Ремонт импульсного блока питания энергосберегающей лампочки

Техническая информация: → Из сгоревшей энергосберегающей лампы изготовить блок питания
 

В этой публикации размещен материал для ремонта или изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.

Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить за короткое. На изготовление 100-ваттного блока питания может понадобится до нескольких часов.

Построить блок питания будет несложно, умеющим паять. И несомненно, это сделать несложно, чем найти низкочастотный подходящий для изготовления трансформатор нужной мощности и перемотать его вторичные обмотки под нужное напряжение.

Оглавление

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 мощностью 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 последнее 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 приходится выбрасывать.

Однако электронный балласт такой лампочки, это практически 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 последнее же время, радиолюбители порой испытывают трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самодельных конструкций. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования необходимый по диаметру медные провода, да и массо — габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не особо радует. 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 определенную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Наверх

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.

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

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, при его использовании.

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

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.

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.

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.

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 «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

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

 

Наверх

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)

Наверх

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 Ват.
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.

Наверх

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 исследуемого ИБП от 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.
Наверх

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.
Наверх

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.
Наверх

Материал с сайта oldoctober.com/ru/

Импульсный блок питания на два напряжения 5 и 12 вольт 1,2А для электронных самоделок

Привет Муськовчане! Как я обещал в обзоре милливольтметра, хочу рассказать Вам об импульсном блоке питания, с двумя изолированными (друг от друга) напряжениями 5В и 12В. Потребность в таком блоке питания возникает часто, а учитывая небольшие размеры платы, подобный источник питания легко встроить (найти место) в корпус Вашего электронного устройства, самоделки… Давайте протестируем этот ИИП, что бы определится с его «проф. пригодностью».))) Кому интересно — добро пожаловать под Кат… Внимание много фото!!!!

Почему я выбрал такой источник питания?
1. Изолированные друг от друга каналы — часто это очень важно, к примеру, дать питания 12В на плату управления какого-либо силового устройства, а от 5В «запитать» цифровой индикатор (ампервольметр). Если будет гальваническая связь между каналами 5В и 12В, это может привести к неправильной работе, в лучшем случае и большому «бабаху» в худшем…
2. На фото ИИП я увидел, хотя бы какое-то подобие входного фильтра (синфазный дроссель в том числе), для блоков питания нижнего ценового диапазона это редкость, а мне не хочется «гадить» помехами в сеть, т.к в эту же сеть у меня включен осциллограф, который начинает показывать «чужие» помехи при измерении.
3. Небольшой размер — часто бывает, что в ходе сборки появляются дополнительные блоки, которые требуют свое питание, благодаря небольшим размерам найти место для этого ИИП будет не сложно.
Скрин заказа выкладываю под спойлером:

Скрин заказа

Давайте рассмотрим детали ИИП подробнее. Я буду фонариком выделять те части которые описываю, ибо по другому прочитать маркировку деталей сложно…
1. Высоковольтная часть ИИП
Рассмотрим входной каскад и фильтр. См фото:

Как мы видим на фото, что есть предохранитель, термистор (5D9) и синфазный дроссель. Понятно, что фильтр не полный, не хватает как минимум Х конденсатора, без него возможны помехи в питающую сеть. Попробуем его после тестов впаять куда-нибудь. За дросселем идет электролитический конденсатор на 22мкФ 400В. По «феншую» количество микроФарад на входе равняется количеству Вт выдаваемых блоком питания. Соответственно ИИП рассчитан на 22W. Давайте суммируем заявленную мощность 2-х каналов. 5В 1.2А и 12В 1.2А итого 6W+ 14.4W= 20.4W Таким образом емкости входного конденсатора достаточно.
2. Микросхема -драйвер, широко известная TOP223Y, соответственно это обратноходовый импульсный источник питания.

Зная какая стоит микросхема драйвер, мы можем нарисовать схему импульсного источника питания. Упрощенная схема такая (из даташит), только у нас не один, а два независимых канала на выходе:

Что меня удивило, что микросхема стоит на радиаторе через изолирующую прокладку. Зачем это сделали китайцы вообще не понятно, т.к. сам радиатор не имеет электрического контакта со схемой. Понятно, что с прокладкой охлаждение будет хуже. И по хорошему эту прокладку нужно убрать, и посадить микросхему на термопасту. Давайте также проверим соответствие мощности микросхемы-драйвера, мощности самого блока питания. См таблицу из даташит:

Как видим, при универсальном питании наша микросхема дает мощность до 30W, что соответствует мощности ИИП. Тут все нормально.
3. На фото мы видим клампер первичной обмотки импульсного трансформатора и элементы «самопитания» микросхемы драйвера

Клампер выполнен по классической схеме RCD и особенностей не имеет. Диод D2, электролит С3 и резистор R2 это элементы «самопитания» микросхемы TOP.
4. Элементы обратной связи, трансформатор и два Y конденсатора мы видим на следующем фото

Опять же это классика обратноходовых ИИП. В качестве управляемого стабилитрона использована микросхема TL431, гальваническая развязка осуществляется оптотроном 817 серии. За импульсным трансформатором мы видим два Y конденсатора, которые существенно снижают помехи и соединяют «горячую» и «холодные» земли…
5. Выходной каскад представлен диодами на каждый канал, затем выпрямительные конденсаторы и LC фильтры, которые снижает уровень выходных помех. Китайцы не поставили снаббры на диоды и керамику на ножки электролитических конденсаторов, которые могут заметно удлинить «жизнь» электролитов. Но не сложно поставить эти керамические конденсаторы самостоятельно…


Поглядим так же обратную сторону платы источника питания:

Мы видим диодный мост на входе и видим что китайцы сделали технологическую прорезь под импульсным трансформатором, однако толку он нее мало, т.к под Y конденсаторами есть место, где дорожки «горячей» и «холодной» части проходят довольно близко друг от друга.

В общем, исполнение данного ИИП я могу оценить на Три с плюсом (3+) по Советской пятибалльной школьной системе)))
Поставим плату ИИП на латунные втулки и подпаяем входные провода. Даем напряжение осветительной сети. На плате ИИП загорелся красный светодиод сигнализирующий, что на выходе есть напряжение.

Тут мы видим первые странности. Обратите внимания на выходные контакты. Зачем то там китайцы поставили 3 плюса (+), видать что бы запутать пользователя и дезориентировать))))
Зачем это сделано непонятно, тем более что плюсы нарисованы у катода, а не анода… Потому проверяйте полярность мультиметром. Если смотреть на выходные контакты Минус слева, а Плюс справа!!!

Проверяем напряжение на выходах без нагрузки. Напряжение в норме (соответствует)


Ниже на осциллограмме вы можете увидеть помехи на стабилизированном 5В выходе ИИП без нагрузки на выходе. Как мне кажется помехи в пределах допустимого.

