В продолжительной поездке на личном автомобиле или отдыхая «дикарем» на природе, неплохо иметь с собой домашние электрооборудование, например, фен, электрическую бритву, фото или видеокамеру. Но из-за отсутствия розеток невозможно обеспечить питание приборов от обычной сети.
Единственным источником энергии в этом случае могут быть только автомобильные аккумуляторы, но их постоянного напряжения в 12 вольт не хватит для домашних устройств, работающих от переменного тока 220 вольт. Налицо полная несовместимость по сразу двум основным параметрам.
Но не стоит отчаиваться, выход из такой ситуации есть – это использование небольшого импульсного преобразователя тока. Он поможет превратить «воду в вино», то есть 12 вольт напряжения аккумулятора, в ток, требуемый для работы всех приборов − 220 вольт.
Принцип его работы заключается в конвертировании переменного напряжения из электросети, имеющее частоту 50 Гц в аналогичное прямоугольного типа. Затем оно подвергается трансформации для достижения определенных значений, выпрямляется и отфильтровывается. Такой транзистор повышенной мощности, исполняющий одновременно роль импульсного трансформатора и ключа, преобразует напряжение тока.
По схеме они бывают двух типов: управляемые извне, внедрены в большинстве электроприборов и автогенераторы импульсного типа.
Также такие трансформаторы выпускаются разных размеров и мощностей в зависимости от специфики применения, но габариты в них не главное так, как эффективность таких устройств повышается по мере нарастания частоты, увеличение которой позволяет серьезно уменьшить размер и вес стального сердечника. Они, как правило, работают в частотном диапазоне от 18 до 50 кГц.
Область применения импульсных преобразователей питания для бытового использования постоянно ширится. Они сегодня используются для обеспечения энергией всех приборов бытовой и вычислительной техники, а также в устройствах бесперебойного питания и зарядных устройствах для АКБ разного назначения, питания низковольтных осветительных систем и других нужд.
Часто приобретение такого устройства заводской сборки не очень оправдано, по соображениям экономии или с точки зрения специфики технических параметров требуемого агрегата. В этом случае собственноручное сооружение импульсного преобразователя может быть лучшим вариантом. Такой подход, как правило, более рационален благодаря широкому выбору недорогих комплектующих.
Покупая ИБП, необходимо соотнести все его достоинства и недостатки с конкретными требованиями к эксплуатации в каждом частном случае и если он им удовлетворяет можно смело приобретать агрегат.
Преимущества импульсных блоков питания:
Недостатки импульсных блоков питания:
Основой большинства преобразователей тока импульсного типа является блок-схема простейшего импульсного трансформатора, включающая в себя несколько блоков:
Необходимые инструменты:
Как правило, заключается в замене, неисправных, погоревших деталей на новые. Но сложность даже не в самом монтаже новой детали, а именно в поиске неисправной. Для этого производят следующие операции:
Импульсные источники питания (ИИП) обычно являются достаточно сложными устройствами, из-за чего начинающие радиолюбители стремятся их избегать. Тем не менее, благодаря распространению специализированных интегральных ШИМ-контроллеров, есть возможность конструировать достаточно простые для понимания и повторения конструкции, обладающие высокими показателями мощности и КПД. Предлагаемый блок питания имеет пиковую мощность около 100 Вт и построен по топологии flyback (обратноходовой преобразователь), а управляющим элементом является микросхема CR6842S (совместимые по выводам аналоги: SG6842J , LD7552 и OB2269).
Внимание! В некоторых случаях для отладки схемы может понадобится осциллограф!
На Али легко найти множество вариантов готовых блоков по этой схеме, например, по запросам вида "Artillery power supply 24V 3A" , "Блок питания XK-2412-24" , "Eyewink 24V switching power supply" и тому подобным. На радиолюбительских порталах данную модель уже окрестили "народной", ввиду простоты и надёжности. Схемотехнически варианты 12В и 24В различаются незначительно и имеют идентичную топологию.
Пример готового блока питания с Али:
Обратите внимание!
В данной модели БП у китайцев весьма высок процент брака, поэтому при покупке готового изделия перед включением желательно тщательно проверять целостность и полярность всех элементов. В моём случае, например, диод VD2 имел неверную полряность, из-за чего уже после трёх включений блок сгорел и мне пришлось менять контроллер и ключевой транзистор.
Подробно методология проектирования ИИП вообще, и конкретно этой топологии в частности, тут рассматриваться не будет, ввиду слишком большого объёма информации - см. отдельные статьи.
Импульсный блок питания мощностью 100Вт на контроллере CR6842S.
| F 1 | Обычный плавкий предохранитель. |
| 5D-9 | Терморезистор, ограничивает бросок тока при включении блока питания в сеть. При комнатной температуре имеет небольшое сопротивление, ограничивающее броски тока, при протекании тока разогревается, что вызывает снижение сопротивления, поэтому в дальнейшем не влияет на работу устройства. |
| C 1 | Входной конденсатор, для подавления несимметричной помехи. Ёмкость допустимо немного увеличить, желательно чтобы он был помехоподавляющим конденсатором типа X2 или имел большой (10-20 раз) запас по рабочему напряжению. Для надёжного подавления помех должен иметь низкие ESR И ESL. |
| L 1 | Синфазный фильтр, для подавления симметричной помехи. Состоит из двух катушек индуктивности с одинаковым числом витков, намотанных на общем сердечнике и включенных синфазно. |
| KBP307 | Выпрямительный диодный мост. |
| R 5 , R 9 | Цепочка, необходимая для запуска CR6842. Через неё осуществляется первичный заряд конденсатора C 4 до 16.5В. Цепь должна обеспечивать ток запуска не менее 30 мкА (максимум, согласно даташиту) во всём диапазоне входных напряжений. Также, в процессе работы посредством этой цепочки осуществляется контроль входного напряжения и компенсация напряжения при котором закрывается ключ - увеличение тока, втекающего в третий пин, вызывает понижение порогового напряжения закрытия ключа. |
| R 10 | Времязадающий резистор для ШИМ. Увеличение номинала данного резистора уменьшит частоту переключения. Номинал должен лежать в пределах 16-36 кОм. |
| C 2 | Сглаживающий конденсатор. |
| R 3 , C 7 , VD 2 | Снабберная цепь, защищающая ключевой транзистор от обратных выбросов с первичной обмотки трансформатора. R 3 желательно использовать мощностью не менее 1Вт. |
| C 3 | Конденсатор, шунтирующий межобмоточную ёмкость. В идеале должен быть Y-типа, либо же должен иметь большой запас (15-20 раз) по рабочему напряжению. Служит для уменьшения помех. Номинал зависит от параметров трансформатора, делать слишком большим нежелательно. |
| R 6 , VD 1 , C 4 | Данная цепь, запитываясь от вспомогательной обмотки трансформатора образует цепь питания контроллера. Также данная цепь влияет на цикл работы ключа. Работает это следующим образом: для корректной работы напряжение на седьмом выводе контроллера должно находиться в пределах 12.5 - 16.5 В. Напряжение 16.5В на этом выводе является порогом, при котором происходит открытие ключевого транзистора и энергия начинает запасаться в сердечнике трансформатора (в это время микросхема питается от C 4). При понижении ниже 12.5В микросхема отключается, таким образом конденсатор C 4 должен обеспечивать питание контроллера пока из вспомогательной обмотки не поступает энергии, поэтому его номинала должно быть достаточно чтобы удерживать напряжение выше 12.5В пока ключ открыт. Нижний предел номинала C 4 следует рассчитывать исходя из потребления контроллера около 5 мА. От времени заряда данного конденсатора до 16.5В зависит время закрытого ключа и определяется оно током, который может отдать вспомогательная обмотка, при этом ток ограничивается резистором R 6 . Кроме всего прочего, посредством данной цепи в контроллере предусмотрена защита от перенапряжения в случае выхода из строя цепей обратной связи - при превышении напряжения выше 25В контроллер отключится и не начнёт работать пока питание с седьмого пина не будет снято. |
| R 13 | Ограничивает ток заряда затвора ключевого транзистора, а также обеспечивает его плавное открытие. |
| VD 3 | Защита затвора транзистора. |
| R 8 | Подтяжка затвора к земле, выполняет несколько функций. Например, в случае отключения контроллера и повреждения внутренней подтяжки данный резистор обеспечит быстрый разряд затвора транзистора. Также, при корректной разводке платы обеспечит более короткий путь тока разряда затвора на землю, что должно положительно сказаться на помехозащищённости. |
| BT 1 | Ключевой транзистор. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку. |
| R 7 , C 6 | Цепь служит для сглаживания колебаний напряжения на токоизмерительном резисторе. |
| R 1 | Токоизмерительный резистор. Когда напряжение на нём превышает 0.8В контроллер закрывает ключевой транзистор, таким образом регулируется время открытого ключа. Кроме того, как уже говорилось выше, напряжение при котором будет закрыт транзистор также зависит от входного напряжения. |
| C 8 | Фильтрующий конденсатор оптопары обратной связи. Допустимо немного увеличить номинал. |
| PC817 | Опторазвязка цепи обратной связи. Если транзистор оптопары закроется это вызовет повышение напряжения на втором выводе контроллера. Если напряжение на втором выводе будет превышать 5.2В дольше 56 мс, это вызовет закрытие ключевого транзистора. Таким образом реализована защита от перегрузки и короткого замыкания. |
В данной схеме 5-й вывод контроллера не используется. Однако, согласно даташиту на контроллер, на него можно повесить NTC-термистор, который обеспечит отключение контроллера в случае перегрева. Стабилизированный выходной ток данного вывода - 70 мкА. Напряжение срабатывания температурной защиты 1.05В (защита включится при достижении сопротивления 15 кОм). Рекомендуемый номинал термистора 26 кОм (при 27°C).
Следует помнить, что одно из важнейших правил при проектировании - соответствие габаритной мощности трансформатора и выходной мощности блока питания, поэтому первым делом, в любом случае, выбирайте подходящие вашей задаче сердечники.
Чаще всего данная конструкция поставляется с трансформаторами, выполненными на сердечниках типа EE25 или EE16, либо аналогичных. Собрать достаточно информации по количеству витков в данной модели ИИП не удалось, поскольку в разных модификациях, несмотря на схожие схемы, используются различные сердечники.
Увеличение разницы в количестве витков ведёт к уменьшению потерь на переключение ключевого транзистора, но повышает требования к его нагрузочной способности по максимальному напряжению сток-исток (VDS).
Для примера, будем ориентироваться на стандартные сердечники типа EE25 и значение максимальной индукции Bmax = 300 мТ. В этом случае соотношение витков первой-второй-третьей обмотки будет равно 90:15:12.
Следует помнить, что указанное соотношение витков не является оптимальным и возможно потребуется корректировка соотношений по результатам испытаний.
Первичную обмотку следует наматывать проводником не тоньше 0.3мм в диаметре. Вторичную обмотку желательно выполнять сдвоенным проводом диаметром 1мм. Через вспомогательную третью обмотку течёт малый ток, поэтому провода диаметром 0.2мм будет вполне достаточно.
| VD 4 | Сдвоенный выпрямительный диод. В идеале подбирать с запасом по напряжению\току и с минимальным падением. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку. |
| R 2 , C 12 | Снабберная цепь для облегчения режима работы диода. R 2 желательно использовать мощностью не менее 1Вт. |
| C 13 , L 2 , C 14 | Выходной фильтр. |
| C 20 | Керамический конденсатор, шунтирующий выходной конденсатор C 14 по ВЧ. |
| R 17 | Нагрузочный резистор, обеспечивающий нагрузку для холостого хода. Также через него разряжаются выходные конденсаторы в случае запуска и последующего отключения без нагрузки. |
| R 16 | Токоограничивающий резистор для светодиода. |
| C 9 , R 20 , R 18 , R 19 , TLE431, PC817 | Цепь обратной связи на прецизионном источнике питания. Резисторы задают режим работы TLE431, а PC817 обеспечивает гальваническую развязку. |
Если в ваших розетках земляной провод имеет соединение с качественной землёй (а не просто ни к чему не подключен, как это часто бывает), можно добавить два дополнительных Y-конденсатора, соединённых каждый со своим сетевым проводом и землёй, между L 1 и входным конденсатором C 1 . Это обеспечит симметрирование потенциалов сетевых проводов относительно корпуса и лучшее подавление синфазной составляющей помехи. Вместе с входным конденсатором два дополнительных конденсатора образуют т.н. «защитный треугольник».
После L 1 также стоит добавить ещё один конденсатор X-типа, с той же ёмкостью что у C 1 .
Для защиты от импульсных бросков напряжения большой амплитуды целесообразно параллельно входу подключать варистор (например 14D471K). Также, если у вас есть земля, для защиты в случае аварии на линии электроснабжения, при которой вместо фазы и нуля фаза попадаётся на оба провода, желательно составить защитный треугольник из таких же варисторов.
Опять же, при наличии земляного провода, желательно добавить на выход блока ещё два Y-конденсатора небольшой ёмкости, включенных по схеме «защитного треугольника» параллельно с C 14 .
Для быстрой разрядки конденсаторов при отключении устройства параллельно входным цепям целесообразно добавить мегаомный резистор.
Каждый электролитический конденсатор желательно зашунтировать по ВЧ керамикой малой ёмкости, расположенной максимально близко к выводам конденсатора.
Ограничительный TVS-диод будет не лишним поставить также и на выход - для защиты нагрузки от возможных перенапряжений в случае проблем с блоком. Для 24В версии подойдёт, например 1.5KE24A.
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:
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.
Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с ПП .
Сначала прикупил некоторые отсутствующие детали (транзисторы, ирка, и мощные резисторы).
Кстати, сетевой фильтр полностью снял с БП от проигрывателя дисков:
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!
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!
Вот конечные фото проекта блока питания:
Обсудить статью МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Импульсный блок питания - это инверторная система, в которой переменное напряжение преобразовывается в постоянное, а затем из него формируются импульсы повышенной частоты. Такой прибор стоит довольно дорого и купить его могут только обеспеченные люди. Все те, кто не относится к этой категории, стараются изготовить устройство своими руками. Для этого понадобятся необходимые материалы и схема импульсного блока питания 12 В 5А.
Перед тем как сделать импульсный блок питания своими руками, необходимо подробно изучить его конструктивные особенности, принцип действия, достоинства и недостатки. С помощью этой информации можно ускорить процесс создания, а также сделать устройство более качественным и долговечным.
Чаще всего самодельный импульсный блок питания изготавливается по стандартной схеме с использованием некоторых важных элементов. Он применяется для корректировки входного напряжения при питании светодиодных ламп или других осветительных приборов. Конструкция блока включает в себя несколько составляющих:
Импульсный источник питания отличается простотой своей работы. В ней без труда сможет разобраться не только специалист, но и новичок, имеющий элементарные знания в этой области. Из-за этого устройства считаются наиболее доступными и часто используются для достижения различных целей. Работают они следующим образом:
Обратная связь может быть создана одним из двух способов. Оба они позволяют качественно выполнить возложенные функции и избежать появления непредвиденных ситуаций. Способы организации обратной связи:
Аналогично происходит процесс выдерживания выходного напряжения.
Созданный своими руками импульсный БП, как и любое другое устройство, имеет несколько достоинств. Благодаря им конструкция пользуется большой популярностью и часто применяется в той или иной сфере деятельности человека. К положительным сторонам источника питания относятся следующие факторы:
Несмотря на большое количество преимуществ, у конструкции есть и несколько недостатков. Их обязательно нужно учитывать, так как они позволят избежать неисправностей и снизят риск некачественной работы устройства. Среди недостатков выделяются такие:
Для того чтобы устройство правильно работало и выполняло возложенные на него функции, необходимо соблюсти ряд правил. С их помощью можно добиться нужного результата и снизить вероятность возникновения ошибок.
Во время изготовления импульсного источника питания следует брать во внимание не только советы производителей деталей, но и рекомендации специалистов. Они помогут новичкам избежать большинства простых ошибок и выполнить работу за максимально короткий промежуток времени. Советы профессионалов:
Перед тем как приступить к изготовлению устройства, нужно подготовить все необходимые материалы и инструменты. Благодаря этому можно будет не отвлекаться во время работы, чтобы найти тот или иной предмет. В процессе создания прибора понадобятся:
Помимо составляющих частей конструкции необходимо подготовить различные инструменты. С их помощью будет выполняться сборка устройства, поэтому они должны быть качественными и удобными для использования.
Необходимые инструменты:
После того как все подготовительные мероприятия были завершены, можно приступать к сборке устройства своими руками. Схема импульсных источников питания составляется заранее. Эту работу можно выполнять самостоятельно или с помощью специалиста.
Первый вариант значительно дешевле, но требует от мастера наличия знаний в области электроники и больших временных затрат.
Пошаговая инструкция:
Для того чтобы проверить собранный импульсный источник энергии на работоспособность, необходимо выполнить несколько простых действий. Они помогут выявить различные проблемы и ошибки, допущенные в процессе сборки. Порядок действий:
Во время эксплуатации импульсного блока необходимо придерживаться простых правил безопасности. Они помогут избежать травм разной степени тяжести и снизить вероятность возникновения аварийной ситуации. Основные меры предосторожности:
Импульсный источник энергии - это полезное и нужное устройство, которое можно не только купить в готовом виде, но и изготовить своими руками. Второй вариант более популярный, так как он позволяет получить качественный прибор с минимальными финансовыми и временными затратами.
При соблюдении советов профессионалов и правил техники безопасности можно значительно снизить риск получения травмы и избежать аварийных ситуаций.
Имеют меньшие размеры и больший КПД однако они гораздо сложнее в изготовлении и часто перегорают из за неправильного расчёта трансформатора или разводки платы (или чего либо ещё неправильного). Маломощный импульсный источник питания можно сделать своими руками если использовать одну из микросхем:
TNY263 на 7.5 Вт,
TNY264 на 9 Вт,
TNY265 на 11 Вт,
TNY266 на 15 Вт,
TNY267 на 19 Вт,
TNY268 на 23 Вт (мощности для источников в открытом исполнении);
использовать программу, свободно распространяемую программу, PI Expert которую можно скачать (для скачивания нужна регистрация) с официального сайта www.powerint.com фирмы Power Integrations и развести плату согласно рекомендациям в документации или программе PI Expert. Установочник данной программы занимает около 78МБ памяти. На момент написания данной статьи для скачивания надо перейти на Design Support-PI Expert TM Design Software-PI Expert Download - заполнить поля и нажать кнопку "Submit"(перед всем этим конечно надо зарегистрироваться и войти в свой аккаунт). Схему источника питания генерирует программа но можно использовать такую:
Рисунок 1 - Импульсный блок питания на 9В, 1А
Тип сердечника определяется по его длине например если длина 28мм то это сердечник EE28.
Есть также сердечники: EE16, EE19, EE20, EE22 и.т.д. от EE5 до ЕЕ320 (или может ещё какие либо есть). Трансформатор обязательно должен иметь зазор и подходить по мощности. Если программа выведет сообщение об ошибке то нужно сделать необходимые исправления. При первом запуске программы выбираете в меню файл-создать
Выбираете в поле "Линейка продуктов" TnySwitch нажимаете "Далее"
Нажимаете "Добавить..." выбираете напряжение и ток нажимаете "ОК"
Нажмите "Выбрать"
Перед вами появится схема, нажмите два раза на трансформатор, выберите сердечник и нажмите "ОК"
Перейдите по вкладке "конструкция трансформатора" и сделайте трансформатор как написано в инструкции
Мотать обмотки надо ровно виток к витку
Очень важно не ошибиться с фазировкой
Перейдите по вкладке "Схема"
Можете поставить такой стабилитрон и резистор как на схеме, можете выбрать другой стабилитрон (аналогично тому как сделано с трансформатором) в этом случае программа добавит последовательно стабилитрону резистор, также можно собрать блок питания по схеме в программе. Рекомендуемый пример разводки печатной платы появится если перейти по вкладке "Макет"
Лучше скачать программу на русском языке.
Плату можно сделать надфилем из фольгированного стеклотекстолита:
Главное делать аккуратно и не сломать надфиль.
Подробнее пример сборки и испытания блока можно увидеть на видео:
Дорожка от вывода 5 микросхемы TNY266 до трансформатора должна быть как можно короче.
Диодный мост DB107 на фотографии выше перевёрнут. TNY266PN можно недорого заказать по ссылке http://ali.pub/txdeu , трансформатор бесплатно вынут (потом перемотан) из платы от телевизора, остальные детали не очень дорогие и большую их часть тоже можно вынуть из телевизора или заказать недорого.
Блок питания готов! Напоследок напоминаю что такие (обратноходовые) источники нельзя перегружать и нельзя недогружать. Хотя в схеме имеются защиты но лучше ими не злоупотреблять.
