состояние обмоток;
• Сбой в работе автоматики;
• Неправильное подключение;
• Ненадёжное заземление.

Все эти проблемы снимаются квалифицированным регламентным обслуживанием.

БЛОК ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА – Систематизированная полезная информация

Азбука ремонтника БП
 
Общие рекомендации:
Что желательно иметь для проверки БП.
а. – любой тестер (мультиметр).
б. – лампочки: 220 вольт 60 – 100 ватт и 6.3 вольта 0.3 ампера.
в. – паяльник, осциллограф, отсос для припоя.г. – увеличительное стекло, зубочистки, ватные палочки, технический спирт.
Наиболее безопасно и удобно включать ремонтируемый блок в сеть через разделительный трансформатор 220v – 220v.
Такой трансформатор просто изготовить из 2-х ТАН55 или ТС-180 (от ламповых ч/б телевизоров).
Просто соответствующим образом соединяются анодные вторичные обмотки, не надо ничего перематывать.
Оставшиеся накальные обмотки можно использовать для построения регулируемого БП.Мощность такого источника вполне достаточна для отладки и первоначального тестирования и дает массу удобств:- электробезопасность- возможность соединять земли горячей и холодной части блока единым проводом, что удобно для снятия осциллограмм.- ставим галетный переключатель – получаем возможность ступенчатого изменения напряжения.
Также для удобства можно зашунтировать цепи +310В резистором 75K-100K мощностью 2 – 4Вт – при выключении быстрее разряжаются входные конденсаторы.Если плата вынута из блока, проверьте, нет ли под ней металлических предметов любого рода.
Ни в коем случае НЕ ЛЕЗЬТЕ РУКАМИ в плату и НЕ ДОТРАГИВАЙТЕСЬ до радиаторов во время работы блока, а после выключения подождите около минуты,
пока конденсаторы разрядятся. На радиаторе силовых транзисторов может быть 300 и более вольт, он не всегда изолирован от схемы блока!
Принципы измерения напряжений внутри блока.
Обратите внимание, что на корпус БП земля с платы подаётся через проводники около отверстий для крепежных винтов.
Для измерения напряжений в высоковольтной («горячей») части блока (на силовых транзисторах, в дежурке)
требуется общий провод – это минус диодного моста и входных конденсаторов.
Относительно этого провода всё и измеряется только в горячей части, где максимальное напряжение – 300 вольт.
Измерения желательно проводить одной рукой.В низковольтной («холодной») части БП всё проще, максимальное напряжение не превышает 25 вольт.
В контрольные точки для удобства можно впаять провода, особенно удобно припаять провод на землю.
Проверка резисторов.Если номинал (цветные полоски) еще читается — заменяем на новые с отклонением не хуже оригинала (для большинства – 5%, для низкоомных в цепях датчика тока может быть и 0.25%).
Если же покрытие с маркировкой потемнело или осыпалось от перегрева — измеряем сопротивление мультиметром.
Если сопротивление равно нулю или бесконечности — вероятнее всего резистор неисправен и для определения его номинала потребуется принципиальная схема блока питания либо изучение типовых схем включения.
Проверка диодов.Если мультиметр имеет режим измерения падения напряжения на диоде – можно проверять, не выпаивая.
Падение должно быть от 0,02 до 0,7 В. Если падение – ноль или около того (до 0,005) – выпаиваем сборку и проверяем.
Если те же показания – диод пробит. Если же прибор не имеет такой функции, установите прибор на измерение сопротивления (обычно предел в 20кОм).
Тогда в прямом направлении исправный диод Шотки будет иметь сопротивление порядка одного – двух килоом, а обычный кремниевый – порядка трех – шести.
В обратном направлении сопротивление равно бесконечности.
Для проверки БП можно и нужно собрать нагрузку..
Вариант нагрузки для БП
Предлагаю свой вариант изготовления нагрузки для окончательной проверки блоков питания ATX.
Мной она была изготовлена в корпусе от АТХ БП фирмы FSP. Установлен дополнительный вентилятор на вдув.
Изоляционные основания из толстого стеклотекстолита. Контактные стойки от какого-то силового шкафа.
Сами нагрузочные спирали намотаны из нихрома. Двумя тумблерами осуществлена возможность коммутации по две и по три спирали в параллель на канал.
На канал +5VSB также установлена нихромовая спираль, рассчитанная на ток порядка 0.8А. На канал минус пять простой одноваттный резистор на 24 Ом, ток 0,2А. Канал минус 12 пока ничем не нагрузил, так как ничего кроме лампы 12V/5W пока не придумал, но хотелось бы от лампы все же уйти.
Для контроля наличия выходного напряжения установлены светодиоды – красные на основные каналы 12, 5 и 3,3 вольта, желтые на отрицательные каналы -5 и -12 вольт, зеленые (три штуки в параллель – просто случайно) – на канал +5VSB.
Контактные разъемы выпаяны из старых мамок, и впаяны на новые платы из стеклотекстолита, на них задействованы все контакты.
Коммутация нагрузки осуществляется двумя тумблерами – один на задней стенке блока, один – бывший переключатель 115в/230в.
Тут конечно недоработка – надо разместить три, или еще лучше шесть тумблеров аккуратно в ряд, и ими коммутировать нагрузку.
Контактные стойки позволяют разместить еще дополнительные спирали для дальнейшего увеличения/изменения мощности, если потребуется.
В таком виде, как получилось сейчас, у меня вышли следующие показатели:+3,3 7,3А/11А 24W/36W+5 10А/15,1А 50W/75W+12 7А/10,6А 84W/127W
Получается суммарная мощность около 162W или 242W.
Хотелось бы услышать мнения форумчан по поводу подбора оптимальных токов по каналам, для оптимизации конструкции, довода ее так сказать “до ума”.
Ну и конечно слайды: Берём выпаянный из ненужной платы ATX разъём и припаиваем к нему провода сечением не менее 18 AWG, стараясь задействовать все контакты по линиям +5 вольт, +12 и +3.3 вольта.
Нагрузку надо рассчитывать ватт на 100 по всем каналам (можно с возможностью увеличения для проверок более мощных блоков).
Для этого берём мощные резисторы или нихром.
Также с осторожностью можно использовать мощные лампы (например, галогенные на 12В), при этом следует учесть, что сопротивление нити накаливания в холодном состоянии сильно меньше, чем в нагретом. Поэтому при запуске с вроде бы нормальной нагрузкой из ламп блок может уходит в защиту.
Параллельно нагрузкам можно подключить лампочки или светодиоды, чтобы видеть наличие напряжения на выходах.
Между выводом PS_ON и GND подключаем тумблер для включения блока.
Для удобства при эксплуатации можно всю конструкцию разместить в корпусе от БП с вентилятором для охлаждения.
Проверка блока:
Можно предварительно включить БП в сеть, чтобы определиться с диагнозом: нет дежурки (проблема с дежуркой, либо КЗ в силовой части),
есть дежурка, но нет запуска (проблема с раскачкой или ШИМ), БП уходит в защиту (чаще всего – проблема в выходных цепях либо конденсаторах),
завышенное напряжение дежурки (90% – вспухшие конденсаторы, и часто как результат – умерший ШИМ).
Начальная проверка блока
Снимаем крышку и начинаем проверку, особое внимание обращая на поврежденные, изменившие цвет, потемневшие или сгоревшие детали.
1. Предохранитель. Как правило, перегорание хорошо заметно визуально,
но иногда он обтянут термоусадочным кембриком – тогда проверяем сопротивление омметром.
Перегорание предохранителя может свидетельствовать, например, о неисправности диодов входного выпрямителя,
ключевых транзисторов или схемы дежурного режима.
2. Дисковый термистор. Выходит из строя крайне редко. Проверяем сопротивление — должно быть не более 10 Ом.
В случае неисправности заменять его перемычкой нежелательно — при включении блока резко возрастет импульсный ток заряда входных конденсаторов,
что может привести к пробою диодов входного выпрямителя.
3. Диоды или диодная сборка входного выпрямителя.
Проверяем мультиметром (в режиме измерения падения напряжения) на обрыв и короткое замыкание каждый диод, можно не выпаивать их из платы.
При обнаружении замыкания хотя бы у одного диода рекомендуется также проверить входные электролитические конденсаторы,
на которые подавалось переменное напряжение, а также силовые транзисторы, т.к. очень велика вероятность их пробоя.
В зависимости от мощности БП диоды должны быть рассчитаны на ток не менее 4…8 ампер.
Двухамперные диоды, часто встречающиеся в дешевых блоках, сразу меняем на более мощные.
4. Входные электролитические конденсаторы. Проверяем внешним осмотром на вздутие
(заметное изменение верхней плоскости конденсатора от ровной поверхности к выпуклой),
также проверяем емкость – она не должна быть ниже обозначенной на маркировке и отличаться у двух конденсаторов более чем на 5%.
Также проверяем варисторы, стоящие параллельно конденсаторам,
(обычно явно сгорают «в уголь») и выравнивающие резисторы (сопротивление одного не должно отличаться от сопротивления другого более чем на 5%).
5. Ключевые (они же – силовые) транзисторы.
Для биполярных – проверяем мультиметром падение напряжения на переходах «база-коллектор» и «база-эмиттер» в обоих направлениях.
В исправном биполярном транзисторе переходы должны вести себя как диоды.
При обнаружении неисправности транзистора также необходимо проверить всю его «обвязку»:
диоды, низкоомные резисторы и электролитические конденсаторы в цепи базы (конденсаторы лучше сразу заменить на новые большей емкости, например, вместо 2.2мкФ * 50В ставим 10.0мкФ * 50В).
Также желательно зашунтировать эти конденсаторы керамическими емкостью 1.0…2.2 мкФ.6.
Выходные диодные сборки. Проверяем их мультиметром, наиболее частая неисправность — короткое замыкание.
Замену лучше ставить в корпусе ТО-247. В ТО-220 чаще помирают…
Обычно для 300-350 Вт блоков диодных сборок типа MBR3045 или аналогичных на 30А – с головой.
7. Выходные электролитические конденсаторы.
Неисправность проявляется в виде вздутия, следов коричневого пуха или потеков на плате (при выделении электролита).
Меняем на конденсаторы нормальной емкости, от 1500 мкФ до 2200…3300 мкФ, рабочая температура — 105° С.
Желательно использовать серии LowESR.
8. Также измеряем выходное сопротивление между общим проводом и выходами блока.
По +5В и +12В вольтам – обычно в районе 100-250 ом (то же для -5В и -12В), +3.3В – около 5…15 Ом.
Потемнение или выгорание печатной платы под резисторами и диодами свидетельствует о том,
что компоненты схемы работали в нештатном режиме и требуется анализ схемы для выяснения причины.
Обнаружение такого места возле ШИМа означает, что греется резистор питания ШИМ 22 Ома от превышения дежурного напряжения и,
как правило, первым сгорает именно он. Зачастую ШИМ в этом случае тоже мертв, так что проверяем микросхему (см. ниже).
Такая неисправность – следствие работы «дежурки» в нештатном режиме, обязательно следует проверить схему дежурного режима.
Проверка высоковольтной части блока на короткое замыкание.
Берём лампочку от 40 до 100 Ватт и впаиваем вместо предохранителя или в разрыв сетевого провода.
Если при включении блока в сеть лампа вспыхивает и гаснет – все в порядке,
короткого замыкания в “горячей” части нет – лампу убираем и работаем дальше без нее (ставим на место предохранитель или сращиваем сетевой провод).
Если при включении блока в сеть лампа зажигается и не гаснет – в блоке короткое замыкание в “горячей” части.
Для его обнаружения и устранения делаем следующее:
1. Выпаиваем радиатор с силовыми транзисторами и включаем БП через лампу без замыкания PS-ON.
2.Если короткое (лампа горит, а не загорелась и погасла) – ищем причину в диодном мосте, варисторах, конденсаторах, 
переключателе 110/220V(если есть, его вообще лучше выпаять).
3. Если короткого нет — запаиваем транзистор дежурки и повторяем процедуру включения.
4. Если короткое есть – ищем неисправность в дежурке.Внимание!
Возможно включение блока (через PS_ON) с небольшой нагрузкой при не отключенной лампочке,
но во-первых, при этом не исключена нестабильная работа БП, во-вторых, лампа будет светиться при включении БП со схемой APFC.
Проверка схемы дежурного режима (дежурки).
Много полезной информации здесь:
Источник дежурного напряжения.
Схемы. Принцип работы.здесь:
Проверка и настройка ДЕЖУРКИ на пониженном напряжении.и здесь:
Свист дежурки и как с ним бороться.
Краткое руководство: проверяем ключевой транзистор и всю его обвязку (резисторы, стабилитроны, диоды вокруг).
Проверяем стабилитрон, стоящий в базовой цепи (цепи затвора) транзистора (в схемах на биполярных транзисторах номинал от 6В до 6.8В, на полевых, как правило, 18В). Если всё в норме, обращаем внимание на низкоомный резистор (порядка 4,7 Ом) – питание обмотки трансформатора дежурного режима от +310В (используется как предохранитель, но бывает и трансформатор дежурки сгорает) и 150k~450k (оттуда же в базу ключевого транзистора дежурного режима) – смещение на запуск. Высокоомные часто уходят в обрыв, низкоомные — так же «успешно» сгорают от токовой перегрузки.
Меряем сопротивление первичной обмотки дежурного транса — должно быть порядка 3 или 7 Ом.
Если обмотка трансформатора в обрыве (бесконечность) – меняем или перематываем транс.
Бывают случаи, когда при нормальном сопротивлении первичной обмотки трансформатор оказывается нерабочим (имеются короткозамкнутые витки).
Такой вывод можно сделать, если вы уверены в исправности всех остальных элементов дежурки.Проверяем выходные диоды и конденсаторы.
При наличии обязательно меняем электролит в горячей части дежурки на новый, припаиваем параллельно нему керамический или пленочный конденсатор 0.15…1.0 мкФ (важная доработка для предотвращения его «высыхания»).
Отпаиваем резистор, ведущий на питание ШИМ. Далее на выход +5VSB (фиолетовый) вешаем нагрузку в виде лампочки 0.3Ах6.3 вольта,
включаем блок в сеть и проверяем выходные напряжения дежурки.
На одном из выходов должно быть +12…30 вольт, на втором – +5 вольт.
Если все в порядке – запаиваем резистор на место.
Проверка микросхемы ШИМ TL494 и аналогичных (КА7500).
Про остальные ШИМ будет написано дополнительно.
1. Включаем блок в сеть. На 12 ноге должно быть порядка 12-30V.
2. Если нет – проверяйте дежурку.
Если есть – проверяем напряжение на 14 ноге – должно быть +5В (+-5%).
3. Если нет – меняем микросхему.
Если есть – проверяем поведение 4 ноги при замыкании PS-ON на землю. До замыкания должно быть порядка 3…5В, после – около 0.4. 
Устанавливаем перемычку с 16 ноги (токовая защита) на землю (если не используется — уже сидит на земле).
Таким образом временно отключаем защиту МС по току.
5. Замыкаем PS-ON на землю и наблюдаем импульсы на 8 и 11 ногах ШИМ и далее на базах ключевых транзисторов.6. Если нет импульсов на 8 или 11 ногах или ШИМ греется – меняем микросхему.
Желательно использовать микросхемы от известных производителей (Texas Instruments, Fairchild Semiconductor и т.д.).7.
Если картинка красивая – ШИМ и каскад раскачки можно считать живым.
8. Если нет импульсов на ключевых транзисторах – проверяем промежуточный каскад (раскачку) – обычно 2 штуки C945 с коллекторами на трансе раскачки, два 1N4148 и емкости 1…10мкф на 50В, диоды в их обвязке, сами ключевые транзисторы, пайку ног силового трансформатора и разделительного конденсатора.Проверка БП под нагрузкой:Измеряем напряжение дежурного источника, нагруженного вначале на лампочку, а потом – током до двух ампер.
Если напряжение дежурки не просаживается – включаем БП, замыкая PS-ON (зеленый) на землю, измеряем напряжения на всех выходах БП и на силовых конденсаторах при 30-50% нагрузке кратковременно. Если все напряжения в допуске, собираем блок в корпус и проверяем БП при полной нагрузке.
Смотрим пульсации. На выходе PG (серый) при нормальной работе блока должно быть от +3,5 до +5В.
Эпилог и рекомендации по доработке:
После ремонта, особенно при жалобах на нестабильную работу, минут 10-15 измеряем напряжения на входных электролитических конденсаторах
(лучше с 40%-ой нагрузкой блока) – часто один “высыхает” или “уплывают” сопротивления выравнивающих резисторов (стоят параллельно конденсаторам )
– вот и глючим… Разброс в сопротивлении выравнивающих резисторов должен быть не более 5%. Емкость конденсаторов должна составлять минимум 90% от номинала. Так же желательно проверить выходные емкости по каналам +3.3В, +5В, +12В на предмет «высыхания» (см. выше), а при возможности и желании усовершенствовать блок питания, заменяйте их на 2200мкф или лучше на 3300мкф и проверенных производителей.
Силовые транзисторы, “склонные” к самоуничтожению (типа D209) меняем на MJE13009 или другие нормальные,
см. тему Мощные транзисторы, применяемые в БП. Подбор и замена..
Выходные диодные сборки по каналам +3.3В, +5В смело меняйте на более мощные(типа STPS4045) с не меньшим допустимым напряжением.
Если в канале +12В вы заметили вместо диодной сборки два спаянных диода – необходимо поменять их на диодную сборку типа MBR20100 (20А 100В).
Если не найдете на сто вольт – не страшно, но ставить необходимо минимум на 80В (MBR2080). Заменить электролиты 1.0 мкфх50В в цепях базы мощных транзисторов на 4.7-10.0 мкфх50В. Можете отрегулировать выходные напряжения на нагрузке.
При отсутствии подстроечного резистора – резисторными делителями, которые установлены от 1й ноги ШИМа к выходам +5В и +12В (после замены трансформатора или диодных сборок ОБЯЗАТЕЛЬНО проверить и выставить выходные напряжения).
Рецепты ремонта от ezhik97:Опишу полную процедуру, как я ремонтирую и проверяю блоки.
1. Собственно ремонт блока – замена всего что погорело и что выявилось обычной прозвонкой
2. Модифицируем дежурку для работы от низкого напряжения. Занимает 2-5 минут.
3. Подпаиваем на вход переменку 30В от разделительного трансформатора.
Это дает нам такие плюсы, как: исключается вероятность что-нибудь спалить дорогое из деталей,
и можно безбоязненно тыкать осциллографом в первичке.
4. Включаем систему и проверяем соответствие напряжение дежурки и отсутствие пульсаций.
Зачем проверять отсутствие пульсаций?
Чтобы удостоверится, что блок будет работать в компе и не будет «глюков».
Занимает 1-2 минуты. Сразу же ОБЯЗАТЕЛЬНО проверяем равенство напряжений на сетевых фильтрующих конденсаторах.
Тоже момент, не все знают. Разница должны быть небольшая.
Скажем, процентов до 5 примерно.
Если больше – есть очень большая вероятность что блок под нагрузкой не запустится, либо будет выключаться во время работы,
либо стартовать с десятого раза и т.п.. Обычно разница или маленькая, или очень большая. Займет 10 секунд.
5. Замыкаем PS_ON на землю (GND).
6. Смотрим осциллографом импульсы на вторичке силового транса. Они должны быть нормальные. Как они должны выглядеть?
Это надо видеть, потому как без нагрузки они не прямоугольные. Здесь сразу же будет видно, если что-то не так.
Если импульсы не нормальные – есть неисправность во вторичных цепях или в первичных.
Если импульсы хорошие – проверяем (для проформы) импульсы на выходах диодных сборок.
Все это занимает 1-2 минуты.Все! Блок 99% запустится и будет отлично работать!
Если в пункте 5 импульсов нет, возникает необходимость поиска неисправности. Но где она? Начинаем “сверху”
1. Все выключаем. Отсосом отпаиваем три ноги переходного транса с холодной стороны.
Далее пальцем берем транс и просто перекашиваем его, подняв холодную сторону над платой, т.е. вытянув ноги из платы.
Горячуюю сторону вообще не трогаем! ВСЕ! 2-3 минуты.
2. Все включаем. Берем проводок. Соединяем накоротко площадку,
где была средняя точка холодной обмотки разделительного транса с одним из крайних выводов этой самой обмотки и на этом же проводе смотрим импульсы,
как я писал выше. И на втором плече так же. 1 минута3. По результатам делаем вывод, где неисправность.
Часто бывает что картинка идеальная, но амплитуда вольт 5-6 всего (должно быть под 15-20). Тогда уже либо транзистор в этом плече дохлый,
либо диод с его коллектора на эммитер. Когда удостоверишься, что импульсы в таком режиме красивые, ровные,
и с большой амплитудой, запаивай переходной транс обратно и посмотри осцилом на крайние ноги еще раз.
Сигналы будут уже не квадратными, но они должны быть идентичными.
Если они не идентичны, а слегка отличаются – это косяк 100%.Может оно и будет работать, только вот надежности это не добавит, а уж про всякие непонятные глюки, могущие вылезти, я промолчу .
Я все время добиваюсь идентичности импульсов. И никакого разброса параметров там ни в чем быть не может
(там же одинаковые плечи раскачки), кроме как в полудохлых C945 или их защитных диодах. Вот сейчас делал блок – всю первичку восстановил,
а вот импульсы на эквиваленте переходного трансформатора слегка отличались амплитудой. На одном плече 10,5В, на другом 9В. Блок работал.
После замены С945 в плече с амплитудой 9В все стало нормально – оба плеча 10,5В. И такое часто бывает,
в основном после пробоя силовых ключей с КЗ на базу.Похоже утечка сильная К-Э у 945 в связи с частичным пробоем (или что там у них получается) кристалла.
Что в совокупности с резистором, включенным последовательно с трансом раскачки, и приводит к снижению амплитуды импульсов.
Если импульсы правильные – ищем косяк с горячей стороны инвертора. Если нет – с холодной, в цепях раскачки.
Если импульсов вообще нет – копаем ШИМ.Информация взята с сайта www.rom.by 

Преобразователь для Гаусс пушки на 555 таймере

Преобразователь выполнен на известной микросхеме 555 серии. Конструкция преобразователя предельно проста и не вызвает затруднений даже у начинающих радиолюбителей. 

Мощность такого преобразователя зависит от применяемого полевого транзистора и источника питания. Популярные типы применяемых полевых транзисторов – IRFZ44 , IRL3705 , IRF3205 . Последние два отлично справляются , а вот на первый немного греется, хотя транзистору необходим теплоотвод.

Трансформатор я взял из старого блока питания, разобрал его и убрал старые обмотки, намотал первичную 7 витков 1мм проводом.

Далее изолировал первичную обмотку той же изоляцией, которая использовалась в исходном трансформаторе и намотал вторичную обмотку 120 витков 0.2-0.3мм проводом. Вторичку мотал не просто так, а по слоям: каждый слой по 40 витков, между слоями та же изоляция. Для изоляции можно использовать скотч или изоленту.

Далее окончательно изолируем обмотки и у нас выходит вот такой вот трансформатор:

Из деталей необходимо:

-Трансформатор (который мы только что сделали)

-Полевой транзистор ( IRFZ44 , IRL3705 , IRF3205 )

-Микросхема NE555

-Диод(любой маломощный импульсный, например 1n4148)

-Конденсаторы(3.9нФх25В и 10нФх25В)

-Резисторы(2.2кОм) – 2шт

-Диод( импульсный диод 1000В и ток не менее 1А, ставится после трансформатора на выход)

Плата нарисована в Sprint-Layout’e, сделана методом ЛУТа скачать исходник в формате lay можно тут. 

Впаиваем все элементы на плату, также на выход нужно поставить импульсный диод на 1000В 1А, получается такой преобразователь:

Мощность такого преобразователя напрямую зависит от мощности источника питания, с аккумулятором от бесперебойника мощность около 50-60 Ватт и более. Такой преобразователь сумеет зарядить емкость 400 вольт 1000мкФ всего за одну секунду!

 

 

Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки

Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.

Построить блок питания будет ненамного сложнее, чем прочитать эту статью. И уж точно, это будет проще, чем найти низкочастотный трансформатор подходящей мощности и перемотать его вторичные обмотки под свои нужды.

 

Оглавление статьи.

1. Вступление.
2. Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.
3. Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?
4. Импульсный трансформатор для блока питания.
5. Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.
6. Блок питания мощностю 20 Ватт.

    

7. Блок питания мощностью 100 ватт
8. Выпрямитель.
9. Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?
10. Как наладить импульсный блок питания?
11. Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

 

Вступление.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

 

Вернуться наверх к меню

 

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для преобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

 

Вернуться наверх к меню

 

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Вернуться наверх к меню

 

Импульсный трансформатор для блока питания.

 

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. 🙂 Проверено на практике.

Здесь подробно рассказано, как произвести самые простые расчёты импульсного трансформатора, а так же, как его правильно намотать… чтобы не пришлось подсчитывать витки. 🙂

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Вернуться наверх к меню

 

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.

 

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мыльниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 20 Ватт.

 

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП.

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт. Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц. Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц Температура трансформатора – 60ºС Температура транзисторов – 42ºС

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 100 Ватт.

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

 

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

 

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

 

1. Винт М2,5.
2. Шайба М2,5.
3. Шайба изоляционная М2,5 – стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.
4. Корпус транзистора.
5. Прокладка – отрезок трубки (кембрика).
6. Прокладка – слюда, керамика, фторопласт и т.д.
7. Радиатор охлаждения.

А это действующий стоваттный импульсный блок питания.

 

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.

 

Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.

Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.

Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.

Температура транзисторов – 75ºC.

Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².

Температура дросселя TV1 – 45ºC.

TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Вернуться наверх к меню

 

Выпрямитель.

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

 

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

 

1. Мостовая схема.

2. Схема с нулевой точкой.

 

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

 

Пример.

Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ватт.

 

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

 

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

 

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

 

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности. 🙂

 

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

 

Вернуться наверх к меню

 

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

 

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

 

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку между исследуемым ИБП и осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

 

А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.

 

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

 

Будьте осторожны, берегитесь ожога!

 

Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!

То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Вернуться наверх к меню

 

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.

Вернуться наверх к меню

 

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Вернуться наверх к меню

 

Источник http://oldoctober.com/

Разгон блока питания

Автор не несет ответственности за выход из строя каких-то компонент, произошедший в результате разгона. Используя данные материалы в любых целях, конечный пользователь принимает на себя всю ответственность. Материалы сайта представлены “as is”.” Вступление. Этот эксперимент с частотой я затеял из-за не хватающей мощности БП.  Когда компьютер покупался его мощности вполне хватало для этой конфигурации: AMD Duron 750Mhz / RAM DIMM 128 mb / PC Partner KT133 / HDD Samsung 20Gb / S3 Trio 3D/2X 8Mb AGP  Без монитора – с помощью VGATV  и через самодельный шнур подключался к телевизору 🙂 Постепенно  он оброс устройствами: FDD Mitsumi 3,5″ 1,44Mb /модем Acorp 56 PML /монитор  LG StudioWork 700b / Gigabyte Geforce 2MX 400 32 Mb  после покупки видеокарты периодически (от нескольких дней до нескольких месяцев) наблюдался уход монитора в ждущий режим на несколько секунд (не более 5 ). Затем это прекратилось и больше н повторялось. Наконец после покупки CDRom TEAC 540E – начались первые серьезные проблемы, которые усилились с покупкой CDRW TEAC 540W Проявлялось в основном в работе жесткого диска – зависанием машины на некоторое время, с сопутствующим щелканьем и перезапуском винта, повреждением FAT и NFTS, с последующей реанимацией данных (NFTS дольше продержался, но вытащить с него мне ничего не удалось). Спровоцировать это могли и CDRom с CDRW, и видеокарта( по  шине +5 вольт  напряжение менялось в зависимости от работы машины и нагрузки – копирование , игра в пределах 4.75-4.9. При запуске игры, напряжение могло уменьшится до 4,75 вольт, после чего игра вылетала в синий экран или в лучшем случае просто закрывалась. Достаточно  настроить программу Mprobe вести log напряжений. Последние записи в логе  фиксируют падение напряжения после запуска игры и до момента когда система вылетает в синий экран) В борьбе за мощность заменил диоды, конденсаторы, даже пробовал менять трансформатор(этого лучше не делайте, они оказывается не все одинаковые :), хотя есть вроде подходящие –  один подошел по ножкам и БП запустился ) – эффект почти ноль.  Напряжение проседало, и прыгало в зависимости от текущих операций(копирование, игра и т.д.).  Наконец, решил купить новый блок питания (с него бы надо было начинать :), но тогда бы не было этой статьи), но перед покупкой  решил по экспериментировать. Теория. Мощность блока питания пропорциональна частоте тока проходящего через силовой трансформатор. Чем выше частота тока тем меньшим будет трансформатор в блоке питания при той же мощности. Для примера, блок питания ватт на 200 с обыкновенным трансформатором на 50 Гц вполне сможет заменить тренажер или хотя бы пудовую гирю. Частоты на которых работают блоки питания в среднем 30-50 кГц. Верхний диапазон ограничивается граничными частотами силовых транзисторов и критической частотой ферромагнетика трансформатора (примерно 100кГц,  существуют  блоки питания с частотами 500кГц).   Согласно ШИМ – контроллер. TL494, рабочая частота определяется конденсатором C и резистором R., по формуле:   ,  где k – коэффициент зависящий от микросхемы, как от конкретной модели, так и от производителя. У TL494 он равен 1,1, у KA7500  – 1,2 . Для примера две схемы: Частота f для этой схемы получилась 57 кГц. А для этой  частота f  равна 40 кГц. Практика. Частоту можно изменить  заменив конденсатор C или(и) резистор R на другой номинал. Было бы правильно поставить конденсатор с меньшей емкостью, а резистор заменить на последовательно соединенные постоянный резистор и переменный типа СП5 с гибкими выводами.  Затем,  уменьшая его сопротивление, измерять напряжение, пока напряжение не достигнет 5.0 вольт. Затем впаять постоянный резистор на место переменного, округлив номинал в большую сторону. Я пошел по более опасному пути - резко изменил частоту впаяв конденсатор меньшей ёмкости. У меня было:     R1=12kOm     C1=1,5nF По формуле получаем  f=61,1 кГц После замены конденсатора  стало:     R2=12kOm     C2=1,0nF  f=91,6 кГц Согласно формуле: частота увеличилась на 50% соответственно и мощность возросла. Если R не будем менять, то формула упрощается:   Или если С не будем менять, то формула :   Проследите конденсатор и резистор подключенные к 5 и 6 ножкам микросхемы. и замените конденсатор на конденсатор с меньшей ёмкостью. Результат  После разгона блока питания напряжение стало ровно 5.00 (мультиметр может иногда показать 5.01, что скорее всего погрешность), почти не реагируя на выполняемые задачи – при сильной нагрузке на шине +12 вольт (одновременная работа двух CD и двух винтов) – напряжение на шине +5В может кратковременно снизиться 4.98. Начали сильнее греться ключевые транзисторы. Т.е. если  раньше радиатор был слегка теплый, то теперь он сильно теплый, но не горячий. Радиатор с выпрямительными полумостами сильнее греться не стал. Трансформатор также не греется. С 18.09.2004 г. и по сегодняшний день (15.01.05) к блоку питания нет никаких вопросов. На данный момент следующая конфигурация:  AMD Duron 750Mhz / RAM DIMM 256 Mb PC133/ PC Partner KT133 / HDD Samsung 20Gb / CD-ROM TEAC 540E/ CD-RW TEAC 540W/ Mobile Rack ATA100 with Fan /FDD Mitsumi 3,5″ 1,44Mb /модем Acorp 56 PML / Gigabyte Geforce 2MX 400 32 Mb / SB Creative Live Valve / LAN Realtek 8139 / ТВ тюнер Manli Home TV (SAA7130) / + 2 вентилятора в корпусе и 2 на процессоре( Mini SuperOrb ) Ссылки  Двухтактные преобразователи (упрощенный расчет)  Application Note 9015 A180W, 100KHz Forward Converter Using QFET by I.S. Yang July, 2000 Он же c www.fairchildsemi.com Блоки питания для системных модулей типа IBM PC-XT/AT.  Источники питания конструктива АТХ для компьютеров. Схемы блоков питания. Маркировка резисторов ПАРАМЕТРЫ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ СИЛОВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ДВУХТАКТНЫХ СХЕМАХ ИБП ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА.  Конденсаторы. (Примечание: С = 0.77 ۰ Сном ۰SQRT( 0,001۰f ), где Сном – номинальная емкость конденсатора.) Комментарии Renni:То что ты повысил частоту у тебя повысилось количество пилообразных импульсов за определенный промежуток времени, а как следствие повысилась частота с которой отслеживается нестабильности по питанию, так как нестабильности по питанию отслеживаются чаще то и импульсы на закрытие и открытие транзисторов в полумостовом ключе происходит с двойной частотой. Твои транзисторы обладают характеристиками, а конкретно своим быстродействием.: Увеличив частоту ты тем самым уменьшил размер мертвой зоны. Раз ты говоришь что транзисторы не греются значит они входят в той диапазон частот, значит тут казалось бы все хорошо. Но, есть и подводные камни. Перед тобой есть схема электрическая принципиальная? Я тебе сейчас по схеме объясню. Там в схеме посмотри где ключевые транзисторы, к коллектору и эмиттеру включены диоды. Они служат для рассасывания остаточного заряда в транзисторах и перегонке заряда в другое плечо(в конденсатор). Вот, если у этих товарищей скорость переключения низкая у тебя возможны сквозные токи –  это прямой пробой твоих транзисторов. Возможно из за этого они будут греться. Теперь дальше, там дело не этом, там дело в том что после прямого тока, который прошел через диод. Он обладает инерционностью и когда появляется обратный ток,: у него какое то время еще не восстанавливается значение его сопротивления и по этому они характеризуются не частотой работы, а временем восстановления параметров. Если это время больше чем можно, то у тебя будут наблюдаться частичные сквозные токи из за этого возможны всплески как по напряжению так и по току. Во вторично это не так страшно, но в силовой части – это просто пи#дец,: мягко говоря.  Так вот продолжим. Во вторичной цепи эти переключения следующим не желательны, а именно: Там для стабилизации используются диоды Шотки, так вот по 12 вольтам что бы их подпирают напряжением -5 вольт.(прим. у меня кремниевые на 12 вольтах), так вот по 12 вольтам что бы их (диоды Шотки) можно было использовать подпирают напряжением -5 вольт. (Из-за низкого обратного напряжения, невозможно просто поставить диодов Шотки на шине 12 вольт, поэтому так извращаются). Но у кремниевых потери больше чем у диодов Шотки и реакция поменьше, если только они не из числа быстро восстанавливающихся. Так вот, если высокая частота, то у диодов Шотки наблюдается практически тот же эффект что и в силовой части + инерционность обмотки по -5 вольтам по отношению к +12 вольтам, делает невозможным использование диодов ШОТКИ, по этому увеличение частоты может со временем привести к выходу из строя онных. Я рассматриваю общий случай. Так вот едем дальше. Дальше еще один прикол, связанный наконец непосредственно с цепью обратной связи. Когда ты образуешь отрицательную обратную связь, у тебя есть такое понятие как резонансная частота вот этой петли обратной связи. Если ты выйдешь на резонанс, то п#зда всей твоей схеме. Прости за грубое выражение. Потому что эта микросхема ШИМ всем управляет и требуется ее работа в режиме. И на конец “темная лошадка” 😉 Ты понял о чем я? Трансформатор он самый, так вот у этой сцуки ведь тоже есть резонансная частота. Так эта дрянь ведь не унифицированная деталь, трансформатор намоточное изделие в каждом случае изготовляется индивидуально – по этой просто причине ты не знаешь характеристик на него. A если ты введешь своей частотой в резонанс ? Ты спалишь свой транс и БП можешь спокойно выкидывать. Внешне два абсолютно одинаковых трансформатора могут иметь абсолютно разные параметры. Ну факт тот что не правильной подборкой частоты ты мог спокойно спалить БП.При всех прочих условиях как все таки повысить мощность БП. Повышаем мощность блока питания. Первым делом нам надо разобраться что такое мощность. Формула предельно проста – ток на напряжение. Напряжение в силовой части у нас составляет 310 вольт постоянки. Так вот так как на напряжение мы никак не можем влиять. Транс то у нас один. Мы можем увеличить только ток. Величину тока нам диктует две вещи- это транзисторы в полумосте и буферные емкости. Кондеры по больше, транзисторы по мощнее, так вот надо увеличить номинал емкости и поменять транзисторы на такие у которых больше ток цепи коллектор-эмиттер или просто ток коллектора, если не жалко можешь втулть туда на 1000 мкФ и не напрягаться с расчетами. Так вот в этой цепи мы сделали все что могли, тут больше в принципе сделать ничего не возможно, разве что еще учесть напряжение и ток базы этих новых транзисторов. Если трансформатор маленький – это не поможет. Надо еще отрегулировать такую хрень как напряжение и ток при котором у тебя будет открываться и закрываться транзисторы. Теперь вроде как тут все. Поехали во вторичную цепь.Теперь у нас на выходе обмоток тока доху……. Надо немного подправить наши цепи фильтрации, стабилизации и выпрямления. Для этотго мы берем в зависимости от реализации нашего БП и меняем диодные сборки в первую очередь, что бы обеспечивали возможность протекания нашего тока. В принципе все остальное можно оставить так как есть. Вот и все, вроде бы, ну на данный момент Запас прочности должен быть. Тут дело в том что техника импульсная – вот это ее дурная сторона. Тут почти все построено на АЧХ и ФЧХ, на t реакции.: вот и все Модернизация БП путем повышения частоты преобразования  Обратно © 2004 Александр Джулай

Силовые транзисторы и радиаторы

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Узнайте о конструкции силовых транзисторов.
• • Понять необходимость соединения коллектора и металлического корпуса.
• Понять взаимосвязь между мощностью и температурой в силовых цепях.
• • Понижение мощности.
• Понять необходимость радиаторов.
• • Способы выбора радиаторов.
• • Способы установки радиаторов.
• Рассчитайте требования к тепловому сопротивлению радиаторов.
• • Узнайте о методах преодоления ограничений в радиаторах.

Силовые транзисторы

Нет четкой разницы между «обычными» транзисторами, используемыми в усилителях напряжения и силовых транзисторах, но обычно силовые транзисторы можно отнести к категории таких, которые могут выдерживать ток коллектора (или сток в случае полевых транзисторов) более 1 Ампер.

Поскольку силовые транзисторы, такие как те, что показаны на рис. 5.1.1, выдерживают большие токи и более высокие напряжения, они имеют конструкцию, отличную от небольших сигнальных устройств. Они должны иметь низкое выходное сопротивление, чтобы они могли передавать большие токи в нагрузку, и хорошую изоляцию перехода, чтобы выдерживать высокие напряжения. Они также должны очень быстро рассеивать тепло, чтобы не перегреваться. Поскольку большая часть тепла генерируется в соединении коллектор / база, площадь этого соединения делается как можно большей.

Мощность и температура

Максимальная номинальная мощность транзистора в значительной степени определяется температурой перехода коллектор / база, как это видно из графика снижения мощности на рис. 5.1.2. Если рассеивается слишком много мощности, этот переход становится слишком горячим и транзистор будет разрушен, типичная максимальная температура составляет от 100 ° C до 150 ° C, хотя некоторые устройства могут выдерживать более высокие максимальные температуры перехода. Максимальная выходная мощность силового транзистора тесно связана с температурой, и при температуре выше 25 ° C она линейно падает до нулевой выходной мощности при достижении максимально допустимой температуры.

Понижение мощности

Рис. 5.1.2 График снижения мощности для TIP31

Например, транзистор, такой как TIP31, с заявленной максимальной выходной мощностью P _TOT , равной 40 Вт, может работать только с мощностью 40 Вт. IF температура корпуса (немного ниже температуры перехода) поддерживается ниже 25 ° C. Характеристики силового транзистора во многом зависят от его способности рассеивать тепло, выделяемое на переходе коллектор-база.

Минимизация проблемы перегрева решается двумя основными способами:

• 1. Работая с транзистором наиболее эффективным способом, то есть выбирая класс смещения, обеспечивающий высокий КПД и наименее расточительный по мощности.
• 2. Обеспечивая, чтобы тепло, выделяемое транзистором, могло отводиться и эффективно передаваться в окружающий воздух как можно быстрее.

Метод 2, описанный выше, подчеркивает важность взаимосвязи между силовым транзистором и его радиатором, устройством, прикрепленным к транзистору с целью отвода тепла.Таким образом, физическая конструкция силовых транзисторов рассчитана на максимальную передачу тепла к радиатору. Помимо обычного выводного провода коллектора, коллектор силового транзистора, который имеет гораздо большую площадь, чем у малого сигнального транзистора, обычно находится в прямом контакте с металлическим корпусом транзистора или металлической монтажной площадкой. , который затем может быть прикручен или прикреплен непосредственно к радиатору. Типичные силовые транзисторы в металлическом корпусе и металлическом корпусе показаны на рис.5.1.1

Поскольку усилители мощности выделяют значительное количество тепла, которое является потраченной впустую мощностью, они сделаны максимально эффективными. Для усилителей напряжения низкие искажения имеют большее значение, чем эффективность, но с усилителями мощности, хотя искажения нельзя игнорировать, эффективность жизненно важна.

Радиаторы

Рис. 5.1.3 Радиаторы

Радиатор предназначен для отвода тепла от транзистора и его максимально эффективного рассеивания в окружающий воздух.Радиаторы бывают разных форм, например, из оребренных алюминиевых или медных листов или блоков, часто окрашенных или анодированных в черный матовый цвет, чтобы помочь быстрее отводить тепло. Выбор радиаторов показан на рис. 5.1.3.

Очень важен хороший физический контакт между транзистором и радиатором, а перед тем, как закрепить транзистор на радиаторе, на контактную поверхность смазывают теплопередающую смазку (состав для радиатора).

Если необходимо обеспечить электрическую изоляцию между транзистором и радиатором, между радиатором и транзистором используется слой слюды.Слюда имеет отличную изоляцию и очень хорошие теплопроводные свойства.

Выбор подходящего радиатора

Рис. 5.1.4 Установка радиатора TO220

Доступно множество радиаторов, подходящих к конкретным типам корпусов транзисторов («корпус» относится к форме и размерам транзистора). На рис. 5.1.4 показаны различные этапы установки типичного зажима на радиатор.

,

(a) показывает трубку с теплоотводящим компаундом.

(b) показывает зажим TO220 на радиаторе.

(c) показывает транзистор TIP31, который имеет корпус типа TO220, готовый к установке.

(d) показывает металлический корпус транзистора, залитый радиатором. Это важно для создания эффективного теплообмена между транзистором и радиатором.

(e) показывает транзистор, установленный на радиаторе.

,

(f) показан альтернативный метод монтажа, используемый, когда металлический корпус транзистора (который обычно также является выводом коллектора) должен быть изолирован от радиатора.В этом примере используется слюдяная шайба в форме TO220, а транзистор прикреплен к радиатору болтом, вставленным через небольшую изолирующую втулку.

Типовой R

_th Расчет для:

• Транзистор TIP31 (корпус TO220), необходимый для рассеивания 5 Вт.
• Максимальная температура перехода = 150 ° C
• Температура окружающей среды (воздуха) = 25 ° C.

• Тепловое сопротивление между переходом и корпусом, рассчитанное по графику снижения мощности Рис.5.1.2.
• R _{th j-c} = (150 ° C – 25 ° C) / 40 Вт = 3,125 ° C / Вт .
• Макс. температура корпуса при рассеивании 5 Вт = 150 – (5 x 3,125) = 134 ° C (прибл.).
• Тепловое сопротивление R _{th c-hs} между корпусом и радиатором (с учетом слюдяной шайбы) = 2 ° C / Вт.
• Макс. температура радиатора = 134 – (5 x 2) = 124 ° C .
• Для достижения температуры окружающего воздуха = 25 ° C Термическое сопротивление радиатора должно быть лучше (124 – 25) / 5 = 19.8 ° C / Вт
• Лучшим выбором, чтобы избежать работы транзистора при максимальной разрешенной температуре , было бы выбрать радиатор с тепловым сопротивлением примерно от 10 до 15 ° C / Вт.

Расчет необходимого теплового сопротивления R

_th для радиатора

Выбранный радиатор должен отводить тепло от транзистора в окружающий воздух достаточно быстро, чтобы температура перехода транзистора не превышала максимально допустимое значение (обычно указывается в паспорте транзистора), обычно от 100 до 150 ° С.

Каждый радиатор имеет параметр, называемый термическим сопротивлением (R _th ), измеряемый в ° C / Вт, и чем ниже значение R _th , тем быстрее рассеивается тепло. Другие факторы, влияющие на рассеивание тепла, включают мощность (в ваттах), рассеиваемую транзистором, эффективность передачи тепла между внутренним переходом транзистора и корпусом транзистора, а также корпусом к радиатору.

Также необходимо учитывать разницу между температурой радиатора и температурой воздуха вокруг него (температура окружающей среды).Главный критерий – радиатор должен быть достаточно эффективным, слишком эффективный – не проблема.

Следовательно, любой радиатор с тепловым сопротивлением ниже или равным расчетному значению должен быть в порядке, но во избежание постоянной работы транзистора при или близкой к максимально допустимой температуре, которая почти гарантированно сокращает срок службы транзистора, По возможности рекомендуется использовать радиатор с более низким тепловым сопротивлением.

График снижения мощности транзистора TIP31, показанный на рис.5.1.2 иллюстрирует взаимосвязь между мощностью, рассеиваемой транзистором, и температурой корпуса. Когда транзистор рассеивает 5 Вт, по графику можно оценить, что максимальная температура безопасного корпуса для температуры перехода 150 ° C будет примерно от 134 до 135 ° C, что подтверждает приведенный выше расчет макс. температура корпуса.

Транзистор TIP31 имеет максимальную рассеиваемую мощность P _TOT , равную 40 Вт, но из графика на рис. 5.1.2 видно, что это возможно только в том случае, если температура корпуса транзистора может поддерживаться на уровне 25 ° C.Температура корпуса может подниматься только до 150 ° C (такой же, как максимальная температура перехода), если рассеиваемая мощность равна нулю.

Параллельные транзисторы для приложений большой мощности

Рис. 5.1.5 Силовые транзисторы, подключенные параллельно

В приложениях с высокой мощностью может оказаться невозможным найти подходящий радиатор для конкретного транзистора, тогда одним из решений может быть использование другого силового транзистора или другого типа корпуса (корпуса), если таковой имеется.Другой альтернативой является использование двух или более транзисторов, соединенных параллельно, с разделением общей мощности между ними. Это может быть более дешевый вариант, чем один очень дорогой радиатор.

Термический побег

Во многих современных схемах силовые MOSFET предпочтительнее BJT из-за проблемы теплового разгона BJT. Это процесс, при котором ток увеличивается как естественный эффект в полупроводниках при повышении температуры устройства. Это повышение температуры затем приводит к дальнейшему увеличению электрического тока и последующему дальнейшему повышению температуры, пока повышение температуры и тока не выйдет из-под контроля и устройство не будет разрушено.

При параллельном подключении нескольких плохо согласованных транзисторов транзистор, который вначале пропускает наибольший ток, нагревается, в то время как другие транзисторы, пропускающие меньший ток, становятся холоднее. Следовательно, более горячий транзистор может подвергаться опасности теплового разгона, однако тщательно подобранные BJT все же могут быть предпочтительнее полевых МОП-транзисторов для некоторых приложений с высоким напряжением.

Начало страницы

Радиаторы для транзисторов

Радиаторы для транзисторов Главная | Конденсатор | Разъем | Диод | IC | Лампа | LED | Реле | Резистор | Переключатель | Транзистор | Переменный резистор | Другой

---

Радиаторы необходимы для транзисторов, пропускающих большие токи.

Зачем нужен радиатор?

Из-за протекающего через них тока в транзисторах выделяется лишнее тепло. Если вы обнаружите, что транзистор становится слишком горячим, чтобы к нему прикасаться, безусловно, необходимо радиатор! Радиатор помогает рассеивать (отводить) тепло, передавая это в окружающий воздух.

Скорость производства отходящего тепла называется тепловой мощностью P. Обычно базовый ток I _B слишком мал, чтобы выделять много тепла, поэтому тепловой мощность определяется током коллектора I _C и напряжением V _CE через транзистор:

P = I _C × V _CE (см. Диаграмму ниже)

Нагрев не является проблемой, если I _C маленький или если транзистор используется в качестве переключение, потому что при “полном включении” V _CE почти ноль.Однако силовые транзисторы, используемые в таких схемах, как аудиоусилитель или регулятор скорости двигателя будет частично работать большую часть времени, и V _CE может быть около половина напряжения питания. Эти силовые транзисторы почти наверняка потребуют радиатора. чтобы предотвратить их перегрев.

Силовые транзисторы обычно имеют отверстия под болты для крепления радиаторы, но также доступны прикрепляемые радиаторы. Убедитесь, что вы используете правильный типа для вашего транзистора. Многие транзисторы имеют металлические корпуса, которые подключены к одному из их выводов, поэтому может потребоваться изолировать радиатор от транзистора.Комплекты изоляционные доступны с листом слюды и пластиковой втулкой для болта. Теплопроводящую пасту можно использовать для улучшения теплового потока от транзистора к радиатор, это особенно важно, если используется изоляционный комплект.

Мощность радиатора

Радиаторы оцениваются по их термическому сопротивлению. (Rth) в ° C / Вт. Например, 2 ° C / Вт означает теплоотвод (и, следовательно, компонент приложенный к нему) будет на 2 ° C горячее, чем окружающий воздух на каждый 1 Вт тепла он рассеивается.Обратите внимание, что более низкое тепловое сопротивление для означает, что для лучше радиатор .

Вот как вы рассчитываете требуемый рейтинг радиатора:

1. Рассчитайте рассеиваемую тепловую мощность, P = I _C × V _CE
   В случае сомнений используйте наибольшее вероятное значение для I _C и предположите что V _CE составляет половину напряжения питания.
   Например, если силовой транзистор проходит 1 А и подключен к Питание 12В, мощность Р около 1 × ½ × 12 = 6 Вт.
2. Найдите максимальную рабочую температуру (Tmax) для транзистора, если можете, в противном случае предположим, что Tmax = 100 ° C.
3. Оцените максимальную температуру окружающей среды (окружающего воздуха) (Tair). Если радиатор будет находиться вне корпуса Tair = 25 ° C разумно, но внутри будет выше (возможно 40 ° C) позволяя всему прогреваться в работе.
4. Рассчитайте максимальное тепловое сопротивление (Rth) радиатора, используя: Rth = (Tmax – Таир) / P
   В приведенных выше примерах значений: Rth = (100-25) / 6 = 12.5 ° C / Вт.
5. Выберите радиатор с тепловым сопротивлением, которое на меньше, чем на значение, рассчитанное выше (помните, что меньшее значение означает лучший теплоотвод!) например, 5 ° C / Вт было бы разумным выбором для обеспечения запаса прочности. Радиатор 5 ° C / Вт, рассеивающий 6 Вт, будет иметь разницу температур 5 × 6 = 30 ° C, поэтому температура транзистора поднимется до 25 + 30 = 55 ° C (безопасно менее чем максимум 100 ° C).
6. Все вышеизложенное предполагает, что транзистор имеет ту же температуру, что и радиатор.Это разумное предположение, если они надежно закреплены болтами или зажимами. вместе. Однако вам, возможно, придется положить лист слюды или что-то подобное между их обеспечить электроизоляцию, тогда транзистор будет горячее чем радиатор, и расчет становится сложнее. Для типичных листов слюды следует вычесть 2 ° C / Вт из термической значение сопротивления (Rth), рассчитанное на шаге 4 выше.

Если все это кажется слишком сложным , вы можете попробовать прикрепить умеренно большой радиатор и надежда на лучшее.Осторожно следите за температурой транзистора с помощью пальцем, если он станет очень горячим, немедленно выключите его и используйте радиатор большего размера!

Почему термическое сопротивление?

Термин « термическое сопротивление » используется потому, что он аналогичен термину: электрическое сопротивление:

• Разница температур на радиаторе (между транзистором и воздух) похож на напряжение (разность потенциалов) на резисторе.
• Тепловая мощность (скорость нагрева), протекающая через радиатор от транзистора. к воздуху подобен току, протекающему через резистор.
• Таким образом, R = V / I становится Rth = (Tmax – Tair) / P
• Так же, как вам нужна разница напряжений для протекания тока, вам понадобится разность температур для создания теплового потока.

---

Главная | Конденсатор | Разъем | Диод | IC | Лампа | LED | Реле | Резистор | Переключатель | Транзистор | Переменный резистор | Другой

---

---

© Джон Хьюс 2007, Клуб электроники, www.kpsec.freeuk.com
Этот сайт был взломан с использованием ПРОБНОЙ версии WebWhacker. Это сообщение не появляется на лицензированной копии WebWhacker.

Параллельное соединение двух или более транзисторов

Параллельное соединение транзисторов – это процесс, в котором идентичные выводы двух или более транзисторов соединяются вместе в схему, чтобы увеличить пропускную способность комбинированного параллельного набора транзисторов.

В этом посте мы узнаем, как безопасно подключить несколько транзисторов параллельно, это могут быть биполярные транзисторы или МОП-транзисторы, мы обсудим и то, и другое.

Зачем нужен параллельный транзистор

При создании силовых электронных схем правильная конфигурация силового выходного каскада становится очень важной. Это включает в себя создание силового каскада, который может обрабатывать большую мощность с наименьшими усилиями. Обычно это невозможно при использовании одиночных транзисторов, и требуется, чтобы многие из них были подключены параллельно.

Эти каскады в основном могут состоять из силовых устройств, таких как силовые транзисторы BJT или MOSFET. Обычно одинарных BJT становится достаточно для получения умеренного выходного тока, однако, когда требуется более высокий выходной ток, становится необходимым добавить большее количество этих устройств вместе.Поэтому возникает необходимость в параллельном подключении этих устройств. Хотя использовать одиночные BJT относительно проще, их параллельное соединение требует некоторого внимания из-за одного существенного недостатка, связанного с характеристиками транзисторов.

Что такое “тепловой неуправляемый пробег” в BJT

Согласно их спецификациям, транзисторы (BJT) должны работать в достаточно холодных условиях, чтобы их рассеиваемая мощность не превышала максимальное указанное значение. И поэтому мы устанавливаем на них радиаторы, чтобы соблюсти вышеуказанный критерий.

Кроме того, BJT имеют характеристику отрицательного температурного коэффициента, которая заставляет их увеличивать скорость проводимости пропорционально увеличению температуры их корпуса.

Поскольку температура корпуса имеет тенденцию к увеличению, ток через транзистор также увеличивается, что приводит к дальнейшему нагреву устройства.

Процесс превращается в своего рода цепную реакцию, быстро нагревая устройство до тех пор, пока оно не станет слишком горячим, чтобы поддерживать его работу, и не повредит.В транзисторах такая ситуация называется тепловым разгоном.

Когда два или более транзистора соединены параллельно, из-за их слегка различающихся индивидуальных характеристик (hFE) транзисторы в группе могут рассеиваться с разной скоростью, некоторые немного быстрее, а другие немного медленнее.

Следовательно, транзистор, который может пропускать через него немного больший ток, может начать нагреваться быстрее, чем соседние устройства, и вскоре мы можем обнаружить, что устройство, входящее в ситуацию теплового разгона, повреждает себя и впоследствии передает явление на остальные устройства. а также в процессе.

Ситуация может быть эффективно решена путем добавления резистора небольшого номинала последовательно с эмиттером каждого транзистора, подключенного параллельно. Резистор подавляет и контролирует величину тока, проходящего через транзисторы, и никогда не позволяет ему достигать опасного уровня.

Значение должно быть соответствующим образом рассчитано в соответствии с величиной тока, проходящего через них.

Как подключается? См. Рисунок ниже.

Как рассчитать резистор, ограничивающий ток эмиттера в параллельных BJTs

На самом деле это очень просто и может быть рассчитано с использованием закона Ома:

R = V / I,

Где V – напряжение питания, используемое в цепи, а «I» может составлять 70% максимальной пропускной способности транзистора по току.

Например, предположим, что если вы использовали 2N3055 для BJT, поскольку максимальная пропускная способность устройства по току составляет около 15 ампер, 70% от этого будет около 10,5 А.

Следовательно, если V = 12 В, тогда

R = 12 / 10,5 = 1,14 Ом

Расчет базового резистора

Это можно сделать по следующей формуле:

Rb = (12 – 0,7) hFE / ток коллектора (Ic)

Предположим, что hFE = 50 , Ток нагрузки = 3 ампера, вышеприведенная формула может быть решена следующим образом:

Rb = 11.3 x 50/3 = 188 Ом

Как избежать использования эмиттерных резисторов в параллельных BJT

Хотя использование резисторов-ограничителей тока эмиттера выглядит хорошо и технически правильно, более простым и разумным подходом может быть установка BJT на обычный радиатор с большим количеством радиаторной пасты, нанесенной на их контактные поверхности.

Эта идея позволит вам избавиться от грязных эмиттерных резисторов с проволочной обмоткой.

Установка поверх общего радиатора обеспечит быстрое и равномерное распределение тепла и устранит опасную ситуацию теплового разгона.

Более того, поскольку предполагается, что коллекторы транзисторов должны быть параллельны и соединены друг с другом, использование слюдяных изоляторов больше не становится необходимым и делает вещи намного удобнее, поскольку корпуса транзисторов подключаются параллельно через сам металлический радиатор. .

Это похоже на беспроигрышную ситуацию … транзисторы легко соединяются параллельно через металлический радиатор, избавляясь от громоздких эмиттерных резисторов, а также устраняя ситуацию теплового разгона.

Параллельное подключение полевых МОП-транзисторов

В приведенном выше разделе мы узнали, как безопасно подключать транзисторы BJT параллельно. Когда дело доходит до МОП-транзисторов, условия становятся полностью противоположными и в значительной степени в пользу этих устройств.

В отличие от BJT, МОП-транзисторы не имеют проблем с отрицательным температурным коэффициентом, и, следовательно, не имеют ситуаций теплового разгона из-за перегрева.

Напротив, эти устройства демонстрируют характеристики с положительным температурным коэффициентом, что означает, что устройства начинают проводить менее эффективно и начинают блокировать ток, когда он начинает нагреваться.

Таким образом, при параллельном подключении МОП-транзисторов нам не нужно ни о чем беспокоиться, и вы можете просто подключить их параллельно, независимо от каких-либо токоограничивающих резисторов, как показано ниже. Однако следует рассмотреть возможность использования отдельных резисторов затвора для каждого из МОП-транзисторов …. хотя это не слишком критично ..

У меня к вам вопрос.

Мощность и тепловыделение

По мере роста объема и сложности вашего встроенного проекта потребление энергии становится все более очевидной проблемой.По мере увеличения энергопотребления такие компоненты, как линейные регуляторы напряжения, могут нагреваться во время нормальной работы. Небольшой нагрев – это нормально, однако, когда становится слишком жарко, производительность линейного регулятора ухудшается.

Сколько – это много?

Хорошее практическое правило для регуляторов напряжения: если внешний корпус становится неудобным на ощупь, то деталь должна иметь эффективный способ передачи тепла другой среде. Хороший способ сделать это – добавить радиатор, как показано ниже.

Радиатор, прикрепленный к линейному регулятору напряжения на блоке питания макетной платы.

Радиатор часто представляет собой просто большой кусок металла, который помогает отводить тепло от детали под нагрузкой. За счет увеличения площади поверхности радиатора большее количество тепла передается более холодному воздуху, тем самым охлаждая деталь более эффективно. Вот почему вы видите «ребра» на некоторых радиаторах, как показано на рисунке выше.

Если вы используете радиатор, рекомендуется добавить радиатор или термоленту в зону физического контакта между регулятором напряжения и радиатором.Компаунд для радиатора или лента обеспечивает надлежащую передачу тепла от регулятора напряжения к радиатору. На картинке выше вы можете увидеть белый теплоотвод. Помните, что вам нужно совсем немного!

В вашем макете также можно использовать медные пластины в качестве радиаторов.

Иногда медные заливки на печатных платах используются в качестве радиаторов. На приведенном выше рисунке микросхема для зарядки LiPo-аккумулятора MCP73831 должна рассеивать тепло на печатной плате. Серые области – это медные плоскости, а черные точки – переходные отверстия (медные отверстия в нижнем слое).Вся эта медь составляет большую площадь излучающей тепловой массы, которая будет эффективно рассеивать тепло в наружный воздух.

---

Почему греется регулятор напряжения?

В этом кратком обсуждении мы поговорим о линейных регуляторах (по сравнению с SMPS). Эффективность линейного регулятора зависит от разницы между входным и выходным напряжениями и от величины тока, потребляемого вашей схемой. Чем больше разница между входным и выходным напряжением или больше ток, тем больше тепла будет рассеиваться регулятором.Это означает, что линейные регуляторы мощности не очень эффективны при регулировании напряжения, поскольку так много энергии теряется в виде тепла! Импульсные источники питания (SMPS) намного более эффективны и становятся все более распространенными, однако их трудно использовать, поскольку они иногда чувствительны к генерации шума при неправильном использовании.

Мы можем рассчитать среднее количество мощности, рассеиваемой регулятором, которое напрямую связано с теплом, выделяемым регулятором.

.

Чтобы рассчитать мощность, используемую регулятором в приведенной выше схеме, нам необходимо знать:

1. Vin, напряжение на входе регулятора.
2. Vout, выход регулятора и напряжение, которое используется для питания внешних устройств.
3. I, максимальное количество тока, которое может потреблять система. Для надежной оценки сложите указанный (RTFM) максимальный ток, потребляемый всеми устройствами (MCU, GPS, светодиоды и т. Д.).

Теперь мы можем использовать уравнение мощности и подставить три значения для расчета мощности, используемой регулятором.

---

ПРИМЕР 1

Какую мощность потребляет регулятор на картинке выше? Вот данные значения:

1. Вин. Допустим, мы используем полностью заряженный аккумулятор на 9 В.
2. Vout. В нашем примере это 5 В.
3. I. Предположим, что максимальный ток, потребляемый всеми устройствами, равен 2.5 ампер.

Используйте уравнение мощности:

Мощность = мощность в ваттах
V = напряжение в вольтах
I = ток в амперах

10 Вт – это много энергии, которую нужно рассеять через небольшой электронный компонент! Вот почему может потребоваться использование радиаторов с линейными регуляторами напряжения.

Важный момент, о котором следует помнить: наш расчет может рассматриваться как пиковая мощность, рассеиваемая регулятором, потому что в действительности система не отображает 2.5 ампер, непрерывно. Модули MCU, GPS и CELL обычно пульсируют током, который в среднем достигает гораздо меньшего значения. Но всегда полезно принимать значения наихудшего сценария!

8.5: Использование радиатора – Разработка LibreTexts

Всякий раз, когда значительное количество энергии рассеивается полупроводниковыми приборами, необходимо рассмотреть вариант охлаждающего элемента. Схемы регулирования питания не исключение. Проходные транзисторы, используемые как в линейных, так и в импульсных регуляторах, могут быть вынуждены рассеивать большое количество энергии.{\ circ} \) C диапазон. Хотя в силовых транзисторах используются более тяжелые металлические корпуса, они, как правило, сами по себе не подходят для приложений с высоким уровнем рассеяния.

Для увеличения теплового КПД устройства используется внешний радиатор. Радиаторы обычно изготавливаются из алюминия и имеют вид ребер. Ребра создают большую поверхность, что улучшает процесс конвекции тепла. Другими словами, радиатор может передавать тепло в окружающую атмосферу быстрее, чем силовой транзистор.Прикрепив транзистор к радиатору, устройство сможет рассеивать больше энергии при заданной рабочей температуре. Некоторые типичные радиаторы показаны на рисунке \ (\ PageIndex {1} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Типовые радиаторы. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.

8.5.1: Физические требования

Радиаторы предназначены для работы с конкретными стилями корпусов устройств. Наиболее распространенными типами корпусов регуляторов являются TO-220 «power tab» и TO-3 «can». Радиаторы доступны для этих конкретных стилей, включая необходимое монтажное оборудование и изоляционные прокладки.В некоторых регуляторах пониженной мощности используются корпуса типа «мини-банка» ТО-5 или DIP. Радиаторы также доступны для этих типов корпусов, но не так распространены.

Есть несколько общих правил, которых следует придерживаться при использовании радиаторов:

• Всегда используйте смазку для радиатора или теплопроводящую прокладку между радиатором и устройством. Это увеличит теплопередачу между двумя частями. Обратите внимание, что чрезмерное количество смазки для радиатора фактически снизит} производительность.
• Установите ребра в вертикальной плоскости для оптимального естественного конвективного охлаждения.
• Не перегружайте и не закрывайте устройства, в которых используются радиаторы.
• Не перекрывайте поток воздуха вокруг радиаторов, особенно непосредственно над и под предметами, для которых необходима естественная конвекция.
• Если тепловые требования особенно высоки, рассмотрите возможность использования принудительной конвекции (например, вентиляторов).

8.5.2: Термическое сопротивление

Чтобы указать конкретный радиатор для данного приложения, необходимо более техническое объяснение.Что мы собираемся сделать, так это создать эквивалент тепловой цепи. В этой модели используется понятие термического сопротивления. Термическое сопротивление означает, насколько легко передать тепловую энергию от одной механической части к другой. Символ теплового сопротивления – \ (\ theta \), а единицы измерения – градусы Цельсия на ватт. В этой модели температура аналогична напряжению, а рассеиваемая тепловая мощность аналогична току. Полезное уравнение:

\ [P_D = \ frac {\ Delta T} {\ theta _ {total}} \ label {8.4} \]

Где \ (P_D \) – мощность, рассеиваемая полупроводниковым прибором, в ваттах, \ (\ Delta T \) – разность температур, а \ (\ theta _ {total} \) – сумма тепловых сопротивлений. По сути, это тепловая версия закона Ома.

Чтобы построить нашу модель, давайте более подробно рассмотрим комбинацию питания, устройства и радиатора. Это показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). \ (T_j \) – температура полупроводникового перехода. Этот источник тепловой энергии нагревает корпус устройства до \ (T_c \).Тепловое сопротивление между двумя объектами равно \ (\ theta _ {jc} \). Корпус, в свою очередь, нагревает радиатор через межсоединение. Это тепловое сопротивление равно \ (\ theta _ {cs} \), а результирующая температура равна \ (T_s \).

Наконец, радиатор передает тепловую энергию в окружающий воздух, который находится в точке \ (T_a \). Тепловое сопротивление радиатора составляет \ (\ theta _ {sa} \). Эквивалентная тепловая модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). (Хотя это не полностью соответствует нормальному анализу схем, но все же иллюстрирует основные моменты.)

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): устройство и радиатор.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Эквивалентная тепловая модель, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

В этой модели земля представляет собой температуру абсолютного нуля. Схема находится при температуре окружающей среды \ (T_a \), поэтому источник напряжения \ (T_a \) подключен к земле и радиатору. Три тепловых сопротивления включены последовательно и управляются источником тока, который задается текущей мощностью рассеивания устройства.Обратите внимание, что если рассеиваемая мощность высока, результирующие «падения напряжения» на тепловых сопротивлениях будут высокими. Напряжение аналогично температуре в этой модели, поэтому это указывает на создание высокой температуры. Поскольку существует максимальный предел для \ (T_j \), более высокая рассеиваемая мощность требует меньшего теплового сопротивления. Поскольку \ (\ theta _ {jc} \) установлен производителем устройства, вы не можете контролировать этот элемент. Однако \ (\ theta _ {cs} \) зависит от стиля корпуса и используемого изоляционного материала, поэтому у вас есть некоторый контроль (но не очень большой) над этим.С другой стороны, как человек, определяющий радиатор, вы имеете большой контроль над \ (\ theta _ {sa} \). Значения для \ (\ theta _ {sa} \) указаны производителями радиаторов. Полезный вариант уравнения \ ref {8. {\ circ} \) C, тип корпуса TO-220, \ (\ theta _ {jc} \) = 3.{\ circ} \) / W или около того. Также обратите внимание на обычно более низкие значения \ (\ theta _ {sa} \) для случая TO-3 по сравнению с TO-220. Это одна из причин, почему корпуса TO-3 используются для устройств большей мощности. Этот случай также облегчает производителю сокращение \ (\ theta _ {jc} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): \ (\ theta_ {CS} \) для TO-3 и TO-220. Перепечатано с разрешения Thermalloy, Inc.

.

Практическое руководство: Введение в выбор и установку радиатора

---

«Ой!» – воскликнул я, рассматривая почти идеальный круг, окружающий стилизованную букву «М» (для Motorola), которая была заклейменна на конце моего указательного пальца после прикосновения к корпусу силового транзистора, чтобы увидеть, «теплый ли он».«Это было мое введение в« выбор радиатора для силовых полупроводников », которое я получил, будучи молодым экспериментатором, занимающимся созданием источника питания, – урок, который я не забыл через несколько десятилетий после этого события. Цель этого руководства – познакомить вас с основными концепциями выбора и установки радиаторов для силовых полупроводников, а также, возможно, сэкономить вам несколько обгоревших пальцев и сгоревших устройств.

Силовые полупроводники (как транзисторы, так и интегральные схемы) могут потенциально рассеивать большое количество электроэнергии в виде тепловой энергии или тепла, когда устройства работают с большими токами.Чтобы найти тепловую нагрузку в ваттах, которую устройство должно рассеивать, просто умножьте падение напряжения на устройстве на ток через него. Например, устройство будет рассеивать 20 Вт, если ток устройства составляет 4 А при падении напряжения 5 В. Внутри устройства тепло генерируется через полупроводниковый переход (, то есть , то место, где внутри устройства соединяются полупроводниковые материалы типа n и p ). Если тепло не отводится, температура в полупроводниковом переходе, называемая температурой перехода ( T _j ), будет повышаться до тех пор, пока не превысит максимальную температуру перехода ( T _jmax ), что обычно приводит к разрушение устройства.

Не менее важно, чтобы значение T _j было как можно ниже, чтобы обеспечить надежность, срок службы и рабочие характеристики полупроводникового прибора. Типичные значения максимальной температуры перехода, указанные производителями полупроводников, составляют от 125 ° C до 150 ° C, хотя некоторые устройства – например, транзистор 2N3035 NPN – рассчитаны на работу при температуре до 200 ° C. Приблизительное эмпирическое правило состоит в том, что срок службы полупроводниковых устройств уменьшается вдвое на каждые 10 ° C повышения температуры выше 100 ° C, что эквивалентно экспоненциальному сокращению срока службы при повышении температуры. ¹

РИСУНОК 1. Радиаторы для корпусов TO-39 и TO-220.

---

Радиатор – это металлическая масса, которая отводит тепло, выделяемое силовыми полупроводниковыми приборами, в место с более низкой температурой – обычно это окружающий воздух – откуда оно удаляется естественной конвекцией. Правильно спроектированный радиатор будет поддерживать температуру перехода полупроводниковых устройств значительно ниже максимальной рабочей температуры, сводя к минимуму влияние на бюджет проекта. На рис. 1 показано несколько небольших радиаторов, предназначенных для корпусов TO-39 и TO-220, которые подходят для рассеивания нескольких ватт мощности и достаточно компактны, чтобы их можно было установить на самой печатной плате. Более высокая рассеиваемая мощность в несколько десятков ватт достигается за счет установки большого радиатора на задней части корпуса, который максимизирует рассеивание тепла за счет естественной конвекции (см. Рисунок 2 ).

РИСУНОК 2. Силовой полупроводник в корпусе TO-3, установленный на радиаторе, прикрепленном к задней части шасси.

---

Повышенное тепловыделение сверх того, что дает естественная конвекция – доступное, конечно, по более высокой цене – может быть получено либо с помощью принудительной конвекции, создаваемой механическим вентилятором, либо путем циркуляции некоторого типа жидкого хладагента через радиатор для отвода избыточного тепла. На боковой панели обсуждается концепция тепловой цепи с целью определения некоторых общих терминов и вводится математическое описание проблемы передачи тепла от полупроводникового перехода в окружающую среду.

В качестве примера мы применим эту информацию к проблеме выбора радиатора, подходящего для обеспечения адекватного рассеивания тепла для пятивольтового регулятора LM309, используемого в типичном блоке питания.

Теория конструкции радиатора (боковая панель)

Электрические системы		Тепловые системы
Кол-во	Установка	Кол-во	Установка
Заряд: Q c	Кулоны	Тепло: Q D	Джоули
Ток: I	Ампер	Рассеиваемая мощность: P D	Вт
Потенциал: В	Вольт	Температура: T	° С
Сопротивление: R	Ом	Сопротивление: θ	° С / Вт

ТАБЛИЦА 1. Аналогия между электрическими величинами и тепловыми величинами.

---

Обычно используют аналогию с электрической схемой, чтобы представить базовую модель устойчивого теплового сопротивления, которая связывает величины рассеивания тепла, повышения температуры и теплового сопротивления. Таблица 1 показывает, что электрические величины заряда, тока, потенциала и омического сопротивления аналогичны тепловым величинам тепла, мощности, температуры и теплового сопротивления соответственно.По этой аналогии закон Ома, который описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи, также описывает соответствующую взаимосвязь между рассеиваемой мощностью, температурой и тепловым сопротивлением в тепловой системе или «цепи».

РИСУНОК 3. Применение закона Ома к электрическим (слева) и тепловым (справа) системам.

---

Рисунок 3 иллюстрирует эту идею и показывает, что точно так же, как электрический ток I в резисторе возникает из разности потенциалов Δ В на сопротивлении R в электрической цепи, поток тепловой энергии P _D создает разность температур Δ T на тепловом сопротивлении в тепловом контуре.Решение теплового уравнения, приведенного на рисунке, дает T ₁ = P _D • θ + T ₂ . Для проблемы конструкции радиатора T ₁ – желаемая рабочая температура перехода T _j ; T ₂ – температура окружающего воздуха T _A ; P _D – мощность, рассеиваемая полупроводниковым устройством, а θ – полное тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающей средой; путем подстановки получается тепловое уравнение T _j = P _D • θ + T _A .

Тепловое уравнение показывает, что два члена вносят вклад в температуру перехода T _j . Первый вклад обусловлен рассеиваемой мощностью полупроводникового устройства, умноженной на тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом. Второй вклад обусловлен температурой окружающего воздуха. Чтобы поддерживать температуру перехода T _j на постоянном значении, по мере увеличения рассеиваемой мощности P _D разработчик радиатора должен либо применить кондиционер, чтобы снизить температуру окружающей среды T _A , или уменьшить тепловое сопротивление между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом.Обычно наиболее экономичным подходом является установка радиатора с достаточно малым тепловым сопротивлением, чтобы поддерживать температуру перехода ниже некоторого желаемого значения, например 100 ° C.

РИСУНОК 4. Корпус TO-220, прикрепленный к радиатору (слева) и эквивалентной тепловой цепи (справа) .1

---

Можно ли проверить исправность радиатора? Правая часть Рис. 4 предлагает метод применения теплового уравнения, чтобы убедиться, что радиатор имеет надлежащие размеры.Если рассеиваемая мощность P _D и температура корпуса T _C известны (возможно, путем закрепления датчика температуры на корпусе после нанесения небольшого количества термопасты), тепловое уравнение принимает вид T _J = P _D • θ _JC + T _C . Это соотношение показывает, что температуру в полупроводниковом переходе можно найти, прибавив температуру корпуса T _C к произведению рассеиваемой мощности P _D и теплового сопротивления перехода к корпусу θ _JC .

Установка радиатора

Типичная установка радиатора показана на левой стороне Рис. 4 , на котором показано поперечное сечение силового полупроводника; в данном случае – с пакетом ТО-220. Когда устройство работает, температура полупроводникового перехода повышается, в результате чего тепло течет от полупроводникового кристалла через металлический корпус и слюдяной изолятор к металлическому радиатору, где оно рассеивается в атмосферу. Металлический радиатор обычно крепится болтами к металлическому шасси, поэтому необходимо электрически – но не термически – изолировать силовой полупроводник от радиатора, разделив их с помощью электрического изолятора, такого как слюдяная шайба или силиконовая прокладка.

Обычно обе стороны изолятора покрыты силиконовой термопастой. Цель смазки – заполнить микроскопические воздушные карманы, которые в противном случае могли бы существовать между материалами, потому что воздух – очень хороший изолятор. Это позволяет создавать безвоздушные соединения, которые сводят к минимуму тепловое сопротивление, через которое должно проходить тепло, и снижает повышение температуры в местах соединения различных материалов. Важно использовать достаточно смазки, чтобы заполнить пустоты, но не более того, иначе дополнительная смазка сама по себе будет служить теплоизолятором, увеличивая тепловое сопротивление.

Правая сторона Рисунок 4 показывает эквивалентную тепловую схему. В этой схеме полное тепловое сопротивление θ между температурой полупроводникового кристалла и температурой окружающего воздуха, выраженное в ° C / Вт, является суммой теплового сопротивления между переходом и корпусом корпуса, θ _JC , тепловое сопротивление между корпусом корпуса и радиатором, θ _CS , и тепловое сопротивление между радиатором и окружающим воздухом θ _SA или θ = θ _JC + θ _CS + θ _SA .Значения для каждого из этих термических сопротивлений обычно находятся в таблице данных производителя полупроводникового устройства и перечислены в информации производителя для каждого радиатора. Приблизительные значения сопротивления перехода к корпусу θ _JC составляют 0,5–2,5 ° C / Вт, для сопротивления корпуса θ _CS 0,5–1,5 ° C / Вт , и примерно 4 ° C / Вт и выше для радиатора с окружающим воздухом, θ _SA , в зависимости от формы, материала, массы и конструкции радиатора.

Пример конструкции радиатора

Давайте проиллюстрируем эти концепции, разработав радиатор, который позволит нам извлечь максимальную производительность из микросхемы пятивольтового регулятора напряжения LM309, которая имеет максимальную рассеиваемую мощность 20 Вт. ² . LM309 был выбран потому, что производитель предоставляет данные, которые связывают рассеиваемую мощность устройства, требуемое тепловое сопротивление радиатора и температуру окружающей среды, что позволит нам проверить наши расчеты.

Во-первых, интересно отметить, что условия тестирования электрических характеристик, указанных для устройства, были взяты при температуре перехода, T _j , 25 ° C, что подразумевает, что устройство установлено либо на бесконечном радиаторе. или температура окружающей среды во время испытания была снижена за счет кондиционирования воздуха. В техническом описании также указано, что максимальная рабочая температура перехода для этого устройства составляет всего 125 ° C, поэтому мы спроектируем радиатор так, чтобы температура устройства не превышала это значение, хотя в более консервативной конструкции будет использоваться более низкое значение, например 100 ° C. С.

Подставляя эти значения в преобразованное тепловое уравнение в Рисунок 3 дает

максимальное значение теплового сопротивления между полупроводниковым переходом и окружающим воздухом, которое наша конструкция может выдерживать без перегрева. Согласно примечанию 3 в техническом описании, тепловое сопротивление между переходом и корпусом корпуса, θ _JC , составляет 2,5 ° C / Вт. Кроме того, типичные значения теплового сопротивления между корпусом корпуса и радиатором, θ _CS , составляют около 0.4-0,6 ° C / Вт при использовании слюдяной шайбы, покрытой силиконовой смазкой, поэтому мы будем использовать среднее значение 0,5 ° C / Вт. Таким образом, тепловое сопротивление между радиатором и окружающим воздухом, θ _SA , должно быть меньше 5,0 – 2,5 – 0,5 = 2,0 ° C / Вт. Этот результат точно согласуется с показателем максимальной средней рассеиваемой мощности для LM309K, представленной в Рисунок 5 , который показывает, что радиатор сопротивления 2,0 ° C / Вт может рассеивать 20 Вт мощности при температуре окружающей среды 25 ^o С.

Обзор радиаторов, произведенных одним производителем (Wakefield Engineering), показывает, что тепловое сопротивление радиатора 2,0 ° C / Вт просто выходит за рамки того, что возможно без принудительного охлаждения. Например, сверхмощный радиатор Wakefield 641A имеет тепловое сопротивление при естественном охлаждении 2,4 ° C / Вт по сравнению с тепловым сопротивлением при принудительном охлаждении 0,9 ° C / Вт при потоке воздуха 250 лф / мин. Таким образом, разработчик должен либо ограничить максимальную рассеиваемую мощность регулятора напряжения до 18,5 Вт (100 ° C / 5.4 ° C / Вт) или предусмотреть принудительное охлаждение радиатора с механической вентиляцией, чтобы не допустить превышения номинальных значений устройства.

Наконец, для сравнения, в примечании 3 к таблице данных LM309K также указано, что тепловое сопротивление корпуса TO-3 окружающему воздуху, θ _CA , составляет примерно 35 ° C / Вт. Таким образом, без радиатора рассеиваемая мощность ограничивается менее 2,9 Вт, что также хорошо согласуется с результатом, показанным на Рис. 5 .

РИСУНОК 5. Максимальная средняя рассеиваемая мощность (LM309K) ² . Стрелка указывает на точку на рисунке, которая демонстрирует, что радиатор с сопротивлением 2,0 ° C / Вт способен рассеивать 20 Вт мощности при температуре окружающей среды 25 ° C, что согласуется с приведенным здесь расчетом образца.

---

Заключение

Важно поддерживать температуру перехода полупроводниковых устройств ниже их рабочих пределов, чтобы обеспечить надежность, срок службы и производительность устройства.Обычно наиболее рентабельным подходом к достижению этого является физическое подключение устройства к радиатору с помощью токопроводящей дорожки с низким тепловым сопротивлением.

В этой статье показано, как определить минимальное общее тепловое сопротивление, разделив разницу температур между полупроводниковым переходом и окружающей средой на требуемую рассеиваемую мощность. Затем можно – после вычитания теплового сопротивления перехода к корпусу и корпуса к радиатору из общего теплового сопротивления выбрать радиатор с достаточно малым тепловым сопротивлением, чтобы обеспечить рассеяние мощности, достаточное для предлагаемого применения. NV

---

Список литературы

www.aavidthermalloy.com/technical/papers/pdfs/select.pdf
www.newark.com/pdfs/techarticles/mro/howToVerifyTheProperHeatSink.pdf
www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1057.pdf
www.smoke.com.au/~ic/ham/heatsink.html
www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AN1083-D.PDF
www.wakefield.com/PDF/thermal_tutorial.pdf

---

Сноски

1. Motorola Semiconductor Technical Data Sheet AN1083, Базовое управление температурным режимом силовых полупроводников, 1990.
Спецификация 5-вольтового регулятора
2. National Semiconductor LM109 / LM309.

Apple не произвела революцию в источниках питания; новых транзисторов сделал

Новая биография Стив Джобс содержит замечательное заявление о блоке питания Apple II и его разработчике Роде Холте: [1]

Вместо обычного линейного источника питания Холт построил тот, который используется в осциллографах. Он включал и выключал питание не шестьдесят раз в секунду, а тысячи раз; это позволило ему сохранять энергию в течение гораздо меньшего времени и, следовательно, отбрасывать меньше тепла.«Этот импульсный источник питания был столь же революционным, как и материнская плата Apple II», – сказал позже Джобс. «Род не получил большого признания за это в учебниках истории, но он должен. Каждый компьютер теперь использует импульсные блоки питания, и все они копируют дизайн Рода Холта».

Мне показалось удивительным то, что в компьютерах теперь используются блоки питания, основанные на дизайне Apple II, поэтому я провел небольшое расследование. Оказывается, блок питания Apple не был революционным ни в концепции использования импульсного блока питания для компьютеров, ни в конкретной конструкции блока питания.Современные компьютерные блоки питания совершенно разные и не копируют дизайн Рода Холта. Оказывается, Стив Джобс делал свое обычное заявление о том, что все воруют революционные технологии Apple, что полностью противоречит действительности.

История импульсных блоков питания оказывается довольно интересной. Хотя большинство людей рассматривают блок питания как скучную металлическую коробку, на самом деле за этим стоит много технологических разработок. Фактически произошла революция в источниках питания в конце 1960-х – середине 1970-х годов, когда импульсные источники питания пришли на смену простым, но неэффективным линейным источникам питания, но это произошло за несколько лет до выхода Apple II в 1977 году.Заслуга этой революции должна быть достигнута за счет достижений в полупроводниковой технологии, в частности, усовершенствований переключающих транзисторов, а затем и инновационных ИС для управления импульсными источниками питания [2].

Некоторые сведения об источниках питания

В стандартном настольном компьютере источник питания преобразует сетевое напряжение переменного тока в постоянное, обеспечивая несколько тщательно регулируемых низких напряжений при высоких токах. Источники питания могут быть построены разными способами, но линейные и импульсные источники питания – это два метода, относящиеся к этому обсуждению.(См. Примечания для получения дополнительной информации об устаревших технологиях, таких как большие механические мотор-генераторные системы [3] и феррорезонансные трансформаторы [4] [5].)

Типичный линейный источник питания использует громоздкий силовой трансформатор для преобразования 120 В переменного тока в низкое напряжение переменного тока, преобразует его в постоянное напряжение низкого напряжения с помощью диодного моста, а затем использует линейный регулятор для понижения напряжения до желаемого уровня. Линейный стабилизатор – это недорогой, простой в использовании компонент на основе транзистора, который преобразует избыточное напряжение в отходящее тепло для получения стабильного выходного сигнала.Линейные источники питания почти несложно спроектировать и изготовить [6]. Однако одним большим недостатком является то, что они обычно расходуют около 50-65% энергии в виде тепла [7], часто требуя больших металлических радиаторов или вентиляторов для отвода тепла. Второй недостаток – они большие и тяжелые. С другой стороны, компоненты (кроме трансформатора) в линейных источниках питания должны работать только с низким напряжением, а выход очень стабильный и бесшумный.

Импульсный источник питания работает по совершенно другому принципу: быстрое включение и выключение питания, а не превращение избыточной мощности в тепло.В импульсном источнике питания входная линия переменного тока преобразуется в высоковольтный постоянный ток, а затем источник питания включает и выключает постоянный ток тысячи раз в секунду, тщательно контролируя время переключения, чтобы выходное напряжение в среднем составляло желаемое значение. Теоретически энергия не расходуется зря, хотя на практике КПД составляет 80% -90%. Импульсные источники питания намного эффективнее, выделяют гораздо меньше тепла и намного меньше и легче линейных источников питания. Основным недостатком импульсного источника питания является то, что он значительно сложнее линейного источника питания и намного сложнее в проектировании.[8] Кроме того, это гораздо более требовательно к компонентам, требуя транзисторов, которые могут эффективно включаться и выключаться на высокой скорости при большой мощности. Переключатели, катушки индуктивности и конденсаторы в импульсном источнике питания могут быть расположены в нескольких различных схемах (или топологиях) с такими названиями, как понижающий, повышающий, обратный, прямой, двухтактный, полуволновой и полноволновой. [9 ]

История импульсных источников питания до 1977 г.

Принципы импульсных источников питания были известны с 1930-х годов [6] и строились из дискретных компонентов в 1950-х годах.[10] В 1958 году в компьютере IBM 704 использовался примитивный импульсный стабилизатор на основе электронных ламп. [11] Компания Pioneer Magnetics начала производство импульсных источников питания в 1958 году [12] (а спустя десятилетия внесла ключевое новшество в блоки питания для ПК [13]). Компания General Electric опубликовала первый проект импульсного источника питания в 1959 году [14]. В 1960-х годах аэрокосмическая промышленность и НАСА [15] были основной движущей силой разработки импульсных источников питания, поскольку преимущества небольшого размера и высокой эффективности компенсировали высокую стоимость.[16] Например, НАСА использовало переключение источников питания для спутников [17] [18], таких как Telstar в 1962 году. [19]

Компьютерная промышленность начала использовать импульсные блоки питания в конце 1960-х годов, и их популярность постоянно росла. Примеры включают миникомпьютер PDP-11/20 в 1969 г. [20] Honeywell h416R в 1970 г. [21] и мини-компьютер Hewlett-Packard 2100A в 1971 г. [22] [23] К 1971 году компании, использующие импульсные регуляторы, «читали как« Кто есть кто »в компьютерной индустрии: IBM, Honeywell, Univac, DEC, Burroughs и RCA, и это лишь некоторые из них.”[21] В 1974 году HP использовала импульсный источник питания для миникомпьютера 21MX, [24] Data General для Nova 2/4, [25] Texas Instruments для 960B, [26] и Interdata для своих мини-компьютеров. [27] В 1975 году HP использовала автономный импульсный источник питания в терминале с дисплеем HP2640A, [28] Matsushita для своего миникомпьютера управления трафиком [29] и IBM для своего подобного пишущей машинке Selectric Composer [29] и портативного компьютера IBM 5100. . [30] К 1976 году Data General использовала импульсные блоки питания для половины своих систем, Hitachi и Ferranti использовали их [29], настольный компьютер Hewlett-Packard 9825A [31] и калькулятор 9815A [32] использовали их, а decsystem 20 [33] – большой импульсный блок питания.К 1976 году в жилых комнатах появились импульсные источники питания, питающие цветные телевизионные приемники. [34] [35]

Импульсные блоки питания также стали популярными продуктами для производителей блоков питания, начиная с конца 1960-х годов. В 1967 году RO Associates представила первый импульсный источник питания 20 кГц [36], который, как они утверждают, также был первым коммерчески успешным импульсным источником питания [37]. NEMIC начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в Японии в 1970 году.[38] К 1972 году большинство производителей блоков питания предлагали импульсные блоки питания или собирались их предложить. [5] [39] [40] [41] [42] HP продала линейку импульсных источников питания мощностью 300 Вт в 1973 году [43], а также компактный импульсный источник питания мощностью 500 Вт [44] и импульсный импульсный источник питания мощностью 110 Вт [45] в 1975 году. К 1975 году импульсные источники питания составляли 8% мощности. рынок поставок и быстро растет, движимый улучшенными компонентами и желанием иметь меньшие блоки питания для таких продуктов, как микрокомпьютеры. [46]

Импульсные источники питания были представлены в журналах по электронике того времени, как в рекламных объявлениях, так и в статьях. Electronic Design рекомендовал импульсные источники питания в 1964 году для повышения эффективности [47]. На обложке журнала Electronics World за октябрь 1971 года был представлен импульсный блок питания мощностью 500 Вт и статья «Блок питания импульсного регулятора». В длинной статье о блоках питания в Computer Design 1972 года подробно обсуждались импульсные источники питания и растущее использование импульсных источников питания в компьютерах, хотя в ней упоминается, что некоторые компании все еще скептически относились к импульсным источникам питания.[5] В 1973 г. в журнале Electronic Engineering была опубликована подробная статья «Импульсные источники питания: почему и как» [42]. В 1976 году обложка журнала Electronic Design [48] была озаглавлена ​​«Внезапно переключиться стало проще», описывая новые ИС контроллера импульсного источника питания, Электроника опубликовала длинную статью об импульсных источниках питания, [29] Powertec разместила двухстраничную рекламу преимуществ своих импульсных источников питания с ключевой фразой «Большой переключатель – это переключатели» [49], а журнал Byte объявил о импульсных источниках питания Boschert для микрокомпьютеров.[50]

Ключевым разработчиком импульсных блоков питания был Роберт Бошерт, который бросил свою работу и в 1970 году начал собирать блоки питания на своем кухонном столе [51]. Он сосредоточился на упрощении импульсных источников питания, чтобы сделать их экономически конкурентоспособными по сравнению с линейными источниками питания, и к 1974 году он начал массовое производство недорогих источников питания для принтеров [51] [52], за которым последовала недорогая коммутация мощностью 80 Вт. Электроснабжение в 1976 г. [50] К 1977 году Boschert Inc выросла до компании с 650 сотрудниками [51], которая производила блоки питания для спутников и истребителей F-14 [53], а затем блоки питания для таких компаний, как HP [54] и Sun.Люди часто думают, что настоящее время – уникальное время для технологических стартапов, но Бошерт показывает, что стартапы на кухонном столе происходили даже 40 лет назад.

Развитие импульсных источников питания в 1970-х годах было в значительной степени обусловлено новыми компонентами. [55] Номинальное напряжение переключаемых транзисторов часто было ограничивающим фактором [5], поэтому появление в конце 1960-х – начале 1970-х годов высокоэффективных, высокоскоростных и мощных транзисторов по низкой цене значительно увеличило популярность импульсных источников питания.[5] [6] [21] [16] Технология транзисторов развивалась так быстро, что коммерческий блок питания мощностью 500 Вт, изображенный на обложке Electronics World в 1971 году, не мог быть построен с транзисторами всего 18 месяцев назад [21]. Как только силовые транзисторы смогут выдерживать сотни вольт, источники питания смогут отказаться от тяжелого силового трансформатора с частотой 60 Гц и работать в автономном режиме непосредственно от сетевого напряжения. Более высокие скорости переключения транзисторов позволили использовать более эффективные и гораздо меньшие блоки питания. Введение интегральных схем для управления импульсными источниками питания в 1976 году широко рассматривается как начало эры импульсных источников питания за счет их радикального упрощения.[10] [56]

К началу 1970-х годов стало ясно, что происходит революция. Производитель блоков питания Уолт Хиршберг заявил в 1973 году, что «революция в конструкции блоков питания, происходящая в настоящее время, не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен» [57]. В 1977 году во влиятельной книге по источникам питания говорилось, что ” считалось, что импульсные регуляторы совершают революцию в отрасли электроснабжения »[58].

Apple II и его блок питания

Персональный компьютер Apple II был представлен в 1977 году.Одной из его особенностей был компактный импульсный блок питания без вентилятора, который обеспечивал мощность 38 Вт при 5, 12, -5 и -12 вольт. Блок питания Холта Apple II имеет очень простую конструкцию с автономной топологией обратноходового преобразователя. [59]

Стив Джобс сказал, что теперь каждый компьютер копирует революционный дизайн Рода Холта [1]. Но революционен ли этот дизайн? Был ли он сорван с любого другого компьютера?

Как показано выше, импульсные блоки питания использовались на многих компьютерах к моменту выпуска Apple II.Конструкция не является особенно революционной, поскольку аналогичные простые автономные обратноходовые преобразователи продавались Boschert [50] [60] и другими компаниями. В долгосрочной перспективе создание схемы управления из дискретных компонентов, как это сделала Apple, было тупиковой технологией, поскольку будущее импульсных источников питания было за ИС контроллеров ШИМ [2]. Удивительно, что Apple продолжала использовать дискретные генераторы в источниках питания даже через Macintosh Classic, так как контроллеры IC были представлены в 1975 году. [48] Apple действительно перешла на контроллеры IC, например, в Performa [61] и iMac.[62]

Блок питания, который Род Холт разработал для Apple, был достаточно инновационным, чтобы получить патент [63], поэтому я подробно изучил патент, чтобы увидеть, есть ли какие-нибудь менее очевидные революционные особенности. В патенте описаны два механизма защиты источника питания от неисправностей. Первый (пункт 1) – это механизм безопасного запуска генератора через вход переменного тока. Второй механизм (пункт 8) возвращает избыточную энергию от трансформатора к источнику питания (особенно при отсутствии нагрузки) через зажимную обмотку на трансформаторе и диод.

Это блок питания AA11040-B для Apple II Plus. [59] Питание переменного тока поступает слева, фильтруется, проходит через большой переключающий транзистор к обратноходовому трансформатору в середине, выпрямляется диодами справа (на радиаторах), а затем фильтруется конденсаторами справа. Схема управления находится внизу. Фотография использована с разрешения kjfloop, Copyright 2007.

Механизм запуска переменного тока не использовался Apple II, [59] но использовался Apple II Plus, [64] Apple III, [65] Lisa, [66] Macintosh, [67] и Mac 128K через Classic.[68] Я не смог найти никаких источников питания сторонних производителей, которые использовали бы этот механизм, [69] кроме блока питания телевизора 1978 года, [70] и он стал устаревшим контроллерами IC, так что этот механизм, похоже, не оказал никакого влияния на компьютерный блок питания.

Второй механизм в патенте Холта, зажимная обмотка и диод для возврата мощности в обратном преобразователе, использовался в различных источниках питания до середины 1980-х годов, а затем исчез. Некоторые примеры – источник питания Boschert OL25 (1978), [60] Apple III (1980), [65] Документация Apple по источникам питания (1982 г.), [59] Жесткий диск Tandy (1982 г.), [71] Тэнди 2000 (1983), [72] [73] Яблочная Лиза (1983), [66] Apple Macintosh (1984 г.), [67] Commodore Model B128 (1984), [74] Тэнди 6000 (1985), [75] а также От Mac Plus (1986) до Mac Classic (1990).[68] Эта обмотка с обратным зажимом, по-видимому, была популярна в Motorola в 1980-х годах, она фигурирует в техническом описании микросхемы контроллера MC34060 [76], руководстве разработчика 1983 года [77] (где обмотка описывалась как обычная, но необязательная) и в примечании к применению 1984 года. . [78]

Является ли этот обратный зажим намоткой на инновации Холта, которые сорвали другие компании? Я так и думал, пока не нашел в 1976 году книгу по источникам питания, в которой подробно описывалась эта обмотка [35], которая испортила мой рассказ. (Также обратите внимание, что в прямых преобразователях (в отличие от обратных преобразователей) эта зажимная обмотка использовалась еще в 1956 году [79] [80] [81], поэтому ее применение в обратном преобразователе в любом случае не кажется большим скачком. .)

Одним из вызывающих недоумение аспектов обсуждения источников питания в книге Steve Jobs [1] является утверждение, что источник питания Apple II «похож на те, что используются в осциллографах», поскольку осциллографы – всего лишь одно небольшое применение для переключения источников питания. Это заявление, по-видимому, возникло из-за того, что Холт ранее разработал импульсный источник питания для осциллографов [82], но нет другой связи между источником питания Apple и источниками питания осциллографов.

Наибольшее влияние Apple II на индустрию блоков питания оказала Astec – гонконгская компания, производившая блоки питания.До выхода Apple II Astec была малоизвестным производителем импульсных инверторов постоянного тока. Но к 1982 году Astec стала ведущим в мире производителем импульсных источников питания, почти полностью опираясь на бизнес Apple, и удерживала первое место в течение ряда лет. [83] [84] В 1999 году Astec была приобретена компанией Emerson [85], которая в настоящее время является второй по величине компанией в области энергоснабжения после Delta Electronics. [86]

Малоизвестный факт об источнике питания Apple II заключается в том, что он был первоначально собран калифорнийскими домохозяйками среднего класса как сдельная.[83] Однако по мере роста спроса строительство источника питания было передано Astec, хотя оно стоило на 7 долларов больше. К 1983 году Astec производила 30 000 блоков питания Apple в месяц. [83]

Блоки питания post-Apple

В 1981 году был выпущен IBM PC, который оказал долгосрочное влияние на конструкции блоков питания компьютеров. Блоки питания для оригинального ПК IBM 5150 производились компаниями Astec и Zenith. [83] В этом источнике питания мощностью 63,5 Вт используется обратная схема, управляемая микросхемой контроллера источника питания NE5560.[87]

Я буду подробно сравнивать блок питания для ПК IBM 5150 с блоком питания Apple II, чтобы показать их общие черты и различия. Оба они представляют собой автономные источники питания с обратным ходом и несколькими выходами, но это почти все, что у них общего. Несмотря на то, что в блоке питания ПК используется контроллер IC, а в Apple II используются дискретные компоненты, в блоке питания ПК используется примерно в два раза больше компонентов, чем в блоке питания Apple II. В то время как в блоке питания Apple II используется генератор переменной частоты, построенный на транзисторах, в блоке питания ПК используется генератор ШИМ фиксированной частоты, обеспечиваемый микросхемой контроллера NE5560.В ПК используются оптоизоляторы для обеспечения обратной связи по напряжению с контроллером, а в Apple II используется небольшой трансформатор. Apple II напрямую управляет силовым транзистором, в то время как ПК использует управляющий трансформатор. ПК проверяет все четыре выхода мощности на соответствие нижнему и верхнему пределам напряжения, чтобы убедиться, что питание хорошее, и выключает контроллер, если какое-либо напряжение выходит за пределы спецификации. Apple II вместо этого использует лом SCR на выходе 12 В, если это напряжение слишком высокое. В то время как трансформатор обратного хода ПК имеет одну первичную обмотку, Apple II использует дополнительную первичную обмотку зажима для возврата мощности, а также другую первичную обмотку для обратной связи.ПК обеспечивает линейное регулирование от источников питания 12 В и -5 В, а Apple II – нет. В ПК используется вентилятор, а в Apple II – нет. Понятно, что блок питания IBM 5150 не «сдирает» конструкцию блоков питания Apple II, поскольку между ними почти нет ничего общего. А позже конструкции блоков питания стали еще более разными.

Блок питания IBM PC AT стал де-факто стандартом для блоков питания компьютеров. В 1995 году Intel представила спецификацию материнской платы ATX [88], а блок питания ATX (вместе с вариантами) стал стандартом для блоков питания настольных компьютеров, при этом компоненты и конструкции часто ориентированы именно на рынок ATX.[89]

Компьютерные системы питания стали более сложными с появлением в 1995 году модуля регулятора напряжения (VRM) для Pentium Pro, который требовал более низкого напряжения при более высоком токе, чем источник питания мог обеспечить напрямую. Для обеспечения этого питания Intel представила VRM – импульсный стабилизатор постоянного тока, установленный рядом с процессором, который снижает 12 вольт от источника питания до низкого напряжения, используемого процессором [90]. (Если вы разгоняете свой компьютер, именно VRM позволяет поднять напряжение.) Кроме того, видеокарты могут иметь собственный VRM для питания высокопроизводительного графического чипа. Быстрому процессору может потребоваться 130 Вт от VRM. Сравнение этого с половиной ватта мощности, используемой процессором Apple II 6502 [91], показывает огромный рост энергопотребления современных процессоров. Один только современный процессорный чип может использовать более чем в два раза мощность всего компьютера IBM 5150 или в три раза больше, чем Apple II.

Поразительный рост компьютерной индустрии привел к тому, что потребление энергии компьютерами стало причиной беспокойства об окружающей среде, что привело к появлению инициатив и нормативных актов, направленных на повышение эффективности источников питания.[92] В США сертификация Energy Star и 80 PLUS [93] подталкивает производителей к производству более эффективных «зеленых» источников питания. Эти источники питания обеспечивают большую эффективность с помощью различных методов: более эффективное резервное питание, более эффективные схемы запуска, резонансные схемы (также известные как мягкое переключение и ZCT или ZVT), которые снижают потери мощности в переключающих транзисторах за счет отсутствия питания протекает через них, когда они выключаются, и схемы «активного зажима» для замены переключающих диодов более эффективными транзисторными схемами.[94] Усовершенствования в технологии MOSFET-транзисторов и высоковольтных кремниевых выпрямителей за последнее десятилетие также привели к повышению эффективности. [92]

Источники питания могут более эффективно использовать мощность сети переменного тока с помощью метода коррекции коэффициента мощности (PFC). [95] Активная коррекция коэффициента мощности добавляет еще одну схему переключения перед основной схемой источника питания. Специальная микросхема контроллера PFC переключает его с частотой до 250 кГц, аккуратно извлекая плавное количество энергии из источника питания для создания постоянного высокого напряжения, которое затем подается в обычную схему импульсного источника питания.[13] [96] PFC также иллюстрирует, как блоки питания превратились в товар с очень тонкой маржой, где доллар – это большие деньги. Активная коррекция коэффициента мощности считается особенностью высокопроизводительных источников питания, но ее фактическая стоимость составляет всего около 1,50 доллара США [97].

На протяжении многих лет для блоков питания IBM PC использовалось множество различных микросхем контроллеров, конструкций и топологий, как для поддержки различных уровней мощности, так и для использования преимуществ новых технологий. [98] Микросхемы контроллеров, такие как NE5560 и SG3524, были популярны в ранних ПК IBM.[99] Микросхема TL494 стала очень популярной в конфигурации полумоста, [99] самой популярной конструкции в 1990-х. [100] Серия UC3842 также была популярна для конфигураций прямого преобразователя. [99] Стремление к повышению эффективности сделало двойные прямые преобразователи более популярными [101], а коррекция коэффициента мощности (PFC) сделала контроллер CM6800 очень популярным [102], поскольку одна микросхема управляет обеими цепями. В последнее время стали более распространены прямые преобразователи, генерирующие только 12 В, с использованием преобразователей постоянного тока для получения очень стабильных 3.Выходы 3 В и 5 В. [94] Более подробную информацию о современных источниках питания можно получить из многих источников. [103] [104] [98] [105]

В этом типичном блоке питания XT мощностью 150 Вт используется популярная полумостовая конструкция. Фильтр переменного тока на входе справа. Слева от него находится схема управления / драйвера: микросхема TL494 вверху управляет маленьким желтым приводным трансформатором внизу, который управляет двумя переключающими транзисторами на радиаторах внизу. Слева от него находится больший желтый главный трансформатор с вторичными диодами и регулятором на радиаторах и выходной фильтром слева.Этот полумостовой блок питания полностью отличается от конструкции Apple II с обратным ходом. Авторское право на фотографию: larrymoencurly, использовано с разрешения.

Современные компьютеры содержат удивительный набор импульсных источников питания и регуляторов. Современный источник питания может содержать переключающую схему PFC, переключающий обратноходовой источник питания для резервного питания, переключающий прямой преобразователь для выработки 12 вольт, переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный для генерации 5 вольт и переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток для генерации 3 .3 вольта, [94] поэтому блок питания ATX можно рассматривать как пять различных импульсных блоков питания в одной коробке. Кроме того, на материнской плате есть импульсный регулятор VRM для питания процессора, а на видеокарте есть еще один VRM, всего семь коммутируемых источников питания в типичном настольном компьютере.

Технология импульсных источников питания продолжает развиваться. Одно из разработок – цифровое управление и цифровое управление питанием. [106] Вместо использования аналоговых схем управления микросхемы цифрового контроллера оцифровывают управляющие входы и используют программные алгоритмы для управления выходами.Таким образом, проектирование контроллера источника питания становится вопросом программирования в такой же степени, как и проектирования аппаратного обеспечения. Цифровое управление питанием позволяет источникам питания обмениваться данными с остальной системой для повышения эффективности и ведения журнала. Хотя сейчас эти цифровые технологии в основном используются для серверов, я ожидаю, что в конечном итоге они перейдут на настольные компьютеры.

Подводя итог, можно сказать, что исходный блок питания для ПК IBM 5150 почти во всех отношениях отличался от блока питания Apple II, за исключением того, что оба блока питания были обратноходовыми.Более современные блоки питания не имеют ничего общего с Apple II. Абсурдно утверждать, что блоки питания копируют дизайн Apple.

Известные конструкторы импульсных источников питания

Стив Джобс сказал, что Род Холт должен быть более известен тем, что разработал блок питания для Apple II: «Род не получил большого признания за это в учебниках истории, но он должен» [1]. Но даже в лучшем случае разработчики блоков питания не известны за пределами очень небольшого сообщества. Роберт Бошерт был занесен в Зал славы электронной инженерии Electronic Design в 2009 году за работу в области энергоснабжения.[51] Роберт Маммано получил награду за заслуги перед компанией Power Electronics Technology в 2005 году за начало производства ИС для контроллеров с ШИМ [10]. В 2008 году Руди Севернс получил награду за заслуги перед Power Electronics Technology за свои инновации в импульсных источниках питания. [107] Но никто из этих людей даже не известен в Википедии. Другим крупным новаторам в этой области уделяется еще меньше внимания. [108] Я неоднократно сталкивался с работой Эллиота Джозефсона, который проектировал спутниковые системы питания в начале 1960-х годов [18], имеет множество патентов на источники питания, включая Tandy 6000 [75], и даже номер его патента напечатан на Apple II Plus. и платы источника питания Osborne 1 [59], но он, похоже, полностью не распознан.

Ирония в комментарии Стива Джобса о том, что Роду Холту не уделяют должного внимания, заключается в том, что работа Рода Холта описана в десятках книг и статей об Apple, от Revenge of the Nerds, в 1982 [109] до лучших 2011-го. продавая биографию Стива Джобса, что делает Рода Холта самым известным дизайнером блоков питания за всю историю.

Заключение

Источники питания – это не скучные металлические коробки, как думает большинство людей; у них много интересной истории, в значительной степени обусловленной усовершенствованием транзисторов, которые сделали импульсные источники питания практичными для компьютеров в начале 1970-х годов.Совсем недавно стандарты эффективности, такие как 80 PLUS, вынудили источники питания стать более эффективными, что привело к появлению новых конструкций. Apple II продавал огромное количество импульсных блоков питания, но его конструкция блока питания была технологическим тупиком, который не был «сорван» другими компьютерами.

Если вас интересуют источники питания, вам также может понравиться моя статья «Крошечный, дешевый и опасный: внутри (поддельного) зарядного устройства для iPhone».

Примечания и ссылки

Я потратил слишком много времени на изучение источников питания, анализ схем и копание в старых журналах по электронике.Вот мои заметки и ссылки на случай, если они кому-то пригодятся. Мне было бы интересно услышать от разработчиков источников питания, которые имели непосредственный опыт разработки источников питания в 1970-х и 1980-х годах.

[1] Стив Джобс , Уолтер Исааксон, 2011. Дизайн блока питания Рода Холта для Apple II обсуждается на странице 74. Обратите внимание, что описание импульсного блока питания в этой книге довольно искажено.

[2] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Джин Хефтман, Power Electronics Technology, стр 48-53, октябрь 2005 г.

[3] Предварительное планирование площадки: компьютер Cray-1 (1975) В Cray-1 использовались два мотор-генератора мощностью 200 л.с. (150 кВт) для преобразования входного переменного тока 250 А 460 В в регулируемую мощность 208 В, 400 Гц; каждый мотор-генератор был примерно 3900 фунтов. Мощность 208 В, 400 Гц подавалась на 36 отдельных источников питания, в которых использовались двенадцатифазные трансформаторы, но не было внутренних регуляторов. Эти блоки питания образуют 12 верстаков вокруг компьютера Cray. Фотографии силовых компонентов Cray можно найти в Справочном руководстве по аппаратному обеспечению Cray-1 серии S (1981).Эта высокочастотная схема двигатель-генератор может показаться странной, но в IBM 370 использовалась аналогичная установка, см. Объявление: IBM System / 370 Model 145.

[4] Во многих более крупных компьютерах для регулирования использовались феррорезонансные трансформаторы. Например, в блоке питания компьютера IBM 1401 использовался феррорезонансный регулятор мощностью 1250 Вт, см. Справочное руководство, 1401 Data Processing System (1961), стр. 13. В HP 3000 Series 64/68/70 также использовались феррорезонансные трансформаторы, см. Руководство по установке компьютеров Series 64/68/70 (1986), стр. 2-3.DEC использовала феррорезонансные и линейные источники питания почти исключительно в начале 1970-х годов, в том числе для PDP-8 / A (рисунок в «Выбор источника питания вырисовывается в сложных конструкциях», Electronics , Oct 1976, volume 49, p111).

[5] «Источники питания для компьютеров и периферийных устройств», Computer Design , июль 1972 г., стр. 55-65. В этой длинной статье о блоках питания много говорится об импульсных блоках питания. Он описывает понижающую (последовательную), повышающую (шунтирующую), двухтактную (инверторную) и полную мостовую топологии.В статье говорится, что номинальное напряжение переключающего транзистора является ограничивающим параметром во многих приложениях, но «высоковольтные высокоскоростные транзисторы становятся все более доступными по низкой цене, что является важным фактором более широкого использования источников импульсных стабилизаторов». В нем делается вывод, что «Доступность высоковольтных, высокомощных переключающих транзисторов по умеренным ценам дает дополнительный импульс использованию высокоэффективных импульсных обычных [sic] источников питания. В этом году ожидается существенное увеличение их использования.”

В статье также говорится: «Одной из наиболее спорных тем является продолжающаяся дискуссия о ценности импульсных источников питания для компьютерных приложений в сравнении с обычными последовательными транзисторными регуляторами». Это подтверждается некоторыми комментариями производителей. Одним из скептиков была компания Elexon Power Systems, которая «не считает импульсные регуляторы« ответом ». Они планируют раскрыть совершенно новый подход к источникам питания в ближайшем будущем ». Другой был Modular Power Inc, который «не рекомендовал переключать регуляторы, за исключением случаев, когда малый размер, легкий вес и высокая эффективность являются основными соображениями, как в портативном и бортовом оборудовании.«Sola Basic Industries» заявила, что «их инженеры очень скептически относятся к долговременной надежности импульсных стабилизаторов в практических конструкциях массового производства и прогнозируют проблемы с отказом транзисторов».

Раздел статьи, посвященный комментариям производителей, дает представление о технологиях в отрасли электроснабжения в 1972 году: Hewlett Packard »указывает, что сегодня большое влияние оказывает доступность высокоскоростных, сильноточных и недорогих транзисторов, чему способствует нынешняя тенденция к импульсным стабилизаторам.Компания широко использует переключатели в полном спектре конструкций с высокой мощностью ». Lambda Electronics «широко использует импульсные регуляторы на выходную мощность более 100 Вт», которые предназначены для предотвращения охлаждения вентилятором. Компания Analog Devices предложила прецизионные расходные материалы, в которых для повышения эффективности используются методы переключения. RO Associates «считает, что рост количества импульсных источников питания является серьезным изменением в области проектирования источников питания». Они предлагали миниатюрные источники на 20 кГц и недорогие источники на 60 кГц. Sola Basic Industries »предсказывает, что производители мини-компьютеров будут использовать больше бестрансформаторных импульсных регуляторов в 1972 году для повышения эффективности и уменьшения размера и веса.” Trio Laboratories «указывает на то, что производители компьютеров и периферийных устройств обращаются к переходным типам, потому что цены сейчас более конкурентоспособны, а приложения требуют меньшего размера».

[6] Практическая конструкция импульсного источника питания, Марти Браун, 1990, стр. 17.

[7] См. Раздел комментариев для подробного обсуждения эффективности линейного источника питания.

[8] Справочник по источникам питания , Марти Браун, 2001. На странице 5 обсуждается относительное время разработки для различных технологий питания: линейный регулятор занимает 1 неделю общего времени разработки, а импульсный стабилизатор с ШИМ требует 8 человеко-месяцев.

[9] Сводка различных топологий находится в обзорах SMPS и топологиях источников питания. Подробности см. В Microchip AN 1114: Топологии SMPS и Топологии импульсных источников питания

[10] Лауреат премии за выслугу лет Роберт Маммано, Power Electronics Technology , сентябрь 2005 г., стр. 48-51. В этой статье Silicon General SG1524 (1975) описывается как ИС, открывшая эру импульсных регуляторов и импульсных источников питания.

[11] Справочное руководство по проектированию заказчиков IBM: Блок питания 736, Блок питания 741, Блок распределения питания 746 (1958), стр. 60-17.Блок питания для компьютера 704 состоит из трех шкафов размером с холодильник, заполненных электронными лампами, предохранителями, реле, механическими таймерами и трансформаторами, потребляющими мощность 90,8 кВА. Он использовал несколько методов регулирования, включая трансформаторы с насыщаемым реактором и опорное напряжение на основе термисторов. Выходы постоянного тока регулировались переключающим механизмом тиратрона с частотой 60 Гц. Тиратроны – это переключающие вакуумные лампы, которые управляют выходным напряжением (подобно триакам в обычном диммерном переключателе). Это можно рассматривать как импульсный источник питания (см. Источники питания, импульсные регуляторы, инверторы и преобразователи , Irving Gottlieb, pp 186-188).

[12] В своей рекламе Pioneer Magnetics заявляет, что разработала свой первый импульсный источник питания в 1958 году. Например, см. Electronic Design , V27, p216.

[13] Источник питания с коэффициентом мощности Unity, патент 4677366. Pioneer Magnetics подала этот патент в 1986 году на активную коррекцию коэффициента мощности. См. Также статью Pioneer Magnetics «Почему PFC? страница.

[14] Один из первых импульсных источников питания был описан в «Транзисторный преобразователь-усилитель мощности», Д. А. Пейнтер, General Electric Co., Solid-State Circuits Conference , 1959, p90-91. Также см. Соответствующий патент 1960 г. 3067378 «Транзисторный преобразователь».

[15] Исследование бездиссипативного преобразователя постоянного тока в преобразователь постоянного тока, Центр космических полетов Годдарда, 1964. Этот обзор транзисторных преобразователей постоянного тока показывает около 20 различных схем переключения, известных в начале 1960-х годов. Обратный преобразователь заметно отсутствует. Многие другие отчеты НАСА о преобразователях энергии за этот период доступны на сервере технических отчетов НАСА.

[16] Подробная история импульсных источников питания представлена ​​в S.J. M.Phil Уоткинса. дипломная работа Автоматическое тестирование импульсных источников питания, в главе История и развитие импульсных источников питания до 1987 г.

[17] История развития импульсных источников питания, TDK Power Electronics World. Это дает очень краткую историю импульсных источников питания. В TDK также есть удивительно подробное обсуждение импульсных источников питания в комической форме: TDK Power Electronics World.

[18] «Спутниковый источник питания с регулируемой шириной импульса», Электроника , февраль 1962 г., стр. 47-49. В этой статье Эллиота Джозефсона из Lockheed описывается ШИМ-преобразователь постоянного тока с постоянной частотой для спутников. См. Также патент 3219907 Устройство преобразования мощности.

[19] Система энергоснабжения космического корабля, Telstar, 1963. Спутник Telstar получал энергию от солнечных батарей, сохраняя энергию в никель-кадмиевых батареях. Эффективность была критической для спутника, поэтому использовался импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока с понижающим преобразователем, преобразующим переменное напряжение батареи в стабильное -16 В постоянного тока при мощности до 32 Вт при КПД до 92%.Поскольку спутнику требовался широкий диапазон напряжений, до 1770 вольт для ВЧ усилителя, были использованы дополнительные преобразователи. Регулируемый постоянный ток преобразовывался в переменный, подавался на трансформаторы и выпрямлялся для получения необходимых напряжений.

[20] В некоторых моделях PDP, таких как PDP-11/20, использовался источник питания H720 (см. Руководство по PDP, 1969). Этот источник питания подробно описан в Руководстве по блоку питания и монтажной коробке H720 (1970). В источнике питания весом 25 фунтов используется силовой трансформатор для генерации 25 В постоянного тока, а затем импульсные регуляторы (понижающий преобразователь) для генерации 230 Вт регулируемого напряжения +5 и -15 вольт.Поскольку транзисторы той эпохи не могли работать с высоким напряжением, напряжение постоянного тока пришлось снизить до 25 вольт с помощью большого силового трансформатора.

[21] “Источник питания импульсного регулятора”, Electronics World v86 October 1971, p43-47. Эта длинная статья об импульсных источниках питания была размещена на обложке журнала Electronics World . Статью стоит поискать хотя бы для изображения импульсного источника питания самолета F-111, которое выглядит настолько сложным, что я почти ожидал, что он посадит самолет.Импульсные источники питания, обсуждаемые в этой статье, сочетают в себе импульсный инвертор постоянного и переменного тока с трансформатором для изоляции с отдельным понижающим или повышающим импульсным стабилизатором. В результате в статье утверждается, что импульсные блоки питания всегда будут дороже линейных блоков питания из-за двух каскадов. Однако современные блоки питания сочетают в себе оба этапа. В статье обсуждаются различные источники питания, в том числе импульсный блок питания мощностью 250 Вт, используемый в Honeywell h416R. В статье говорится, что импульсный стабилизатор питания достиг совершеннолетия благодаря новым достижениям в области быстродействующих и мощных транзисторов.На обложке изображен импульсный блок питания мощностью 500 Вт, который, согласно статье, не мог быть построен с транзисторами, доступными всего полтора года назад.

[22] Источник питания Bantam для миникомпьютера, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1971 г. Подробная информация о схемах в патенте «Высокоэффективный источник питания» 3,852,655. Это автономный источник питания мощностью 492 Вт, использующий инверторы, за которыми следуют импульсные стабилизаторы на 20 В.

[23] HP2100A был представлен в 1971 году с импульсным источником питания (см. Основные характеристики HP2100A).Утверждается, что это первый импульсный источник питания в миникомпьютере 25 лет работы в режиме реального времени, но PDP-11/20 был раньше.

[24] Компьютерная система питания для тяжелых условий эксплуатации, стр. 21, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1974 г. В миникомпьютере 21MX использовался автономный импульсный пререгулятор мощностью 300 Вт для выработки регулируемого постоянного тока 160 В, который подавался на переключающие преобразователи постоянного тока в постоянный.

[25] Общее техническое руководство по данным Nova 2, 1974. В Nova 2/4 использовался импульсный стабилизатор для генерации 5 В и 15 В, в то время как в более крупном 2/10 использовался трансформатор постоянного напряжения.В руководстве говорится: «При более высоких потерях тока, связанных с компьютером, потери [от линейных регуляторов] могут стать чрезмерными, и по этой причине часто используется импульсный стабилизатор, как в NOVA 2/4».

[26] Модель 960B / 980B для обслуживания компьютеров Модель: источник питания В блоке питания миникомпьютера Texas Instruments 960B использовался импульсный стабилизатор для источника питания 5 В мощностью 150 Вт и линейные регуляторы для других напряжений. Импульсный стабилизатор состоит из двух параллельных понижающих преобразователей, работающих на частоте 60 кГц и использующих переключающие транзисторы 2N5302 NPN (введены в 1969 году).Поскольку транзисторы рассчитаны на максимальное напряжение 60 В, в блоке питания используется трансформатор для понижения напряжения до 35 В, которое подается на регулятор.

[27] Руководство по эксплуатации импульсных регулируемых источников питания M49-024 и M49-026, Interdata, 1974. Эти автономные полумостовые источники питания обеспечивали мощность 120 Вт или 250 Вт и использовались миникомпьютерами Interdata. В генераторе переключения используются микросхемы таймера 555 и 556.

[28] Блок питания 2640A, Hewlett-Packard Journal , июнь 1975 г., стр. 15.«Импульсный источник питания был выбран из-за его эффективности и занимаемой площади». Также техническая информация о терминале данных. Другой интересный момент – его корпус, отлитый из структурной пены (p23), который очень похож на формованный из пенопласта пластиковый корпус Apple II (см. Стр. 73 из Steve Jobs ) и несколькими годами ранее.

[29] «В сложных конструкциях большое значение имеет выбор источников питания», Электроника , октябрь 1976 г., том 49. p107-114. В этой длинной статье подробно рассматриваются источники питания, включая импульсные источники питания.Обратите внимание, что Selectric Composer сильно отличается от популярной пишущей машинки Selectric.

[30] Информационное руководство по обслуживанию портативного компьютера IBM 5100. IBM 5100 был портативным компьютером весом 50 фунтов, который использовал BASIC и APL, а также включал монитор и ленточный накопитель. Источник питания описан на стр. 4-61 как небольшой, высокомощный, высокочастотный импульсный импульсный стабилизатор, обеспечивающий 5 В, -5 В, 8,5 В, 12 В и -12 В.

[31] Настольный компьютер HP 9825A 1976 года использовал импульсный стабилизатор для источника питания 5 В.Он также использовал формованный корпус из пеноматериала, предшествующий Apple II; см. 98925A Product Design, Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г., стр. 5.

[32] Калькулятор среднего уровня обеспечивает большую мощность при меньших затратах, В журнале Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г. обсуждается импульсный источник питания 5 В, используемый в калькуляторе 9815A.

[33] Блок питания DEC H7420 описан в Decsystem 20 Power Supply System Description (1976). Он содержит 5 импульсных регуляторов для обеспечения нескольких напряжений и обеспечивает мощность около 700 Вт.В источнике питания используется большой трансформатор для снижения линейного напряжения до 25 В постоянного тока, которое передается на отдельные импульсные регуляторы, которые используют понижающую топологию для получения желаемого напряжения (+5, -5, +15 или +20).

Миникомпьютер decsystem 20 представлял собой большую систему, состоящую из трех шкафов размером с холодильник. Потребовалось внушительное трехфазное питание мощностью 21,6 кВт, которое регулируется комбинацией импульсных и линейных регуляторов. Он содержал семь источников питания H7420 и около 33 отдельных импульсных регуляторов, а также линейный стабилизатор для ЦП, который использовал -12 В постоянного тока при 490 А.

[34] Импульсные источники питания для телевизионных приемников стали набирать обороты примерно в 1975–1976 годах. Philips представила TDA2640 для телевизионных импульсных источников питания в 1975 году. Philips опубликовала книгу « Импульсные источники питания в телевизионных приемниках » в 1976 году. Одним из недостатков все более широкого использования импульсных источников питания в телевизорах было то, что они вызывали помехи. с любительским радио, как обсуждалось в Wireless World, v82, p52, 1976.

[35] «Электронное управление мощностью и цифровые методы», Texas Instruments, 1976.В этой книге подробно рассматриваются импульсные источники питания.

В главе IV «Системы инвертора / преобразователя» описан простой источник обратноходового питания мощностью 120 Вт, использующий силовой транзистор BUY70B, управляемый тиристором. Следует отметить, что в этой схеме используется дополнительная первичная обмотка с диодом для возврата неиспользованной энергии источнику.

В главе V «Импульсные источники питания» описывается конструкция импульсного источника питания 5 В 800 Вт на основе автономного импульсного шунтирующего регулятора, за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный.Он также описывает довольно простой обратноходовой источник питания с несколькими выходами, управляемый SN76549, разработанный для цветного телевидения с большим экраном.

[36] Основные этапы развития силовой электроники, Ассоциация производителей источников энергии.

[37] В 1967 году RO Associates представила первый успешный импульсный источник питания, импульсный источник питания 20 кГц, 50 Вт, модель 210 (см. «RO сначала в импульсные источники питания», Electronic Business , Volume 9, 1983, p36 К 1976 году они претендовали на лидерство в производстве импульсных блоков питания.В их патенте 1969 года 3564384 «Высокоэффективный источник питания» описан полумостовой импульсный источник питания, который на удивление похож на источники питания ATX, популярные в 1990-х годах, за исключением того, что схемы усилителя управляют ШИМ, а не широко распространенной микросхемой контроллера TL494.

[38] Компания Nippon Electronic Memory Industry Co (NEMIC, которая в итоге стала частью TDK-Lambda) начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в 1970 году. История корпорации ТДК-Лямбда.

[39] «Я прогнозирую, что большинство компаний после нескольких неудачных попыток в области источников питания к концу 1972 года предложат ряд импульсных источников питания с приемлемыми характеристиками и ограничениями радиопомех.”, стр. 46, Электронная инженерия , том 44, 1972.

[40] Производитель блоков питания Coutant построил блок питания под названием Minic, используя «относительно новую технику импульсного стабилизатора». Инструментальная практика для АСУ ТП и автоматизации , Том 25, стр. 471, 1971.

[41] «Импульсные источники питания выходят на рынок», стр. 71, Electronics & Power , февраль 1972 г. Первый «бестрансформаторный» импульсный источник питания появился на рынке Великобритании в 1972 году, APT SSU1050, который представлял собой регулируемый импульсный источник питания мощностью 500 Вт с использованием полумостовой топологии.Этот 70-фунтовый блок питания считался легким по сравнению с линейными блоками питания.

[42] В этой статье подробно рассказывается о импульсных источниках питания и описываются преимущества автономных источников питания. В нем описан миниатюрный импульсный источник питания полумоста MG5-20, созданный Advance Electronics. В статье говорится: «Широкое применение микроэлектронных устройств подчеркнуло огромное количество обычных источников питания. Переключаемые преобразователи теперь стали жизнеспособными и предлагают заметную экономию в объеме и весе.” «Импульсные источники питания: почему и как», Малкольм Берчалл, технический директор, подразделение источников питания, Advance Electronics Ltd. Electronic Engineering , Volume 45, Sept 1973, p73-75.

[43] Высокоэффективные модульные источники питания с использованием импульсных регуляторов, Hewlett-Packard Journal , декабрь 1973 г., стр. 15-20. Серия 62600 обеспечивает мощность 300 Вт при использовании автономного импульсного источника питания с полумостовой топологией. Ключевым моментом было внедрение транзисторов на 400 В, 5 А с субмикросекундным временем переключения.«Полный импульсный регулируемый источник питания мощностью 300 Вт едва ли больше, чем просто силовой трансформатор эквивалентного источника с последовательным регулированием, и он весит меньше – 14,5 фунтов против 18 фунтов трансформатора».

[44] Сильноточный источник питания для систем, которые широко используют 5-вольтовую логику ИС, Hewlett-Packard Journal , апрель 1975 г., стр. 14-19. Импульсный источник питания 62605M мощностью 500 Вт для OEM-производителей, размер и вес которых составляет 1/3 и 1/5 от линейных источников питания. Использует автономную полумостовую топологию.

[45] Модульные источники питания: модели 63005C и 63315D: в этом источнике питания мощностью 110 Вт и 5 В используется топология автономного прямого преобразователя и конвекционное охлаждение без вентилятора.

[46] «Проникновение коммутационных источников питания на рынок источников питания в США вырастет с 8% в 1975 году до 19% к 1980 году. Это растущее проникновение соответствует мировой тенденции и представляет собой очень высокие темпы роста». Для такого прогнозируемого роста было названо несколько причин, в том числе «доступность более качественных компонентов, снижение […] общей стоимости и появление продуктов меньшего размера (таких как микрокомпьютеры), которые делают желательными блоки питания меньшего размера». Электроника, Том 49. 1976. Стр. 112, врезка «Что насчет будущего?»

[47] Сеймур Левин, “Импульсные регуляторы питания для повышения эффективности”.”Electronic Design, 22 июня 1964 года. В этой статье описывается, как импульсные регуляторы могут повысить эффективность с менее чем 40 процентов до более чем 90 процентов с существенной экономией в размере, весе и стоимости.

[48] На обложке журнала Electronic Design 13 от 21 июня 1976 г. написано: «Внезапно переключиться стало проще. Импульсные источники питания могут быть разработаны с использованием на 20-50 дискретных компонентов меньше, чем раньше. Одна ИС выполняет все функции управления, необходимые для двухтактный выходной дизайн.ИС называется регулирующим широтно-импульсным модулятором. Чтобы узнать, предпочитаете ли вы переключение, перейдите на страницу 125. “На странице 125 есть статья” Управление импульсным источником питания с помощью одной схемы LSI “, в которой описаны ИС импульсных источников питания SG1524 и TL497.

[49] В 1976 году Powertec разместила двухстраничную рекламу, описывающую преимущества импульсных источников питания, под названием «Большой переход к коммутаторам». В этой рекламе описывались преимущества блоков питания: с удвоенной эффективностью они выделяли 1/9 тепла.У них были 1/4 размера и веса. Это обеспечило повышенную надежность, работало в условиях обесточивания и могло выдерживать гораздо более длительные перебои в подаче электроэнергии. Powertec продала линейку импульсных блоков питания мощностью до 800 Вт. Они предложили импульсные источники питания для систем с дополнительной памятью, компьютерных мэйнфреймов, телефонных систем, дисплеев, настольных приборов и систем сбора данных. Страницы 130-131, Электроника в49, 1976.

[50] Byte magazine, p100 В июне 1976 года был анонсирован новый импульсный блок питания Boschert OL80, обеспечивающий 80 Вт при двухфунтовом блоке питания по сравнению с 16 фунтами для менее мощного линейного блока питания.Это также было объявлено в Microcomputer Digest, февраль 1976 г., стр. 12.

[51] Роберт Бошерт: Человек многих шляп меняет мир источников питания: он начал продавать импульсные источники питания в 1974 году, сосредоточившись на том, чтобы сделать импульсные источники питания простыми и недорогими. В заголовке говорится, что «Роберт Бошерт изобрел импульсный источник питания», что должно быть ошибкой редактора. В статье более обоснованно утверждается, что Бошерт изобрел недорогие импульсные источники питания для массового использования. В 1974 году он произвел в больших объемах недорогой импульсный источник питания.

[52] Руководство по техническому обслуживанию коммуникационного терминала Diablo Systems HyTerm модели 1610/1620 показаны двухтактный источник питания Boschert 1976 года и полумостовой источник питания LH Research 1979 года.

[53] Опыт Boschert с F-14 и спутниками рекламировался в рекламе Electronic Design , V25, 1977, где также упоминалось серийное производство для Diablo и Qume.

[54] Необычный импульсный источник питания использовался в компьютере HP 1000 A600 (см. Техническую и справочную документацию) (1983).Источник питания 440 Вт обеспечивал стандартные выходы 5 В, 12 В и -12 В, а также выход переменного тока 25 кГц 39 В, который использовался для распределения мощности на другие карты в системе, где она регулировалась. В автономном двухтактном источнике питания, разработанном Boschert, использовалась специальная микросхема HP IC, чем-то напоминающая TL494.

[55] В 1971 году для поддержки автономных импульсных источников питания были представлены многочисленные линейки переключающих транзисторов 450 В, такие как серия SVT450, серия 40850 – 4085 от RCA и серия 700V SVT7000.

[56] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Power Electronics Technology , октябрь 2005 г. В этой статье описывается история создания ИС управления источником питания, от SG1524 в 1975 году до индустрии с многомиллиардным оборотом.

[57] «Революция в конструкции источников питания, происходящая в настоящее время, не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен», – Вальтер Хиршберг, ACDC Electronics Inc., Калифорния. «Новые компоненты вызывают революцию в источниках питания», p49, Canadian Electronics Engineering , v 17, 1973.

[58] Импульсный и линейный источник питания, конструкция преобразователя питания , Pressman 1977 «Импульсные регуляторы, которые совершают революцию в отрасли электроснабжения из-за их низких внутренних потерь, небольшого размера, веса и стоимости, конкурентоспособной по сравнению с традиционными последовательными или линейными источниками питания».

[59] Несколько источников питания Apple описаны в документе Apple Products Information Pkg: Astec Power Supplies (1982). Источник питания Apple II Astec AA11040 – это простой дискретный источник питания с обратным ходом и несколькими выходами.В нем используется переключающий транзистор 2SC1358. Выход 5 В сравнивается с стабилитроном и обратной связью управления и изолируется через трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной. В нем используется зажимная обмотка обратного диода.

AA11040-B (1980) имеет существенные модификации схемы обратной связи и управления. В нем используется переключающий транзистор 2SC1875 и источник опорного напряжения TL431. AA11040-B, по-видимому, использовался для Apple II + и Apple IIe (см. Форум hardwaresecrets.com).Шелкография на печатной плате источника питания говорит о том, что она защищена патентом 4323961, который, как оказалось, является «автономным источником питания постоянного тока с обратным ходом», разработанным Эллиотом Джозефсоном и переданным Astec. Схема в этом патенте в основном представляет собой немного упрощенный AA11040-B. Изолирующий трансформатор обратной связи имеет одну первичную и две вторичные обмотки, противоположные AA11040. Этот патент также напечатан на плате блока питания Osborne 1 (см. Разборку Osborne 1), которая также использует 2SC1875.

В Apple III Astec AA11190 используется фиксирующая обмотка обратного диода, но не схема запуска переменного тока Холта.Используется переключающий транзистор 2SC1358; схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. В источнике питания дисковода Apple III Profile AA11770 использовалась фиксирующая обмотка обратного диода, переключающий транзистор 2SC1875; опять же, схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. AA11771 аналогичен, но добавляет еще один TL431 для выхода AC ON.

Интересно, что в этом документе Apple перепечатывает десять страниц «Руководства по источникам питания постоянного тока» HP (версия 1978 года, используемая Apple), чтобы предоставить справочную информацию о импульсных источниках питания.

[60] Обратные преобразователи: твердотельное решение для недорогого импульсного источника питания, Electronics , декабрь 1978 г. В этой статье Роберта Бошерта описывается источник питания Boschert OL25, который представляет собой очень простой дискретно-компонентный источник обратноходового питания мощностью 25 Вт с 4 выходами. Он включает в себя зажимную обмотку обратного диода. Он использует источник опорного напряжения TL430 и оптоизолятор для обратной связи с выхода 5 В. В нем используется переключающий транзистор MJE13004.

[61] В Macintosh Performa 6320 использовалась микросхема контроллера SMPS AS3842, как видно на этом рисунке.AS3842 – это версия контроллера тока UC3842 от Astec, который был очень популярен для прямых преобразователей.

[62] Детали блока питания для iMac найти сложно, и используются разные блоки питания, но, если собрать воедино различные источники, iMac G5, похоже, использует контроллер PFC TDA4863, пять силовых МОП-транзисторов 20N60C3, ШИМ-контроллер SG3845, напряжение TL431. ссылки и контроль мощности с помощью WT7515 и LM339. Также используется 5-контактный встроенный коммутатор TOP245, вероятно, для питания в режиме ожидания.

[63] Источник питания постоянного тока, №4130862. который был подан в феврале 1978 г. и выдан в декабре 1978 г. Блок питания, указанный в патенте, имеет некоторые существенные отличия от блока питания Apple II, созданного Astec. Большая часть управляющей логики находится на первичной стороне в патенте и вторичной стороне в фактическом источнике питания. Кроме того, в патенте обратная связь является оптической, и в ее источнике питания используется трансформатор. Блок питания Apple II не использует обратную связь по переменному току, описанную в патенте.

[64] Подробное обсуждение блока питания Apple II Plus можно найти на сайте applefritter.com. В описании источник питания ошибочно называется топологией прямого преобразователя, но это топология обратного хода. Неудобно, что это обсуждение не соответствует схемам блока питания Apple II Plus, которые я нашел. Заметные различия: в схеме используется трансформатор для обеспечения обратной связи, в то время как в обсуждении используется оптоизолятор. Кроме того, обсуждаемый источник питания использует вход переменного тока для запуска колебаний транзистора, а схема – нет.

[65] Apple III (1982 г.). Этот блок питания Apple III (050-0057-A) практически полностью отличается от блока питания Apple III AA11190. Это дискретный источник питания обратного хода с переключающим транзистором MJ8503, управляемым тиристором, фиксирующей обмоткой обратного хода и 4 выходами. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь переключения контролирует выход -5 В с операционным усилителем 741 и подключается через трансформатор. Он использует линейный регулятор на выходе -5 В.

[66] Яблочная Лиза (1983).Еще один дискретный источник питания с обратным ходом, но значительно более сложный, чем Apple II, с такими функциями, как резервное питание, дистанционное включение через симистор и выход +33 В. Для переключения в нем используется силовой транзистор MJ8505 NPN, управляемый тиристором. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь по переключению контролирует напряжение + 5 В (по сравнению с линейно регулируемым выходом -5 В) и подключается через трансформатор.

[67] Блок питания Macintosh. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта.В нем используется переключающий транзистор 2SC2335, управляемый дискретным генератором. Коммутационная обратная связь контролирует выход +12 В с помощью стабилитронов и операционного усилителя LM324 и подключается через оптоизолятор.

[68] Схема Mac 128K, Обсуждение Mac Plus. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта. В нем используется переключающий транзистор 2SC2810, управляемый дискретными компонентами. Обратная связь по переключению контролирует выход 12 В и подключается через оптоизолятор.Интересно, что в этом документе утверждается, что блок питания, как известно, был склонен к сбоям из-за того, что в нем не использовался вентилятор. Блок питания Mac Classic выглядит идентичным.

[69] TEAM ST-230WHF 230 Вт импульсный источник питания. Эта схема – единственный компьютерный блок питания стороннего производителя, который я обнаружил, который подает необработанный переменный ток в схему привода (см. R2), но я уверен, что это всего лишь ошибка чертежа. R2 должен подключаться к выходу диодного моста, а не к входу. Сравните с R3 в почти идентичной схеме привода в этом блоке питания ATX.

[70] Микропроцессоры и микрокомпьютеры и импульсные источники питания , Брайан Норрис, Texas Instruments, McGraw-Hill Company, 1978 г. В этой книге описываются импульсные источники питания для телевизоров, которые используют сигнал переменного тока для запуска колебаний.

[71] Блок питания жесткого диска Tandy (Astec AA11101). В этом обратноходовом источнике питания мощностью 180 Вт используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. В осцилляторе используются дискретные компоненты. Обратная связь от шины 5 В сравнивается с опорным напряжением TL431, а обратная связь использует трансформатор для изоляции.

[72] Блок питания Tandy 2000 (1983 г.). Этот источник питания с обратным ходом мощностью 95 Вт использует микросхему контроллера MC34060, переключающий транзистор MJE12005 и имеет обмотку фиксатора обратного хода. Он использует MC3425 для контроля напряжения, имеет линейный регулятор для выхода -12 В и обеспечивает обратную связь на основе выхода 5 В по сравнению с опорным сигналом TL431, проходящим через оптоизолятор. На выходе 12 В используется стабилизатор магнитного усилителя.

[73] В «Искусстве электроники» подробно обсуждается блок питания Tandy 2000 (стр. 362).

[74] Модель Commodore B128. В этом источнике питания обратного хода используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор MJE8501, управляемый дискретными компонентами, а обратная связь переключения контролирует выход 5 В с помощью опорного сигнала TL430 и изолирующего трансформатора. Выходы 12 В и -12 В используют линейные регуляторы.

[75] Tandy 6000 (Astec AA11082). В этом блоке питания с обратным ходом мощностью 140 Вт используется обмотка с зажимом диода. Схема представляет собой довольно сложную дискретную схему, поскольку в ней используется повышающая схема, описанная в патенте Astec 4326244, также разработанном Эллиотом Джозефсоном.В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. У него немного необычный выход 24 В. Один выход 12 В линейно регулируется LM317, а выход -12 В управляется линейным регулятором MC7912, но другой выход 12 В не имеет дополнительной регулировки. Обратная связь осуществляется с выхода 5 В с использованием источника напряжения TL431 и развязывающего трансформатора. Здесь есть красивая фотография блока питания.

[76] Документация на микросхему контроллера MC34060 (1982 г.).

[77] Руководство разработчика по переключению схем и компонентов источника питания, Руководство по переключению режимов , Motorola Semiconductors Inc., Паб. № SG79, 1983. R J. Haver. Для обратного преобразователя фиксирующая обмотка описывается как дополнительная, но «обычно присутствует, чтобы позволить энергии, накопленной в реактивном сопротивлении утечки, безопасно вернуться в линию, вместо того, чтобы лавина переключающего транзистора».

[78] «Обеспечение надежной работы силовых полевых МОП-транзисторов», примечание к приложению Motorola 929, (1984) показывает источник питания с обратным ходом, использующий MC34060 с фиксирующей обмоткой и диодом. Его можно скачать с datasheets.org.uk.

[79] Для получения дополнительной информации о форвард-конвертерах см. История прямого преобразователя, Switching Power Magazine , vol.1, No. 1, pp. 20-22, июл 2000 г.

[80] Первый импульсный преобразователь с диодной обмоткой был запатентован в 1956 году компанией Philips, патент 2,920,259 «Преобразователь постоянного тока».

[81] Другим патентом, показывающим обмотку с возвратной энергией с диодом, является патент Hewlett-Packard от 1967 года 3313998. Импульсно-регуляторный источник питания с цепью возврата энергии

[82] Маленькое королевство: частная история Apple Computer Майкл Мориц (1984) говорит, что Холт проработал в компании на Среднем Западе почти десять лет и помог разработать недорогой осциллограф (стр. 164).Стив Джобс, «Путешествие – награда», Джеффри Янг, 1988 г., утверждает, что Холт разработал импульсный источник питания для осциллографа за десять лет до прихода в Apple (стр. 118). Учитывая состояние импульсных источников питания в то время, это почти наверняка ошибка.

[83] «Коммутационные блоки растут в чреве компьютеров», Электронный бизнес , том 9, июнь 1983 г., стр. 120-126. В этой статье подробно описывается бизнес-сторона импульсных источников питания. В то время как Astec была ведущим производителем импульсных блоков питания, Lambda была ведущим производителем блоков питания переменного и постоянного тока, поскольку продавала большие количества как линейных, так и импульсных источников питания.

[84] «Стандарты: переключение вовремя для поставок», Electronic Business Today , vol 11, p74, 1985. В этой статье говорится, что Astec является ведущим в мире производителем блоков питания и лидером в области импульсных блоков питания. Astec выросла почти исключительно на поставках блоков питания Apple. В этой статье также упоминаются компании-поставщики электроэнергии из «большой пятерки»: ACDC, Astec, Boschert, Lambda и Power One.

[85] Astec становится 100% дочерней компанией Emerson Electric, Business Wire , 7 апреля 1999 г.

[86] Отраслевой отчет о крупнейших энергоснабжающих компаниях за 2011 год – Power Electronics Industry News, v 189, март 2011 г., консультанты по микротехнике. Также, Энергетическая промышленность продолжает марш к консолидации, Power Electronics Technology, май 2007 обсуждает различные консолидации.

[87] Документация SAMS по фотофакту для IBM 5150 содержит подробную схему источника питания.

[88] В Википедии представлен обзор стандарта ATX. Официальная спецификация ATX находится в формфакторах.орг.

[89] ON Semiconductor имеет эталонные образцы блоков питания ATX, как и Fairchild. Некоторые ИС, разработанные специально для приложений ATX, – это SG6105 Power Supply Supervisor + Regulator + PWM, NCP1910 High Performance Combo Controller for ATX Power Supplies, ISL6506 Multiple Linear Power Controller with ACPI Control Interfaces, и SPX1580 Ultra Low Dropout Voltage Regulator.

[90] Корпорация Intel представила рекомендацию о коммутационном преобразователе постоянного тока рядом с процессором в документе Intel AP-523 Pentium Pro Processor Power Distribution Guidelines, в котором приведены подробные спецификации модуля регулятора напряжения (VRM).Подробная информация об образце VRM приведена в разделе «Заправка мегапроцессора» – обзор конструкции преобразователя постоянного тока в постоянный ток с использованием UC3886 и UC3910. Более свежие спецификации VMR содержатся в Рекомендациях по проектированию Intel Voltage Regulator Module (VRM) и Enterprise Voltage Regulator-Down (EVRD) 11 (2009).

[91] В техническом описании микропроцессоров R650X и R651X указано типичное значение рассеиваемой мощности 500 мВт.

[92] Технологии преобразования энергии для компьютерных, сетевых и телекоммуникационных систем питания – прошлое, настоящее и будущее, М.М. Йованович, Лаборатория силовой электроники Delta, Международная конференция по преобразованию энергии и приводам (IPCDC), Санкт-Петербург, Россия, 8-9 июня 2011 г.

[93] Программа 80 Plus описана в разделе «Сертифицированные источники питания и производители 80 PLUS», где описаны различные уровни 80 PLUS: бронзовый, серебряный, золотой, платиновый и титановый. Базовый уровень требует КПД не менее 80% при различных нагрузках, а более высокие уровни требуют все более высокого КПД. Первые блоки питания 80 PLUS вышли в 2005 году.

[94] Несколько случайных примеров источников питания, которые сначала генерируют всего 12 В и используют преобразователи постоянного тока для генерации выходных сигналов 5 В и 3,3 В: Эталонный дизайн высокоэффективного блока питания ATX 255 Вт от ON Semiconductor (80 Plus Silver), NZXT HALE82 power обзор блока питания, обзор блока питания SilverStone Nightjar.

[95] Источники питания используют только часть электроэнергии, подаваемой по линиям электропередач; это дает им плохой «коэффициент мощности», который тратит энергию и увеличивает нагрузку на нижние линии.Вы можете ожидать, что эта проблема возникает из-за быстрого включения и выключения импульсных источников питания. Однако плохой коэффициент мощности на самом деле происходит из-за начального выпрямления переменного и постоянного тока, которое использует только пики входного переменного напряжения.

[96] Основы коррекции коэффициента мощности (PFC), Примечание по применению 42047, Fairchild Semiconductor, 2004.

[97] Правильный выбор размеров и разработка эффективных источников питания утверждает, что активная коррекция коэффициента мощности добавляет около 1,50 доллара к стоимости источника питания мощностью 400 Вт, активный фиксатор добавляет 75 центов, а синхронное выпрямление добавляет 75 центов.

[98] Многие источники схем электроснабжения доступны в Интернете. Некоторые андизм danyk.wz.cz, а также smps.us. Несколько сайтов, которые предоставляют загрузку схем источников питания, – это eserviceinfo.com и elektrotany.com.

[99] Информацию о типовой конструкции блока питания ПК см. В FAQ по SMPS. В разделах «Описание Боба» и «Комментарии Стива» обсуждаются типичные блоки питания для ПК на 200 Вт, использующие микросхему TL494 и конструкцию полумоста.

[100] В тезисе 1991 г. говорится, что TL494 все еще использовался в большинстве импульсных блоков питания ПК (по состоянию на 1991 г.).Разработка импульсного источника питания 100 кГц (1991 г.). Мыс Техникон Тезисы и диссертации. Документ 138.

[101] Введение в двухтранзисторную прямую топологию для источников питания с эффективностью 80 PLUS, EE Times, 2007.

[102] hardwaresecrets.com заявляет, что CM6800 является самым популярным контроллером PFC / PWM. Это замена ML4800 и ML4824. CM6802 – более «зеленый» контроллер в том же семействе.

[103] Анатомия импульсных источников питания, Габриэль Торрес, Hardware Secrets, 2006.В этом учебном пособии очень подробно описывается работа и внутреннее устройство блоков питания ПК с подробными изображениями реальных внутренних устройств блока питания. Если вы хотите точно знать, что делает каждый конденсатор и транзистор в блоке питания, прочтите эту статью.

[104] Презентация блока питания ON Semiconductor’s Inside представляет собой подробное математическое руководство по работе современных блоков питания.

[105] Справочное руководство по источнику питания SWITCHMODE, ON Semiconductor. Это руководство содержит большое количество информации об источниках питания, топологиях и многих примерах реализации.

[106] Некоторые ссылки на цифровое управление питанием: «Дизайнеры обсуждают достоинства цифрового управления питанием», EE Times , декабрь 2006 г. Глобальный рынок ИС для цифрового управления питанием к 2017 году достигнет 1,0 миллиарда долларов. Системный контроллер цифровой ШИМ TI UCD9248. Эталонная схема цифрового питания переменного / постоянного тока с универсальным входом и коррекцией коэффициента мощности, EDN , апрель 2009 г.

[107] Руди Севернс, лауреат премии за выслугу лет, Power Electronics Technology , сентябрь 2008 г., стр. 40-43.

[108] Куда ушли все гуру ?, Power Electronics Technology , 2007. В этой статье обсуждается вклад многих новаторов в области источников питания, включая Сола Гиндоффа, Дика Вайза, Уолта Хиршберга, Роберта Окада, Роберта Бошерта, Стива Голдмана, Аллена Розенштейна, Уолли Херсома , Фил Кётч, Яг Чопра, Уолли Херсом, Патрицио Винчиарелли и Марти Шлехт.

[109] История разработки Холтом источника питания для Apple II впервые появилась в статье Пола Чотти Revenge of the Nerds (не имеющей отношения к фильму) в журнале California в 1982 году.

.