Теперь даем нагрузку 1А на выход 5В См фото…

На осциллографе уже не такая идиллия:

Однако напряжение просело совсем немного всего на 7мВ… Одноамперную нагрузку ИИП держит нормально…
Странность №2 На фото видно, что выпрямительные диоды стоящие после импульсного трансформатора в каналах 5В и 12В разные (хотя 1А способны выдержать оба диода)… Потому у меня возникло подозрение, что ток в 12 вольтовом канале вряд ли будет как заявлен в описании на сайте Banggood…

Догадка мгновенно подтвердилась, когда я начал испытания 12 вольтового канала. См фотографию: (подозрения не подтвердились, что бы не было просадки в 12В канале, нужно нагрузить 5В стабилизированный канал)

Уже при токе чуть выше 300мА просадка напряжения на выходе составило более 1 вольта. Чего уж там говорить про заявленный 1 Ампер… Пульсации тоже явно выше заявленных на сайте Banggood… Проблема, как я думаю, в импульсном трансформаторе, судя по его размеру, 20Вт снять с него довольно сложно… Но менять и перематывать трансформатор, ради того, что бы добиться заявленных продавцом значений, я не буду…
Более серьезно протестировать этот блок питания смогу, после того как мне приедет купленная электронная нагрузка…

Но она еще в дороге…

Выводы: Данный ИИП подходит для нетребовательных к чистоте питания, низкотоковых потребителей, таких как различные панельные ампервольметры, зарядные устройства и другие самоделки.

Да я был не прав, прошу прощения у Banggood… Если нагрузить стабилизированный 5 вольтовый канал (благодаря подсказке Aloha_), то просадка в 12В канале не наблюдается… См фото…


Данный Импульсный блок питания по току соответствует приведенным на сайте параметрам.

UPD: Допилинг, доставил конденсатор на вход, пусть не формата Х, но рассчитанный на 630В, емкость небольшая, ну хоть для самоуспокоения, что на входе что-то есть…

Так же впаял 4 керамических смд конденсатора 100n на ножки электролитов, думаю, что лишними не будут…

После того как приедет нагрузка, еще раз протестирую этот ИИП и добавлю обзор.

Простой импульсный блок питания на IR2153 своими руками

Простой импульсный блок питания на IR2153 своими руками

Импульсный источник питания на IR2153 с отдельной платой управления. Включение трансформатора полумост.

Понадобилось сделать печку для инкубатора от 12В. Решил БП собрать сам. Выбор пал на IR2153, так как стабилизация была не нужна. Перечитал много статей по этому БП, плавный старт на реле решил не делать, так как тестировал без реле и даже при КЗ ничего и так не сгорело.

Скачать схему и разводку в формате DipTrace.

Намотка трансформатора для ИБП.

Трансформатор намотал на колечке из неизвестной марки феррита диаметром 40 мм. Сначала обточил края. Затем обмотал термоскотчем.

Рассчитал в программке число витков для феррита марки 2000. Мотал проводом примерно 1 мм с втягивающего реле от авто. Измерив индуктивность показания примерно сошлись.

Вторичную обмотку мотал в 3 провода, рассчитывал на 200 Вт. Так же сделал еще одну обмотку на питание самой платы управления.

Схема силовой части ИБП на IR2153.

Тут все стандартно.

Начальное питание IR2153 берется сразу со входа. Это позволит запустить микросхему немного раньше, и уменьшить стартовый ток. То есть пока ток потечет через входной фильтр и будут заряжаться емкости на микросхему напряжение уже пойдет.

С15 будет зависеть от индуктивности рассеивания трансформатора + L1. Я путем подбора выяснил, что лучшие показатели для моего БП это 220 нФ.

C16, R7 — снаббер, я не ставил, т.к. нет осциллографа и наугад не вижу смысла ставить. И так работает.

R8 0.5 Ом, 5 Вт. Этот резистор для измерения тока, для защиты от перегрузки и КЗ.

R2, R3 — подтягивают гейты к земле во избежании открытия если контакт плохой или плату не установили. В конечном девайсе я установил на 23 кОм.

C17 — Y конденсатор.

Вот такая вышла плата.

Схема платы управления БП на IR2153.

Сразу после включения в сеть плата будет запитана через 1 и 6 вход J1. R1 5 Вт. Можно поставить на 18 кОм и более. В теории тока должно хватить для запуска. Я установил какой был, на 10 кОм.

На Q3, D1 собран линейный стабилизатор.  D1 на 12В. Этого напряжения достаточно для запуска микросхемы.

Когда с трансформатора пойдет ток через 7 ногу J1, напряжение будет ограниченно внутренним стабилитроном IR2153 до 15.6В. Расчетное напряжение обмотки 16В. Таким образом транзистор Q3 будет всегда закрыт и через R1 ток будет мизерный, через R6 на D1. R6 можно увеличить, я ставил более 100 кОм и работало. Тут зависит от характеристик стабилитрона, какой ток ему достаточен для работы.

D7, D8 я не ставил, это диоды Шоттки которые должны быстрей закрыть силовые ключи.

R10 для регулировки частоты. Я выставил смотря через логический анализатор частоту 40 кГц.

Я сделал два варианта, для DIP и SMD корпусов.

  

Защита от перегрузки и КЗ для БП на IR2153.

Схемы защиты от КЗ с прижатием питания к земле через светодиод показались странными. В ДШ на IR2153 сказано, что выключать тактирование нужно замыканием полевым транзистором 3 ноги на землю. Так и сделал.

Чем больше тока на R8 с силовой схемы, тем больше будет падение напряжение на данном резисторе. Допустим ток 2 А, резистор 0.5 Ом. Напряжение будет U = 2 * 0.5 = 1 В.

1 В прийдет на 5 ногу J1 платы управления. Чтобы открыть Q4, достаточно 0.6В на его базе. R12 выполняет роль делителя напряжения. С его помощью можно выставить при каком токе будет срабатывать защита.

Q4 откроет Q5 Который в свою очередь откроет Q1 и будет поддерживать открытым Q4. Таким образом Q4, Q5 образуют защелку, то есть даже если ток больше не превышает норму, БП будет отключен пока не будет обесточен.

Когда Q1 открыт, на 3 ноге IR2153 будет низкий уровень и микросхема не будет генерировать импульсы переключения силовых ключей.

Видео демонстрации работы защиты от КЗ:

При копировании материалов ссылка на https://terraideas.ru/ обязательна

История импульсных источников питания (SMPS).

Новости XP

Источники питания — как далеко мы зашли?

Недавно я обедал с клиентом, с которым мы работали с конца 1990-х годов. Мы увидели много изменений за это время, и, когда подошел основной курс, мы начали говорить о том, как технологии источников питания развивались за эти годы.Это было наиболее заметно в областях эффективности и удельной мощности.

Первым устройством, которое он разработал с использованием XP Power, был блок питания 3 x 5 дюймов 40 Вт. В то время это могло считаться революционным, но если учесть, что в его последнем продукте использовался блок мощностью 350 Вт в том же пространстве, это становится ясно, как далеко мы зашли.

Технологический прогресс

Я провел небольшое исследование по этому поводу после нашего рабочего обеда, и, насколько я могу судить, самые первые импульсные источники питания были разработаны IBM в 1958 году.Они были основаны на ламповой технологии. Примерно в то же время корпорация General Motors подала несколько патентов на «транзисторные колебания».

Благодаря такому технологическому прогрессу дизайнеры внезапно получили возможность выбирать из множества компонентов и множества производителей, предоставляя им беспрецедентное количество вариантов и потенциально новаторский дизайн.

В центре внимания этого интенсивного периода разработки был традиционный линейный регулятор — самые светлые умы пытались выяснить, как они могут заменить устаревший трансформатор и резистивный метод изменения входного напряжения более эффективной конструкцией.

Идея, на которую они приземлились, заключалась в использовании транзистора для прерывания входного напряжения со средним значением, меньшим, чем исходное входное (у нас есть фантастический магазин технических статей здесь, на сайте, если вы хотите более подробное описание работы SMPS) .

Благодаря более высокой эффективности и меньшему количеству магнитных материалов новая технология была меньше, легче и выделяла меньше тепла. Как и в случае с современными изобретениями с такими характеристиками, это решение 1950-х годов было чрезвычайно привлекательным для предприятий в самых разных секторах — от электроники до аэрокосмической и коммуникаций до вычислительной техники, было множество первых последователей, каждый из которых пытался наилучшим образом использовать этот новый источник питания. технология.

Расчетная мощность

В течение следующих нескольких лет появилось множество патентов и разработок, многие из которых мы используем до сих пор. В 1972 году компания Hewlett Packard применила импульсный источник питания в своем первом карманном калькуляторе. В 1976 году был подан первый патент, использующий термин импульсный источник питания (SMPS).

Калькулятор

HP на самом деле был компьютером, хотя и в несколько другом формате, чем мы его знаем сегодня. Тогда оригинальный дизайн весил более 40 фунтов. SMPS использовался в конструкции для экономии места и веса, что стало первым шагом на пути к сверхтонким и невероятно легким компьютерам, ноутбукам и планшетам, которые мы используем сегодня.Точно так же производители аэрокосмической отрасли, размышляя о том, как они могут сэкономить вес и пространство, также начали искать нестандартные импульсные источники питания для создания гораздо более эффективных конструкций.

Охлаждение в 70-х и 80-х годах

1970-е были напряженным десятилетием, когда был сделан первый прорыв, и инновации продолжались в очень респектабельном темпе. Несколько компаний в Великобритании, США и Японии начали продавать стандартные блоки питания. На сегодняшний день существует около десятка компаний, которые утверждают, что первыми успешно разработали и выпустили на рынок импульсные источники питания, поэтому мы не будем туда идти!

Журналы по электронике того времени публиковали статьи и рекламу SMPS.Лидером в то время была американская корпорация Boschert Inc., основанная в Калифорнии. Он заменил источники питания линейных принтеров на модели с переключателем. Эта компания выросла до более чем 1000 человек, предлагая широкий ассортимент продукции: блоки питания с открытой рамой, корпусные и модульные блоки питания. В конце концов, в середине 80-х он был приобретен Computer Products Inc.

Apple Computers впервые представила импульсный источник питания для компьютеров Apple II в 1970-х годах. Эта небольшая, высокоэффективная технология означала, что Apple могла создать меньший и легкий компьютер без охлаждающего вентилятора.

Этот тип конструкции с конвекционным охлаждением был уникальным в то время. Технология зажила собственной жизнью и использовалась в десятках потребительских приложений. Блоки питания IBM PC также перешли в режим переключения, хотя и с охлаждающими вентиляторами, аналогичными тем, которые они сегодня используют в блоках питания в стиле ATX.

В конце 1980-х и начале 1990-х годов мы были ошеломлены, когда стали доступны стандартные блоки питания 3 x 5 дюймов с входом с автоматическим переключением диапазона, который определял, подключен ли он к 120 В переменного тока или 230 В переменного тока, и соответствующим образом настраивал.Эти продукты имели мощность от 25 до 40 Вт, или от 1,66 до 2,66 Вт / дюйм2

Встряска ЕС

По мере того, как на рынок выходило все больше и больше компаний, появлялись некоторые свободные отраслевые стандарты относительно общих размеров, таких как 3×5 ”. Плотность мощности начала улучшаться по мере развития магнетизма, переключающих транзисторов и контроллеров. Эти изменения позволили повысить эффективность и повысить удельную мощность.

К началу 90-х годов W / In2, доступный из разных источников, увеличился более чем вдвое.

ЕС вступил в силу с новым законодательством и общесоюзными директивами, что означало, что больше внимания уделялось излучению электромагнитной совместимости и коэффициенту мощности источников питания. По сути, по мере того, как эту технологию использовалось все больше и больше продуктов, возникала необходимость контролировать электрические помехи. Свою роль также сыграли проблемы с определением размеров проводников, необходимых для подачи энергии туда, где она была необходима в сети.

Законодательство ЕС было особенно разрушительным для рынка SMPS, поскольку технология коммутации намного шумнее, чем линейные источники питания.Также потребовались дополнительные схемы для придания синусоидальной формы сигналам входного тока — это позволило им удовлетворить требования к коэффициенту мощности и предотвратить появление избыточных гармоник, вызывающих проблемы с сетевым питанием.

Сегодняшнее меню

Итак, где мы находимся сегодня с точки зрения удельной мощности? Что ж, покупатель, с которым я обедал, только что одобрил наш последний блок питания 3×5 дюймов мощностью 350 Вт с удельной мощностью 23 Вт / дюйм2. Это более чем в 10 раз превышает мощность первого блока питания, который он купил у меня.

Интересно то, что благодаря коммерциализации технологии, более высоким объемам и дешевизне азиатского производства, этот продукт доступен по очень той же цене, что и более ранние блоки мощностью 40 Вт.

Что такое импульсный источник питания?

Чтобы понять, почему эволюция электроники привела к гораздо более сложному способу изготовления регулируемых блоков питания (далее БП), нам нужно вернуться немного назад и взглянуть на линейные блоки питания.Это были простые, надежные, тихие блоки питания с хорошей регулировкой и низким уровнем пульсаций — так зачем менять?

Есть две основные причины, и обе связаны со стоимостью.

Поскольку трансформатор работает при частоте сети 50 или 60 Гц, сердечник должен быть большим, поскольку его поперечное сечение зависит от частоты. Это означает большой блок из стали и меди, которые сегодня довольно дороги. Во-вторых, регулирующий транзистор с последовательным проходом всегда будет иметь линейное напряжение между его входом и выходом.Умноженная на ток, это мощность, от которой необходимо избавиться в виде тепла, для чего требуется большой и дорогой алюминиевый радиатор.

Например, переменный блок питания на 50 В, установленный на 5 В и дающий 2 А, может иметь (50-5) * 2 = 90 Вт тепла для рассеивания. Импульсный источник питания (далее SMPS) почти устраняет обе эти проблемы за счет сложности схемы, увеличивая частоту трансформатора, чтобы сделать ее меньше, и видеть, что устройство регулятора всегда полностью включено или полностью выключено, таким образом рассеивая гораздо меньше тепла. .

Как работает SMPS

На приведенной выше блок-схеме сеть подается непосредственно в первый блок без использования трансформатора. Конечно, используемые здесь диоды и конденсаторы должны быть подходящими. Обратите внимание, что здесь также может подаваться постоянный ток, например, в преобразователе постоянного тока от 12 до 5 В. Входящая сеть переменного тока теперь представляет собой выпрямленный постоянный ток высокого напряжения.

Следующий блок — это высокочастотный преобразователь, схема прерывателя, включающая и выключающая силовое устройство, такое как полевой МОП-транзистор, с частотой несколько кГц.Это преобразование поступающего постоянного тока в прямоугольную волну, подаваемую на высокочастотный трансформатор подходящей конструкции с вторичной обмоткой с напряжением, подходящим для желаемого выходного напряжения. Этот трансформатор также обеспечивает гальваническую развязку между выходным напряжением и входящей сетью или постоянным током.

Следующий каскад еще раз исправляет это и отфильтровывает пульсации и шум. В последнем блоке, цепи управления, происходит волшебство. Это цепь обратной связи, управляющая полевым МОП-транзистором.

Схема управления имеет делитель / умножитель напряжения, который измеряет выходное напряжение.Поскольку мы будем передавать это обратно в цепь прерывателя, работающую на сотни вольт, его необходимо изолировать, обычно с помощью оптопары. Есть эталон — это может быть фиксированный эталонный диод или подстроечный резистор. Усилитель ошибки сравнивает эти два напряжения и регулирует генератор ШИМ (широтно-импульсной модуляции), который управляет полевым МОП-транзистором.

Собираем все вместе

Функциональная блок-схема, приведенная выше, дает лучшее и более подробное представление о задействованных частях.

Практический пример

Ниже показан простой, но рабочий пример по сравнению с монстром, которого вы можете найти внутри блока питания вашего ПК. Он демонстрирует принцип, который мы обсуждали выше.

Все сложные функции генератора ШИМ, переключателя прерывателя MOSFET, а также ошибок и управления реализованы в одной микросхеме TNY267. Конечный выход составляет 12 В, и он может выдавать 1 А.

Слева направо Vin — это сеть переменного тока 100–300 В или даже источник постоянного тока. MOV — это тип резистора, который замыкается накоротко при скачке высокого напряжения более 275 В и перегорает предохранитель F1, но F1 действует медленно и может выдерживать начальный бросок тока в цепи. D3 — двухполупериодный мостовой выпрямитель, и выход постоянного тока появляется на C2.Для входа 220 В это будет примерно 220 * 1,4 = 308 В, так что имейте в виду!

TNY работает на частоте около 132 кГц. D2 — это диод подавления переходных процессов на 180 В для защиты от всплесков обратной ЭДС.

D1 (Шоттки) на вторичной обмотке выпрямляет переменный ток 132 кГц, а C1 сглаживает и устраняет пульсации. C3 — обязательный колпачок байпаса. R1, R2 и D5 обеспечивают цепь обратной связи с TNY через оптоизолятор, чтобы гарантировать гальваническую развязку от сети во всех точках.

Поскольку многие из этих компонентов усердно работают, при их выборе необходимо соблюдать осторожность, например, напряжение, эквивалентное последовательное сопротивление и т. Д.

Первичная цепь T1 — 157 т, вторичная — 14 т. Сердечник представляет собой ферритовый трансформатор типа E19 с центральным сердечником примерно 4,5 × 4,5 мм.

Теперь мы знаем, насколько более эффективным может быть SMPSU, но он более сложен и требует качественных компонентов для обеспечения надежности.

Разрешение на использование некоторых изображений с www.tutorialspoint.com.

Как изменить SMPS для регулируемого выхода тока и напряжения

В этой статье обсуждается метод, с помощью которого любой готовый SMPS может быть преобразован в схему SMPS переменного тока с помощью нескольких внешних перемычек.

В одной из предыдущих статей мы узнали, как создать схему SMPS с переменным напряжением, используя каскад простого шунтирующего стабилизатора. В данном случае мы также используем тот же этап схемы для реализации функции переменного тока на выходе.

Что такое SMPS

SMPS означает импульсный источник питания, который использует высокочастотный импульсный преобразователь на основе феррита для преобразования 220 В переменного тока в постоянный. Использование высокочастотного ферритового трансформатора делает систему высокоэффективной с точки зрения компактности, потерь мощности и стоимости.

Сегодняшняя концепция SMPS почти полностью заменила традиционные трансформаторы с железным сердечником и превратила эти блоки в гораздо более компактные, легкие и эффективные альтернативы адаптерам питания.

Однако, поскольку блоки SMPS обычно доступны в виде модулей с фиксированным напряжением, достижение предпочтительного напряжения в соответствии с потребностями приложения пользователя становится довольно трудным.

Например, для зарядки аккумулятора 12 В может потребоваться выходное напряжение около 14,5 В, но это значение является довольно странным и нестандартным, поэтому нам может быть крайне сложно получить на рынке ИИП с такими характеристиками.

Хотя на рынке можно найти схемы с переменным напряжением, они могут быть более дорогостоящими, чем обычные варианты с фиксированным напряжением, поэтому поиск метода преобразования существующего ИИП с фиксированным напряжением в переменный тип выглядит более интересным и желательным.

Немного изучив концепцию, я смог найти очень простой метод ее реализации, давайте узнаем, как проводить эту модификацию.

В моем блоге вы найдете одну популярную схему ИИП на 12 В, 1 ампер, которая на самом деле имеет встроенную функцию переменного напряжения.

Функция оптопары в SMPS

В указанной выше публикации мы обсуждали, как оптопара играет важную роль в обеспечении критически важной функции постоянного выхода для любого SMPS.

Функцию оптопары можно понять с помощью следующего краткого объяснения:

Оптопара имеет встроенную схему светодиода / фототранзистора, это устройство интегрировано с выходным каскадом SMPS, так что, когда выход имеет тенденцию подниматься выше при пороге небезопасности светодиод внутри оптического блока загорается, заставляя фототранзистор проводить.

Фототранзистор, в свою очередь, конфигурируется через чувствительную точку «выключения» каскада драйвера SMPS, где проводимость фототранзистора заставляет входной каскад отключаться.

Вышеупомянутое условие приводит к тому, что выход SMPS также мгновенно отключается, однако в тот момент, когда это переключение инициируется, оно корректирует и восстанавливает выход в безопасную зону, а светодиод внутри оптического модуля деактивируется, что снова включает входной каскад модуля SMPS.

Эта операция продолжает быстро переключаться с включения на выключение и наоборот, обеспечивая постоянное напряжение на выходе.

Регулируемый ток Модификация SMPS

Чтобы реализовать функцию управления током внутри любого SMPS, мы снова обращаемся за помощью к оптронам.

Мы реализуем простую модификацию, используя конфигурацию транзистора BC547, как показано ниже:

Ссылаясь на приведенную выше конструкцию, мы получаем четкое представление о том, как изменить или сделать схему драйвера SMPS с переменным током.

Оптопара (обозначена красным квадратом) будет присутствовать по умолчанию для всех модулей SMPS, и, предполагая, что TL431 отсутствует, нам, возможно, придется настроить всю конфигурацию, связанную со светодиодами оптопары.

Если каскад TL431 уже является частью схемы SMPS, в этом случае нам просто нужно рассмотреть возможность интеграции каскада BC547, который становится единоличным ответственным за предлагаемое управление током цепи.

Видно, что BC547 соединен со своим коллектором / эмиттером через катод / анод TL431 IC, а база BC547 соединена с выходом (-) SMPS через группу выбираемых резисторов Ra, Rb, Rc. , Rd.

Эти резисторы, находящиеся между базой и эмиттером транзистора BC547, начинают работать как датчики тока для схемы.

Они рассчитываются соответствующим образом, так что при перемещении перемычки между соответствующими контактами в линии вводятся различные ограничения по току.

Когда ток имеет тенденцию превышать установленный порог, определяемый значениями соответствующих резисторов, на базе / эмиттере BC547 возникает разность потенциалов, которой становится достаточно для включения транзистора, замыкая TL431 IC между опто-светодиодный и заземленный.

При выполнении вышеуказанного действия немедленно загорается светодиод оптического модуля, посылая сигнал «неисправности» на входную сторону SMPS через встроенный фототранзистор оптического устройства.

Условие немедленно пытается выполнить отключение на выходной стороне, что, в свою очередь, останавливает ток BC547, и ситуация быстро меняется от ВКЛ до ВЫКЛ и ВКЛ, гарантируя, что ток никогда не превысит заданный порог.

Резисторы Ra … Rd можно рассчитать по следующей формуле:

R = 0,7 / порог отключения тока

Например, если предположим, что мы хотим подключить к выходу светодиод с номинальным током 1 усилитель

Мы можем установить значение соответствующего резистора (выбираемого перемычкой) как:

R = 0,7 / 1 = 0,7 Ом

Мощность резистора может быть просто получена путем умножения вариантов, т.е. 0,7 x 1 = 0,7 ватт или просто 1 ватт.

Расчетный резистор гарантирует, что выходной ток светодиода никогда не пересекает отметку в 1 ампер, тем самым предохраняя светодиод от повреждения, другие значения для остальных резисторов могут быть соответствующим образом рассчитаны для получения желаемой опции переменного тока в модуле SMPS.

Преобразование фиксированного ИИП в ИИП переменного напряжения

В следующем посте делается попытка определить метод, с помощью которого любой ИИП может быть преобразован в источник переменного тока для достижения любого желаемого уровня напряжения от 0 до максимума.

Что такое шунтирующий регулятор

Мы обнаружили, что в нем используется каскад цепи шунтирующего регулятора для реализации функции переменного напряжения в конструкции.

Еще один интересный аспект заключается в том, что это устройство шунтирующего регулятора реализует эту функцию, регулируя вход оптопары схемы.

Теперь, поскольку каскад оптопары с обратной связью неизменно используется во всех схемах SMPS, путем введения шунтирующего регулятора можно легко преобразовать фиксированный SMPS в переменный аналог.

Фактически, можно также сделать схему переменного SMPS, используя тот же принцип, что объяснен выше.

Возможно, вы захотите узнать больше о том, что такое шунтирующий регулятор и как он работает.

Процедуры:

Ссылаясь на следующий пример схемы, мы можем найти точное расположение шунтирующего регулятора и детали его конфигурации:

См. Нижнюю правую часть диаграммы, отмеченной красными пунктирными линиями, она показывает переменную интересующий нас участок схемы.Этот раздел отвечает за предполагаемые действия по регулированию напряжения.

Здесь резистор R6 может быть заменен потенциометром 22 кОм для создания переменной конструкции.

Увеличение этого раздела дает лучшее представление о задействованных деталях:

Идентификация оптопары

Если у вас есть цепь SMPS с фиксированным напряжением, откройте ее и просто обратите внимание на оптопару в конструкции, она в основном будет расположена поблизости центральный ферритовый трансформатор, как можно увидеть на следующем изображении:

После того, как вы нашли оптопару, очистите ее, удалив все части, связанные на выходной стороне оптопары, то есть поперек контактов, которые могут быть направлены в сторону выходная сторона печатной платы SMPS.

И соедините или интегрируйте эти выводы оптического устройства с собранной схемой с помощью TL431, показанного на предыдущей схеме.

Вы можете собрать секцию TL431 на небольшой части печатной платы общего назначения и приклеить ее к основной плате SMPS.

Если ваша схема SMPS не имеет катушки выходного фильтра, вы можете просто замкнуть два положительных вывода цепи TL431 и присоединить нагрузку к катоду выходного диода SMPS.

Однако предположим, что ваш SMPS уже включает схему TL431 с оптопарой, тогда просто найдите положение резистора R6 и замените его потенциометром (см. Расположение R6 на первой диаграмме выше).

Не забудьте добавить резистор 220 или 470 Ом последовательно с POT, иначе при настройке потенциометра на самый верхний уровень можно мгновенно повредить шунтирующее устройство TL431.

Вот и все, теперь вы точно знаете, как преобразовать или создать схему SMPS с переменным напряжением, используя описанные выше шаги.

Предупреждение: Цепи SMPS не изолированы от сети переменного тока на первичной стороне и могут быть смертельными при прикосновении в открытом и включенном состоянии.

ОБНОВЛЕНИЕ

На следующем изображении показан, пожалуй, самый простой способ настроить схему SMPS для получения функций переменного напряжения и тока. Пожалуйста, посмотрите, как нужно настроить потенциометры или предустановки в оптроне для получения желаемых результатов:

Если у вас есть какие-либо дополнительные сомнения относительно конструкции или объяснения, не стесняйтесь выражать свои комментарии.

Давайте подведем итоги

В этой статье мы быстро попытаемся суммировать основные моменты, касающиеся того, как модифицировать любую схему SMPS с помощью простого взлома, который может помочь нам получить желаемый индивидуальный выходной сигнал от устройства.

Что такое SMPS

SMPS означает импульсный источник питания, и это современный и наиболее компактный / эффективный способ получения постоянного напряжения низкого напряжения от источника переменного тока сети.

Однако создание ИИП в домашних условиях может оказаться не таким простым делом, как изготовление блоков питания с использованием традиционных трансформаторов с железным сердечником.

Также получить SMPS с индивидуальными характеристиками может быть не так просто, на самом деле невозможно, если характеристики напряжения / тока далеки от обычных значений.

Значит ли это, что мы должны довольствоваться спецификациями SMPS, которые обычно устанавливаются и доступны на рынке?

Например, как найти ИИП с выходным напряжением, скажем, 13 В, 14 В или 17 В, которые определенно не являются обычно принятыми диапазонами напряжения?

Настройка блока SMPS

Поскольку создание такого индивидуального блока может быть непростой задачей (из-за сложной компоновки и конфигурации деталей), было бы намного лучше, если бы мы могли найти способы изменить готовый блок с помощью нескольких простых шагов.

Я изучил несколько стандартных блоков SMPS и, надеюсь, нашел способы изменения напряжения и тока в соответствии с индивидуальным выбором. Давайте узнаем это подробнее.

Когда вы откроете любой стандартный SMPS-блок, вы увидите на прилагаемой собранной плате следующее.

Заполненную печатную плату можно в первую очередь разделить на две секции по наличию центрального ферритового трансформатора.
Сторона трансформатора, через которую проходит сетевой шнур, является входной секцией переменного тока, а другая сторона, откуда берется постоянный ток низкого напряжения, — это секция постоянного тока.

Нас не интересует секция переменного тока, потому что мы не хотим изменять входное напряжение, поэтому не обращайте на нее никакого внимания, кроме того, секция переменного тока ПОТЕНЦИАЛЬНО ОЧЕНЬ ОПАСНА ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ КОНТРОЛЯ, ПОЭТОМУ СОХРАНЯЕТ ВАШИ РУКИ, ПОТОМУ ТЕСТИРОВАНИЕ.

Секция постоянного тока будет в основном состоять из пары дросселей, пары конденсаторов фильтра, диода и нескольких других компонентов.

Найдите шунтирующий регулятор

Найдите компонент в форме транзистора в этом разделе.Если вы найдете пару из них, один на самом деле будет транзистором, вероятно, для ограничения выходного тока, однако другой определенно будет ПРОГРАММИРУЕМЫМ РЕГУЛЯТОРОМ ШУНТА.

Этот шунтирующий стабилизатор является компонентом, который фиксирует напряжение обратной связи на МОП-транзисторе секции переменного тока и, в свою очередь, определяет выходное напряжение.

Это программируемое шунтирующее устройство устанавливается с помощью пары резисторов, изменение которых мгновенно изменяет выходное напряжение по желанию.

Попытайтесь найти резисторы, подключенные к выводам этого шунтирующего устройства.Один из них можно просто изменить для изменения выходного напряжения в соответствии с вашими предпочтениями.

Возьмите внешний резистор любого номинала, может быть 4 к7 1/4 Вт, теперь пошагово подключите этот резистор к резисторам, которые связаны с устройством шунтирующего регулятора.

Проверка и проверка выхода

Проверяйте выходное напряжение каждый раз, когда вы выполняете вышеуказанный шаг.

В тот момент, когда вы обнаружите, что выходное напряжение становится низким или высоким, вы, возможно, только что нашли то, что мы ищем.

Теперь, методом проб и ошибок, вы можете узнать точное значение резистора, который можно было бы заменить вместо конкретного шунтирующего резистора.

Вот и все, это так просто, как только вы это сделаете, выходное напряжение будет постоянно настроено на это конкретное значение.

Но не забудьте удалить стабилитрон, если он есть на выходе источника питания, прежде чем выполнять вышеуказанные процедуры.

В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

Номинальная температура окружающей среды относится к соотношению между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды в приложении и фактической мощностью после требуемого снижения номинальных характеристик, если это необходимо.Многие производители указывают номинальные характеристики блоков питания для температуры окружающей среды 40 ° C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (т. Е. 60 Вт), применима только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с окружающей температурой не выше 40 ° C. Если агрегат эксплуатируется при температуре выше 40 ° C, мощность агрегата должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50 ° C. В этом примере конструкция 60 Вт при 40 ° C будет переоценена на 30 Вт при температуре окружающей среды 45 ° C и неработоспособна при 50 ° C. Однако блоки питания Micron рассчитаны на работу при температуре до 60 ° C и имеют паспортную табличку.Конструкция Micron все еще может работать при температурах выше 60 ° C, но ее необходимо постепенно снижать по мере приближения температуры окружающей среды к 70 ° C. Это важно в двух отношениях. Во-первых, технический специалист должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с подходящей конструкцией источника питания, чтобы избежать перегрузки источника питания. Во-вторых, покупатель источника питания должен обращать внимание на различия в номинальных рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку различия в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительны, следовательно, более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.

Также важно понимать разницу между «рабочим диапазоном» и «рабочим диапазоном мощности». Многие производители указывают «рабочий диапазон» для своих источников питания от -20 до 70 C, хотя конструкция с 40 C не обеспечивает мощность выше 49 C. Если возникают какие-либо вопросы относительно пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график кривой зависимости температуры / мощности, который должен отображать точку и диапазон требуемого снижения мощности для устройства.

Семинар по компоновке печатной платы импульсного источника питания

Добро пожаловать. Приветствуем всех на PCB West 2013, Сессия 9, Импульсные источники питания. Я твой спикер. Меня зовут Скотт Нэнс. Я старший разработчик печатных схем в Optimum Design Associates. Я был дизайнером печатных плат в сфере сервисных бюро в течение 30 лет. Хочу отметить, что я не инженер-электрик и не проектировщик блоков питания. Итак, эта презентация — с моей точки зрения, и это взгляд разработчика печатных схем.Причина этой презентации, я думаю, проста. Импульсные блоки питания и их схемы повсюду. Мы видим их в простом дизайне, жестком дизайне, дешевых потребительских товарах в ваших высококачественных телефонах. Мы видим, как они поступают по всему нашему компьютеру, обеспечивая питание, и по всему компьютеру в точке нагрузки.

Вот причина презентации. Причина, по которой я здесь, заключается в том, что мой босс предложил каждому написать статью, а я переключил источники питания.Я приглашаю вас взглянуть на некоторые другие статьи, написанные другими дизайнерами из Optimum Design. Вы можете найти их на сайте designinthetrenches.com, и они охватывают такие темы, как синхронизация DDR, рациональная шелкография, доблесть NPI, ODB ++ и некоторые другие. Вы можете увидеть отрывки из этих статей на сайте designinthetrenches.com.

Мы видим, что существует масса доступной информации об импульсных источниках питания для инженеров-электриков, тома о магнитных характеристиках и потерях мощности, но не так много полезной информации для профессионалов по компоновке печатных плат.Я думаю, что эта презентация поможет прояснить некоторые недоразумения, которые возникают у разработчиков печатных плат, когда приходит время переключать блоки питания. Нам нужно уметь идентифицировать его и уметь размещать так, чтобы каждый макет действовал и работал так, как задумал производитель. Я намерен вкратце рассказать историю импульсных источников питания — мы не будем тратить на это слишком много времени — а затем объясню, как они работают. Я собираюсь предоставить некоторые конкретные методы и примеры верстки, а также что можно и чего нельзя. Все это просто предназначено для того, чтобы предоставить специалисту по верстке достаточно информации, чтобы он мог стать лучшим членом своей команды дизайнеров.

Начнем. На повестке дня, прежде всего, импульсные блоки питания; что они собой представляют, как они выглядят, как мы их идентифицируем, как они работают? А затем мы перейдем к разводке печатной платы, и это, вероятно, будет веселее. Мы доберемся до этого, как только сможем. А затем, если у нас будет время, мы сделаем обзор основ питания. В любое время, если у кого-то есть какие-либо вопросы или что-то неясное, пожалуйста, не стесняйтесь задавать вопросы, и мы посмотрим, сможем ли мы добраться до них в отведенное время.Итак, снова, история переключения источников питания, это будет краткое изложение того, где они были. Не туда, куда они идут, а лишь коротко о том, где они были, откуда пришли. А затем мы рассмотрим некоторые типы источников питания и топологии, чтобы вы могли их идентифицировать. Для профессионалов в области компоновки печатных плат, возможно, не так важно знать эти вещи, потому что большинство этих решений было принято еще до того, как они попали в разводку. Инженеры уже определились со всеми параметрами импульсного блока питания.Мы углубимся в суть этого, когда перейдем к схеме импульсного источника питания.

Немного истории. Принципы были известны еще в 1930-х годах. Их использовали в конденсаторах, аппаратах для дуговой сварки и тому подобном. IBM использовала его в своем мэйнфрейме 704, и, конечно же, он был гигантским и не таким эффективным, как коммутаторы, которые мы видим сегодня. НАСА использовало их. Спутник Telstar — хороший тому пример. И, наконец, самым известным из них является персональный компьютер Apple II, потому что был представлен импульсный источник питания, который фактически сделал компьютер достаточно маленьким и достаточно легким, чтобы его можно было использовать в домашних условиях.

Многие хотят отдать должное популярности импульсных блоков питания. На ум приходит Apple. Род Холт был инженером, который представил его в Apple II. Ему причитается большая заслуга, но он не изобрел импульсный источник питания. Применял только к домашнему компьютеру. Взрыв популярности импульсных источников питания действительно следует приписать инновациям в полупроводниковой промышленности, которые станут микросхемами контроллеров, которые управляют импульсными источниками питания и делают их эффективными.

Еще одна вещь заключалась в том, что для быстрого переключения больших токов требовался выключатель питания, и вертикальный силовой транзистор на основе оксида металла и полупроводника позволял это делать. Это потрясающий термин для обозначения вертикальных металлооксидных полупроводников. Это потрясающий процесс для чипа, позволяющий быстро переключаться. Это было важно для потребительских товаров, потому что в то время биполярные транзисторы использовались какое-то время, и они очень хорошо работали для приложений с большой мощностью, но они не переключались — в прежние времена — и близко не переключались достаточно быстро.Произошло то, что частота переключения была не выше диапазона слышимости людей, поэтому мы слышали такие вещи, как визги в телевизорах и тому подобное. Теперь частоты намного выше, и из-за этого они намного эффективнее.

Итак, еще немного истории. Эти импульсные блоки питания раньше назывались импульсными блоками питания. Motorola начала защищать свой товарный знак, поэтому их больше так не называют. Их называют вариациями, их часто называют переключаемым режимом, переключаемым режимом или SMPS.Мне нравится универсальный переключатель терминов, потому что он применим ко всем из них, и с этого момента я буду использовать этот термин.

Итак, когда вы думаете о импульсном блоке питания — если вы покупаете импульсный блок питания, на ум приходит главный блок питания компьютера. На самом деле это больше, чем импульсный блок питания, и я покажу вам это через минуту, но мы называем это блоком питания. И это то, что является источником сетевого напряжения, 110, и обеспечивает все напряжения через компьютер, которые вам нужны.Дополнительное регулирование происходит на контроллере, на видеокарте и в любом другом месте, которое снижает напряжение от основного источника питания. И мы называем эти регуляторы или точки нагрузки. Это небольшой пример небольшого линейного регулятора точки нагрузки с шариковой решеткой.

Итак, вот несколько примеров. Он просто показывает изображения огромной разницы и, возможно, добавляет путаницы, что такое импульсный источник питания. Основной источник питания компьютера, зарядное устройство для сотового телефона, регулируемый импульсный источник питания лабораторного уровня, линейная сетка из шариков, которая выглядит безобидно, но на самом деле довольно экзотично.Готовый модуль, который можно использовать для приложений, которые будут работать в готовом виде. Это автомобильный аудио усилитель мощностью 800 Вт.

Вот блок-схема компьютерного БП, о котором я говорил. Как видите, первые их ступени действительно готовят напряжения для импульсного блока питания. Выпрямитель с фильтром электромагнитных помех с плавким предохранителем. Если вы знаете о блоках питания, после выпрямления он становится постоянным напряжением. Импульсный источник питания на самом деле не преобразует переменный ток в постоянный.Он принимает напряжение постоянного тока, и я покажу вам, он фактически преобразует его в переменный ток, а затем обратно в постоянный ток для своего выходного напряжения с целью повышения эффективности.

На этом изображении прямо здесь, после выпрямителя у меня есть схема PFC — и она есть в некоторых более мощных блоках питания — и это означает коррекцию коэффициента мощности. Есть два типа. Есть пассивное и активное. Если это активная схема корректора коэффициента мощности, на самом деле это еще один импульсный источник питания в линии, подготавливающий напряжение перед основным источником питания.Ваше обычное напряжение постоянного тока, которое вы увидите, напряжение в режиме ожидания, ваш плюс 12, ваш плюс 5, плюс 3,3, иногда минус 12 и минус 5.

Мы больше не будем говорить о блоке питания, а только о секциях импульсного блока питания. По определению импульсный источник питания использует переключатель питания, магнитные элементы, крышки фильтров и выпрямитель для передачи энергии, и это от входа к выходному источнику, обеспечивающему регулируемое напряжение. Он работает путем быстрого включения и выключения этого выключателя питания.Это выходное напряжение рассчитывается исходя из входного напряжения переключателя и рабочего цикла.

Рабочий цикл — это время, в течение которого происходит включение и выключение. Во время работы на сцене — они называют это режимом насыщения — это эффективная стадия — на ней пренебрежимо мало напряжения. В выключенном состоянии он отключен, и по нему нет тока. Таким образом, переключатель питания некоторое время остается в этих двух состояниях, и это очень эффективные состояния, поэтому в течение этого времени они рассеивают очень мало энергии.Это теория импульсного источника питания.

И, конечно же, эффективность обычно является причиной того, что вы используете импульсный источник питания. Линейные регуляторы обычно составляют 60%, а импульсные источники питания регулярно составляют 90%, и никогда не 100%, но они могут быть 98. Более высокий КПД, конечно, означает меньшее потребление энергии на входном источнике, более длительный срок службы для ваши батареи, меньшее тепловыделение — все, что нам нужно для наших небольших современных электронных устройств.

Таким образом, сравнивая их с предшественниками, которые являются линейными регуляторами, коммутаторам не требуются большие, тяжелые низкочастотные трансформаторы, которые вы могли бы увидеть, может быть, в Apple I. До Apple II они были большими трансформаторами. Коммутаторам это не нужно, но они требуют высокочастотной фильтрации. И это делается с помощью гораздо меньших компонентов. Фильтрация осуществляется с помощью LC-цепи. Он будет с проводником и крышкой, а не с большим трансформатором.Они не рассеивают столько тепла, поэтому мы видим более высокую эффективность, делая это. Это также позволяет нам миниатюризировать и в сочетании с более высокой энергоэффективностью дает им огромное преимущество перед линейными регуляторами.

Недостаток коммутатора в том, что он требователен к компоновке. Даже если они расположены правильно, из-за быстрого переключения и из-за высокого тока они шумят. Они могут излучать шум, и мы должны об этом знать.Мы должны знать, откуда исходит этот шум.

Существует два основных типа импульсных источников питания. есть изолированные и неизолированные. Это означает, что в середине импульсного источника питания есть трансформатор. Обычно вам понадобится импульсный источник питания с изоляцией от трансформатора, когда напряжение выше, и это из соображений безопасности. Итак, все, что выше 42,5 вольт — это в значительной степени мировой стандарт, но здесь я показываю, что этого требуют требования UL.Опять же, это для безопасности. Но если вам это не нужно, то компоненты с более низким напряжением могут быть очень маленькими, а многие силовые компоненты могут быть на той же микросхеме, что и схема управления. Вот почему мы находим модули, в которых очень мало внешних компонентов.

Вот три распространенных неизолированных. Это будут меньшие более низкие напряжения. Они называются понижающим, повышающим и понижающим-повышающим и определяются вашими требованиями к входному и выходному напряжению. Понижающий регулятор называется понижающим, входное напряжение будет выше, чем выходное.Повышение, очевидно, выход будет выше, чем вход, а повышение-понижение будет инвертировать полярность. Иногда это называют инвертированием полярности, и — не так часто — это называется неизолированным обратным ходом. Иногда по ошибке их называют обратным ходом, но без трансформатора они не возвращаются. Вы бы назвали это неизолированным обратным ходом.

Это простейшая схема. Это понижающий регулятор, понижающий преобразователь. Первое, что мы сделаем, это определим все ключевые компоненты питания.Конденсаторы фильтра обозначены как Cin и Cout. Выключатель питания здесь — U-1. Это также функция элемента последовательного прохода. L-1 — магнитный элемент, в данном случае индуктор. И тогда D-1 — это выходной выпрямитель, и в данном случае это диод Шокли, который пытается снизить прямое падение напряжения.

Тогда вы видите, что есть три разные топологии, но на самом деле они создаются путем простой перестановки переключателя, выпрямителя и катушки индуктивности.По этим схемам они немного отличаются, но происходит то, что энергия восстанавливается из магнитного элемента по-другому. Мы получаем повышение напряжения с повышением и инвертирование полярности, просто переставляя три компонента.

А затем большое слово «асинхронный» против синхронного. Синхронный часто называют сверхэффективным импульсным источником питания, и я уже упоминал о прямом падении напряжения выпрямителя. В эффективном импульсном источнике питания большую часть времени половина потерь или даже более половины потерь приходится на выпрямитель.Его заменяют другим полевым МОП-транзистором. Иногда это сбивает с толку, эти двое делают две разные вещи, но у обоих есть своя важная функция. Линии управления, которые управляют этими двумя, часто называют верхним затвором и нижним затвором. Их называют с верхним и нижним кормом. Один из них снова будет элементом последовательного прохода, а другой будет выходным выпрямителем. Иногда их также называют верхними и нижними. Но вы увидите эти проверки. Их назовем синхронными или сверхэффективными.

А потом с чередованием и многофазностью. Чередование копирует элемент последовательного прохода вместе с магнетизмом, и это снижает текущие напряжения на этих устройствах. Вы можете совместно использовать ограничители входного и выходного фильтров, и, сделав это, вы действительно можете уменьшить размер ограничения выходного фильтра. Опять же, более эффективный и в данном случае многофазный, это видно по контрольным линиям. Это действительно снижает шум и одновременно увеличивает эффективность.Вы увидите, как этот конкретный прибор выполняет такие действия, как подача напряжения ядра микропроцессора.

Это изолированные топологии. Обычно они предназначены для более высоких напряжений. Здесь определены шесть общих, но они все время изобретают их для разных приложений. Я показываю некоторые конкретные или общие приложения, но на самом деле любая из этих топологий будет работать в любом приложении. Просто они имеют разные характеристики, которые делают их более подходящими для конкретного применения.

Обратный ход — это тот, о котором я говорил ранее, в телевизоре высокого напряжения. Обычно там можно увидеть обратный ход или более дешевые компьютерные блоки питания. Впереди будут компьютерные блоки питания более высокого класса. Два переключаются вперед, снова просто для большей мощности. Вы можете видеть, что мощность обычно увеличивается в диапазоне, потому что каждая из этих топологий лучше подходит для этого диапазона. Можно чередовать любую топологию. Вы видели, что они весят до 1000 ватт. Когда они увеличиваются до 10 000 Вт, это обычно чередуется полный мост.Вы можете чередовать десятки раз. Есть несколько переключателей и несколько индукторов. Эти вещи могут выглядеть очень сложными, но принципы переключения такие же, как и в простых. Мне нравится показывать простые схемы, потому что то, что мы здесь узнаем, просто воспроизводится на некоторых из этих более сложных.

Изолированные топологии, я показываю обратную и прямую. Они не выглядят сильно по-разному, но то, что они делают на самом деле — обратный ход заимствован из предыдущего — я показал вам повышение понижения, инвертирование полярности.На самом деле все, что происходит, это то, что магнитный элемент разделяется, соединяется и наматывается вокруг, образуя трансформатор. Так что это изоляция, но на самом деле это так — поэтому иногда это называют обратным ходом, когда он не изолирован. Прямой преобразователь представляет собой замену понижающего преобразователя. Все остальные изолированные топологии на самом деле являются производными от прямого преобразователя. Больше переключателей, более высокая мощность, более эффективный при этой мощности.

Последние два будут полумостом и полным мостом.Это завершает последние шесть изолированных типологий. Все больше и больше переключателей, все более и более эффективных для большей мощности. Я просто хочу указать, если вы видите мост H, это не аббревиатура полумоста. Это действительно показывает, что вы используете полный мост, а H — это именно то, как переключатели выглядят на схематической форме в H. .

Итак, перейдем к разводке печатной платы. Есть вопросы? Итак, эталонный макет, критический проход в EMI и аналоговая схема.Эталонный макет — это то, что вы найдете, если у вас есть микроконтроллер и производитель, который выводит эти данные. Часто будет использоваться эталонный макет. Вы сможете копировать в точности так, как задумал производитель. Я ничего из этого не понимаю. Я вообще редко вижу какие-либо спецификации. Обычно я очень усердно ищу спецификации и примечания по применению. Один намек — если вы не можете их найти, обратитесь к производителю. Они предоставят вам информацию, которую вы не всегда можете найти в Интернете.

Всегда обращайтесь к паспорту производителя и любым указаниям по применению. Опять же, это применимо, если у вас есть производитель, у которого есть контроллер или критическое устройство, это покажет вам, как заставить его работать. Часто они вообще недоступны. Мы поговорим о некоторых причинах, по которым эталонный макет нельзя скопировать. Очень распространенный. У нас не было бы этого класса прямо здесь, если бы все, что вам нужно было делать, это каждый раз копировать макет, верно? Мы говорим о том, где можно вносить изменения, а где нет.Просто несколько кратких примеров предлагаемых макетов, которые бывают всех форм. Некоторые из них выглядят карикатурно, но они всегда дают вам то, что, по мнению производителя, необходимо. Чаще всего без объяснения причин. Некоторые из них были просто демонстрационными схемами, которые они вам дают, они заставили их работать, и могут или не могут даже применяться с вашим применением. Ваш макет может не выглядеть так, но это то, что вы получаете в отношении направления макета печатной платы.

Итак, вот некоторые из причин, по которым рекомендуемый макет не может быть реализован как есть.Во-первых, основные компоненты различаются по размеру и форме. Я думаю, что каждый коммутатор, который я когда-либо выкладывал, имеет катушку индуктивности и выпрямитель другого размера, чем те, что показаны на указанной схеме. И я думаю, что это обычно потому, что инженер-электрик может проводить анализ сокращения затрат, или он может просто заменять детали, чтобы использовать детали, которые есть на складе его компании. Это самый распространенный вариант, и он немного меняет макет, когда форма отличается.Возможно, вы больше не сможете делать обратные пути такими, какими они были. Функции схемы опущены или добавлены, механические ограничения, близость к другим компонентам. Все это повлияет, если вы сможете реализовать рекомендуемый макет как есть. Требования к тестированию были бы подобны тестовым точкам ICT — необходимость вставлять переходные отверстия в каждую сигнальную линию, а производитель говорит вам, что вы не можете.

Детали с мелким шагом, требующие более тонкой меди? Если производитель говорит, что этот макет должен быть выполнен с 2 унциями меди, но у вас есть деталь с мелким шагом, в которой говорится, что вы должны сделать это с тремя восьмыми унциями меди, вам придется спланировать эти пути тока по-другому и выполнить изменения их макета.Вы просто хотите убедиться, что он работает так, как задумано.

Переходные отверстия большего размера. Много раз они скажут, что вам нужно вставить переходное отверстие здесь и здесь. Если вы вынуждены из-за стандартов компании или из соображений надежности использовать переходное отверстие другого размера, у вас может не быть такой же доступности для размещения переходного отверстия. