Полумостовой генератор импульсного напряжения для сетевого блока питания

Электропитание

Главная  Радиолюбителю  Электропитание

---

Это устройство имеет две особенности. Во-первых, его задающий генератор построен на микроконтроллере. Во-вторых, в момент запуска его низковольтные цепи питает гальваническая батарея. Чтобы превратить генератор в полноценный импульсный блок питания мощностью около 100 Вт, к нему достаточно добавить выпрямители импульсного напряжения, а при необходимости и стабилизаторы выпрямленного напряжения.

Мощная выходная ступень предлагаемого генератора питается выпрямленным сетевым напряжением и построена по полумостовой схеме с внешним возбуждением. Для питания её задающего генератора требуется источник низкого напряжения, который во многих случаях строят по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором. Такой источник не отличается большой надёжностью. Кроме того, он не обеспечивает гальванической развязки между низковольтными и высоковольтными цепями. Все они оказываются соединёнными с питающей сетью.

Я отказался от источника с гасящим конденсатором и применил для питания задающего генератора в момент запуска батарею гальванических элементов. После запуска устройства и появления на вторичных обмотках его выходного трансформатора напряжения батарея автоматически отключается, а низковольтные узлы генератора переходят на питание выпрямленным и стабилизированным напряжением одной из обмоток. Гальванические элементы, отдавая ток лишь в моменты запуска генератора, имеют длительный срок службы и, в отличие от аккумуляторов, не требуют обслуживания.

Изготовленный генератор в режиме холостого хода потребляет от сети ~230 В ток не более 18 мА. Частота выходного импульсного напряжения — 100 кГц, а его амплитуда зависит от числа витков вторичных обмоток трансформатора, последних может быть несколько. Максимальный КПД 85 % достигнут при мощности нагрузки 50 Вт. При её мощности 30 Вт он уменьшается до 79 %, а при 80 Вт — до 71 %. КПД был измерен при нагрузке выхода генератора (вторичной обмотки трансформатора) активным сопротивлением.

Конструктивно генератор состоит из двух модулей: высоковольтного и низковольтного, в котором установлен и микроконтроллер. Принципиальная схема высоковольтного модуля показана на рис. 1. Он включает в себя сетевой фильтр C1L1, мостовой выпрямитель сетевого напряжения VD2 со сглаживающими конденсаторами C2 и C3. Полумостовой инвертор постоянного напряжения в импульсное собран из транзисторов VT3, VT4 и конденсаторов C4, C5. Первичная обмотка 1-2 выходного импульсного трансформатора T3 включена в диагональ полумоста.

Рис. 1. Принципиальная схема высоковольтного модуля

Управляющие сигналы на затворы транзисторов VT3 и VT4 поступают с вторичных обмоток импульсных трансформаторов T1 и T2, которые обеспечивают гальваническую развязку низковольтных узлов от питающей сети. Диоды VD3 и VD4 защищают транзисторы VT1, VT2 предварительной ступени инвертора от выбросов напряжения самоиндукции на первичных обмотках трансформаторов T1 и T2, а резисторы R7 и R8 ограничивают ток через эти обмотки.

Резисторы R4 и R5 ограничивают ток зарядки конденсаторов C2 и C3 в момент подачи сетевого напряжения. После выхода генератора на рабочий режим контакты реле K1.1 шунтируют резистор R4, а через замкнувшиеся контакты K1.2 напряжение с резистора R5, пропорциональное потребляемому от сети току, поступает для контроля в низковольтный модуль.

Односторонняя печатная плата высоковольтного модуля изображена на рис. 2. Она рассчитана на установку дросселя L1 TLF-I03B, конденсаторов C1, C4 и C5 К73-17с, импортных оксидных конденсаторов C2 и C3. Резистор R4 — SQP-10, возможно уменьшение его мощности до 2…3 Вт, применён резистор, имеющийся в наличии. Резистор R5 — С5-37 мощностью 8 Вт.

Рис. 2. Печатная плата высоковольтного модуля

Транзисторы VT3 и VT4 оснащены теплоотводами размерами 40×20 мм, вырезанными из теплоотвода компьютерного блока питания. Для установки на плату транзисторов VT1 и VT2 (IRLL2705 в корпусах SOT-223) изготовлены небольшие переходные платы.

Обмотки трансформатора T3 намотаны на кольце K28x16x9 из феррита 2000НМ1. Первичная обмотка 1-2 состоит из 45 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. Обмотка 3-4-5 — провод ПЭВ-2 диаметром 0,75 мм, число витков — 3+3. Обмотка 6-7-8 содержит 6+6 витков такого же провода. При наличии литцендрата подходящего сечения обмотки лучше выполнить из него, это позволит снизить потери в них, вызываемые скин-эффектом. Обмотки изолированы между собой и от магнитопровода поливинилхлоридной изоляционной лентой толщиной 0,15 мм.

Подробный расчёт такого трансформатора описан в статье [1]. Но число витков первичной обмотки трансформатора T3 увеличено в полтора раза по сравнению с расчётным, что позволило получить целое число витков половин вторичной обмотки 3-4-5. При изготовлении трансформатора целесообразно после первичной обмотки намотать временную вторичную обмотку, чтобы уточнить число витков постоянных вторичных обмоток.

Плата разработана под трансформаторы T1 и T2 МИТ-3. Однако выяснилось, что предельно допустимое напряжение между обмотками такого трансформатора всего 300 В. Поэтому рекомендуется применить самодельные трансформаторы, намотанные на кольцах K20x12x6 из феррита 6000НМ. Первичная обмотка — 15 витков. Вместо двух вторичных обмоток наматывают одну из 45 витков. При таком числе витков амплитуда управляющих импульсов на затворах транзисторов T3 и T4 станет больше, что уменьшит потери энергии в этих транзисторах. Провод всех обмоток — ПЭВ-2 диаметром 0,15 мм. Изоляция между обмотками из такой же изоляционной ленты, как в трансформаторе T3.

Двухобмоточный дроссель L1, конденсатор C1 и резистор R1 сняты с неисправной платы кинескопного телевизора. На платах от неисправной аппаратуры можно найти и другие полезные детали. Дроссель L1 можно изготовить самостоятельно, намотав на кольце K20x10x5 из феррита 2000НМ две обмотки по 17 витков провода МГТФ-0,5.

Низковольтный модуль, схема которого изображена на рис. 3, содержит микроконтроллер DD1, запрограммированный так, что выполняет функцию задающего генератора. Сигналы этого генератора с выходов OC1B и OC1B микроконтроллера поступают на затворы транзисторов VT1 и VT2. Другая пара его выходов (ОС1А и ОС1А) управляет транзисторами VT5 и VT6. Подключив к стокам этих транзисторов ещё один импульсный трансформатор с выпрямителем, можно получить дополнительный источник постоянного напряжения, подобный описанному в [2].

Рис. 3. Схема низковольтного модуля

При нажатии на кнопку SB1 микроконтроллер получает питание через диод VD9 от гальванических элементов G1-G3 типоразмера AA и начинает работать. После выхода инвертора на рабочий режим в цепь питания микроконтроллера и других низковольтных узлов начинает через диод VD8 поступать напряжение вторичной обмотки 3-4-5 трансформатора T3, выпрямленное двухполупериодным выпрямителем на диодах VD6, VD7 и стабилизированное интегральным стабилизатором DA1. Как только это напряжение становится больше напряжения батареи G1-G3, диод VD9 закрывается и отключает батарею. Теперь кнопку SB1 можно отпустить.

Низковольтные узлы генератора потребляют немного, поэтому от стабилизатора DD1 по цепи +5 В (1) можно питать внешние устройства, потребляющие не более 1 А. Это же напряжение подано на обмотку реле K1. Оно переключает устройство из режима зарядки конденсаторов C2 и C3 в рабочий режим и одновременно включает узел контроля потребляемого от сети тока.

В случае превышения порога, заданного стабилитроном VD5, контрольное напряжение поступает на излучающий диод оптрона U1, что открывает фототранзистор оптрона и приводит к установке низкого логического уровня на входе INT0 микроконтроллера. Оптрон обеспечивает гальваническую развязку цепи контроля тока от низковольтных узлов генератора.

При перегрузке генерация импульсов на выходах микроконтроллера прекращается, поэтому напряжение на вторичных обмотках трансформатора T3 отсутствует, и напряжение питания с выхода стабилизатора DA1 на микроконтроллер больше не поступает.

Светодиод HL1 перестаёт светиться, сигнализируя этим о сбое в работе генератора.

Чертёж платы низковольтного модуля и размещение деталей на ней показаны на рис. 4. Для микроконтроллера на этой плате установлена восьмивыводная цанговая панель, стабилизатор напряжения DA1 оснащён теплоотводом SK104-25STS. Дроссель L2 — B82464G4104M, который можно заменить другим, имеющим индуктивность 100 мкГн и допустимый ток не менее 1 А. Светодиод HL1 и резистор R12 устанавливают на передней панели корпуса генератора. Он должен быть обязательно сделан из листовой стали.

Рис. 4. Печатная плата низковольтного модуля

В программную память микроконтроллера DD1 должны быть загружены коды из файла Converter_230V.hex, приложенного к статье, а конфигурация микроконтроллера запрограммирована в соответствии с таблицей. Согласно ей, он работает с тактовой частотой 8 МГц от внутреннего RC-генератора. Импульсы управления полевыми транзисторами формирует таймер T/C1, работающий в режиме ШИМ. Программно обеспечены бесто-ковые паузы между противофазными импульсами, необходимые для исключения сквозного тока через транзисторы. Для выходов OC1A и OC1A длительность этих пауз задана равной 1 мкс, для выходов OC1B и OC1B — 2,5 мкс. Частота следования импульсов — 100 кГц.

Старший байт		Младший байт
Разряд	Сост.	Разряд	Сост.
RSTDISBL	1	CKDIV8	1
DWEN	1	CKOUT	1
SPIEN		SUT1	1
WDTON	1	SUT0	0
EESAVE	1	CKSEL3	0
BODLEVEL2	1	CKSEL2	0
BODLEVEL1	1	CKSEL1	1
BODLEVEL0	1	CKSEL0	0

1- не запрограммировано; 0- запрограммировано.

Сигнал перегрузки по току поступает на вход INT0 микроконтроллера. Задействован также сторожевой таймер, перезапускающий микроконтроллер в случае сбоя программы.

Налаживание устройства начинайте, не подключая его к сети. В цепь +5 В (2) подайте через разделительный диод 1N5819 соответствующее напряжение (его можно подать и от батареи G1 — G3). Между затворами и истоками транзисторов VT3 и VT4 должны появиться импульсы, подобные показанным на рис. 5. Чувствительность канала вертикального отклонения осциллографа здесь установлена равной 2 В/дел, скорость развёртки — 2,5 мкс/дел. Размах импульсов можно увеличить до максимального, допустимого для транзисторов VT3 и VT4, увеличив число витков вторичных обмоток импульсных трансформаторов T1 и T2. Если импульсы на первичных обмотках этих трансформаторов есть, а на затворе транзистора VT3 или VT4 отсутствуют — неправильно соединены вторичные обмотки соответствующего трансформатора. Если же импульсы на затворе имеют неправильную полярность, нужно поменять местами выводы первичной обмотки или соединённых последовательно вторичных обмоток.

Рис. 5. Осциограмма импуьсов

Нужно заметить, что на печатной плате (см. рис. 2) обмотки трансформаторов МИТ-3 соединены правильно, поэтому описанные ошибки возможны лишь при сборке устройства на макетной плате или в случае самостоятельного изготовления трансформаторов.

Для проверки высоковольтных узлов желательно иметь автотрансформатор, позволяющий понизить сетевое напряжение до 50…100 В. Но можно обойтись и источником такого же постоянного напряжения. Пониженное переменное или постоянное напряжение подайте на сетевой вход генератора, предварительно подключив к выводам 6-8 трансформатора T3 два последовательно соединённых резистора SOP-10 сопротивлением по 10 Ом каждый. Можно подключить по одному резистору сопротивлением 10 Ом к половинам обмотки — к выводам 6-7 и 7-8. Низковольтный модуль питайте, как и прежде, от внешнего источника напряжения 5 В, контролируя потребляемый ток.

Включив генератор, наблюдайте осциллограмму напряжения на первичной обмотке трансформатора T3. Для этого общий вывод щупа осциллографа нужно подключить к выводу 2 трансформатора T3, а сигнальный — к выводу 1. Имейте в виду, что корпус осциллографа не должен быть заземлён, а прикасаться к нему опасно, пока осциллограф подключён описанным образом к генератору.

Осциллограмма должна соответствовать изображённой на рис. 6 (где чувствительность канала вертикального отклонения 50 В/дел) с уменьшенной пропорционально поданному на сетевой вход напряжению амплитудой импульсов. Затухающие колебания, возникающие при закрывании транзисторов, не опасны, если спадают до нуля до открывания другого транзистора. Эти колебания можно подавить, подключив параллельно первичной обмотке демпфирующую RC-цепь из резистора сопротивлением около 1 кОм и мощностью 2 Вт и конденсатора ёмкостью 510 пФ с номинальным напряжением не менее 400 В.

Рис. 6. Осциограмма импуьсов

Если дополнительные маломощные выходы A и Б не требуются, транзисторы VT5, VT6 и резисторы R13, R14 в низковольтный модуль можно не устанавливать. В изготовленном генераторе они присутствуют лишь «на всякий случай». Если вместо кнопки пуска SB1 применить выключатель, то генератор будет автоматически перезапускаться после временных отключений питающей сети.

Вторичная обмотка 6-7-8 трансформатора T3, если подключить к ней соответствующие выпрямители, позволяет получить постоянное однополярное нестабилизированное напряжение около 36 В или двухполярное +/-18 В при токе нагрузки до 1 А. Чтобы стабилизировать эти напряжения, необходимы дополнительные стабилизаторы. Число вторичных обмоток трансформатора T3 и витков в них можно изменить, чтобы получить любые нужные для конкретного применения напряжения.

После отключения генератора от сети высоковольтные сглаживающие конденсаторы C2 и C3 остаются заряженными. Чтобы разрядить их, достаточно на несколько секунд нажать на кнопку SB1.

Программа микроконтроллера имеется здесь.

Литература

1. Жучков В. Расчёт трансформатора импульсного блока питания. — Радио, 1987, № 11, с. 43.

2. Салимов Н. Маломощный двухполярный преобразователь напряжения. — Радио, 2017, № 10, с. 15, 16.

Автор: Н. Салимов, г. Ревда Свердловской обл.

Дата публикации: 13.04.2018

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

Простые импульсные блоки питания » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Несколько раз меня выручали блоки питания, схемы которых стали уже класическими, оставаясь простыми для любого, кто хоть раз уже что-то электронное в своей жизни паял.

Аналогичные схемы разрабатывались многими радиолюбителями для разных целей, но каждый конструктор вкладывал в схему что-то свое, менял расчеты, отдельные компоненты схемы, частоту преобразования, мощность, подстраивая под какие-то, известные только самому автору, нужды…

Мне же часто приходилось использовать подобные схемы вместо их громоздких трансформаторных аналогов, облегчая вес и объем своих конструкций, которые необходимо было запитать от сети. Как пример: стерео-усилитель на микросхеме, собранный в дюралевом корпусе от старого модема.

Содержание / Contents

Описание работы схемы, коль она классическая, приводить особого смысла нет. Замечу лишь, что я отказался от использования в качестве схемы запуска от транзистора, работающего в режиме лавинного пробоя, т.к. однопереходные транзисторы типа КТ117 работают в узле запуска гораздо надежнее. Запуск на динисторе мне тоже нравится.

На рисунке представлены: а) цоколёвка старых транзисторов КТ117 (без язычка), б) современная цоколёвка КТ117, в) расположение выводов на схеме, г) аналог однопереходного транзистора на двух обычных (подойдут любые транзисторы верной структуры — структуры p-n-p (VT1) типа КТ208, КТ209, КТ213, КТ361, КТ501, КТ502, КТ3107; структуры n-p-n (VT2) типа КТ315, КТ340, КТ342, КТ503, КТ3102)

Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!Схема на полевых транзисторах несколько сложнее, что вызвано необходимостью защиты их затворов от перенапряжения.

Ошибка. Диод VD1 включить наоборот!

Все намоточные данные трансформаторов приведены на рисунках. Максимальная мощность нагрузки, которую может запитать блок питания с трансформатором, выполненном на ферритовом кольце марки 3000НМ 32×16Х8, около 70Вт, на К40×25Х11 той же марки, — 150Вт.

Диод VD1 в обеих схемах запирает схему запуска подачей отрицательного напряжения на эмиттер однопереходного транзистора после запуска преобразователя.

Из особенностей — выключение блоков питания производится замыканием обмотки II коммутирующего трансформатора. При этом нижний по схеме транзистор запирается и происходит срыв генерации. Но, кстати, срыв генерации происходит именно по причине «закорачивания» обмотки.

Запирание транзистора в данном случае, хоть и явно происходит по причине замыкания контактом выключателя эмиттерного перехода, — вторично. Однопереходной транзистор в данном случае не сможет запустить преобразователь, который может находиться в таком состоянии (оба ключа заперты по постоянному току через нулевое практически сопротивление обмоток трансформатора) сколь угодно долго.

Правильно расчитанная и аккуратно собранная конструкция блока питания, как правило, легко запускается под требуемой нагрузкой и в работе ведет себя стабильно.

Камрад, смотри полезняхи!

Константин (riswel)

Россия, г. Калининград

C детства — музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, — для интереса, — и своих, и чужих.

За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.

Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. — электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.

Почему я здесь? Да потому, что здесь все — такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.

 

Импульсные источники питания | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Здравствуйте уважаемые коллеги!!

     Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках здесь. Теперь  расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».

     Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора,  напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.

Смотреть схему ИБП здесь.

     Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания  для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора.    Магнитопровод с зазором используется только в однотактных  ИБП.

     Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки.  Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример. 

        Первый пример.
Выберем из таблицы ферритовых сердечников №17,  Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.
Окно Sо = 150 мм.кв. Расчетная  мощность 200 ватт.
Количество витков на 1 вольт у этого сердечника будет: n = 0,7/Sк = 0,7 / 0,56 = 1,25 витка.
     Количество витков в первичной обмотке трансформатора будет: w1 = n х 145 = 1,25 х 145 = 181,25.  Примем 182 витка.

