Захранващо устройство: с и без регулиране, лабораторен, импулсен, устройство, ремонт

54684486

Направете захранване със собствените си ръце прави смисъл не само за ентусиазирано аматьорско радио. Самонаблюдаваният захранващ блок (PSU) ще създаде удобство и ще спести значителна сума и в следните случаи:

  • За захранване на електроинструмент с ниско напрежение, за да се спестят разходите за скъпата батерия (батерия);
  • За електрифициране на помещения, особено опасни по отношение на степента на токов удар: сутерени, гаражи, навеси и др. Когато ги захранвате с променлив ток, голямата им стойност в окабеляването с ниско напрежение може да повлияе на домакинските уреди и електрониката;
  • В дизайна и творчеството за точно, безопасно и неотпадъчно рязане на нагрята нишерова пяна, гума от пенопласт, нискотемпературна пластмаса;
  • В дизайна на осветлението - използването на специални захранвания ще удължи живота на LED лентата и ще постигне стабилни светлинни ефекти. Доставянето на подводни осветители на фонтан , езеро и т.н. от битови електроенергии е общо взето неприемливо;
  • За зареждане на телефони, смартфони, таблети, лаптопи далеч от стабилни захранвания;
  • За електро акупунктура;
  • И много други, които не са пряко свързани с електрониката, целите.

Допустими опростявания

Професионалните BP се изчисляват за подаване на товари от всякакъв вид, вкл. реактивен. Сред възможните потребители е прецизното оборудване. Определеното напрежение на про-ПД трябва да бъде поддържано с най-висока точност безкрайно, а неговата конструкция, защита и автоматизация трябва да могат да се управляват от неквалифициран персонал при тежки условия, Биолози да захранват своите инструменти в оранжерия или в експедиция.

Електрозахранването на аматьорски лаборатории не е ограничено от тези ограничения и следователно може да бъде значително опростено, като същевременно се запази достатъчно за собственото му използване на показатели за качество. Освен това, чрез също така просто подобрения, може да се получи ОВ със специално предназначение. Сега ние също ще бъдем ангажирани.

Съкращения

По-нататък в текста, с цел краткост, се използват конвенционалните съкращения. Най-често ще се срещнете:

  1. Късо съединение - късо съединение.
  2. XX - на празен ход, т.е. Внезапно изключване на товара (потребител) или прекъсване в неговата верига.
  3. STS е коефициентът на стабилизиране на напрежението. Тя е равна на съотношението на изменението на входното напрежение (в% или пъти) до същия изход, при непроменено потребление на ток. Например. Напрежението на мрежата падна "до пълно" от 245 на 185V. Що се отнася до нормата в 220V, това ще бъде 27%. Ако STS CS е 100, изходното напрежение ще се промени с 0.27%, което при 12V стойност ще даде отклонение от 0.033V. За любителската практика е повече от приемливо.
  4. IPN е източник на нестабилизиран първичен стрес. Той може да бъде трансформатор на желязо с токоизправител или импулсен мрежов инвертор (IIN).
  5. IIN - работят на висока (8-100 kHz) честота, която позволява използването на леки компактни трансформатори върху ферит с намотки от няколко или няколко десетки навивки, но не са лишени от недостатъци, виж по-долу.
  6. РЭ - регулиращ елемент на регулатора на напрежението (СН). Поддържа изхода на зададената стойност.
  7. ION е референтния източник на напрежение. Задава референтната му стойност, по която, заедно със сигналите за обратна връзка на операционната система, контролната единица на управляващото устройство работи на ER.
  8. CNS - стабилизатор на постоянното напрежение; Просто - "аналогов".
  9. ISN - регулатор на импулсното напрежение.
  10. UPS - превключващо захранване.

Забележка: както CNS, така и ISN могат да работят както от PID на индустриалната честота с трансформатор върху желязото, така и от IIN.

За компютъра BS

UPS са компактни и икономични. И в килера много хора имат BP от стария компютър, морално остарели, но доста удобни. Така че е възможно да се адаптира превключващото захранване от компютъра за аматьорски / професионални цели? За съжаление компютърният UPS е изключително високо специализирано устройство и възможностите за неговото използване в ежедневието / на работното място са много ограничени:

  • 54684684468 UPS не е предназначен за XX. В този случай те имат защитно устройство (САЩ), но честите продължителни аварийни пътувания намаляват надеждността на UPS до неприемливо ниско ниво.
  • UPS създава високо ниво на RF смущения в схемите на потребление, защото Логиката не е много чувствителна към тях, а конструктивното потискане е много по-скъпо да се развива и произвежда.
  • Устройствата за UPS са предназначени да променят текущото потребление в относително малък диапазон, така че диференциалното съпротивление на изхода δr (повече за него по-късно) е доста голямо.
  • Направете изходното напрежение на UPS регулируемо, без нейната обработка на капитала да е невъзможна.

За да използвате UPS, преобразуван от компютър, препоръчително е аматьор, може би, да захранва само електроинструмент; За това вижте по-долу. Вторият случай - ако аматьорът се занимава с ремонт на компютър и / или създаване на логически схеми. Но тогава той вече знае как да адаптира BP от компютъра за това:

  1. Заредете главните канали + 5V и + 12V (червени и жълти жици) с нихромни спирали за 10-15% от номиналното натоварване;
  2. Зеленият мек стартов проводник (бутон за нискочестотния ток на предния панел на системата) е включен, т.е. На някоя черна жица;
  3. Включете / изключете механично с превключвателя на задния панел на захранването;
  4. При механични (железни) I / O "задължения", т.е. Независимото захранване на USB портове + 5V също ще бъде изключено.

За бизнес!

Поради недостатъците на UPS, плюс тяхната фундаментална и схематична сложност, ще разгледаме само няколко от тях, но в края на краищата ще бъдем прости и полезни и ще говорим за методите за ремонт на IIN. Основната част от материала е посветена на CN и IPI с индустриални честотни трансформатори. Те позволяват на човек, който току-що е взел спойка за изграждане на BP с много високо качество. И като го има във фермата, да овладее техниката на "тънки" ще бъде по-лесно.

PPI

Първо разглеждаме IPN. Импулсните детайли ще останат до секцията за ремонт, но те имат "желязо" често: силов трансформатор, токоизправител и пулсации за потискане на филтрирането. В комплекса те могат да бъдат изпълнени по различни начини в съответствие с целта на BP.

Електрически схеми на токоизправител

Електрически схеми на токоизправител

Поз. 1 на фиг. 1 - половин вълнов (1p) токоизправител. Намаляването на напрежението на диода е най-малкото, ca. 2В. Но пулсацията на ректифицираното напрежение - с честота 50 Hz и "разкъсана", т.е. С интервалите между импулсите, следователно кондензаторът на филтъра на пулсациите Сф трябва да бъде в 4-6 пъти повече капацитет, отколкото в други схеми. Използването на мощен трансформатор Tp за мощност е 50%; Само 1 половин вълна се изправя. По същата причина магнитният поток на потока възниква в магнитния кръг Тр и неговата мрежа "вижда" не като активен товар, а като индуктивност. Следователно, 1p токоизправители се използват само при ниска мощност и където няма друг начин, например. В IIN за блокиране на генератори и с амортисьор диод, вижте по-долу.

Забележка: Защо 2В, а не 0,7V, което отваря п-n съединение в силиций? Причината е пропускът, който се обсъжда по-късно.

Поз. 2 - 2-полупериод със средна точка (2PС). Загубите на диоди са същите като при предишните. Случаят. Пулсацията - 100 Hz е непрекъсната, така че Cf се нуждае от възможно най-малкото. Използвайте Тр - 100% Липса - двойна консумация на мед върху вторичната намотка. Във време, когато токоизправителите бяха на кенотронните лампи, нямаше значение, а сега е определящата. Ето защо, 2PS се използват в нисковолтови токоизправители, главно с висока честота с Schottky диоди в UPS, но няма съществени ограничения за силата на 2PS.

Поз. 3 - 2-полу-период мост, 2PM. Загубите на диоди - удвоени в сравнение с позицията. 1 и 2. Останалото - както в 2PС, но медта на вторичните нужди почти два пъти по-малко. Почти - защото трябва да се направят няколко завъртания, за да се компенсират загубите на двойката "екстра" диоди. Най-често срещаната верига за напрежение от 12V.

Поз. 3 - биполярно. "Мостът" се изобразява условно, както е обичайно в схематичните диаграми (свикна се!) И се върти на 90 градуса обратно на часовниковата стрелка, но всъщност това е двойка многополюсни 2Ps, както ясно се вижда на фиг. 6. Потреблението на мед като в 2PS, загуба на диоди, както в 2PM, останалата част както и при двете. Основно е предназначен за доставка на аналогови устройства, изискващи симетрия на напрежението: Hi-Fi UMZCH, DAC / ADC и др.

Поз. 4 - биполярно, съгласно схемата на паралелно удвояване. Дава без допълнителни мерки повишена симетрия на напрежението, защото Асиметрията на вторичната намотка е изключена. Използването на Tp е 100%, пулсацията е 100 Hz, но е разкъсана, така че Sf има нужда от два пъти капацитета. Загубите на диоди от около 2,7V, дължащи се на взаимен обмен на токове, вижте по-долу, и при мощност от повече от 15-20 вата се увеличават рязко. Те са изградени предимно като помощни устройства с ниска мощност за самостоятелно захранване на операционни усилватели (OU) и други аналогови възли с ниска консумация на електроенергия.

Как да изберем трансформатор?

В UPS цялата схема най-често е тясно свързана с размера (по-точно - с обема и напречната площ Sс) на трансформатора / трансформатора, т.е. Използването на фини процеси във ферит прави възможно опростяването на схемата с по-голяма надеждност. Тук "по някакъв начин по свой начин" се свежда до точното спазване на препоръките на предприемача.

Трансформаторът върху желязото се избира при отчитане на характеристиките на ЦНС или се приспособява към него при изчисляването му. Намаляването на напрежението на RE Ure не трябва да бъде по-малко от 3V, в противен случай STS ще падне рязко. Тъй като Ure се увеличава, STS се увеличава до известна степен, но разселената мощност се увеличава много по-бързо. Затова Ure отнема 4-6 V. Прибавя се към него 2 (4) B загуби на диоди и спад на напрежението върху вторичната намотка Tp U2; За обхват на мощността от 30-100 W и напрежения от 12-60 V, ние го отвеждаме до 2.5V. U2 възниква предимно не на омичното съпротивление на намотката (обикновено е пренебрежимо малка за мощни трансформатори), а поради загуби от обръщане на магнита на сърцевината и създаване на дисперсно поле. Просто част от енергията на мрежата, "изпомпвана" от първичната намотка в магнитната верига, се изпарява в световното пространство, което отчита стойността на U2.

Така че, преброихме, да речем, за мост токоизправител, 4 + 4 + 2.5 = 10.5V пиньона. Добавяме го към необходимото изходно напрежение на захранващия блок; Нека да бъде 12V, и да се разделят на 1.414, получаваме 22.5 / 1.414 = 15.9 или 16V, това ще бъде най-малкото допустимо напрежение на вторичната намотка. Ако Tr е фабрика, ние приемаме 18B от типична серия.

Сега бизнесът е вторичен, което, разбира се, е равно на максималния ток на товара. Да предположим, че имаме нужда от 3А; Умножете по 18V, ще бъде 54W. Получихме общата мощност на Tp, Pg и намерихме паспорта P, разделяйки Pr на ефективността Tp n в зависимост от Pr:

  • До 10 W, η = 0.6.
  • 10-20 W, η = 0.7.
  • 20-40 W, η = 0.75.
  • 40-60 W, η = 0.8.
  • 60-80 W, η = 0.85.
  • 80-120 W, η = 0.9.
  • От 120 W, η = 0,95.

В нашия случай ще има P = 54 / 0.8 = 67.5W, но няма такава типична стойност, така че трябва да вземем 80W. За да получите изход 12Vh3A = 36W. Парни локомотив, и само. Време е да се научите как да изчислявате и "транс" себе си. Освен това в СССР са разработени методи за изчисляване на трансформатори върху желязото, които позволяват без загуба на надеждност да изтласкат 600 W от ядрото, което, когато се изчислява чрез радиолюбителски указатели, може да произвежда само 250 W. "Желязният транс" не е толкова глупав, колкото изглежда.

CNS

Ректифицираното напрежение трябва да бъде стабилизирано и най-често регулирано. Ако товарът е по-мощен от 30-40 W, е необходима защита срещу късо съединение, в противен случай повредата на захранващия блок може да доведе до повреда в мрежата. Всичко това прави CNN заедно.

Проста референция

По-добре е за начинаещ да не се качва на висока мощност наведнъж, а да направи проста, силно стабилна SNN за пробата, съгласно схемата на фиг. 2. Тогава може да се използва като източник на референтно напрежение (точната му стойност е зададена от R5), за калибриране на инструментите или като ION на висококачествена ЦНС. Максималният ток на натоварване на тази схема е само 40mA, но STS на antediluvian GT403 и същият стар K140UD1 е повече от 1000, а когато VT1 е заменен със силиций със средна мощност и DA1 на която и да е от съвременните операционни системи, той ще надхвърли 2000 и дори 2500. -200 mA, което вече е достатъчно добро.

Обикновено високо прецизен регулатор на напрежението

Обикновено високо прецизен регулатор на напрежението

0-30

Следващата стъпка е захранване с регулиране на напрежението. Предишният беше направен от т.нар. Схемата за компенсация за сравнение, но за преориентиране на такъв голям ток е трудна. Ще направим нов SNN въз основа на емитер последовател (ЕП), в който RE и UC се комбинират само в един транзистор. STS ще бъде някъде около 80-150, но аматьорът ще бъде достатъчен. Но CNE на ЕП позволява да се получи изходен ток до 10А или повече без специални трикове, колко ще дадат TR и ще поддържат RE.

Прости регулируеми захранвания с ниска мощност и 5А

Прости регулируеми захранвания с ниска мощност и 5А

Веригата на прост захранващ блок при 0-30V е показана на поз. 1 Фиг. 3. IPN за него - готов трансформатор, като например CCI или TC за 40-60 W с вторична намотка при 2x24V. Изправител тип 2PS на диоди за 3-5А и повече (KD202, KD213, D242 и др.). VT1 е инсталиран на радиатор с площ от 50 квадратни метра. см; Много стар от процесора на компютъра. При тези условия това SNN не се страхува от късо съединение, само VT1 и TR ще се нагреят, така че 0.5A предпазител в първичната намотка верига ще бъде достатъчно за защита.

Поз. 2 показва колко удобен е за вентилатор CNN към EP: има 5A PSU схема с настройка от 12 до 36 V. Това PSU може да даде натоварване от 10А, ако има Tp на 400W 36V. Първата му характеристика е интегралната CNN на K142EN8 (за предпочитане с индекс B), която стои в необичайната роля на CU: към собствените си 12V, на изхода, всички 24 V напрежение от ION към R1, R2, VD5, VD6 се добавя към изхода. Капацитетите C2 и C3 предотвратяват възбуждането на висока честота DA1, работещи в необичаен режим.

Следващият момент е защитното устройство (САЩ) от късо съединение към R3, VT2, R4. Ако напрежението над R4 надвиши около 0.7V, се отвори VT2, затваря общата схема VT1 към общия проводник, затваря и изключва натоварването от напрежението. R3 е необходим, така че екстрактите при активиране на ултразвук не увреждат DA1. Увеличаване на стойността му не е необходимо, защото Когато UT се задейства, е необходимо сигурно да заключите VT1.

И последният е очевидният излишен капацитет на изходния филтърен кондензатор C4. В този случай е безопасно, защото Максималният ток на колектора VT1 в 25А осигурява зареждането му при включване. Но този SNN може да даде ток до 30А за товар от 50-70 ms, така че това просто захранване е подходящо за захранване с електрически инструмент за ниско напрежение: началният му ток не надвишава тази стойност. Трябва само да направите (поне от плексиглас) контактна обувка с кабел, поставена на петата на дръжката и да оставите "Akumitch" да си почине и да запазите ресурса, преди да напуснете.

За охлаждане

Да речем, в тази схема на изхода на 12V с максимум 5А. Това е само средната мощност на електрическия мозайката, но за разлика от свредла или отвертка, тя го отнема постоянно. На С1 е около 45V, т.е. На RE VT1 остава някъде 33V при ток от 5А. Разсейването на мощността е повече от 150W, дори повече от 160, като се има предвид, че VD1-VD4 също трябва да се охлажда. Следователно е ясно, че всички мощни регулирани ПП трябва да бъдат оборудвани с много ефективна охладителна система.

Самодельный эффективный радиатор для мощного блока питания

Домашен ефективен радиатор за мощно захранване

Оребният / игленият радиатор не решава проблема с природната конвекция: изчислението показва, че е необходима дисекционна повърхност от 2000 кв. М. Вижте също дебелината на тялото на радиатора (плочата, от която ребрата или иглите напускат) от 16 мм. За да се получи толкова много алуминий във формата на продукт в имота за любител е бил и остава мечта в кристален замък. Процесорният охладител с издухване също не е подходящ, той е проектиран за по-малко енергия.

Една от възможностите за домашен майстор е алуминиева плоча с дебелина 6 мм и размери от 150x250 мм с отвори, пробити в разредна форма с отвори с нарастващ диаметър, пробити по радиусите от мястото на монтиране на охлаждания елемент. Той също така служи като задната стена на кутията за захранване, както е показано на фиг. 4.

Необходимо условие за ефективността на такъв охладител е слаб, но непрекъснат въздушен ток през перфорации отвън навътре. За да направите това, в кутията е монтиран вентилатор за ниски мощности (за предпочитане в горната част). Подходящ компютър с диаметър 76 mm, например. вътр. Хладилен твърд диск или видеокарта. Той е свързан към клеми 2 и 8 на DA1, винаги има 12V.

Забележка: Обикновено радикален начин за преодоляване на този проблем е вторичната намотка Tp с кранове от 18, 27 и 36V. Основното напрежение се превключва в зависимост от инструмента в действие.

И все пак UPS

Описаната за семинара BP е добра и много надеждна, но е трудно да я носите с вас до изхода. Тук и е необходимо да се побере компютър BP: по-голямата част от нейните недостатъци електроинструментът е нечувствителен. Някои усъвършенствания най-често се свеждат до инсталирането на електролитен кондензатор с голям капацитет (най-близо до товара) за целите, описани по-горе. Рецептите за преобразуване на компютърните BPs в електрически инструменти (най-вече отвертки, които не са много мощни, но много полезни) са известни в рутера, един от методите е показан във видеото по-долу за 12V инструмент.

Видео: БП 12В из компьютерного

С инструментами на 18В еще проще: при той же мощности они потребляют меньший ток. Здесь может пригодится куда более доступное устройство зажигания (балласт) от лампы-экономки на 40 и более Вт; его можно целиком поместить в корпус от негодной АКБ, и снаружи останется только кабель с сетевой вилкой. Как из балласта от сгоревшей экономки сделать блок питания для шуруповерта на 18В, см. следующее видео.

Видео: БП 18В для шуруповерта

Высокий класс

Но вернемся к СНН на ЭП, их возможности далеко еще не исчерпаны. На Рис. 5 – двухполярный мощный блок питания с регулировкой 0-30 В, пригодный для Hi-Fi звуковой аппаратуры и прочих привередливых потребителей. Установка выходного напряжения производится одной ручкой (R8), а симметрия каналов поддерживается автоматически при любой его величине и любом токе нагрузки. Педант-формалист при виде этой схемы, возможно, поседеет на глазах, но у автора такой БП исправно работает уже около 30 лет.

Мощный двухполярный регулируемый блок питания

Мощный двухполярный регулируемый блок питания

Главным камнем преткновения при его создании было δr = δu/δi, где δu и δi – малые мгновенные приращения напряжения и тока соответственно. Для разработки и наладки высококлассной аппаратуры нужно, чтобы δr не превышало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr определяет способность БП мгновенно реагировать на броски тока потребления.

У СНН на ЭП δr равно таковому ИОН, т.е. стабилитрона, деленному на коэффициент передачи тока β РЭ. Но у мощных транзисторов β на большом коллекторном токе сильно падает, а δr стабилитрона составляет от единиц до десятков Ом. Здесь же, чтобы компенсировать падение напряжения на РЭ и уменьшить температурный дрейф выходного напряжения, пришлось набрать их целую цепочку пополам с диодами: VD8-VD10. Поэтому опорное напряжение с ИОН снимается через дополнительный ЭП на VT1, его β умножается на β РЭ.

Следующая фишка данной конструкции – защита от КЗ. Простейшая, описанная выше, в двухполярную схему никак не вписывается, поэтому задача защиты решена по принципу «против лома нет приема»: защитного модуля как такового нет, но есть избыточность параметров мощных элементов – КТ825 и КТ827 на 25А и КД2997А на 30А. Т2 такой ток дать не способен, а пока он разогреется, успеют сгореть FU1 и/или FU2.

Примечание: делать индикацию перегорания предохранителей на миниатюрных лампах накаливания не обязательно. Просто тогда светодиоды были еще довольно дефицитны, а СМок в загашнике насчитывалось несколько горстей.

Осталось уберечь РЭ от экстратоков разряда фильтра пульсаций С3, С4 при КЗ. Для этого они включены через ограничительные резисторы малого сопротивления. При этом в схеме могут возникнуть пульсации с периодом, равным постоянной времени R(3,4)C(3,4). Их предотвращают С5, С6 меньшей емкости. Их экстратоки для РЭ уже не опасны: заряд стечет быстрее, чем кристаллы мощнющих КТ825/827 разогреются.

Симметрию выхода обеспечивает ОУ DA1. РЭ минусового канала VT2 открывается током через R6. Как только минус выхода по модулю превзойдет плюс, он приоткроет VT3, а тот подзакроет VT2 и абсолютные величины выходных напряжений сравняются. Оперативный контроль за симметрией выхода осуществляется по стрелочному прибору с нулем посередине шкалы P1 (на врезке – его внешний вид), а регулировка при необходимости – R11.

Последняя изюминка – выходной фильтр С9-С12, L1, L2. Такое его построение необходимо для поглощения возможных ВЧ наводок от нагрузки, чтобы не ломать голову: опытный образец глючит или БП «заколбасило». С одними электролитическими конденсаторами, зашунтированными керамикой, тут полной определенности нет, мешает большая собственная индуктивность «электролитов». А дроссели L1, L2 разделяют «отдачу» нагрузки по спектру, и – каждому свое.

Этот БП в отличие от предыдущих требует некоторой наладки:

  1. Подключают нагрузку на 1-2 А при 30В;
  2. R8 ставят на максимум, в крайнее верхнее по схеме положение;
  3. С помощью эталонного вольтметра (сейчас подойдет любой цифровой мультиметр) и R11 выставляют равные по абсолютной величине напряжения каналов. Может быть, если ОУ без возможности балансировки, придется подобрать R10 или R12;
  4. Подстроечником R14 выставляют P1 точно на ноль.

Примечание: радиаторы РЭ – наподобие описанного выше, но большего размера, 180х340 мм. Они составляют боковые стенки корпуса. С7, С8 – антипаразитные.

О ремонте БП

БП выходят из строя чаще других электронных устройств: они принимают на себя первый удар бросков сети, им много чего достается и от нагрузки. Даже если вы не намерены делать свой БП, ИБП найдется, кроме компа, в микроволновке, стиралке и др. бытовой технике. Умение диагностировать БП и знание основ электробезопасности даст возможность если не устранить неисправность самому, то уж со знанием дела поторговаться о цене с ремонтниками. Поэтому посмотрим, как производится диагностика и ремонт БП, особенно с ИИН, т.к. свыше 80% отказов приходится на их долю.

54684486468

Насыщение и сквозняк

Прежде всего – о некоторых эффектах, без понимания которых работать с ИБП нельзя. Первый из них – насыщение ферромагнетиков. Они не способны принять в себя энергии более определенной величины, зависящей от свойств материала. На железе любители с насыщением сталкиваются редко, его можно намагнитить до нескольких Тл (Тесла, единица измерения магнитной индукции). При расчете железных трансформаторов индукцию берут 0,7-1,7 Тл. Ферриты выдерживают только 0,15-0,35 Тл, их петля гистерезиса «прямоугольнее», и работают на повышенных частотах, так что вероятность «заскочить в насыщение» у них на порядки выше.

Если магнитопровод насытился, индукция в нем более не растет и ЭДС вторичных обмоток пропадает, хоть бы первичка уже плавилась (помните школьную физику?). Теперь выключим первичный ток. Магнитное поле в магнитомягких материалах (магнитожесткие – это постоянные магниты) не может существовать стационарно, как электрический заряд или вода в баке. Оно начнет рассеиваться, индукция падать, и во всех обмотках наведется ЭДС противоположной относительно исходной полярности. Этот эффект достаточно широко используется в ИИН.

В отличие от насыщения, сквозной ток в полупроводниковых приборах (попросту – сквозняк) явление безусловно вредное. Он возникает вследствие формирования/рассасывания объемных зарядов в p и n областях; у биполярных транзисторов – преимущественно в базе. Полевые транзисторы и диоды Шоттки от сквозняка практически свободны.

Напр., при подаче/снятии напряжения на диод он, пока заряды не соберутся/рассосутся, проводит ток в обеих направлениях. Именно поэтому потери напряжения на диодах в выпрямителях больше 0,7В: в момент переключения часть заряда фильтрового конденсатора успевает стечь через обмотку. В выпрямителе с параллельным удвоением сквозняк стекает сразу через оба диода.

Сквозняк транзисторов вызывает выброс напряжения на коллекторе, способный испортить прибор или, если подключена нагрузка, сквозным экстратоком повредить ее. Но и без того транзисторный сквозняк увеличивает динамические потери энергии, как и диодный, и уменьшает КПД устройства. Мощные полевые транзисторы ему почти не подвержены, т.к. не накапливают заряд в базе за ее отсутствием, и поэтому переключаются очень быстро и плавно. «Почти», потому что их цепи исток-затвор защищены от обратного напряжения диодами Шоттки, которые чуточку, но сквозят.

Типы ИНН

ИБП ведут свою родословную от блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включении Uвх VT1 приоткрыт током через Rб, по обмотке Wк течет ток. Мгновенно вырасти до предела он не может (снова вспоминаем школьную физику), в базовой Wб и обмотке нагрузки Wн наводится ЭДС. С Wб она через Сб форсирует отпирание VT1. По Wн ток пока не течет, не пускает VD1.

Типовые схемы импульсных инверторов напряжения

Типовые схемы импульсных инверторов напряжения

Когда магнитопровод насытится, токи в Wб и Wн прекращаются. Затем за счет диссипации (рассасывания) энергии индукция падает, в обмотках наводится ЭДС противоположной полярности, и обратное напряжение Wб мгновенно запирает (блокирует) VT1, спасая его от перегрева и теплового пробоя. Поэтому такая схема и названа блокинг-генератором, или просто блокингом. Rк и Ск отсекают ВЧ помехи, которых блокинг дает хоть отбавляй. Теперь с Wн можно снять некоторую полезную мощность, но только через выпрямитель 1П. Эта фаза продолжается, пока Сб не перезарядится полностью или пока не иссякнет запасенная магнитная энергия.

Мощность эта, впрочем, невелика, до 10Вт. Если попробовать взять больше, VT1 сгорит от сильнейшего сквозняка, прежде чем заблокируется. Поскольку Тр насыщается, КПД блокинга никуда не годится: более половины запасенной в магнитопроводе энергии улетает греть иные миры. Правда, за счет того же насыщения блокинг до некоторой степени стабилизирует длительность и амплитуду своих импульсов, а схема его очень проста. Поэтому ИНН на основе блокинга часто применяют в дешевых телефонных зарядках.

Примечание: величина Сб во многом, но не полностью, как пишут в любительских справочниках, определяет период повторения импульсов. Величина его емкости должна быть увязана со свойствами и размерами магнитопровода и быстродействием транзистора.

Блокинг в свое время породил строчную развертку телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), а она – ИНН с демпферным диодом, поз. 2. Здесь УУ по сигналам от Wб и цепи обратной связи ЦОС принудительно открывает/запирает VT1 прежде чем Тр насытится. При запертом VT1 обратный ток Wк замыкается через тот самый демпферный диод VD1. Это рабочая фаза: уже большая, чем в блокинге, часть энергии снимается в нагрузку. Большая потому, что при полном насыщении вся лишняя энергия улетает, а здесь этого лишку мало. Таким путем удается снимать мощность до нескольких десятков Вт. Однако, поскольку УУ не может сработать, пока Тр не подошел к насыщению, транзистор сквозит все-таки сильно, динамические потери велики и КПД схемы оставляет желать много большего.

ИИН с демпфером до сих пор живы в телевизорах и дисплеях с ЭЛТ, поскольку в них ИИН и выход строчной развертки совмещены: мощный транзистор и Тр общие. Это намного сокращает издержки производства. Но, откровенно говоря, ИИН с демпфером принципиально чахлый: транзистор и трансформатор вынуждены все время работать на грани аварии. Ин женеры, сумевшие довести эту схему до приемлемой надежности, заслуживают глубочайшего уважения, но совать туда паяльник никому, кроме мастеров, прошедших профессиональную подготовку и обладающих соответствующим опытом, настоятельно не рекомендуется.

Двухтактный ИНН с отдельным трансформатором обратной связи применяется наиболее широко, т.к. обладает наилучшими качественными показателями и надежностью. Впрочем, по части ВЧ помех и он страшно грешит по сравнению с БП «аналоговыми» (с трансформаторами на железе и СНН). В настоящее время эта схема существует во множестве модификаций; мощные биполярные транзисторы в ней почти начисто вытеснены полевыми, управляемыми спец. ИМС, но принцип действия остается неизменным. Его иллюстрирует исходная схема, поз. 3.

Устройство ограничения (УО) ограничивает ток заряда емкостей входного фильтра Сфвх1(2). Их большая величина – непременное условие работы устройства, т.к. за один рабочий цикл из них отбирается малая доля запасенной энергии. Грубо говоря, они играют роль водонапорного бака или воздушного ресивера. При заряде «накоротко» экстраток заряда может превышать 100А на время до 100 мс. Rc1 и Rc2 сопротивлением порядка МОм нужны для симметрирования напряжения фильтра, т.к. малейший разбаланс его плеч недопустим.

Когда Сфвх1(2) зарядятся, устройство запуска УЗ формирует запускающий импульс, открывающий одно из плеч (какое – все равно) инвертора VT1 VT2. По обмотке Wк большого силового трансформатора Тр2 течет ток и магнитная энергия из его сердечника через обмотку Wн почти полностью уходит на выпрямление и в нагрузку.

Небольшая часть энергии Тр2, определяемая величиной Rогр, снимается с обмотки Wос1 и подается на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора обратной связи Тр1. Он быстро насыщается, открытое плечо закрывается и за счет диссипации в Тр2 открывается ранее закрытое, как описано для блокинга, и цикл повторяется.

В сущности, двухтактный ИИН – 2 блокинга, «пихающих» друг друга. Поскольку мощный Тр2 не насыщается, сквозняк VT1 VT2 невелик, полностью «тонет» в магнитопроводе Тр2 и в конечном итоге уходит в нагрузку. Поэтому двухтактный ИИН может быть построен на мощность до нескольких кВт.

Хуже, если он окажется в режиме ХХ. Тогда за полуцикл Тр2 успеет насытиться и сильнейший сквозняк сожжет сразу оба VT1 и VT2. Впрочем, сейчас есть в продаже силовые ферриты на индукцию до 0,6 Тл, но они дороги и от случайного перемагничивания деградируют. Разрабатываются ферриты более чем на 1 Тл, но, чтобы ИИН достигли «железной» надежности, надо хотя бы 2,5 Тл.

Методика диагностирования

При поиске неисправностей в «аналоговом» БП, если он «тупо молчит», проверяют сначала предохранители, затем защиту, РЭ и ИОН, если в нем есть транзисторы. Звонятся нормально – идем дальше поэлементно, как описано ниже.

В ИИН, если он «заводится» и тут же «глохнет», проверяют сначала УО. Ток в нем ограничивает мощный резистор малого сопротивления, затем шунтируемый оптотиристором. Если «резик» видимо подгорел, меняют его и оптрон. Прочие элементы УО выходят из строя крайне редко.

Если ИИН «молчит, как рыба об лед», диагностику начинают тоже с УО (может, «резик» совсем сгорел). Затем – УЗ. В дешевых моделях в них используются транзисторы в режиме лавинного пробоя, что далеко не весьма надежно.

Следующий этап, в любых БП – электролиты. Разрушение корпуса и вытекание электролита встречаются далеко не так часто, как пишут в рунете, но потеря емкости случается гораздо чаще, чем выход из строя активных элементов. Проверяют электролитические конденсаторы мультиметром с возможностью измерения емкости. Ниже номинала на 20% и более – опускаем «дохляка» в отстой и ставим новый, хороший.

5468486648

Затем – активные элементы. Как прозванивать диоды и транзисторы вы, наверное, знаете. Но тут есть 2 каверзы. Первая – если диод Шоттки или стабилитрон звонится тестером с батарейкой на 12В, то прибор может показать пробой, хотя диод вполне исправен. Эти компоненты лучше звонить стрелочным прибором с батарейкой на 1,5-3 В.

Вторая – мощные полевики. Выше (обратили внимание?) сказано, что их И-З защищены диодами. Поэтому мощные полевые транзисторы звонятся вроде бы как исправные биполярные даже негодными, если канал «выгорел» (деградировал) не полностью.

Тут единственный доступный дома способ – замена на заведомо исправные, причем обоих сразу. Если в схеме остался горелый, он немедленно потянет за собой новый исправный. Электронщики шутят, мол, мощные полевики жить друг без друга не могут. Еще проф. шуточка – «замена гей-пары». Это к тому, что транзисторы плеч ИИН должны быть строго однотипными.

Наконец, пленочные и керамические конденсаторы. Для них характерны внутренние обрывы (находятся тем же тестером с проверкой «кондюков») и утечка или пробой под напряжением. Чтобы их «выловить», нужно собрать простенькую схемку по Рис. 7. Пошагово проверка электрических конденсаторов на пробой и утечку осуществляется так:

Схема проверки электрических конденсаторов на пробой и утечку под напряжением

Схема проверки электрических конденсаторов на пробой и утечку под напряжением

  • Ставим на тестере, никуда его не подключая, наименьший предел измерения постоянного напряжения (чаще всего – 0,2В или 200мВ), засекаем и записываем собственную погрешность прибора;
  • Включаем предел измерения 20В;
  • Подключаем подозрительный конденсатор в точки 3-4, тестер к 5-6, а на 1-2 подаем постоянное напряжение 24-48 В;
  • Переключаем пределы напряжения мультиметра вниз вплоть до наименьшего;
  • Если на любом тестер показал хоть что-то, кроме 0000.00 (на самом малом – что-то, кроме собственной погрешности), проверяемый конденсатор не годен.

На этом методическая часть диагностики заканчивается и начинается творческая, где все инструкции – собственные знания, опыт и соображение.

Пара импульсников

ИБП статья особая, вследствие их сложности и схемного разнообразия. Здесь мы, для начала, рассмотрим пару образцов на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющей получить наилучшее качество ИБП. Схем на ШИМ в рунете много, но не так страшен ШИМ, как его малюют…

Для светодизайна

Просто зажечь светодиодную ленту можно от любого описанного выше БП, кроме того, что на Рис. 1, выставив требуемое напряжение. Хорошо подойдет СНН с поз. 1 Рис. 3, таких несложно сделать 3, для каналов R, G и B. Но долговечность и стабильность свечения светодиодов зависят не от приложенного к ним напряжения, а от протекающего через них тока. Поэтому хороший блок питания для светодиодной ленты должен включать в себя стабилизатор тока нагрузки; по-технически – источник стабильного тока (ИСТ).

Блок питания для светодиодной ленты

Блок питания для светодиодной ленты

Одна из схем стабилизации тока светоленты, доступная для повторения любителями, приведена на Рис. 8. Собрана она на интегральном таймере 555 (отечественный аналог – К1006ВИ1). Обеспечивает стабильный ток ленты от БП напряжением 9-15 В. Величина стабильного тока определяется по формуле I = 1/(2R6); в данном случае – 0,7А. Мощный транзистор VT3 – обязательно полевой, от сквозняка из-за заряда базы биполярного ШИМ просто не сформируется. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ K20x4x6 жгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-во витков – 50. Диоды VD1 ,VD2 – любые кремниевые ВЧ (КД104, КД106); VT1 и VT2 – КТ3107 или аналоги. С КТ361 и т.п. диапазоны входного напряжения и регулировки яркости уменьшатся.

Работает схема так: вначале времязадающая емкость С1 заряжается по цепи R1VD1 и разряжается через VD2R3VT2, открытый, т.е. находящийся в режиме насыщения, через R1R5. Таймер генерирует последовательность импульсов с максимальной частотой; точнее – с минимальной скважностью. Безинерционный ключ VT3 формирует мощные импульсы, а его обвязка VD3C4C3L1 сглаживает их до постоянного тока.

Примечание: скважность серии импульсов есть отношение периода их следования к длительности импульса. Если, напр., длительность импульса 10 мкс, а промежуток между ними 100 мкс, то скважность будет 11.

Ток в нагрузке нарастает, и падение напряжения на R6 приоткрывает VT1, т.е. переводит его из режима отсечки (запирания) в активный (усилительный). Это создает цепь утечки тока базы VT2 R2VT1+Uпит и VT2 также переходит в активный режим. Ток разряда С1 уменьшается, время разряда увеличивается, скважность серии растет и среднее значение тока падает до нормы, заданной R6. В этом и есть суть ШИМ. На минимуме тока, т.е. при максимальной скважности, С1 разряжается по цепи VD2-R4-внутренний ключ таймера.

В оригинальной конструкции возможность оперативной регулировки тока и, соответственно, яркости свечения, не предусмотрена; потенциометров на 0,68 Ом не бывает. Проще всего регулировать яркость, включив после наладки в разрыв между R3 и эмиттером VT2 потенциометр R* на 3,3-10 кОм, выделено коричневым. Передвигая его движок вниз по схеме, увеличим время разряда С4, скважность и уменьшим ток. Другой способ – шунтировать базовый переход VT2, включив потенциометр при мерно на 1 МОм в точки а и б (выделено красным), менее предпочтителен, т.к. регулировка получится более глубокой, но грубой и острой.

К сожалению, для налаживания этого полезного не только для светолент ИСТ нужен осциллограф:

  1. Подают на схему минимальное +Uпит.
  2. Подбором R1(импульс) и R3 (пауза) добиваются скважности 2, т.е. длительность импульса должна быть равна длительности паузы. Давать скважность меньше 2 нельзя!
  3. Подают максимальное +Uпит.
  4. Подбором R4 добиваются номинальной величины стабильного тока.

Для зарядки

На Рис. 9 – схема простейшего ИСН с ШИМ, пригодного для зарядки телефона, смартфона, планшета (ноутбук, к сожалению, не потянет) от самодельной солнечной батареи, ветрогенератора, мотоциклетного или автомобильного аккумулятора, магнето фонарика-«жучка» и др. маломощных нестабильных случайных источников электропитания. См. на схеме диапазон входных напряжений, там не ошибка. Этот ИСН и в самом деле способен выдавать на выход напряжение, большее входного. Как и в предыдущем, здесь наличествует эффект перемены полярности выхода относительно входа, это вообще фирменная фишка схем с ШИМ. Будем надеяться, что, прочитав внимательно предыдущее, вы в работе этой крохотульки разберетесь сами.

Простой импульсный блок питания с ШИМ для зарядки телефона

Простой импульсный блок питания с ШИМ для зарядки телефона

Попутно о заряде и зарядках

Заряд аккумуляторов весьма сложный и тонкий физико-химический процесс, нарушение которого в разы и десятки раз снижает их ресурс, т.е. к-во циклов заряд-разряд. Зарядное устройство должно по очень малым изменениям напряжения АКБ вычислять, сколько принято энергии и регулировать соответственно ток заряда по определенному закону. Поэтому зарядное устройство отнюдь и отнюдь не БП и заряжать от обычных БП можно только АКБ в устройствах со встроенным контроллером заряда: телефонах, смартфонах, планшетах, отдельных моделях цифровых фотокамер. А зарядка, которая зарядное устройство – предмет отдельного разговора.

На десерт

Года 3 тому назад в новостях промелькнуло мало замеченное, но любопытное сообщение: количество произведенных мировым электронпромом транзисторов, включая транзисторные структуры в чипах, превзошло количество зерен хлебных злаков, выращенных за всю историю человечества, кроме риса. Пока еще природа впереди…

Печат на всички материали с етикет:
дискусия:

  • 12.02.2017 в 14:12
    Юджийн каза (а):

    Нужно Больше сокращений. Чтобы весь текст был из сокращений. Похрен что никому не понятно, зато можно не писать одно и то же слово, которое в тексте повторяется ТРИ раза.

  • 14.06.2016 в 05:09
    Server сказал(а):

    У меня блок питания с этой схемой работает лет 20. Только добавлен один транзистор для защиты от к.з.

  • Излез

    Като кликнете върху бутона "Добавяне на коментар", приемам потребителското споразумение и декларацията за поверителност на сайта.