Схема импульсного блока питания: Как работают импульсные блоки питания: 7 правил

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

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

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

Представленный здесь источник питания имеет следующие особенности:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Здесь показана готовая к монтажу печатная плата выполненная ЛУТом:

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

Перечень радиодеталей

Как работает импульсный блок питания ⋆ diodov.net

Подробно рассмотрим, как работает импульсный блок питания (ИБП) любого типа. Сегодня такие компоненты являются основными источниками электрической энергии любой электронной аппаратуры. Аудио аппаратуру мы в счет не берем. Там по-прежнему доминируют линейные или трансформаторные блоки питания.

Концепция ИБП известна давно. Однако реализация ее стала возможной относительно недавно. Этому способствовало появление управляемых полупроводниковых ключей с требуемыми характеристиками. В первую очередь речь идет о полевых транзисторах MOSFET. Сегодня MOSFET вытеснили практически все другие управляемые полупроводниковые приборы в области преобразователей электрической энергии малой и средней мощности. В преобразователях большой мощности лидирующие позиции занимают IGBT транзисторы, а также некоторые виды тиристоров.

Главное и неоспоримое преимущество импульсных блоков питания по сравнению с линейными (трансформаторными) БП – это значительно меньший вес и габариты при равных мощностях. Для сравнения можно взять импульсный блок питания компьютера мощностью 500 Вт и только один трансформатор мощностью 500 ВА. Разница, особенно по массе, будет ощутима.

Существует много схем ИБП. Однако все они сводятся к тому, чтобы снизить в первую очередь массу и габариты трансформатора. Почему именно трансформатора? Потому что он является самым громоздким, тяжелым и дорогим элемент блока питания.

Чтобы хорошо представлять, как работает импульсный блок питания, сначала рассмотрим классическую схему линейного БП.

Схема линейного блока питания

Основные задачи любого промышленного БП заключаются в снижении переменного напряжения 220 В (230 В) до требуемой величины, затем его выпрямление, сглаживание и стабилизация.

Поэтому любая схема линейного бока питания обязательно содержат как минимум следующие элементы: трансформатор, выпрямитель, фильтр, узел стабилизации. Назначение каждого элемента было более полно рассказано здесь.

Теперь, глядя на составляющие функциональной схемы линейного БП, давайте рассуждать, какие элементы приводят к росту его массы и веса. В качестве выпрямителя чаще служит диодный мост. Снизить его размеров не даст особого эффекта. Да и реализовать этот будет затруднительно.

Узел стабилизации может быть реализован по-разному. Поэтому на нем мы тоже сэкономить мало что сможем. Остаются только два элемента: фильтр и трансформатор. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости. Но изменение его параметров, как мы увидим далее, не позволит получить сколь-нибудь ощутимый выигрыш. Остается исследовать возможности способы минимизации трансформатора.

Основная задача его заключается в передаче мощности со стороны источника высокого на сторону низкого напряжения. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку высоковольтных с низковольтными цепями. Гальваническая развязка необходима для преимущественного большинства устройств по условиям безопасности, как персонала, так и низковольтного оборудования. А трансформатор, как никакой другой элемент выполняет эти и другие условия. При этом он имеет максимальный коэффициент полезного действия, достигающий 99 %. По этой причине ему до сих пор не могут найти альтернативу, за что приходится расплачиваться повышенной массой и размерами в целом БП.

Безтранформаторные источники питания

Конечно, всегда возникал вопрос: а можно ли вообще обойтись без трансформатора? Здесь ответ неоднозначный. И можно и нельзя. Более того, существуют безтрансформаторные источники питания. Для снижения напряжения применяют конденсатор. Конденсатор характеризуется реактивным сопротивлением при работе в цепях переменного тока. Именно это свойство благополучно используется. Однако реактивное сопротивление конденсатора зависит обратно пропорционально от его емкости. Поэтому с увеличением нагрузки необходимо применять конденсатор большей емкости, что очень сказывается на его размерах. Кроме того возрастает его цена, поскольку он должен быть рассчитан на 400…450 В. Помимо всего прочего, использование реактивного сопротивления негативно влияет на качестве электроэнергии питающей сети. Снижается коэффициент мощности cosφ. Но самый главный недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки. Это исключает применение подобных схем в преимущественном большинстве радиоэлектронной аппаратуре.

Как снизить массу и габариты трансформатора

Так вот, мощность любого узла ИБП определяется всего двумя параметрами: напряжением и током.

P = U∙I.

Полная мощность трансформатора (Т) также определяется произведением тока на напряжение. Поэтому давайте рассмотрим, как зависят габариты Т от величины приложенного U и протекающего I. Возможно, здесь у нас получится на что-то повлиять.

Напряжение или, точнее говоря, ЭДС данного электромагнитного устройства определяется частотой приложенного напряжения f, количеством витков w и магнитным потоком Φ.

E = 4,44∙f∙w∙Φ

Коэффициент 4,44 уберем для упрочения, поскольку он соответствует синусоидальной форме тока. В импульсных блоках питания, где форма сигнала имеет вид прямоугольника, это коэффициент имеет другое значение.

E ~ f∙w∙Φ

Магнитный поток представляет собой произведение магнитной индукции B на площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода Sс.

E ~ f∙w∙B∙Sс

Давайте поразмыслим над этой формулой с интересующей нас позиции. Размеры Т определяются размерами его сердечника и обмотками. Упрощенно говоря, мы можем вполне обосновано сказать, что габариты сердечника зависят от площади поперечного сечения сердечника (магнитопровода) Sс. А габариты обмотки зависят от числа витков w.

Теперь становится очевидно, что для сохранения прежней величины электродвижущей силы E при снижении числа витков w и площади поперечного сечения Sс, а соответственно и габаритов трансформатора, необходимо повышать или частоту или индукцию или эти два параметра одновременно.

Преимущественное большинство сердечников промышленных трансформаторов выполняются из электротехнической стали. Такая сталь имеет индукцию насыщения порядка 1,7 Тл. Это довольно большое значение индукции. Выше только у чистого железа, обладающего максимально возможной индукцией из всех магнитных материалов, и составляет чуть более 2 Тл. К сожалению, чистое железо не пригодно к использованию в электромагнитных устройствах вследствие сильных потерь энергии при перемагничивании.

Альтернативные магнитные материалы

Также в ряде стран применяется пермаллой. Пермаллой имеет несколько меньшую индукцию, чем электротехническая стать, но обладает большим электрическим сопротивлением. Благодаря чему снижаются потери на вихревые токи, а соответственно и потери холостого хода.

Относительно недавно на рынке в доступной цене появились аморфные и нанокристаллические сплавы. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, при этом индукция их приближается к электротехническим сплавам. Кроме того они обладают рядом положительных свойств, превосходящих другие магнитные материалы. Но на этом мы здесь останавливаться не будем.

Однако индукция известных на сегодняшний день магнитных материалов и сплавов не достигает величины, значительно превосходящей индукцию электротехнической стали, то есть более 1,7 Тл. Поэтому сейчас невозможно существенно снизить габариты электромагнитного устройства за счет применения новых магнитных материалов. Поэтому остается единственный способ, который даст ощутимое снижение массы и размеров – это повышение частоты f переменного тока.

Как работает импульсный блок питания электронных устройств

Мы знаем, что в сети 220 В или 230 В f равна 50 Гц, отсюда возникает вопрос: как ее повысить? А делается это следующим образом. Сначала переменное напряжение 220 В, 50 Гц выпрямляется с помощью обычного диодного моста. Затем оно сглаживается электролитическим конденсатором большей емкости. Далее сглаженное напряжение снова преобразуется в переменное, но уже значительно большей частоты. В современных импульсных блоках питания она составляет порядка единиц мегагерц. И уже это высокочастотное напряжение подается на обмотку трансформатора. Это позволяет значительно снизить его размеры при сохранении прежнего значения электродвижущей силы. Затем сниженное напряжение со вторичной обмотки снова выпрямляется, сглаживается, и стабилизируется.

Постоянное напряжение преобразуется в переменное с помощью инвертора. Транзисторы инвертора работают в ключевом режиме, что приводит к появлению значительных импульсов тока. Поэтому на входе первого выпрямителя обязательно устанавливают дроссель для снижения уровня пульсаций тока, вызванных работой инвертора. Кроме того, для борьбы и электромагнитными импульсами, ИБП полностью экранируют.

Именно по причине этих пульсаций ИБП не применяются в аудиотехнике. В первую очередь это относиться к усилителям звука. Они вместе с полезным аудиосигналом могут усилить и помехи или пульсации, создаваемые полупроводниковыми приборами, работающими в ключевом режиме. В конечном итоге это негативно отобразится на качестве звука.

Сечение провода тр-ра по-прежнему рассчитывается на аналогичный ток. Однако в качестве магнитопровода электротехническая сталь не применяется, поскольку на высоких частотах возникают сильных потери энергии, вызванные действием вихревых токов. Поэтому применяют магнитные материалы с максимально высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся ферриты и различного рода магнитодиэлектрики.

ШИМ-контроллер

Работой полупроводниковых приборов инвертора управляет ШИМ-контроллер. ШИМ-контроллер может выполняться в виде отдельной микросхемы или в едином корпусе с полупроводниковыми ключами. Для поддержания заданного уровня напряжения на нагрузке в не зависимости от изменения ее параметров и других воздействующих факторов, необходимо изменять параметры широтно-импульсной модуляции. За это отвечает ШИМ-контроллер, который получает сигнал по обратной связи. В качестве элемента, образующего обратную связь применяется оптопара. Может применяться и другой радиоэлектронный элемент, как правило, способный осуществить гальваническую развязку.

Теперь должно быть понятно, как работает импульсный блок питания. Его схема состоит из входного фильтра, входного выпрямителя, сглаживающего входного фильтра, инвертора, импульсного трансформатора, выходного выпрямителя и выходного фильтра.

В качестве входного фильтра применяется дроссель. Сглаживающими фильтрами служат электролитические конденсаторы большей емкости.

Мощный импульсный блок питания?

Значительно повысить f удается только в относительно маломощных ИБП с точки зрения силовой электроники. В преобразователях электрической энергии большой мощности – десятки, сотни и тысячи киловатт, сколь существенно увеличить частоту не получится. Это вызвано отсутствием транзисторов или тиристоров, способных быстро переключать большую нагрузку, сохраняя при этом приемлемый уровень потерь энергии. Максимум удается повысить f до тысячи герц, 400 Гц, а то и вовсе ниже. К тому же возникают трудности с охлаждением таких преобразовательных установок.

Потери в полупроводниковых ключах зависят от приложенного к ним напряжения, протекающего I и частоты переключения. С ростом f потери энергии в полупроводниковых ключах сильно возрастают. Поэтому существенно снижается коэффициент полезного действия всей преобразовательной установки. Отсюда данный способ пока что не находит применения для мощных преобразователей и является малоэффективным.

Но и здесь был найден выход. Все усилия были направлены в сторону уменьшения размеров и веса обмоток. В преобразователях она может достигать нескольких тонн. Если получится существенно уменьшить ее размеры, тогда можно домотать некоторое количество витков и за счет этого снизить габариты магнитопровода при сохранении прежнего значения электродвижущей силы.

Масса меди обмоток m_о зависит от суммарной длины одного витка l_в, их числа w, площади поперечного сечения S_в и удельного веса меди γ_м.

m_о = l_в∙w∙S_в∙γ_м.

Длина витка l_в определяется его диаметром d_в, поэтому можем переписать предыдущее выражение следующим образом:

m_о = π∙d_в∙w∙S_в∙γ_м.

В свою очередь диаметр d_в определяет индуктивность Т. Поэтому его мы уменьшить не можем, поскольку это в конечном итоге повлечет за собой уменьшение ЭДС, а это не допустимо.

Также нельзя снизить удельный вес меди. Остается снижать площадь поперечно сечения витка.

Она в свою очередь зависит от величины протекающего I и допустимой плотности тока j.

S_в = I∙j.

Величину тока мы также снизить не можем, поскольку она определяет мощность трансформатора при заданном значении электродвижущей силы. Остается только один способ – увеличить допустимую плотность j.

Сверхпроводники

Эта величина для меди в среднем находится в пределах от 8 до 10 А/мм². Для обмоток электрических машин она будет иметь меньшее, а для монтажных проводов или линий электропередач – большее значение.

Величина j показывает, какой максимальный ток можно пропустить через заданное сечение проводника. Для простоты примем допустимое значение j = 10 А/мм². Это значит, что через медный провод сечением 1 мм² можно пропустить I величиной 1 А. Если превысить эту величину, то он будет перегреваться, что недопустимо. Главная причина заключается в перегреве изоляции, которая для электрических машин обходится дороже стоимости самого провода. С ростом температуры эксплуатационный срок изоляции резко снижается. Отсюда преждевременная постановка на ремонт и затратная перемотка изоляции.

Если проводник принудительно охлаждать, то через ту же S_в можно пропустить больший I. Именно таким способом удается существенно уменьшить сечение S_в. Применяют так называемые сверхпроводящие обмотки. Они находятся в специальной герметичной емкости, заполненной жидким азотом. Точка кипения азота чуть более -195 °С. Жидкий азот хорош тем, что он не взрывоопасен и не ядовит.

Благодаря применению жидкого азота снижается сопротивление проводника. Это позволяет повысить j почти в 30 раз, не перегревая его. А соответственно снизить площадь поперечного сечения обмоточного провода, что в свою очередь приводит к снижению веса электромагнитного устройства.

Подытожим сказанное выше. Для снижения массы и габаритов ИБП малой и средней мощности повышают частоту подводимого напряжения к обмоткам трансформатора за счет специальных схемных решений. В силовых преобразователях такой способ пока что трудно реализуем по причине отсутствия полупроводниковых ключей с приемлемыми коммутационными характеристиками. Единственный рациональный способ заключается в использовании сверхпроводящих обмоток.

Теперь, я надеюсь, Вам стало понятно, как работает импульсный блок питания и почему он имеет такую структуру.

Еще статьи по данной теме

Импульсные блоки питания: ремонт за 7 шагов

Все современные электрические приборы, использующие цифровые технологии, питаются от встроенных блоков, работающих в импульсном режиме.

Они снабжаются защитами, имеют качественный монтаж, но из-за скачков напряжения в сети или ошибок человека все же выходят из строя: тогда дорогой бытовой помощник перестает работать.

Чтобы вы могли с минимальными потерями выйти из этой ситуации, я подробно объясняю все про импульсные блоки питания, ремонт своими руками их неисправностей.

Содержание статьи

Вначале предлагаю немного отойти от темы, чтобы вспомнить подсобный справочный материал. Если он вам не нужен, то сразу переходите к вопросам ремонта.

Импульсные блоки питания — как работают: краткий обзор схем

Структурная схема импульсного блока питания поясняется мнемоническими символами формы напряжения над каждым его составным блоком, а связи взаимодействия обозначены стрелками.

Принципиальную схему удобно представлять таким видом.

Монтажная плата одного из устройств с расположением деталей показана на фотографии ниже с моими комментариями.

Естественно, что это только частный случай, который, скорее всего не совпадет с вашим ИБП. Здесь я преследую простую цель — напомнить принципы взаимодействия составных частей блока.

Если вам необходимо более подробно ознакомиться с этими вопросами, то читайте специально написанную статью.

Правила безопасности с электрическим током: как исключить риски и защититься от удара током при ремонте ИБП

На всех существующих схемах импульсных блоков питания рядом с первичными цепями 220 вольт расположены вторичные — выходного напряжения. Их все необходимо измерить и оценить.

Правила безопасности с электрическим током требуют не допускать необученных людей к работам под напряжением. Поэтому обязательно ознакомьтесь с ними заранее.

Я же заострю ваше внимание только на трех вопросах:

1. Работайте под напряжением только одной рукой: вторую засуньте в карман и не доставайте — сразу снизите риск попадания под действие электрического тока.
2. Накопительные конденсаторы длительно хранят запасенную энергию даже при отключенном напряжении, требуют осторожного обращения.
3. Подключайте импульсный блок питания для проверок только через разделительный трансформатор.

Электрическое сопротивление человеческого тела очень низкое: наш организм состоит из жидкостей. Если работать под напряжением двумя руками, то существует большая вероятность создать путь для прохождения тока короткого замыкания через свое тело.

А ведь несколько десятков миллиампер уже могут вызвать фибрилляцию сердца.

Мгновенный разряд конденсатора тоже способен причинить большой вред организму. Не советую испытывать судьбу: проверять на себе работу электрошокера.

Накопленный емкостной заряд следует предварительно снимать. Причем делать это не простой закороткой его выводов пинцетом или перемычкой, а резистивным сопротивлением в десятки килоом. Иначе могут возникнуть большие токи, которые элементарно повредят исправный конденсатор.

Разделительный трансформатор отделяет подключенный к нему потребитель от цепей питающей подстанции. Его применение исключает стекание тока через тело человека по контуру земли.

Величина тока короткого замыкания во вторичной цепи 220 разделительного трансформатора ограничивается мощностью, которую может передавать его магнитопровод.

Эта схема подключения допускает касание одной рукой (не двумя) любого места вторичной обмотки трансформатора или подключенного к ней источника бесперебойного питания.

Подключать ИБП к вторичной цепи разделительного трансформатора рекомендую через лампу накаливания.

Ее же с мощностью 60-100 ватт допустимо использовать в качестве токоограничивающей нагрузки при ремонте блока без разделительного трансформатора. Она уменьшит аварийный ток, может спасти транзистор от выгорания.

Как отремонтировать импульсный блок питания своими руками: важные советы для начинающих

Профессиональный электрик всегда начинает работу с подготовки рабочего места, инструмента и оценки рисков, которые необходимо предотвратить.

Следует хорошо представлять, что ремонтировать импульсный блок питания своими руками — значит работать под напряжением в действующих цепях.

Подготовительные работы: где найти схему импульсного блока питания и какие нужны измерительные приборы

Сейчас производители электротехнического оборудования хранят в тайне свои профессиональные секреты: схемы ИБП в свободном доступе нет. Мы же собрались делать ремонт своими руками, а не в специализированном сервисе.

Поступаем следующим образом:

1. Вскрываем корпус и осматриваем электронную плату.
2. Находим мощный транзистор (выходной ключ) и микросхему (ШИМ-контроллер). Иногда они могут быть объединены общим корпусом.
3. Записываем маркировку и по ней ищем в справочниках или через интернет полное описание (data sheet).
4. Изучаем по найденной документации выводы микросхемы, способы ее подключения и сравниваем полученные сведения с реальной конструкцией.

На малогабаритных микросхемах полная маркировка не всегда помещается. Тогда производители делают кодовое обозначение из нескольких букв и цифр. По нему сложнее искать информацию, придется упорнее потрудиться.

Технологию поверхностного монтажа печатных плат и способы маркировки деталей хорошо объясняет в своем видеоролике Влад ЩЧ. Рекомендую посмотреть.

Без измерительного электрического инструмента отремонтировать ИБП вряд ли получится. Можно обойтись старыми стрелочными приборами — тестерами, как мой Ц4324.

Они позволяют измерять большинство электрических параметров с достаточным для ремонта классом точности, но требуют повышенного внимания и выполнения дополнительных вычислений.

Сейчас намного удобнее использовать для замеров цифровой мультиметр.

Все правила обращения с ним для новичков я очень подробно объяснил в специально опубликованной статье. Надеюсь, что она будет вам полезна.

Большую помощь в поиске неисправностей окажет осциллограф. Он позволяет просмотреть осциллограммы напряжений практически каждого узла ИБП.

По их виду и величинам довольно просто оценивать работоспособность каждого электронного элемента в составе схемы. Для снятия замеров подойдет любая модель: старая аналоговая или современная цифровая.

Но, если осциллографа нет, то отчаиваться не стоит. В подавляющем большинстве случаев можно обойтись цифровым мультиметром или стрелочным тестером.

Алгоритм ремонта импульсного блока питания: полная инструкция из 7 последовательных шагов

Неисправности внутри ИБП можно разделить на две категории:

1. Явное выгорание с обугливанием деталей, дорожек, взрывы конденсаторов.
2. Тихая потеря работоспособности без проявления внешних повреждений.

Алгоритм ремонта импульсного блока питания состоит из двух последовательных этапов: вначале проводят первичные проверки без подачи напряжения, а затем — замеряют величины электрических характеристик.

Первый этап ремонта предусматривает обязательное выполнение шагов №1 и 2 только с отключенным питанием.

Шаг №1: внешний и внутренний осмотр

Первоначально вам придется вскрыть корпус и внимательно осмотреть его содержимое. Все, что вызывает сомнения, необходимо тщательно проверить.

Первый тип повреждения таит в себе ту опасность, что определить маркировку сгоревших деталей бывает сложно, а то и невозможно. На этом этапе ремонт может остановиться.

Шаг №2: проверка входного напряжения

Во втором случае поиск места дефекта начинают с проверки наличия цепей питания 220 вольт. Часто возникает повреждение сетевого шнура или перегорание предохранителя.

Плавкая вставка предохранителя обычно перегорает от пробоя полупроводникового перехода диодов выпрямительного моста, транзисторных ключей или дефектов блока, управляющего дежурным режимом.

Все это надо проверить мультиметром: его переводят в режим омметра и замеряют состояние электрического сопротивления указанных цепочек, ищут обрыв, который необходимо устранить.

Сразу скажу, что не стоит успокаиваться, если обнаружили сгоревший предохранитель: он так просто не выходит из строя. Явно в цепи ИБП возникло короткое замыкание или перегруз: придется искать дополнительно поврежденные детали.

Если повреждений нет, то импульсный блок питания размещают на диэлектрическом основании стола и подают на него 220 вольт.

Входное напряжение надо проверить мультиметром в режиме вольтметра, провести измерения на входе сетевого фильтра и после плавкой вставки предохранителя.

Шаг №3: проверка состояния сетевого фильтра и выпрямителя

Работоспособность этой схемы следует определять вольтметром в режиме измерения переменного напряжения. Обращайте внимание на величину его сигнала на входе и выходе. У исправного прибора амплитуда гармоник практически не должна отличаться.

Качество фильтрации посторонних помех хорошо показывает осциллограф, но если он отсутствует, то это не так уж и страшно. Его замеры могут понадобиться в исключительных случаях, их допустимо пропустить.

Также проверяется работа выпрямителя: вольтметр для замера выходного напряжения переключают в режим цепей постоянного тока. Его концы устанавливают на ножки электролитического конденсатора или их дорожки.

Когда напряжение на выходе из фильтра или выпрямителя не укладывается в норму, то придется проверять исправность всех деталей, которые входят в его схему.

В первую очередь обращайте внимание на электролитические конденсаторы, которые при излишнем нагреве усыхают, теряя емкость, а то и взрываются. Сразу оцените правильность их геометрической формы.

Любое малейшее искажение, особенно вздутый конденсатор — признак внутреннего повреждения. Если геометрия не нарушена, то приступают к электрическим замерам.

Стрелочным тестером это можно сделать двумя способами:

1. Конденсатор разряжают. Прибор переводят в режим омметра и его внутренним источником заряжают емкость: просто щупы ставят на ножки и выдерживают небольшое время.

Затем цешку переводят в режим вольтметра и наблюдают за разрядом емкости. Способ приблизительный, оценочный, но довольно быстрый.

• Более точно, но сложнее оценить конденсатор можно измерением его емкостного сопротивления. Через него пропускают синусоидальный ток, оценивают замерами его величину и падение напряжения. По закону Ома вычисляют емкостное сопротивление Хс. По нему рассчитывают емкость конденсатора C.

Цифровой мультиметр позволяет просто определить величину емкости обычным замером. Внутри него уже есть встроенный генератор, а процессы измерения тока с напряжением, как и вычисления, автоматизированы.

Во вторую очередь анализируйте исправность диодов. Все они, включая силовые, должны проводить ток только в одну сторону. Их работоспособность оценивают мультиметром в режиме омметра или прозвонки.

Шаг №4: проверка работы инвертора

Учитываем, что схема построения каждого высокочастотного генератора собирается не только из различных деталей, но и с большим разнообразием конструкторских решений.

Часто генератор объединен в составе электронной платы с высокочастотным трансформатором, а также выходным выпрямителем и фильтром. Мы будем исходить из того, что точной схемы построения ИБП у нас нет: проверяем ее по внешним, косвенным признакам.

Работаем мультиметром в режиме вольтметра: последовательно оцениваем амплитуды напряжений на разных точках инверторной схемы. Учитываем, что прибор показывает действующие величины, а не максимальные, амплитудные.

Осциллограф с делителем напряжений здесь более уместен: он покажет еще и форму каждого сигнала, что может значительно облегчить поиск неисправности.

Шаг №5: проверка выходных напряжений

Обращаю внимание, что многие ИБП, особенно компьютерные, на выходе имеют несколько цепей, отличающихся по величине напряжения, например, 12, 5 и 3,3 вольта. Причем они могут собираться на разные нагрузки.

Их все надо проверить электрическими замерами. Чтобы запустить компьютерный блок в работу необходимо закоротить управляющий сигнал запуска БП PS_On на нулевой провод черного цвета.

Подача напряжения питания на компьютерный ИБП в режиме холостого хода вредна для электронной схемы. Сокращается ресурс его работы.

Для проверки под напряжением рекомендуется собрать простую схему из обычных резисторов. Желательно их выбирать большой мощности и ставить на радиаторы или делать принудительный обдув на время проверки.

Если в качестве нагрузки использовать рабочие блоки компьютера, например CD привод, HDD или материнскую плату, как иногда рекомендуют отдельные мастера, то велика вероятность того, что не устраненная еще неисправность блока питания повредит и их.

Шаг №6: проверка работы защиты от перегрузок

Операция проводится после проверки качества выходных напряжений на всех участках схемы.

Импульсные блоки питания для сложных электронных устройств (мониторы, цифровые телевизоры и подобная техника) имеют в своем составе токовую защиту. Она снимает питание с подключенной цепи при возникновении в ней опасных токов, превышающих номинальную величину.

Эта защита работает от встроенного датчика тока, сигнал с которого о перегрузке подается на управляющую микросхему. Она, в свою очередь, отключает питание выходным силовым контактом с создавшегося аварийного режима.

Тема эта очень большая, обширная. Принципы построения токовой защиты в импульсных блоках питания доступно объясняет владелец видеоролика Ростислав Михайлов.

Шаг №7: проверка схемы стабилизации выходных напряжений

На этом заключительном этапе оценивается работа блока управления инвертором при меняющемся входном напряжении питания по действию схемы обратной связи.

Алгоритм проверки состоит из следующих этапов:

1. ИБП отключают от цепей входного напряжения 220 вольт.
2. К выходу оптопары подключают стрелочный тестер, переключенный в режим омметра, хотя можно использовать и цифровой мультиметр.
3. На выход блока питания +/-12 V подают постоянное напряжение от регулируемого источника, меняют его величину и контролируют срабатывание оптопары по показаниям омметра.

При пониженном напряжении оптопара будет иметь высокое электрическое сопротивление, а при достижении на схеме уровня 12 вольт ее выход откроется, и стрелка омметра резко снизит свои показания.

Такое срабатывание свидетельствует о совместной исправности стабилитрона, оптопары и схемы стабилизации.

Не помешает также отдельно проверить целостность силового транзистора. Но предварительно его необходимо выпаять из платы.

Если позволяют габариты блока, то его можно доработать заменой:

• выпрямительных диодов повышенной мощности;
• накопительных конденсаторов большей емкости и напряжения.

Такие простые действия продлят ресурс работы, на который рассчитан импульсный блок питания, а его ремонт своими руками принесет несомненную пользу владельцу. Если у вас возникнут вопросы по этой теме, то воспользуйтесь разделом комментариев. Я отвечу.

12V 1A SMPS Схема источника питания на печатной плате

Каждое электронное устройство или изделие требует надежного блока питания (PSU) для его работы. Почти все устройства в нашем доме, такие как телевизор, принтер, музыкальный проигрыватель и т. Д., Состоят из встроенного в него блока питания, который преобразует напряжение сети переменного тока в соответствующий уровень напряжения постоянного тока для их работы. Наиболее часто используемым типом цепи электропитания является SMPS (импульсный источник питания) , вы можете легко найти этот тип цепей в своем адаптере 12 В или зарядном устройстве для мобильных ПК / ноутбука.В этом уроке мы узнаем , как построить 12-вольтовую SMPS-схему , которая преобразовывала бы сеть переменного тока в 12 В постоянного тока с максимальным номинальным током 1,25 А. Эту схему можно использовать для питания небольших нагрузок или даже адаптировать ее к зарядному устройству для зарядки свинцово-кислотных и литиевых батарей. Если эта цепь питания 12 В, 15 Вт, не соответствует вашим требованиям, вы можете проверить различные цепи питания с разными номинальными характеристиками.

12 В SMPS Circuit – Вопросы проектирования

Прежде чем приступить к проектированию источников питания любого типа, необходимо выполнить анализ требований на основе среды, в которой будет использоваться наш источник питания.Различные виды источников питания работают в разных средах и с определенными границами ввода-вывода.

Входные данные

Давайте начнем с ввода. Входное напряжение питания – это первое, что будет использоваться SMPS и будет преобразовано в полезное значение для питания нагрузки. Так как эта конструкция указана для преобразования переменного тока в постоянный , на входе будет переменный ток (AC). Для Индии вход переменного тока доступен в 220-230 вольт, для США он рассчитан на 110 вольт.Есть и другие страны, которые используют разные уровни напряжения. Как правило, SMPS работает с универсальным входным напряжением в диапазоне . Это означает, что входное напряжение может отличаться от 85 В переменного тока до 265 В переменного тока. SMPS может использоваться в любой стране и может обеспечить стабильный выход при полной нагрузке, если напряжение составляет 85-265 В переменного тока. SMPS также должен нормально работать на частотах 50 Гц и 60 Гц. По этой причине мы можем использовать наши зарядные устройства для телефонов и ноутбуков в любой стране.

Выходная спецификация

На выходной стороне несколько нагрузок являются резистивными, немногие – индуктивными.В зависимости от нагрузки конструкция SMPS может быть разной. Для этого SMPS нагрузка принимается как резистивная нагрузка . Однако нет ничего похожего на резистивную нагрузку, каждая нагрузка состоит по меньшей мере из некоторого количества индуктивности и емкости; здесь предполагается, что индуктивность и емкость нагрузки незначительны.

Выходная спецификация SMPS сильно зависит от нагрузки, например, сколько напряжения и тока потребует нагрузка при любых условиях эксплуатации.Для этого проекта SMPS может обеспечить 15 Вт выходной мощности . Это 12В и 1,25А. Целевая выходная пульсация выбрана как меньшее из 30 мВ pk-pk при полосе частот 20000 Гц .

Исходя из выходной нагрузки, мы также должны выбрать между проектированием SMPS с постоянным напряжением или SMPS с постоянным током . Постоянное напряжение означает, что напряжение на нагрузке будет постоянным, и ток будет изменяться в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки.С другой стороны, режим постоянного тока позволяет току быть постоянным, но изменять напряжение в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки. Кроме того, CV и CC могут быть доступны в SMPS, но они не могут работать за один раз. Когда обе опции существуют в SMPS, должен быть диапазон, когда SMPS изменит свою выходную операцию с CV на CC и наоборот. Обычно зарядные устройства в режиме CC и CV используются для зарядки свинцово-кислотных или литиевых батарей.

Функции защиты входов и выходов

Существуют различные схемы защиты, которые можно использовать на SMPS для более безопасной и надежной работы.Схема защиты защищает SMPS, а также подключенную нагрузку. В зависимости от местоположения схема защиты может быть подключена через вход или через выход. Наиболее распространенная защита входов – Защита от импульсных перенапряжений и Фильтры электромагнитных помех . Защита от перенапряжений защищает SMPS от скачков напряжения на входе или от перенапряжения переменного тока . Фильтр EMI защищает SMPS от генерации EMI через входную линию. В этом проекте будут доступны обе функции. Защита выхода включает защиту от короткого замыкания , защиту от перенапряжения и защиту от перегрузки по току .Эта конструкция SMPS также будет включать в себя все эти схемы защиты.

Выбор IC управления питанием

Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как коммутационная ИС или ИС SMPS или более сухая ИС. Давайте подведем итоги проектирования, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашего дизайна. Наши требования к дизайну

1. 15 Вт мощности. 12 В 1,25 А с пк-рк пульсацией менее 30 мВ при полной нагрузке.
2. Универсальный входной рейтинг.
3. Защита от перенапряжения на входе.
4. Защита от короткого замыкания на выходе, перенапряжения и перегрузки по току.
5. Операции с постоянным напряжением.

Из вышеперечисленных требований есть широкий выбор микросхем на выбор, но для этого проекта мы выбрали Power Integration . Интеграция питания – это полупроводниковая компания, имеющая широкий спектр ИС драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из крошечных семейств коммутаторов II .

На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Тем не менее, мы сделаем SMPS в открытом кадре и для универсального входного рейтинга. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.

Проектирование 12-вольтовой 1-амперной цепи SMPS

Лучший способ построить схему – использовать программное обеспечение PI для интеграции с Power. Это отличное программное обеспечение для проектирования блока питания.Схема построена с использованием интегральной схемы питания. Процедура проектирования описана ниже, в качестве альтернативы вы также можете прокрутить видео вниз, объясняя то же самое.

Шаг -1: Выберите Tiny switch II , а также выберите желаемую упаковку. Мы выбрали пакет DIP. Выберите тип корпуса, адаптер или открытая рамка. Здесь выбран Open Frame.

Затем выберите тип обратной связи. Это важно, так как используется топология Flyback .TL431 – отличный выбор для обратной связи. TL431 – это шунтирующий регулятор, обеспечивающий превосходную защиту от перенапряжения и точное выходное напряжение.

Шаг-2: Выберите диапазон входного напряжения. Поскольку это будет универсальный вход SMPS, входное напряжение выбрано как 85-265В переменного тока. Частота линии составляет 50 Гц.

Шаг 3:

Выберите выходное напряжение, ток и мощность.Рейтинг SMPS будет 12V 1.25A. Мощность показывает 15 Вт. Режим работы также выбран как CV, что означает режим работы с постоянным напряжением. Наконец, все делается в три простых шага, и схема создается.

12V SMPS принципиальная схема и объяснение

Приведенная ниже схема немного видоизменена в соответствии с нашим проектом.

Прежде чем приступить непосредственно к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему 12v SMPS и ее работу.Схема имеет следующие разделы

1. Защита от скачков напряжения на входе и SMPS
2. AC-DC преобразование
3. PI фильтр
4. Схема драйвера или схема переключения
5. Защита от понижения напряжения.
6. Схема зажима
7. Магнитика и гальваническая развязка
8. EMI фильтр
9. Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
10. Секция фильтра
11. Обратная связь.

Защита от перенапряжения на входе и SMPS

Этот раздел состоит из двух компонентов, F1 и RV1.F1 представляет собой плавкий плавкий предохранитель на 1 В 250 В переменного тока, а RV1 представляет собой 7-миллиметровый 275 В MOV (металлический оксидный варистор). Во время перенапряжения высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV замерзает и перегорает входной предохранитель. Тем не менее, благодаря функции замедленного срабатывания, предохранитель выдерживает пусковой ток через SMPS.

AC-DC преобразование

Этот раздел регулируется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) составляют полный мостовой выпрямитель. Диоды 1N4006, но стандарт 1N4007 отлично справится с этой задачей.В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.

PI фильтр

Разные штаты имеют разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 стандарта , а PI-фильтр спроектирован таким образом, чтобы уменьшить подавление электромагнитных помех в синфазном режиме . Этот раздел создан с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 – конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В.L1 – это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал EMI для отмены обоих.

Схема привода или схема переключения

Это сердце SMPS. Первичная сторона трансформатора управляется цепью переключения TNY268PN. Частота переключения составляет 120-132 кГц. Благодаря высокой частоте коммутации можно использовать трансформаторы меньшего размера. Коммутационная схема состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 является основным драйвером IC TNY268PN.C3 – это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашего драйвера IC.

Защита от понижения напряжения

Защита от понижения напряжения обеспечивается чувствительными резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет напряжение в сети.

Схема зажима

D1 и D2 – схема зажима. D1 – это TVS-диод , а D2 – – сверхбыстрый восстановительный диод .Трансформатор действует как огромный индуктор через силовой драйвер IC TNY268PN. Поэтому во время цикла выключения трансформатор создает высокие скачки напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные скачки напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS.

Магнитика и гальваническая развязка

Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, и он не только преобразует переменный ток высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения, но также обеспечивает гальваническую развязку.

EMI фильтр

EMI фильтрация осуществляется конденсатором C4. Это повышает помехоустойчивость схемы, чтобы уменьшить высокие электромагнитные помехи.

Вторичный выпрямитель и демпфирующая цепь

Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с использованием D6, выпрямительного диода Шоттки . Схема демпфирования на D6 обеспечивает подавление переходного напряжения во время операций переключения.Схема демпфирования состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.

Секция фильтра

Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.

Раздел обратной связи

Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После обнаружения линии U2 оптрон управляется и гальванически развязывает участок измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет транзистор и светодиод внутри. Управляя светодиодом, транзистор управляется. Поскольку связь осуществляется оптически, она не имеет прямого электрического соединения, поэтому также удовлетворяет гальванической развязке в цепи обратной связи.

Теперь, так как светодиод непосредственно управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение на светодиоде оптопары, можно управлять транзистором оптопары , более конкретно схемой возбуждения. Эта система управления используется TL431.По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через ее опорный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который подключен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен, только если напряжение на делителе достаточно. В нашем случае для делителя напряжения установлено значение 12 В . Поэтому, когда выход достигает 12 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно контролирует TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточно, цикл переключения немедленно приостанавливается.

Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет его вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, он попытается еще раз через иногда. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не станет нормальным, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется топологией обратного хода, поскольку выходное напряжение возвращается в драйвер для определения связанных операций.Кроме того, пробный цикл называется режима сбоя работы в состоянии сбоя.

D3 – это диод Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. 3А 60В Диод Шоттки выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются экспертом PI. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптрона от TL431.

R6 и R7 – простой делитель напряжения, рассчитанный по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7 тыс., R7 стал примерно 9,09 тыс.

Изготовление печатной платы для 12v 1A SMPS Circuit

Теперь, когда мы понимаем, как работают схемы, мы можем приступить к созданию печатной платы для нашего SMPS. Поскольку это SMPS-схема, рекомендуется использовать печатную плату, поскольку она может решить проблему шума и изоляции. Компоновка печатной платы для вышеуказанной схемы также доступна для загрузки в виде Gerber по ссылке

Теперь, когда наш дизайн готов, пришло время изготовить их с использованием файла Gerber.Чтобы сделать печатную плату довольно легко, просто следуйте инструкциям ниже

Шаг 1: Зайдите на www.pcbgogo.com, зарегистрируйтесь, если вы впервые. Затем на вкладке Прототип печатной платы введите размеры вашей печатной платы, количество слоев и количество печатной платы, которое вам требуется. Предполагая, что печатная плата имеет размер 80 см × 80 см, вы можете установить размеры, как показано ниже.

Шаг 2: Продолжите, нажав на кнопку Quote Now .Вы попадете на страницу, где задайте несколько дополнительных параметров, если требуется, например, используемый материал, расстояние между дорожками и т. Д. Но в основном значения по умолчанию будут работать нормально. Единственное, что мы должны рассмотреть здесь, это цена и время. Как видите, время сборки составляет всего 2-3 дня, а для нашего PSB оно стоит всего 5 долларов. Затем вы можете выбрать предпочтительный способ доставки на основе ваших требований.

Шаг 3: Последний шаг – загрузить файл Gerber и продолжить оплату.Чтобы убедиться, что процесс проходит гладко, PCBGOGO проверяет, является ли ваш файл Gerber действительным, прежде чем приступить к оплате. Таким образом, вы можете быть уверены в том, что ваша печатная плата является дружественной к изготовителю и достигнет вас, как и всегда.

Сборка печатной платы

После того, как плата была заказана, она пришла ко мне через несколько дней, хотя курьер в аккуратно размеченной хорошо упакованной коробке и, как всегда, качество печатной платы было потрясающим. Полученная мной печатная плата показана ниже

Я включил свой паяльный стержень и начал собирать плату.Так как Footprints, колодки, переходные отверстия и шелкография идеально подходят по форме и размеру, у меня не возникло проблем при сборке платы. Моя печатная плата, закрепленная на паяльных тисках, показана ниже.

Комплектация Закупки

Все компоненты для этой 12 В 15 Вт SMPS схемы закуплены согласно схеме. Подробную спецификацию можно найти в приведенном ниже файле Excel для загрузки.

Почти все компоненты легко доступны для использования с полки.Вы можете найти проблемы с поиском подходящего трансформатора для этого проекта. Обычно для SMPS-коммутации обратный трансформатор не доступен напрямую от поставщиков, в большинстве случаев вам нужно намотать собственный трансформатор, если вам нужны эффективные результаты. Однако также можно использовать аналогичный трансформатор обратного хода, и ваша схема все равно будет работать. Идеальная спецификация для нашего трансформатора будет предоставлена ​​программным обеспечением PI Expert, которое мы использовали ранее.

Механическая и электрическая схема трансформатора, полученная от PI Expert, показана ниже.

Если вы не можете найти подходящего поставщика, вы можете спасти трансформатор от адаптера 12 В или других цепей SMPS. В качестве альтернативы вы можете также создать собственную покупку трансформатора, используя следующие материалы и инструкции по намотке.

После того, как все компоненты приобретены, их сборка должна быть легкой. Вы можете использовать файл Gerber и спецификацию для справки и собрать плату PCB.После того, как моя печатная плата лицевой и задней стороны выглядит примерно так ниже

Тестирование нашей 15W SMPS схемы

Теперь, когда наша трасса готова, пришло время принять ее во внимание. Мы подключим плату к нашей сети переменного тока через VARIAC и загрузим выходную сторону нагрузочной машиной и измерим пульсации напряжения, чтобы проверить работоспособность нашей схемы. Полное видео процедуры тестирования также можно найти в конце этой страницы.На рисунке ниже показана схема, протестированная с входным переменным напряжением 230 В переменного тока, для которого мы получаем выход 12,08 В

Измерение пульсирующего напряжения с помощью осциллографа

Чтобы измерить пульсационное напряжение с помощью осциллографа, измените вход оптического прицела на переменный ток с коэффициентом усиления 1x. Затем подключите электролитический конденсатор с низкой стоимостью и керамический конденсатор с низкой стоимостью, чтобы уменьшить шум из-за проводов. Вы можете обратиться к странице 40 этого документа RDR-295 от Power Integration для получения дополнительной информации об этой процедуре.

Приведенный ниже снимок был сделан при отсутствии нагрузки на 85 В и 230 В переменного тока. Шкала установлена ​​на 10 мВ на деление, и, как вы можете видеть, пульсация составляет почти 10 мВ пк-рк.

На входе 90 В переменного тока и при полной нагрузке пульсация может составлять около 20 мВ pk-pk

В 230 В переменного тока и при пульсирующем напряжении при полной нагрузке измеряется около 30 мВ pk-pk, что является наихудшим сценарием

Вот и все; это то, как вы можете создать свою собственную 12v SMPS схему .Как только вы поймете работу, вы можете изменить схему 12v SMPS в соответствии с вашими требованиями к напряжению и мощности. Надеюсь, вы поняли учебник и получили удовольствие от изучения чего-то полезного. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или используйте наши форумы для технических обсуждений. Встретимся снова с другим интересным дизайном SMPS, до тех пор, пока не подпишусь …

,Конструкция импульсного источника питания

SMPS; Принципиальные схемы

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------>

Очевидно, что электрическая энергия не используется в том виде, в котором она была произведена или распределена. Все электронные системы требуют той или иной формы преобразования энергии, что может быть достигнуто различными методами. Блок питания (PSU) относится к устройству, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с использованием электронных схем.Конечно, блок питания на самом деле не обеспечивает питание , он просто преобразует его из одной формы в другую, так что «преобразователь» был бы более точным термином для такого устройства. Типичным применением источника питания является преобразование напряжения переменного тока в сеть в набор регулируемых напряжений постоянного тока, необходимых для электронного оборудования. Существуют различные типы блоков питания в зависимости от режима их работы. Еще в 70-х годах большинство PSE были линейными, КПД составлял около 50%, удельная мощность составляла менее одного ватта на кубический дюйм, а коэффициент мощности был равен 0.5-0.7. В настоящее время большинство блоков питания имеют тип SMPS с КПД более 90%, плотностью мощности в десятки ватт на кубический дюйм и коэффициентом мощности до 0,99. Этот тип является основной темой этого сайта.

ЧТО ЭТО?

SMPS обозначает импульсный источник питания. Это электронное устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые с высокой частотой непрерывно переключаются между состояниями «включено» и «выключено». Выходной параметр (обычно выходное напряжение) регулируется изменением рабочего цикла, частоты или сдвига фазы этих переходов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

. Поток энергии в любом блоке питания контролируется силовыми полупроводниками. Однако в разных системах они работают в разных режимах. В устаревших системах они работали в линейном режиме , а избыточная мощность рассеивалась в последовательном транзисторе. Когда полупроводник работает в режиме с переключением , он может управлять потоком энергии с низкими потерями: когда переключатель включен, он имеет низкое падение напряжения и пропустит любой наложенный на него ток; когда он выключен, он блокирует поток тока.В результате в таком электронном устройстве рассеиваемая мощность, которая является произведением напряжения и тока, может быть относительно низкой в ​​обоих состояниях. Вот почему блоки питания в режиме переключения предлагают большую эффективность по сравнению с линейными. Такие блоки также меньше по размеру и легче по весу из-за уменьшенного размера пассивных компонентов и меньшего тепловыделения. Более высокая эффективность и меньший размер в сочетании с достижениями в области полупроводниковых технологий и различными нормативами в области энергоэффективности сделали «переключатель» доминирующим типом блока питания практически во всем спектре приложений.Большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя еще одну ступень преобразования – интерфейсную часть с коррекцией коэффициента мощности (PFC). На рынке представлено огромное разнообразие готовых блоков питания и модулей постоянного тока, соответствующих большинству практических требований и стандартов безопасности. Тем не менее, нестандартные конструкции все еще разрабатываются, когда есть необходимость в особых характеристиках или необычном форм-факторе, особенно для тяжелых условий эксплуатации в военных целях или авионики.

Как правило, преобразователи мощности можно разделить на четыре типа в зависимости от формы входных и выходных напряжений: переменный ток в постоянный ток (также называемый автономным источником постоянного тока), постоянный ток в постоянный ток (преобразователь напряжения или тока), переменный ток в переменный ток ( преобразователь частоты или циклоконвертер) и постоянный ток в переменный (инвертор).В дополнение к основному DC-DC преобразователю, большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя другой внешний интерфейс с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и могут включать в себя дополнительные установленные на плате регуляторы для вспомогательных выходов.

Область техники, которая занимается проектированием и анализом схем и устройств преобразования энергии, называется силовой электроники , хотя проектирование источников питания является настоящей междисциплинарной задачей. Он включает в себя вопросы цепи, магнетизма, терморегулирования, контроля и соответствия.Этот сайт является информационным руководством по SMPS / силовой электронике. Здесь вы найдете учебное пособие, инструменты, обзоры, схемы и другие бесплатные онлайн-ресурсы по всем аспектам проектирования и выбора импульсного источника питания, информацию о других устройствах преобразования энергии, а также базовые справочные материалы по электротехнике и электронные формулы.

Цепи и схемы импульсного источника питания

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ----------------------->

Стремление промышленности к созданию более компактной, легкой и более эффективной электроники привело к разработке технологии преобразования мощности с переключением режимов около четырех десятилетий назад. По определению, импульсные источники питания (SMPS) являются устройствами, которые используют в своей работе электронные компоненты для управления питанием, которые непрерывно коммутируют и отключают с относительно высокой частотой.Эти электронные переключатели эффективно подключают и отключают индуктор (и) и конденсатор (ы) накопления энергии к входному источнику или выходу. Выходные фильтры затем усредняют скорость передачи энергии и обеспечивают постоянный ток, протекающий в нагрузку. Изменяя рабочий цикл, частоту или сдвиг фазы этих коммутаций, можно управлять требуемым выходным параметром (например, напряжением). Высокая рабочая частота («F») приводит к меньшему размеру импульсных источников питания, поскольку обычно размер силовых трансформаторов, катушек индуктивности и конденсаторов фильтра обратно пропорционален частоте.Работа в режиме переключения также снижает потери энергии и повышает эффективность – когда переключатель «выключен», его ток близок к нулю; когда он включен, напряжение на нем низкое.

Конечно, вы не можете изучить SMPS дизайн с одной веб-страницы – это руководство предназначено только для того, чтобы начать.
При разработке SMPS вы должны составить список технических и нормативных требований. В большинстве случаев при поиске на сайтах производителей вы можете найти стандартный готовый блок питания, который соответствует вашим потребностям и уже имеет необходимые сертификаты агентства безопасности.Если вам все еще нужно спроектировать один, первым делом выберите наиболее экономически эффективную топологию для вашего приложения. Существует около десятка базовых топологий, практически используемых в отрасли. Очевидно, что лучшая конфигурация для данного приложения выбирается на основе конкретных требований к блоку питания (включая факторы стоимости и времени). Поскольку при использовании топологии существует много совпадений, на практике на этот выбор обычно влияет личный опыт дизайнера – инженеры любят делать то, что им удобно.Если это ваш первый проект, вы можете начать с этого руководства по выбору топологии. Затем просмотрите руководства для семинаров TI, которые содержат примечания по применению и подробные образцы проектов с практическими схемами и процедурами расчета.

Вольт-секундный баланс на л в непрерывном режиме:
(Vin-V _Q -Vout) × тонна =
(Vout + V _D ) × Toff
Решение для Вут:
Vout = (Vin-V _Q ) D-V _D (1-D) .Пренебрегая V _Q и V _D : Vout≈VinD , где D = ton / (ton + toff) – рабочий цикл Выбрав топологию, нужно определить частоту работы. Типичный частотный диапазон автономной схемы SMPS составляет от 50 кГц до 500 кГц. Модули преобразователя постоянного тока в постоянный ток для низкого напряжения (

) Еще одна важная вещь, которую необходимо изучить, – это функция преобразования выходного сигнала на вход преобразователя. Коэффициент усиления постоянного тока рассчитывается на основе того факта, что в устойчивом состоянии чистое вольт-секунды через любой индуктор и чистый ампер-секунда через любой конденсатор в течение одного цикла переключения должен быть равен нулю.Диаграмма слева иллюстрирует эту концепцию для конвертера доллара.

Ниже вы найдете теорию, SMPS-схемы и руководства по проектированию, учебные пособия по силовой электронике и другие полезные онлайн-ресурсы для инженеров и любителей. Если вы не хотите случайным образом просматривать веб-страницы, этот список сэкономит вам часы исследований. ,

Цепи питания :: Next.gr

• Вам нужен надежный драйвер полного моста для управления трансформатором обратной связи? Ну, это твоя последняя остановка. Есть много схем обратной связи, но большинство из них не будут длиться долго. Общеизвестно, что знаменитый ЗВС изобретен ….

• Космическая схема импульсного источника питания приемника CDVB3188V На этом же континенте показана схема импульсного источника питания приемника CDVB3188C континента, в основном от входной цепи переменного тока, анти-j.,

• Здесь описан конкретный модуль, использующий схему импульсного источника питания CF8865, поскольку в этой схеме используется встроенный модуль управления, специфичный для модуля CF8865. В конце концов ..

• На рисунке (а) показана блок-схема внутренней структуры M62213FP.M62213FP – контроллер высокоскоростного импульсного источника питания. Состоит из генератора, ШИМ сравнения ..

• , представленный 5V TOP414G, показана 2A выходная изолированная схема импульсного источника питания. C1 – конденсатор входного фильтра. VDz VD1 состав и защита первичного зажима ..

• Принципиальная схема привода: Основная функция схемы управления – выходной усилитель мощности контроллера ширины импульса переменной ширины в качестве сигнала возбуждения для переключателя питания высокого напряжения.,

• Dragon -ZL-2801A Схема импульсного источника питания DVD-машины типа Dragon Показывает схему импульсного источника питания DVD-машины типа Dragon ZL-2801A, которая в основном поступает от входной цепи переменного тока ..

• East Shi IDS-2000F Цепь импульсного источника питания STB East Shi IDS -2000F Цепь импульсного источника питания STB в основном от входной цепи переменного тока, схема коммутации колебаний, outp.,

• Электрооборудование, поставляемое в секцию питания схемы питания, как показано ниже: ..

• , образованный цепью импульсного источника питания постоянного тока 15A TOP224Y, 2A, показанной на фиг.Использование трех интегральных микросхем: ICl – монолитный регулятор TOP224Y, IC2 – оптопара ..

• LA9472A – это 2A монолитный понижающий импульсный стабилизатор, работающий в непрерывном режиме и реализованный в новой технологии BCD, позволяющей интегрировать изолированные вертикальные силовые транзисторы DMOS со смешанными CMOS / биполярными транзисторами.Устройство может доставить ….

• Эта схема обеспечивает включение / выключение, плавный пуск, контроль тока, отключение тока и защиту от перегрузки по току для источника питания 30 В постоянного тока при нормальных токах нагрузки до 2 А. Переключатель включается командным импульсом «вкл»; он выключен ….

• Эта схема, рассчитанная на сопротивление, обеспечивает до 8 А при 5 В постоянного тока, работающего от 24 до 32 В постоянного тока.Два силовых полевых МОП-транзистора в цепи работают попеременно в течение равных периодов. Частота переключения составляет 150 кГц, установленная контроллером PWM125. Выход двух МОП-транзисторов ….

• Эта схема обеспечивает регулируемый постоянный ток с пульсациями менее 100 мВ для применения в микропроцессорах. Необходимые рабочие напряжения снимаются с сети резисторов для прокачки, подключенных к нерегулируемому источнику питания 28 В.Выход компаратора LM710 ….

• Этот низковольтный сильноточный выход, источник питания которого работает от входа 220 В переменного тока. В этой схеме генератор ослабленной диафрагмы ST2, Q3, Cl и диак, инициирует проведение выходного переключающего транзистора Ql, время включения которого составляет

  .

• Схема показывает источник питания 50 Вт с выходом 5 В 10 A.Это обратный преобразователь, работающий в непрерывном режиме. Схема имеет первичную сторону, а контроллер вторичной стороны обеспечит полную защиту от неисправностей, таких как перегрузка по току. ..

• Строительный блок с переключаемыми конденсаторами LTC10432 обеспечивает неперекрывающийся дополнительный привод для мощных полевых МОП-транзисторов с Q1 по Q4.МОП-транзисторы расположены так, что Cl и C2 поочередно располагаются последовательно, а затем параллельно. На этапе серии, + 12 В ….

• Простой импульсный стабилизатор с питанием от батареи обеспечивает 5 В от источника 9 В с КПД 80% и выходной мощностью 50 мА. Когда Q1 включен, напряжение на его коллекторе возрастает, заставляя ток проходить через индуктор.Выходное напряжение повышается, вызывая выход А1 ….

• A показывает схему COR / CAS для использования ретранслятора. CR1 – кремниевый диод. 2 может быть любым реле с 12-вольтовой катушкой (с длительным сроком службы ..

• Импульсные источники питания

  обладают гораздо большей эффективностью, чем традиционные.,

• В обычных приложениях ИС переключающего регулятора регулируют VQVT, управляя током через внешний индуктор. Однако микросхема А, управляющая сетью диод-конденсатор вместо катушки индуктивности, обеспечивает сопоставимые характеристики при малых нагрузках. ….

• Импульсный регулятор Max650 вырабатывает регулируемые 5 В от больших отрицательных напряжений, таких как -48 В на телефонных линиях.Полученный источник питания работает с несколькими внешними компонентами, включая трансформатор, и выдает 250 мА. ….

• Блок питания использует два полевых транзистора MOSPOWER VN4000A на 400 В в конфигурации с полумостовым переключателем питания. Доступные выходы: + 5 В, 20 А и ± 15 В (или ± 12 В) при 1 А. Поскольку линейные трехполюсные регуляторы используются для слаботочных выходов, ± 12 В….

• LT1172 генерирует положительное и отрицательное напряжение от входа 5 В. LT1172 настроен ..

• A показывает типовое поверхностное крепление LTC 1148, обеспечивающее 5 В при 2 А при входном напряжении 5.От 5 до 13,5 В. Эффективность работы, показанная на рисунке B, достигает пика 97% и превышает 90% от 10 мА до 2 А при входе 10 В. Ql и Q2 составляют главный выключатель ….

• TOP100Y, состоящий из цепи питания постоянного тока с переключением постоянного тока +5 В, 1 А, с обратной связью. Этот вылет ..

• Схема импульсного источника питания 35 Вт с выходом телевизионной приставки показана на рисунке 5.Пятиполосное напряжение соответственно: Uo1 (+ 30 В, 100 мА), Uo2 (+ 18 В, 550 мА), Uo3 (+ 5 В, 2,5 А) ..

• Это еще один вид продления срока службы лампы паука накаливания, он имеет две функции: во-первых, просто путем электропорации, ..

• Нестабильность напряжения 12 В, сначала необходимо проверить выходной блок импульсного источника питания, как показано на фиг.Вторичная обмотка ..

• Эта схема управления ШИМ подает управляющий импульс на выключатель питания DMOS в цепи обратного хода. Выходной сигнал ШИМ представляет собой импульс, ширина которого пропорциональна входному управляющему напряжению и частота повторения которого определяется внешними часами ….

• Схема показана.C1 – конденсатор входного фильтра. VDz VD1 состав и первичный зажим .png “> схема защиты. Управление ..

• Как показано в схеме переключающего источника питания (SIR a 80145A) телевизора Sony KV-S29MHl (серия S); (A) – часть колебаний мощности; (б) является частью регулятора; (в) это выходная секция …

,