     При выборе толщины провода для обмоток, я исходил из таблицы «Диаметр провода — ток».
В своем трансформаторе я применил, в первичной обмотке, провод  диаметром 0,43 мм. (провод   большим диаметром  не  умещается в окне). Он имеет площадь сечения S = 0.145 мм.кв.  Допустимый ток  (смотреть в таблице) I = 0,29 A.
Мощность первичной обмотки будет: Р = V x I = 145 х 0,29 = 42 ватта.
     Поверх первичной обмотки необходимо расположить обмотку связи. Она должна выдавать напряжение v3 = 6 вольт.    Количество витков ее будет: w3 = n x v3 = 1,25 x 6 = 7,5 витка. Примем 7 витков.  Диаметр провода 0,3 — 0,4 мм.
Затем мотается вторичная обмотка w2. Количество витков вторичной обмотки зависит от необходимого нам напряжения.       Вторичная обмотка, например на 30 вольт, состоит из двух равных полуобмоток, w3-1 и w3-2 (смотреть по схеме).
     Ток во вторичной обмотке, с учетом КПД (k=0,95) трансформатора:  I = k xР/V = 0,95 x 42 ватта / 30 вольт = 1,33 А ;
     Подберем провод под этот ток. Я применил провод, нашедшийся у меня в запасе, диаметром 0,6 мм.  Его площадь сечения  S = 0,28 мм.кв.
Допустимый ток каждой из двух полуобмоток  I = 0,56 А. Так, как эти две вторичные полуобмотки работают вместе, то общий ток равен 1,12 А, что немного отличается от расчетного тока 1,33 А.
Количество витков в каждой полуобмотке для напряжения 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 1,25 х 30 = 37,5 вит.
     Возьмем по 38 витков в каждой полуобмотке.
Мощность на выходе трансформатора:  Рвых = V x I = 30 В х 1,12 А = 33,6 Ватт, что с учетом потерь в проводе и сердечнике, вполне нормально.

     Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв.  

     Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности.

                Второй пример.
    Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17,  Ш 7,5 х 7,5 . 

     При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.
Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв.     Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.
Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:
w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35.    Примем 92 витка.

     В обмотке обратной связи w3, для  6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка.
     Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.

Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт:     w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19  витков.
Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв.,  ток 0,56 А.
     С этим проводом мощность первичной обмотки будет:    Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.
Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. Сечением  0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера.  Для двух полуобмоток  ток во вторичной  обмотке равен 2,72 ампера.
Мощность вторичной обмотки Р2 = V2 x I = 30 x 2,72 = 81,6 ватт.
Провод диаметром 0,9 мм. немного великоват, подходит с большим запасом, это не плохо.

     Провод  для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм.кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток.
     Общий вывод из этих расчетов таков:
— при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк»  в два раза при той же площади окна «Sо».
     — число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется.
     — первичная обмотка w1   с 182 витков уменьшается до 92 витка;
     — вторичная обмотка w2  с 38 витков уменьшается до 19 витков.

     Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза.

     Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас.

     Нужно иметь в виду, что трансформаторы,  по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт.  ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение.

     Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником  и пример-2, с двумя сложенными сердечниками. Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно.

Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам.
     Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему ИБП смотрите здесь.
Выходное напряжение (а следовательно и выходная мощность) зависят от многих причин:
     — емкости сетевого электролитического конденсатора С1,
     — емкостей С4 и С5,
     — падения мощности в проводах обмоток и в самом ферритовом сердечнике;
     — падения мощности на ключевых транзисторах в генераторе и на выходных выпрямительных диодах.
Общий коэффициент полезного действия «k» таких импульсных блоков питания около 85%.
Этот показатель все же лучше, чем у выпрямителя с трансформатором на стальном сердечнике, где  k = 60%. При том, что размеры и вес ИБП на феррите существенно меньше.

Порядок сборки ферритового  Ш — трансформатора.

            Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.
Как изготовить «Каркас для Ш — образного трансформатора» смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю.
     Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную.
      На каркас сначала  мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д.  На начало и конец провода надевается  тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился.
      Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи  w3. Обмотка  w3 имеет  мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки.  Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания.
     Намотка ведется сразу двумя проводами (две полуобмотки), виток к витку в ряд, затем слой бумаги или скотч и второй ряд двух проводов. ПВХ трубку на концы провода можно не надевать, т.к. провод толстый и ломаться не будет.  Готовый каркас снимается с оправки и надевается на ферритовый сердечник. Предварительно проверьте сердечник на отсутствие зазора.
     Если каркас туго одевается на сердечник, будьте очень осторожны, феррит очень легко ломается.  Сломанный сердечник можно склеить. Я клею клеем ПВА, с последующей просушкой.
     Собранный ферритовый трансформатор, для крепости,  стягивается по торцу скотчем. Нужно проследить, чтобы  торцы половинок сердечника совпали без зазора и сдвига.

Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки

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

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

 

Оглавление статьи.

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

    

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

 

Вступление.

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

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

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

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

 

Вернуться наверх к меню

 

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

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

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

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

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

 

Вернуться наверх к меню

 

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

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

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

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

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

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

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

Вернуться наверх к меню

 

Импульсный трансформатор для блока питания.

 

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

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

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

Вернуться наверх к меню

 

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.

 

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

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

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

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 20 Ватт.

 

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

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

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

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

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

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

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

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

На картинке действующая модель БП.

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

 

Вернуться наверх к меню

 

Блок питания мощностью 100 Ватт.

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

 

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

 

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

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

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

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

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

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

На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.

 

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

А это действующий стоваттный импульсный блок питания.

 

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

 

Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.

Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.

Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.

Температура транзисторов – 75ºC.

Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².

Температура дросселя TV1 – 45ºC.

TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Вернуться наверх к меню

 

Выпрямитель.

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

 

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

 

1. Мостовая схема.

2. Схема с нулевой точкой.

 

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

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

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

 

Пример.

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

 

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

 

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

 

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

 

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

 

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

 

Вернуться наверх к меню

 

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

 

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

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

 

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

 

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

 

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

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

 

Будьте осторожны, берегитесь ожога!

 

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

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

Вернуться наверх к меню

 

Как наладить импульсный блок питания?

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

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

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

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

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

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

Вернуться наверх к меню

 

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

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

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

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

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

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

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

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

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

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Вернуться наверх к меню

 

Источник http://oldoctober.com/

МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Всем привет! После сборки усилителя на ТДА7294, сделал еще и инвертор, чтобы можно было питать от 12 В, то есть автомобильный вариант. После того как все сделал в плане УНЧ, был поставлен вопрос: чем теперь его питать? Даже для тех же тестов, или чтобы просто послушать? Думал обойдется все АТХ БП, но при попытке «навалить», БП надежно уходит в защиту, а переделывать как-то не очень хочется… И тут осенила мысль сделать свой, без всяких «прибамбасов» БП (кроме защиты разумеется). Начал с поиска схем, присматривался к относительно не сложным для меня схем. В итоге остановился на этой:

Схема ИБП для УМЗЧ

Нагрузку держит отлично, но замена некоторых деталей на более мощные позволит выжать из неё 400 Вт и более. Микросхема IR2153 — самотактируемый драйвер, который разрабатывался специально для работы в балластах энергосберегающих ламп. Она имеет очень малое потребление тока и может питаться через ограничительный резистор.

Сборка устройства

Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с ПП скачайте тут.

Сначала прикупил некоторые отсутствующие детали (транзисторы, ирка, и мощные резисторы).

Кстати, сетевой фильтр полностью снял с БП от проигрывателя дисков:

Далее внимательно распаиваем детали на плате согласно схеме и ПП.

Теперь самое интересное в ИИП — трансформатор, хотя ничего сложного тут нету, просто надо понять, как его правильно мотать, и всего то. Для начала нужно знать, чего и сколько наматывать, для этого есть множество программ, однако самая распространённая и пользующаяся популярностью у радиолюбителей это – ExcellentIT. В ней мы и будем рассчитывать наш трансформатор.

Как видим, получилось у нас 49 витков первичная обмотка, и две обмотки по 6 витков (вторичная). Будем мотать!

Изготовление трансформатора

Так как у нас кольцо, скорее всего грани его будут под углом 90 градусов, и если провод мотать прямо на кольцо, возможно повреждение лаковой изоляции, и как следствие межвитковое КЗ и тому подобное. Дабы исключить этот момент, грани можно аккуратно спилить напильником, или же обмотать Х/Б изолентой. После этого можно мотать первичку.

После того как намотали, еще раз заматываем изолентой кольцо с первичной обмоткой.

Затем сверху мотаем вторичную обмотку, правда тут чуть сложней.

Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6+6 витков, и 6 жил. То есть, нам нужно намотать две обмотки по 6 витков 6 жилами провода 0,63 (можно выбрать, предварительно написав в поле с желаемым диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков 6 жилами, а потом еще раз такую же. Что бы сделать этот процесс проще, можно, и даже нужно мотать в две шины (шина-6 жил одной обмотки), так мы избегаем перекоса по напряжению (хотя он может быть, но маленький, и часто не критичный).

По желанию, вторичную обмотку можно изолировать, но не обязательно. Теперь после этого припаиваем трансформатор первичной обмоткой к плате, вторичную к выпрямителю, а выпрямитель у меня использован однополярный со средней точкой.

Расход меди конечно больше, но меньше потерей (соответственно меньше нагрева), и можно использовать всего одну диодную сборку с БП АТХ отслуживший свой срок, или просто нерабочий. Первое включение обязательно проводим с включённой в разрыв питания от сети лампочкой, в моем случае просто вытащил предохранитель, и в его гнездо отлично вставляется вилка от лампы.

Если лампа вспыхнула и погасла, это нормально, так как зарядился сетевой конденсатор, но у меня данного явления не было, либо из-за термистора, или из-за того, что я временно поставил конденсатор всего на 82 мкФ, а может все месте обеспечивает плавный пуск. В итоге если никаких неполадок нету, можно включать в сеть ИИП. У меня при нагрузке 5-10 А, ниже 12 В не просаживалось, то что нужно для питания авто усилителей!

Примечания и советы

1. Если мощность всего около 200 Вт, то резистор, задающий порог защиты R10, должен быть 0,33 Ом 5 Вт. Если он будет в обрыве, или сгорит, сгорят все транзисторы, а также микросхема.
2. Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
3. В данной схеме частота преобразования примерно 63 кГц, и в ходе эксплуатации, наверное, лучше для кольца марки 2000НМ, частоту уменьшить до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева – 70-75 кГц. Не стоит гнаться за большой частотой, для данной схемы, и кольца марки 2000НМ, будет оптимально 40-50 кГц. Слишком большая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительных потерях на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
4. Если у вас на холостом ходу при правильной сборке греется трансформатор и ключи, попробуйте снизить емкость конденсатора снаббера С10 с 1 нФ до 100-220 пкФ. Ключи нужно изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП АТХ.

Вот конечные фото проекта блока питания:

​

Всем удачи! Специально для Радиосхем — с вами был Alex Sky.

   Форум по ИБП

   Обсудить статью МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Импульсный источник питания для TDA7294 на IR2153

Приспичило как-то мне собрать усилитель на TDA7294. Причем собрать нужно было как можно скорее. День рождения был на носу, и планировалось отметить его на открытом воздухе, под звуки, испускаемые моими раритетными колонками Радиотехника S30.

Усилитель собран был незамедлительно. Кому интересно, читайте статью «Усилитель НЧ на TDA7294». Пришло время сборки импульсного источника питания. Крайне важны были маленькие габариты источника.

Была выбрана наипростейшая схема импульсного источника питания на ir2153.

В интернете полно аналогичных схем чуть-чуть отличающихся друг от друга. Схемы не все рабочие, что в сети. Это я тоже не сразу понял, поэтому, немного намучился. Приведенная мною схема полностью рабочая. Соблюдая все номиналы данной схемы, и используя мою печатную плату, сэкономите время на исправлении своих и чужих ошибок.

Более сложный аналог данной схемы описан в статье «Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт». Эту схему отличает наличие блока защиты от перегрузок и плавный запуск.

Простота схемы ИИП для TDA7294 на ir2153 позволяет новичкам с легкостью повторить её. Еще один плюс, это габариты. Плата импульсного источника питания имеет размеры 80мм в ширину и 80мм в высоту.

Принцип работы схемы.
Как работает блок питания на ir2153 описано в статье “Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт”.

На принципиальной схеме не нарисован варистор, но в печатной плате он есть. В принципе его можно не ставить, так как роли почти не играет (никаких перемычек не нужно впаивать, просто не ставим варистор и все).

Термистор NTC при первом включении ограничивает скачок тока, при зарядке сетевых и выходных электролитов, через некоторое время он нагревается и его сопротивление уменьшается. Простая, но не совсем надежная защита. При повторном включении, когда термистор нагретый, защита уже не эффективна. Но как показала практика, блок питания надежен и не горит, как пишут некоторые люди в комментариях.

Времязадающие элементы R2 и C3 выбраны таким образом, чтобы драйвер обеспечивал генерацию импульсов с частотой около 70 кГц. Программа для расчета R2 и C3 находится под статьей, можете рассчитать под нужную вам частоту.

Элементы.

ОБОЗНАЧЕНИЕ	ТИП	НОМИНАЛ	КОЛИЧЕСТВО	КОММЕНТАРИЙ
	Драйвер питания	IR2153	1
VT1,VT2	MOSFET — транзистор	IRF740	2
VDS2	Диодный мост	RS607	1	6А 1000В
VDR1	Варистор	MYG14-431	1	Можно не ставить
NTC	Термистор	5D-1	1	Или другой
R1	Резистор 2Вт	18кОм	1
R2	Резистор 0,25Вт	HER108	10кОм
R3,R4	Резистор 0,25Вт	33 Ом	2
C1,C2	Электролит	220мкФ 220В	2
C3	Конденсатор неполярный	1нФ	1	Керамика любое напряж.
C4	Конденсатор неполярный	0,1 мкФ	1	Керамика любое напряж.
C5	Электролит	220мкФ 16В	1
C6	Конденсатор неполярный	0,33 мкФ	1	Керамика любое напряж.
C7	Конденсатор неполярный	1мкФ 400В	1	Пленка
C8-C9	Электролит	470 мкФ 50В	2
C10-C11	Конденсатор неполярный	0,1 мкФ	2	Пленка
VD1	Диод	HER108	1
VD2	Импульсный диод	FR107,FR157	1	Любой другой импульсный
VD3-VD6	Диод Шоттки	КД213А	4

Список компонентов в PDF формате СКАЧАТЬ

Трансформатор.
Самым трудным этапом сборки является расчёт и напитка импульсного трансформатора. Подробно рассказывать про технологию расчёта и намотки транса я не буду, так как уже рассказывал ранее, читайте статью ”Расчет и намотка импульсного трансформатора”. Также рекомендую прочесть статью «Как перемотать трансформатор из блока питания ПК«

На этом этапе поделюсь немного опытом. В статье, ссылка на которую расположена чуть выше, описан метод намотки вторички с отводом от середины, сдвоенным проводом (если по расчетам вторичка имеет одну жилу) а потом соединении их в среднюю точку. Это дает синхронность, то есть, в обоих плечах будет одинаковое напряжение. Вторичная обмотка трансформатора для этого устройства должна иметь две жилы диаметром 0,85 мм, чтобы обеспечить нужную нам мощность (по моим расчетам, у вас может иметь и одну жилу).

Поэтому, если мотать методом из статьи выше, то пришлось бы мотать сразу 4-мя проводами, это крайне неудобно.

Я решил мотать двумя проводами, то есть, сначала мотал одно плечо двумя проводами, потом изоляция и далее второе плечо двумя проводами.

Таким способом советуют не мотать, из-за не синхронной намотки будет разное напряжение. У меня же получилось совсем одинаковое напряжение, и мотать мне было легче, бублик маленький.

Ниже я приведу некоторые намоточные данные.

Диаметр провода и первичной и вторичной обмотки 0,85 мм. Магнитопровод склеен из двух колец размером 28мм*16мм*9мм и магнитной проницаемостью 2000НМ.

Первичная обмотка содержит 39 витков, хотя по расчетам было сорок с копейками, ноне влезли они. Вследствие чего, пришлось уменьшить количество витков вторичной обмотки, относительно расчетов.

Итак, вторичная обмотка содержит 8 + 8 витков. Это значит 8 витков, далее отвод (это будет средняя точка), изоляция, потом еще 8 витков.

Вторичная обмотка мотается двумя жилами диаметром 0,85 мм.

(мотаем 8 витков вторички)

(кладем изоляцию)

(скручиваем концы)

(соединяем конец 8-го витка с проводом, чтобы сделать отвод, и мотаем еще 8 витков в ту же сторону)

Изоляцию берем по вкусу (тряпочную изоленту, киперную или ФУМ ленту, лавсановую пленку или скотч). Я использую лавсановую пленку из обрезков витой пары.

Все обмотки должны мотаться в одном выбранном вами направлении.

Охлаждение.

Радиатором для ключей у меня является передняя панелька усилителя. Исполнена она из дюрали, высота 47мм, ширина 92мм, толщина 7мм. При испытаниях и дальнейшей эксплуатации одного канала TDA7294, ключи теплые, не горячие.

Ключи установлены на радиатор через силиконовые прокладки и диэлектрические втулки.

Шоттки без радиаторов. Греются не сильно, опять же при эксплуатации одного канала, трансформатор не горячий.

Список компонентов для ИИП на IR2153 СКАЧАТЬ

Печатная плата ИИП на IR2153 СКАЧАТЬ

Даташит на IR2153 СКАЧАТЬ

Калькулятор расчета времязадающих элементов IR2153 СКАЧАТЬ

Похожие статьи

Импульсный блок питания — Страница 2 — Меандр — занимательная электроника

Подбор силовых ключей для блока питания

Теперь о том, чем будет управлять ШИМ-контроллер К1156ЕУ2 или TL494 или любая другая ИМС. В качестве силовых ключей будем использовать MOSFET транзисторы, как наиболее эффективные. Что касается биполярных, то их существенными недостатками являются повышенное остаточное напряжение на коллекторе в режиме насыщения, большая мощность управления по базовой цепи и большое время рассасывания. Все это приводит к значительному снижению КПД ключей. А IGBT или биполярные транзисторы с изолированным затвором слишком дороги и не особо распространены. Значит выбор падает на MOSFET.

Давайте определим границы подбора МОП-транзисторов. По условию нам нужен импульсный блок питания мощностью 600 ватт от электросети 220 вольт. Это значит, что после выпрямительных диодов и фильтрующего конденсатора 220 вольт переменного тока преобразуются в 300…310 вольт постоянного. Это при номинальном напряжении 220 В. Но в электросети может быть и 175 и 250 вольт. Сила тока в цепи номинально будет равна I=P/U или I=600 Вт/300(310) В=1,94…2 ампера.

Будущий импульсный преобразователь будет двухтактного типа, т.к. однотактные хорошо зарекомендовали себя на мощностях до 100 ватт. Схему включения силового каскада двухтактного импульсного блока питания выбираем из трех существующих. Это, как было сказано, мостовая (full-bridge), полумостовая (half-bridge) или со средней точкой (push-pull). Последняя схема наиболее эффективна с напряжением на входе до 100 вольт и мощностью до 500 ватт. В принципе можно использовать и пуш-пульную схему включения, но не будем повторяться, т.к. она как раз и является темой диспута в статье “Схема преобразователя мощностью 1000 ВА”. Полумостовая и мостовая схемы эффективно используются при более высоком напряжении на входе (а у нас 310 В) и с мощностями до 1 кВт в первом и выше 1 кВт во втором случае. Нам подходит полумостовая схема включения силового каскада.

Частоту переключения силовых транзисторов возьмем порядка 60 кГц. Из-за возможного дрейфа частоты она может повыситься до 65 кГц. Можно, конечно, увеличить частоту до 100 кГц, а то и больше. Однако многие магнитные материалы, применяемые в качестве сердечников импульсных трансформаторов, не способны работать на таких частотах. К тому же при повышении частоты нам понадобятся высокочастотные выпрямительные мощные диоды. А они не дешевы и для многих труднодоступны. К тому же, после двухполупериодного выпрямителя частота повышается в два раза. Так что ограничимся частотой в 60 кГц, как наиболее оптимальной.

Теперь определим амплитуду номинального напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора с учетом падения напряжения на переходе транзисторов. U=310/2 – u, где u – падение напряжения на переходе MOSFET. Поскольку транзисторы мы ещё не выбрали, то возьмем в среднем u=0,7 В. Отсюда U=(310/2)-0,7=154,3 В. Минимальная амплитуда при падении напряжения в сети до 175 вольт составит не более 123 В, а максимальная при повышении до 250 В – не менее 176 В. Для выбора МДП транзисторов исходим из максимально допустимой силы тока (600/123=4,8 А) и напряжения (176 В). По расчетам нам нужен MOSFET с напряжением сток-исток от 200 вольт и максимально допустимой силой тока через переход не ниже 6 ампер. Данным условиям отвечают, например, IRF630, 2SK1117, 2SK1917, IRF740, IRFP460, IRF830 и пр. Здесь опять же исходим из доступности и стоимости. Для нашего примера возьмем IRFP460. Силовые ключи подобрали.

Диоды выпрямительного моста на входе импульсного блока питания подбираем с учетом обратного напряжения от 400 вольт и силу тока от 2 ампер (600/(175 В*2 шт.)=1,71 А) при мостовой схеме. Берем диодный мост типа KBU810. Схема сетевого выпрямителя будет выглядеть следующим образом:

Резисторы R1 и R2 являются балластными и использованы для разряда высоковольтных конденсаторов в целях безопасности.

Расчет и намотка импульсного трансформатора

Теперь произведем расчет импульсного трансформатора.

Расчет трансформатора является наиболее сложной, важной и «тонкой» частью всего расчета импульсного блока питания. Для этого эффективнее всего воспользоваться компьютерными программами, самые популярные из которых можно скачать на нашем радиолюбительском сайте.

Итак, мы имеем в качестве исходных данных размах напряжений питания 247…355 В (при девиации напряжения сети 175…250 В), мощность не менее 600 ватт, эффективная индукция магнитопровода от 0,1 до 0,2 Тл, эффективная магнитная проницаемость магнитопровода при использовании в качестве сердечника ферритовое кольцо марки М2500НМС1 К65х40х9 составляет 1800…2000. Выше приведено действительное напряжение электросети для расчета импульсного трансформатора в программе Design tools pulse transformers 4.0.0.0 и ей подобных (см. статьи). Однако, как я советовал, программы лучше применять сразу все комплексно. Соответственно, в некоторых нужно указывать напряжение непосредственно на первичной обмотке импульсного трансформатора. Чуть выше мы приводили схему сетевого выпрямителя для питания импульсного блока. Как видите, там сетевое напряжение с помощью делителя преобразуется в двуполярное +/-154,3 В. Указано номинальное напряжение при сетевом в 220 В. Соответственно, при девиации напряжения сети 175…250 В на первичной обмотке оно будет колебаться в пределах не 247…355 вольт (такое после выпрямительных диодов и фильтрующих конденсаторов), а 247/2-0,7…355/2-0,7, т.е. 122,8…176,8 вольт. Будьте внимательны!

Думаем, что с помощью программ не составит особого труда определить основные характеристики необходимого импульсного трансформатора. Для взятого нами кольца К65х40х9 мы имеем следующее. КПД около 98%; число витков в первичной обмотке порядка 55 диаметром 1,2 мм; число витков каждой вторичной обмотки для напряжения +/-30 В составляет 10+10 с отводом от середины провода диаметром 1,5 мм. Все данные для намотки трансформатора нам известны. В результате самостоятельного изготовления должно получиться что-то подобное, а может и лучше (обмотки лучше размещать более равномерно по кольцу):

Переходим непосредственно к схемотехнической части разработки.

Проектирование схемы электрической принципиальной ИБП

Мы уже определили, что импульсный блок питания у нас будет двухтактный с полумостовым включением силового оконечного каскада, состоящего из двух мощных MOSFET IRFP460. В качестве ШИМ-контроллера выбрали микросхему К1156ЕУ2Р. Теперь перед нами стоит задача по объединению всех трех функциональных модулей, каждый из которых имеет свою электрическую цепь. Вместо того, чтобы изобретать велосипед, можно доработать имеющуюся типовую электрическую схему уже спроектированного ИБП на выбранном нами контроллере. В конечном счете, мы получили вот такой вариант схемы импульсного блока питания:

Как можно видеть, в нее входят все три модуля, рассмотренные нами выше.

Дополнительно с помощью реле и ограничивающего резистора R1 (типа С5-16MB или С5-5В) на входе реализован плавный пуск, позволяющий избежать резких бросков тока. Реле можно применить на напряжение как 12, так и 24 вольта с подбором резистора R19. Варистор RU1 защищает входную цепь от импульсов чрезмерной амплитуды. Конденсаторы С1—С4 и двухобмоточный дроссель L1 образуют сетевой помехоподавляющий фильтр, предотвращающий проникновение высокочастотных пульсаций, создаваемых преобразователем, в питающую сеть. L1 наматывается до заполнения окна проводом диаметра 0,5 мм на магнитопроводе Ш7х7 из альсифера ТЧ60, ТЧК55 или феррита типа 2000НМ. Обмотки дросселя содержат равное число витков. Можно применить магнитопровод типа К24х14х7. Тогда мотают 50 витков в 2 провода.

Подстроечный резистор R16 и конденсатор С12 определяют частоту преобразования. Для уменьшения ЭДС самоиндукции трансформатора Т2 параллельно каналам транзисторов включены демпферные диоды VD7 и VD8. Диоды Шоттки VD2 и VD3 защищают коммутирующие транзисторы и выходы микросхемы DA2 от импульсов обратного напряжения.

Токовый трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце К10×6×3 марки 4000НМ или на К12×8×3 марки 2000НМ. Первичная обмотка содержит 1 виток провода диаметром 0,5 мм или монтажного провода в поливинилхлоридной изоляции. Вторичная обмотка — 100 витков с отводом от середины провода ПЭЛШО диаметром 0,06…0,12 мм. Обмотки следует изолировать, например, лакотканью. Ток протекает через первичную обмотку трансформатора Т1. Напряжение вторичной обмотки через резистор R12 поступает на вход компаратора тока 9 вывод микросхемы DA2. В момент, когда напряжение на этом входе превысит порог срабатывания компаратора (1 вольт), генерация импульсов возбуждения будет прекращена. Ток срабатывания защиты зависит от числа витков вторичной обмотки трансформатора Т1, емкости конденсатора С8 и сопротивления резисторов R8, R9 (подстроечный), R12.

С момента включения в сеть до возбуждения инвертора микросхема К1156ЕУ2Р получает питание от параметрического стабилизатора напряжения на резисторе R2 (сопротивление которого, возможно, нужно будет понизить) и стабилитроне VD4 через диод VD5. В этом режиме микросхема потребляет ток не более 2 мА. После возбуждения инвертора ШИМ-контроллер питает вспомогательный выпрямитель VD13—VD16, напряжение с которого стабилизировано микросхемой КР142ЕН8В (или любой другой на напряжение стабилизации 15 вольт). Диоды VD5 и VD18 исключают взаимное влияние двух источников питания микросхемы К1156ЕУ2Р.

Оптрон U1 обеспечивает гальваническую развязку цепи обратной связи. Цепь ОС нужна для стабилизации выходного напряжения импульсного блока питания. Если оно превысит номинальное, то резко возрастет ток через стабилитрон VD17 и излучающий диод оптрона. В результате этого открывается фототранзистор оптрона. Напряжение на входе компаратора обратной связи по напряжению увеличивается (1 ножка микросхемы). Уменьшается длительность импульсов на выходе генератора. Это приводит к снижению выходного напряжения до номинального уровня.

Принцип действия схемы импульсного блока питания должен быть понятен. Теперь перейдем к советам по проектированию компоновки печатной платы и монтажу радиодеталей.

Советы по монтажу и изготовлению печатной платы для ИБП

Для обеспечения работы мощного импульсного источника питания необходимо уделить особое внимание расположению элементов на печатной плате и их монтажным соединениям. Длинные проводники могут стать причиной паразитной индуктивности и возникновению ненужной ЭДС, что, в конечном счете, приведет к генерации. Отсюда вытекает резкое повышение потребляемой мощности и сбой в работе генератора, который обязательно скажется на работе выходных силовых ключей в виде их пробоя сквозными токами. Поэтому длины всех проводников должны быть минимальными, выводы конденсаторов – короткими (особенно блокировочных, сглаживающих ВЧ пульсации). Со стороны монтажа на печатной плате под радиодеталями задающего генератора и ШИМ-контроллером должно быть оставлено много места для экрана. Конденсатор C21 должен иметь низкую собственную индуктивность. Его необходимо расположить не далее 6 мм от вывода 15 микросхемы DA2 для подавления высокочастотных помех. Сильноточные цепи необходимо выполнять минимальной длины. Ширина дорожек сильноточных цепей выбирается размером 5 мм и более. Для слаботочных цепей достаточно ширины дорожки в 0,8…1,5 мм. При этом следует исходить из зависимости 0,5 ампер тока на ширину дорожки 0,5 мм. С учетом вытравливания меди – минимальная ширина 0,8 мм. В том месте, где невозможно проложить дорожку большой ширины, при лужении на нее напаивают слой припоя или по всей длине напаивают луженый провод, тем самым увеличивая толщину.

В заключение стоит пару слов уделить такому нехорошему явлению, как скин-эффект. В результате него переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое. Это может иметь печальные последствия для нашего импульсного трансформатора при больших мощностях. Поэтому рекомендуется мотать силовые обмотки трансформатора не одиночным проводом большого сечения, т.к. пользы от него никакой не будет, а «косичкой», сплетенной из нескольких проводов меньшего диаметра. Получается своего рода литцендрат. Тем самым мы улучшим добротность обмоток, повысим КПД и качество импульсного трансформатора. Обратите внимание, как намотана первичная обмотка:

На фото 8 косичек по 15 проводов в каждой. Смотрится солидно, не правда ли?

Эпилог

В данной, как оказалось, далеко некороткой, статье рассмотрены наиважнейшие моменты конструирования импульсных боков питания, с которыми обязательно столкнется каждый решившийся на создание ИИП радиолюбитель. Мы постарались максимально четко расписать весь алгоритм действий. Более подробно рассмотрели моменты, на которых стоит акцентировать внимание. Все дополнительные советы и рекомендации выкладывайте в комментариях.

mikrocxema.ru

Возможно, вам это будет интересно: