Импульсный источник тока: Проектирование импульсного источника питания с активным ККМ. Эпизод I / Habr – Одноплатные бескорпусные импульсные источники питания — какие они бывают (подборка

Содержание

Импульсный источник питания: особенности, устройство, топологии

Импульсный источник питания – электронная схема, где входное напряжение выпрямляется, фильтруется, нарезается пачками импульсов высокой частоты для передачи через малогабаритный трансформатор. Блок становится управляемым, с гибко подстраиваемыми параметрами. Уменьшается масса самой тяжелой части источника – трансформатора. В англоязычной литературе такие приборы именуются Switching-Mode Power Supply (SMPS).

Прибор SMPS

Прибор SMPS (импульсный источник питания)

Появление импульсных источников питания

Размеры трансформаторов волновали еще Теслу. Ученый повторяя опыт за опытом, установил: высокие частоты тока безопасны для человека, провоцируют большие потери в сердечниках трансформаторов. Результатом споров стало принятие частоты 60 Гц для строительства Ниагарской ГЭС. Начали с Николы Тесла, потому что это первый человек, который понял, что быстрые колебания механическим способом не получишь. Следовательно, приходится использовать колебательные контуры. Так появился трансформатор Тесла (22 сентября 1896 года), при помощи которого ученый задумал передавать на расстояние сообщения и энергию.

Суть изобретения описана в разделе про катушку Тесла, приведем краткие сведения. Трансформатор образован двумя частями, включенными последовательно. Первичная обмотка первого подключалась к источнику переменного напряжения сравнительно низкой частоты. Благодаря низкому коэффициенту трансформации происходил заряд конденсатора, подключенного ко вторичной обмотке, до  высокого потенциала. Напряжение достигало порога, пробивался разрядник, включенный параллельно конденсатору. Начинался колебательный процесс разряда через первичную обмотку второго трансформатора во внешнюю цепь. Тесла получал напряжения радиодиапазона амплитудой миллионы вольт.

Первые шаг в создании импульсных блоков питания, где напряжение сравнительно низкой частоты преобразуется в импульсы. Аналогичную конструкцию создал в 1910 году Чарльз Кеттеринг, оборудуя системы зажигания автомобилей. Импульсные блоки питания появились в 60-е годы. Идея минимизации размеров трансформаторов (после Николы Тесла) выдвинута компанией General Electric в 1959 году в лице Джозефа Мерфи и Фрэнсиса Старчеца (U.S. Patent 3,040,271). Идея не сразу нашла горячий отклик (отсутствовала подходящая элементная база), в 1970 году компания Тектроникс выпустила линейку осциллографов с новым источником питания.

Осциллограф

Осциллограф

Двумя годами позже инверторы находят применение в электронике (Patent US3697854 A ), главное – появляются первые отечественные модели! Патенты ссылаются друг на друга, невозможно понять, кто первым предложил использовать идею в персональных компьютерах. В СССР разработки начались в 1970 году, связано с появлением в продаже высокочастотного мощного германиевого транзистора 2Т809А. Как оговаривается в литературе, первым в 1972 году добился успеха москвич, кандидат технических наук Л. Н. Шаров. Позже появился импульсный блок питания 400 Вт авторством А. И. Гинзбурга, С. А. Эраносяна. Вычислительные машины ЕС новинкой оборудованы в 1976 году коллективом под руководством Ж. А. Мкртчяна.

Первые импульсные блоки питания, известные отечественному потребителю по цифровым телевизорам и видеомагнитофонам, часто ломались, современные изделия лишены недостатка – работают непрерывно годами. Момент начала 90-х годов снабжает следующими сведениями:

  1. Удельная мощность: 35 – 120 Вт на кубический дециметр.
  2. Рабочая частота инвертора: 30 – 150 кГц.
  3. КПД: 75 – 85%.
  4. Время наработки на отказ: 50 – 200 тысяч часов (6250 рабочих дней).

Достоинства импульсных блоков питания

Линейные источники питания громоздкие, эффективность хромает. КПД редко превышает 30%. Для импульсных блоков питания средние цифры лежат в диапазоне 70 – 80%, существуют изделия, сильно выбивающиеся из ряда. В лучшую сторону, разумеется. Приводятся сведения: КПД импульсного блока питания достигает 98%. Одновременно снижаются требуемые фильтрации емкости конденсаторов. Энергия, запасаемая за период, сильно падает с повышением частоты. Зависит прямо пропорционально от ёмкости конденсатора, квадратично от амплитуды напряжения.

Повышение до частоты 20 кГц (в сравнении с 50/60) снижает линейные размеры элементов в 4 раза. Цветочки в сравнении с ожиданиями в радиодиапазоне. Объясняет причину оснащения приемников конденсаторами малого размера.

Устройство импульсных источников питания

Входное напряжение выпрямляется. Процесс осуществляет диодный мост, реже одиночный диод. Затем напряжение нарезается импульсами, здесь литература бодро переходят к описанию трансформатора. Читателей наверняка мучает вопрос – как работает чоппер (устройство, формирующее импульсы). На основе микросхемы, питающейся непосредственно сетевым напряжением 230 вольт. Реже специально ставится стабилитрон (стабилизатор параллельного типа).

Микросхема формирует импульсы (20 – 200 кГц), сравнительно малой амплитуды, управляющие тиристором или иным полупроводниковым силовым ключом. Тиристор нарезает высокое напряжение импульсами, по гибкой программе, формируемой микросхемой генератора. Поскольку на входе действует высокое напряжения, нужна защита. Генератор охраняется варистором, сопротивление которого резко падает при превышении порога, замыкая вредный скачок на землю. С силового ключа пачки импульсов поступают на малогабаритный высокочастотный трансформатор. Линейные размеры сравнительно невысоки. Для компьютерного блока питания мощностью 500 Вт умещается детской ладонью.

Полученное напряжения вновь выпрямляется. Используются диоды Шоттки, спасибо низкому падению напряжения перехода металл-полупроводник. Спрямленное напряжение фильтруется, подается потребителям. Благодаря наличию множества вторичных обмоток достаточно просто получаются номиналы различной полярности и амплитуды. Рассказ неполон без упоминания цепи обратной связи. Выходные напряжения сравниваются с эталоном (например, стабилитрон), происходит подстройка режима генератора импульсов: от частоты, скважности зависит передаваемая мощность (амплитуда). Изделия считаются сравнительно неприхотливыми, могут функционировать в широком диапазоне питающих напряжений.

Прибор с электронной схемой

Корпусной блок питания

Технология носит название инверторной, используется сварщиками, микроволновыми печами, индукционными варочными панелями, адаптерами сотовых телефонов, iPad. Компьютерный блок питания работает подобным образом.

Схемотехника импульсных блоков питания

Природой предоставлено 14 базовых топологий реализации импульсных блоков питания. С присущими достоинствами, уникальными характеристиками. Некоторые подходят созданию маломощных блоков питания (ниже 200 Вт), другие лучшие качества проявляют при питании сетевым напряжением 230 вольт (50/60 Гц). И чтобы выбрать нужную топологию, сумейте представить свойства каждой. Исторически первыми называют три:

  • Buck – бак, олень, доллар.
  • Boost – ускорение.
  • Polarity inverter – инвертор полярности.

Три топологии относятся к линейным регуляторам. Тип приборов считается предшественником импульсных блоков питания, не включая достоинств. Напряжение подается через трансформатор, спрямляется, нарезается на силовом ключе. Работой регулятора заведует обратная связь, в задачи которой входит формирование сигнала ошибки. Тип приборов составлял многомиллиардный оборот в 60-е годы, мог лишь понижать напряжение, а общий провод потребителя замыкался с сетью питания.

Схема Buck топологии

Схема Buck топологии

Buck топология

Так появились «олени». Первоначально предназначенные для постоянного напряжения нарезали входной сигнал импульсами, затем пачки спрямлялись, фильтровались с получением средней мощности. Обратная связь контролировала скважность, частоту (широтно-импульсная модуляция). Аналогичное делается сегодня компьютерными блоками питания. Практически сразу были достигнуты значения плотности мощности 1 – 4 Вт на кубический дюйм (впоследствии до 50 Вт на кубический дюйм). Прелестно, что стало можно получать множество выходных напряжений, развязанных со входом.

Недостатком сочтем потери в момент переключения транзистора, напряжение меняет полярность, остается ниже нуля до следующего импульса. Указанная часть сигнала, минуя диод, замыкается на землю, не доходя фильтра. Обнаружено существование оптимальных частот переключения, при которых издержки минимизируются. Диапазон 25 – 50 кГц.

Схема Boost топологии

Схема Boost топологии

Boost топология

Топология именуется кольцевым дросселем, ставится вперед ключа. Удается повысить входное напряжение до нужного номинала. Схема работает следующим образом:

  1. В начальный момент времени транзистор открыт, дроссель запасается энергией источника напряжения через коллекторный, эмиттерный p-n-переходы, землю.
  2. Затем ключ запирается, стартует процесс зарядки конденсатора. Дроссель отдает энергию.
  3. В некоторый момент отрабатывает усилитель обратной связи, начинается питание нагрузки. Конденсатор неспособен отдать энергию в сторону силового ключа, мешает диод. Заряд забирает полезная нагрузка.
  4. Падение напряжения вызовет повторное срабатывание цепи обратной связи, начнется накопление энергии дросселем.

Polarity Inverter топология

Топология полярного инвертора похожа на предыдущую схему, дроссель расположен за ключом. Работает следующим образом:

  1. В начальный момент времени ключ открыт, положительной полуволной напряжения наполняет дроссель энергией. Далее энергия пройти бессильна – мешает диод.
  2. Транзистор закрывается, в дросселе возникает ЭДС, называемая паразитной. Направлена противоположно начальной, свободно проходит диод, подзаряжая конденсатор.
  3. Срабатывает схема обратной связи, широтно-импульсный модулятор вновь открывает транзистор. Начинается процесс разрядки конденсатора в нагрузку, дроссель вновь заполняется энергией.
Схема Polarity Inverter топологии

Схема Polarity Inverter топологии

В этом случае наблюдаем параллельность процессов запасания/расходования энергии. Все три рассмотренные схемы демонстрируют следующие недостатки:

  1. Имеется связь по постоянному току между входом и выходом. Другими словами, отсутствует гальваническая развязка.
  2. Невозможно получить несколько номиналов напряжений из одной схемы.

Минусы устраняются двухтактной тяни-толкай (push-pull), запаздывающей (latter) топологиями. Обе используют чоппер с технологией опережения (forward). В первом случае используется дифференциальная пара транзисторов. Становится возможным использовать один ключ на половину периода. Для управления нужна специальная формирующая схема, попеременно раскачивающая эти качели, улучшаются условия отвода тепла. Нарезанное напряжение двухполярное, питает первичную обмотку трансформатора, вторичных много – сообразно требованиям потребителей.

В запаздывающей топологии один транзистор заменен диодом. Схема часто эксплуатируется маломощными блоками питания (до 200 Вт) с постоянным напряжением на выходе 60 – 200 В.

Импульсные источники питания [Амперка / Вики]

Импульсные встраиваемые блоки питания пригодятся в самых разнообразных проектах — начиная с включения светодиода до системы «Умный Дом». Благодаря своему конструктиву источники питания от «Mean Well» удобно использовать в законченных проектах, встраивать в корпус или электротехнический шкаф.

Видеообзор

Подключения и настройка

Для подключения импульсного источника питания к вашему устройству проделайте ряд действий:

  1. К входным клеммам L и N блока питания подключите напряжение бытовой сети.

  2. К выходным клеммам −V и +V подключите нагрузку.

В качестве примера подключим плату Iskra Neo к источнику питания RS-75-12

Общие сведения

В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования энергии для электрических потребителей:

Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции и работают по разным технологиям.

Линейные источники напряжения

В линейных источниках питания входное напряжение подаётся на трансформатор, после чего выпрямляется через диодный мост и сглаживается фильтром. Трансформаторы в таких блоках обладают большими габаритами и чаще всего находят свое применение в лабораторных источниках питания и аудио усилителях. Основным недостатком такой схемы является низкий КПД и необходимость резервирования мощности практически во всех элементах устройства.

Импульсные регуляторы напряжения

В импульсных источниках питания входное напряжение выпрямляется, после чего преобразуется в импульсы с большей частотой, которые подаются на высокочастотный трансформатор. Далее подается через цепь обратной связи в формирователь импульсов для поддержания стабильного напряжение на выходе путем регулирования длительности или скважности импульсов. С выходных обмоток снимается напряжение и выпрямляется. Выпрямленное напряжение фильтруется для получения стабильного значения. Плюсы импульсных источников питания:

  • малый вес конструкции;

  • небольшие размеры;

  • большая мощность;

  • высокий КПД;

  • низкая себестоимость;

  • высокая стабильность работы;

  • широкий диапазон питающих напряжений;

Элементы модуля

Клеммник подключения входного и выходного напряжения

  • L и N — подключение сетевого кабеля 220 В. Фазу и ноль можно подключать в любой последовательности.

  • — подключение заземления. Можно не подключать, если в вашей сети нет заземления.
  • +V — подключение выходного положительного напряжения.

  • −V — подключение выходного отрицательного напряжения.

Корректировка выходного напряжения

С помощью подстроечного резистора можно более точно отрегулировать выходное напряжение.

Световая индикация

Встроенный светодиод горит при подключении входного напряжения к блоку питания.

Характеристики

Модель Входное
напряжение
Выходное
напряжение
Выходной
ток
Выходная
мощность
КПД Габариты
RS-15-5 AC: 85—264 В
DC: 120—370 В
5 В 3 A 15 Вт 77 % 62.5×51×28 мм
RS-25-5 AC: 85—264 В
DC: 120—370 В
5 В 5 A 25 Вт 79 % 78×51×28 мм
RS-25-12 AC: 85—264 В
DC: 120—370 В
12 В 2,1 A 25 Вт 79 % 78×51×28 мм
RS-75-12 AC: 85—264 В
DC: 120—370 В
12 В 6 A 75 Вт 81 % 129×97×38 мм

Ресурсы

50 оттенков ПНЯ*. Микроконтроллеры в импульсных источниках питания. Часть 2 / Habr

ПНЯ* — Периферия Независимая от Ядра известная так же как CIP — Core Independent Peripheral


Предыдущие статьи про Периферию Независимую от Ядра

Микроконтроллеры в импульсных источниках питания
Часть 2



В предыдущей части статьи был рассмотрен вариант построения «типового» ШИМ-контроллера Импульсного Источника Питания (ИИП), варианты реализаций ШИМ-контроллеров на основе ПНЯ и некоторые топологии ИИП.
Продолжим знакомство с возможностями Периферии Независимой от Ядра применительно к задаче построения импульсных источников питания.


Синхронный преобразователь

Если выходное напряжение достаточно низкое и становится соизмеримым с падением на диоде, то КПД источника существенно падает. Для улучшения параметров ИИП диод может заменяться на MOSFET, падение напряжения на котором существенно ниже чем на диоде в прямом включении. Получаем синхронный преобразователь.


Рис. 2.1.а. Понижающий преобразователь


Рис. 2.1.б. Понижающий синхронный преобразователь

Для формирования двух противофазных сигналов ШИМ предназначен периферийный модуль генерирования комплементарных выходных сигналов (Complimentary Output Generator, COG).


Генератор комплементарных сигналов

позволяет управлять периодом и скважностью одного или двух комплементарных выходов с помощью двух входных источников сигналов. Совместно с возможностью контроля основных параметров, таких как мертвое время, бланкирование, фаза, полярность, автоматическим выключением (auto-shutdown) и авто-восстановлением (auto-recovery), модуль COG предоставляет мощный инструмент для построения ядра ШИМ-контроллера. Генератор комплементарных сигналов в 8-и разрядных микроконтроллерах Microchip полностью автономен и в общем случае не требует вмешательства ядра МК. Для более детального знакомства с COG рекомендую обратиться техническому описанию TB3119 [4].

Модуль COG в некоторой степени похож на SR-триггер, так же имеет входы установки и сброса, но работающие по событиям (Rising Event и Falling Event). События фиксируются как по фронтам/спадам, так и по уровням выбранных входных сигналов. Входные сигналы могут быть как внешние (порты ввода), так и внутренние (таймера, ШИМ, компараторы, конфигурируемые логические ячейки и др.). Выходы генератора комплементарных сигналов способны работать в различных режимах: полумост, полный мост, push-pull, ШИМ. Выходные сигналы формируются с учетом задания метрового времени, бланкирования, фазовой задержки и полярности. Как правило, выходные порты модуля COG имеют повышенную нагрузочную способность (50-100мА).

Для защиты выходных силовых каскадов предусмотрены входы отключения, по событиям на которых выходы модуля переводятся в безопасное состояние (0, 1 или 3-е состояние). При пропадании сигнала аварии модуль может быть автоматически включен, либо требуется вмешательство программы.

Модуль COG позволяет использовать топологии с трансформатором, которые обычно используются для ИИП с гальванической развязкой.

При построении преобразователей с использованием трансформаторов так же применяются режимы управления по напряжению и по току, с пропорциональным или гистерезисным управлением, т.е. все то же самое, что рассматривали ранее в первой части статьи.


Рис. 2.2. Топологии ИИП с трансформаторами


Рис.2.3. Режим управления по напряжению с гистерезисным управлением. Вариант с фиксированным и регулируемым выходным напряжением.


Рис. 2.4. Режим управления по току с гистерезисным управлением


Рис. 2.5. Режим управления по току с пропорциональным управлением.


Многофазное чередующееся ШИМ управление

В многофазных преобразователях часто используются чередующийся (interleaved) режим работы, в котором используется разделение токов между несколькими, идентичными, включенными параллельно топологиями. Такая топология позволяет получить более эффективную фильтрацию (меньше пульсации тока), уменьшить габариты источника (меньше фильтр), и увеличить КПД.

Interleaved преобразователь состоит из нескольких идентичных каналов, входы и выходы которых объединены, но фазы управления такими преобразователями сдвинуты на 360°/n, где n – количество фаз.

Для двухфазного чередующегося повышающего преобразователя два канала работают в противофазе – два ШИМ сигнала сдвинуты на 180° относительно друг друга.

Упрощенная схема приведена на рис. 2.6. [5]. Ключи S1 и S2 открываются поочередно. Когда ключ S1 открыт, S2 закрыт, то L1 заряжается, а L2 отдает ранее накопленную энергию в нагрузку. Далее каналы чередуется.


Рис 2.6. Иллюстрация принципа работы чередующегося (interleaved) импульсного источника питания.

Ниже приведена схема двухфазного синхронного чередующегося повышающего преобразователя [6].
Преобразователь работает по контролю пикового значения тока с одним общим контуром обратной связи по напряжению, который обеспечивает управление двумя независимыми контурами по току. Контроллер обеспечивает балансировку тока между фазами, защиту от короткого замыкания и низкие пульсации во время переходов между режимами непрерывной и прерывистой проводимости.

Для синхронного выпрямления необходимы дополнительные меры для предотвращения протекания тока обратно на вход, когда индуктивность прекращает разряжаться в режиме прерывистой проводимости (DCM). Верхний ключ синхронного преобразователя должен быть выключен когда ток в индуктивности становится равным нулю.


Рис.2.7. Двухфазный интерливд синхронный повышающий


Рис.2.8. Двухфазный интерливд синхронный понижающий преобразователь


Рис.2.9. Двухфазный интерливд обратноходовой преобразователь


Рис.2.10. Двухфазный интерливд прямоходовой преобразователь

Подробно различные варианты Interleaved ИИП на базе PIC микроконтроллеров приведены в TB3155 [6].


Переменная частота управления

В предыдущих примерах частоту запуска ШИМ задает таймер, т.е. реализуется управление с фиксированной частотой ШИМ.

Метод управления с фиксированной частотой будет терять эффективность при малых нагрузках, так как имеет фиксированные потери в ключе. Так как мы рассматриваем решения на микроконтроллере, то можем легко обеспечить переменную частоту переключения в зависимости от тока нагрузки и режима работы преобразователя.

В контроллере с фиксированной частотой ШИМ наиболее легко реализуется режим прерывистого тока, когда ток не протекает ни через один элемент преобразователя.


Рис.2.11. Режим прерывистого тока.

Периферия Независимая от ядра может помочь в реализации режима критической проводимости, когда контролируется достижение тока до нулевого значения. В этом случае ШИМ контроллер автоматически меняет частоту коммутации для нахождения в режиме критической проводимости.


Рис.2.12. Режим критической проводимости тока.

Конфигурируемая периферия позволяет реализовывать и другие алгоритмы: если сигнал компаратора завести на сброс таймера, то можно реализовать управление с фиксированным временем выключения (Fixed Off Time) или с фиксированным временем включения (Fixed On Time или Constant On Time).

Управление с фиксированным временем включения позволяет построить ИИП с корректором мощности [7].


Рис.2.13. Управляемый напряжением ШИМ контроллер в конфигурации с фиксированным временем включения (СOT) в режиме критической проводимости.

Итак, мы рассмотрели некоторые топологии ИИП. Вся необходимая периферия для реализации ШИМ контроллеров содержится в микроконтроллерах серий PIC16F176x. Любую из описанных топологий мы можем реализовать на независимой от ядра периферии, т.е. функционирование описанных ШИМ-контроллеров не зависит от быстродействия ядра.

Продолжение следует…


Предыдущие статьи про Периферию Независимую от Ядра
Использованная и рекомендуемая для изучения Литература

[4] TB3119. Complementary Output Generator Technical Brief. www.microchip.com
[5] Dynamics and Control of Switched Electronic Systems. Chapter 2. Pulse-Width Modulation http://www.springer.com/978-1-4471-2884-7
[6] TB3155. Multiphase Interleaved PWM Controller with Diode Emulation Using 8-Bit PIC Microcontrollers. www.microchip.com
[7] TB3153. Sample Functions Implemented with the Programmable Ramp Generator. www.microchip.com

Источники питания. Часть 2 — Импульсные преобразователи

DC-DC преобразование
Для изменения напряжения постоянного тока с минимальными потерями используются DC-DC преобразователи, работающие по принципу Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ, она же PWM по басурмански). Если не читал мои прошлые статьи, где я подробно разжевал принцип работы ШИМ, то я кратенько тебе напомню. Основной принцип тут в том, что напряжение подается не сплошным потоком, как в линейных стабилизаторах, а краткими импульсами и с большой частотой.
Готовый девайс

То есть у тебя на выходе ШИМ контроллера, например, сначала в течении десяти микросекунд напряжение, к примеру, двенадцать вольт, потом идет пауза. Скажем, те же десять микросекунд, когда на выходе напряжения вообще нет. Затем все повторяется, словно мы быстро-быстро включаем и выключаем рубильник.

Таким образом у нас получаются прямоугольные импульсы. Если вспомнить матан, а конкретно интегрирование, то после интегрирования этих импульсов мы получим площадь под фигурой очерченной импульсами. Таким образом, меняя ширину импульсов и пропуская их через интегратор, можно плавно менять напряжения от нуля до максимума с любым шагом и практически без потерь.
В качестве интегратора служит конденсатор, он заряжается на пике, а на паузах будет отдавать энергию в цепь. Также туда всегда последовательно ставят дроссель, который тоже служит источником энергии, только он запасает и отдает ток. Поэтому такие преобразователи при небольших габаритах легко питают мощную нагрузку и при этом почти не расходуют энергию на лишний нагрев.

Если не догнал, то я для простоты переложил это в понятное «канализационное русло». Смотри на картинку, где ключевой транзистор ШИМ контроллера похож на вентиль, он открывает и закрывает канал. Конденсатор это банка, накапливающая энергию. Дроссель это массивная турбина, которая, будучи разогнанной потоком, при открытом вентиле, за счет своей инерции прогоняет воду по трубам и после закрытия вентиля.

Конечно, самостоятельно разработать такой источник питания сложно, требуется неслабое образование в области электроники, но не стоит напрягаться по этому поводу. Умные дядьки из Motorola, STM, Dallas и прочих Philips’ов придумали все за нас и выпустили уже готовые микросхемы содержащие в себе ШИМ контроллер. Тебе остается его лишь припаять и добавить обвески, которая задает параметры работы, причем изобретать самому ничего не надо, в datasheet’ах подробно расписано что и как подключать, какие номиналы выбирать, а иногда даже дают готовый рисунок печатной платы. Надо лишь немного знать английский 🙂

Принцип работы импульсного БП
Схема нашего преобразователя
Рисунок печатной платы

А сейчас, в порядке практического задания, под моим чутким руководством, ты построишь себе универсальный зарядник для сотового телефона, который можно будет подключать к любому источнику постоянного или переменного напряжения от 8 до 40 вольт. И неважно, что это будет, хоть бортовая сеть автомобиля, связка батареек или какой-нибудь совершенно левый блок питания от свитча или модема, лишь бы не меньше восьми и не больше сорока вольт.

Анализируем задание
Итак, по техзаданию, у нас на входе напряжение может быть как постоянным, так и переменным. А на входе DC-DC должно быть всегда постоянное. Что делать? Правильно, выпрямлять! Перечитай про выпрямители в первой части статьи и воткни на входе схемы диодный мост. Можно и без него, но тогда источники переменного тока отпадают как класс, да и тебе придется каждый раз определять полярность питающего источника, а это моветон. Поскольку после моста напряжение все равно будет пульсирующим, то повесь в параллель конденсатор. Он его немного сгладит.
Дальше ШИМ контроллер, я рекомендую широко распространенный и любимый всеми электронщиками МС34063х, где на месте «х» может быть любая буква, обычно «А». Тебе он нужен в DIP-8 корпусе, с длинными выводами который. Надеюсь, ты уже выучил все популярные типы корпусов и теперь сразу представляешь себе как он выглядит. Дальше открываем с диска даташитину и смотрим схему понижающего преобразователя, зовется она Step-Down. Подключаем ее как есть, не меняя ничего. Общий или земля у нас это традиционно минус, а плюс Vin. Выходом служит Vout в качестве плюса, а в качестве минуса все тот же общий провод. Вот тут главное не перепутать подключение к мобильнику. Поэтому посмотри тестером полярность подачи напряжения на разъем твоей мобилы.

Точный расчет – главное качество инженера!
Такс, схему мы набросали, осталось только ее сконфигурировать. Это не цифровое устройство, поэтому конфигурация тут задается установкой необходимых номиналов резисторов. Резистор Rsc я обычно заменяю на перемычку из куска провода. Его величина определяет перегрузочную способность. При перемычке преобразователь выдаст все, на что он способен, но может сгореть если от него потребовать невозможное. Наличие там резистора на 0.33 ома заставит преобразователь заглохнуть при предельной для него перегрузке, чем выше сопротивление Rsc тем при меньшей нагрузке заглохнет преобразователь. Иногда полезно, когда тебе надо ограничить максимальный выходной ток со стороны источника.

Дроссель L1 выбирается только исходя из индуктивности и перегрузочного тока. На схеме указан дроссель индуктивностью 220 микроГенри, а ток у него должен быть не меньше 500-600 миллиампер (средний ток зарядки любого современного сотового). Дроссель можно купить готовый, можно намотать самому. В принципе величина индуктивности может очень сильно варьироваться от 50 до 300 микроГенри, работать будет, но КПД возможно снизится. Главное, чтобы по току проходил, иначе будет сильно греться, а потом и вовсе сгорит.

Диод купи тот же, который и указан в схеме, благо он не редкость. Если не найдешь точно такой, то возьми любой диод Шоттки с расчетным током не меньше одного ампера. Диод Шоттки отличается от обычного диода тем, что у него дикое быстродействие. При смене направления напряжения он закрывается в порядке быстрей чем обычный, не допуская даже малейших утечек тока в обратную сторону. Через него будет замыкаться цепь катушка – конденсатор – нагрузка, когда транзистор в микросхеме закроется.

Теперь надо задать выходное напряжение. Для этого тебе надо взять тестер и померить сколько вольт выдает твой зарядник для сотового. У меня все зарядники выдают примерно по 7 вольт. Порывшись в даташите нахожу формулу зависимости выходного напряжения от резисторов R1 и R2
Для Step-Down схемы выглядит она так: Vout=1.25(1+R2/R1). Чтобы получить напряжение в 7 вольт сопротивление R2 должно быть 4.7 кОм, а R1 должен быть равен 1 кОм. Получим 7.125 вольта, но это не страшно, невелика погрешность и эти излишки все равно упадут где-нибудь на потерях в проводах. Собственно вот и все, вот мы и разработали с тобой универсальный преобразователь для своих девайсов. Теперь осталось только протравить плату и спаять.

Главное НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ СОВАТЬ этот зарядник в РОЗЕТКУ, т.к. там напряжение 220 вольт, а наша схема расчитана на 40 вольт максимум!

Именно два таких преобразователя на 3.3 и на 5 вольт стоят в силовом блоке моего робота.

Кстати, если покопаешься в даташите, то найдешь там и повышающую схему, зовется Step-Up.
Если выкинуть нафиг диодный мост (за ненужностью) и собрать всю конструкцию по Step-Up схеме, то ты сможешь заряжать сотовый телефон от трех, а то и двух пальчиковых батареек, если хватит трех вольт для раскачки микросхемы. Также тебе никто не мешает порыться в инете и найти DC-DC преобразователь, работающий от 1, а то и от 0.5 вольт и сделать на нем повышающий преобразователь.

Полная версия статьи опубликована в журнале «Хакер» за август 2008

Импульсные источники питания — полный список схем и документации на QRZ.RU

1 Источники питания импульсные 1839026.04.2002
2 Источники питания параметрические 636026.04.2002
3 Преобразователи 906926.04.2002
4 Регуляторы 590826.04.2002
5 Теория построения и расчеты 726126.04.2002
6AIWA VX-T2020. Принципиальная схема99700412.03.2001
7AKAI CT-1407, CT-2005E, CT-1407D. Принципиальная схема601498112.03.2001
8Astron SS-30 Scheme320459231.03.2008
9ATEC TV 1402MK9. Принципиальная схема86436512.03.2001
10DAEWOO DTG2596TK, DTG2597TK, DTG97TK. Принципиальная схема50460912.03.2001
11DC-DC преобразователь на микросхеме DPA2882406.11.2006
12Diamond GSV-3000 схема109217514.11.2014
13ELEKTA CRT-20T. Принципиальная схема94488912.03.2001
14FSP OSP550-80GLN Active PFC3274425822.12.2011
15FUNAI 2000 MK7/TV-2008GL. Принципиальная схема93707712.03.2001
16FUNAI TV-2000A MK8. Принципиальная схема922014012.03.2001
17FUNAI TV-2003/TV-20MS. Принципиальная схема92427312.03.2001
18FUNAI VIP5000. Принципиальная схема90494712.03.2001
19GOLDSTAR CF-1480V, 20A80V, 21A80V. Принципиальная схема61510312.03.2001
20GOLDSTAR PC-04. Принципиальная схема35427212.03.2001
21GOLDSTAR PC-0X8. Принципиальная схема95402612.03.2001
22GOLDSTAR PC-12. Принципиальная схема46419912.03.2001
23GRUNDIG CUC-4400. Принципиальная схема42450412.03.2001
24GZV-2500 Схема140483915.08.2007
25GZV-4000 Схема107452715.08.2007
26GZV-4000 Схема198407215.08.2007
27HAPPI. Принципиальная схема84261012.03.2001
28HITACHI CMT 2141/CMT 1450. Принципиальная схема65362012.03.2001
29HITACHI CMT-2598, 2998. Принципиальная схема47237412.03.2001
30JVC 14 592-3911501-05. Принципиальная схема68243812.03.2001
31MFJ-4125 источник питания123950711.07.2016
32MITSUBISHI ELECTRIC_CT-2125EET, CT-2525EET. Принципиальная схема89186712.03.2001
33NEC FS-1530SK/1530SU. Принципиальная схема80199912.03.2001
34NOKIA 7142EE. Принципиальная схема49209112.03.2001
35NOKIA 7164EE. Принципиальная схема68192312.03.2001
36NOKIA. Принципиальная схема68243812.03.2001
37NORMENDE. Принципиальная схема98138112.03.2001
38ORION 20AH. Принципиальная схема85173912.03.2001
39ORION 4800. Принципиальная схема65169712.03.2001
40PANASONIC NV-J35. Принципиальная схема83189612.03.2001
41PHILIPS 14GX, 20GX, 21GX. Принципиальная схема92315212.03.2001
42PS-304 схема231133114.11.2014
43RECOR 4002/4021. Принципиальная схема96291912.03.2001
44SABA. Принципиальная схема72172812.03.2001
45SAMSUNG CK-3351A. Принципиальная схема64382312.03.2001
46SAMSUNG PC04A. Принципиальная схема43187312.03.2001
47SANYO CEM-2511 VSU-00. Принципиальная схема47253812.03.2001
48SANYO CEM2130 PX-20. Принципиальная схема74169012.03.2001
49SANYO CEM2130, 3011, 1454 PV-20. Принципиальная схема48182512.03.2001
50SANYO CMM3024, CMM3024A. Принципиальная схема85130912.03.2001
51SANYO CMX3310C-05. Принципиальная схема91149112.03.2001
52SHARP 20B-SC. Принципиальная схема95276312.03.2001
53SHARP 21B-N21. Принципиальная схема99211512.03.2001
54SHARP 29N212-E3. Принципиальная схема88134312.03.2001
55SHARP CV-2131CK1. Принципиальная схема78352912.03.2001
56SHARP SV-2142S. Принципиальная схема87427312.03.2001
57SHARP SV-2152U. Принципиальная схема80176112.03.2001
58SONY KV-1485, 1487, 2167, 2187, 21DK2. Принципиальная схема79322412.03.2001
59SONY KV-2584, 2965MT. Принципиальная схема69221912.03.2001
60SONY KV-M 1400. Принципиальная схема80220512.03.2001
61SONY KV-X2931K/RM-816. Принципиальная схема98198212.03.2001
62SONY KV2182 M9. Принципиальная схема57191812.03.2001
63SONY2541D. Принципиальная схема37137412.03.2001
64SUPRA STV 2910MS. Принципиальная схема94186912.03.2001
65SUPRA STV-2924MS. Принципиальная схема81214512.03.2001
66TEC 5181. Принципиальная схема38145712.03.2001
67TENSAI P-58SC, RM109. Принципиальная схема40139712.03.2001
68THOMSON TX-90. Принципиальная схема83212912.03.2001
69THOMSON TX-91. Принципиальная схема89225612.03.2001
70TOSHIBA 285 D8D. Принципиальная схема42180812.03.2001
71TOSHIBA. Принципиальная схема83234012.03.2001
72WALTHAM TS 3350. Принципиальная схема55297312.03.2001
73WALTHAM TS3341. Принципиальная схема42172112.03.2001
74Адаптер питания для систем стандарта PoE.716306.11.2006
75Бестрансформаторный блок питания, В. Карлащук, С. Карлащук525317.09.2001
76Блок питания 13,8В 25А43522929.10.2007
77Двухканальный источник питания мощностью 20W для высокотемпературных применений.354106.11.2006
78Двухканальный неизолированный промышленный источник питания на микросхеме TNY266P.456906.11.2006
79Зарядно-питающее устройство для портативной аудио / mp3 аппаратуры.232606.11.2006
80Зарядное устройство 2W на базе микросхемы серии LinkSwitch-LP.246206.11.2006
81Зарядное устройство для мобильного телефона на микросхеме LNK520P.3498006.11.2006
82Импульсный блок питания для лампового усилителя1517703.02.2003
83Импульсный блок питания из сгоревшей энергосберегающей лампочки428030.07.2015
84Импульсный блок питания с регулятором напряжения 1….32 V мощностью 200ватт1385828.05.2001
85Импульсный БП мощного УМЗЧ28572314.11.2000
86Импульсный источник питания 12W на микросхеме TNY278P (TinySwitch-III).704206.11.2006
87Импульсный источник питания 20 Bт524915.10.2002
88Импульсный источник питания 5V 5A535415.10.2002
89Импульсный источник питания ATX1554408.10.2002
90Импульсный источник питания мощностью 32W/81W(пиковая) на микросхеме PKS606 от Power Integrations.347506.11.2006
91Импульсный источник питания на микросхеме LNK562P мощностью 1.6 W с напряжением пробоя 10 kV.365106.11.2006
92Импульсный источник питания УМЗЧ554714.10.2002
93Импульсный маломощный источник питания 5V 0.5A408115.10.2002
94Использование блоков питания старых ПК для питания трансиверов554512.12.2010
95Источник питания 14В 12А (завод «Фотон», Ташкент)132176211.07.2016
96Источник питания для УНЧ на TOPSwitch514106.11.2006
97Источники питания конструктива ATX для компьютеров5581201.08.2006
98Источники питания стандарта ATX (250-450 Вт)396303.11.2009
99Компьютерный блок питания в качестве источника напряжения для современных импортных трансиверов1380227.08.2003
100Компьютерный источник питания на микросхемах TOP249Y и TNY266P компании Power Integrations.770506.11.2006
101Компьютерный источник питания на микросхемах TOP249Y и TNY266P компании Power Integrations.553306.11.2006
102КОМПЬЮТЕРНЫЙ. Принципиальная схема33736212.03.2001
103Критерии надежности источника питания на микросхемах Power Integrations.199906.11.2006
104КРП-501. Принципиальная схема50273512.03.2001
105КРП-525. Принципиальная схема72204812.03.2001
106Мощный DC-DC преобразователь на микросхеме DPA951206.11.2006
107МП-405. Принципиальная схема61489012.03.2001
108МП-407-2. Принципиальная схема44351612.03.2001
109МП-41. Принципиальная схема66290012.03.2001
110МП-420-2. Принципиальная схема46208912.03.2001
111МП-44. Принципиальная схема39194412.03.2001
112Мультиклассовый Power-over-Ethernet источник питания 6.6W на микросхеме DPA423G (отладочный набор DA183306.11.2006
113Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика.728106.11.2006
114Неизолированные повышающие преобразователи мощностью 20W и 30W с постоянным выходным током на микрос161706.11.2006
115Неизолированный BUCK-BOOST преобразователь 0,5Вт на микросхеме LNK302P310706.11.2006
116Переделка блока питания для ПК POWER MAN IW-P350 в блок питания для трансивера 13,8V 22А3917504.01.2006
117Переделка источника питания ATX в AT610007.03.2006
118Преобразователь 12/220В TESLA ПН-22300734110906.10.2015
119Преобразователь напряжения c низкой выходной частотой на феррите172127129.04.2013
120Простое зарядное устройство для сотового телефона.3259706.11.2006
121Простой и высокоэффективный промышленный источник питания на микросхеме LNK520P.4628506.11.2006
122Резервный источник питания 21W на микросхеме TNY280P (TinySwitch-III).869706.11.2006
123Ремонт блока питания монитора SAMSUNG SyncMaster 710N44110230.06.2019
124Сетевой адаптер с выходной мощностью 2 Вт на микросхеме LNK362P.287206.11.2006
125Сетевой стабилизированный импульсный преобразователь напряжения357017.08.2001
126Схема импульсного блока питания 220V >> 9.2V421618523.10.2014
127Трехканальный источник питания 10.5 W для телевизионной приставки.217106.11.2006

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *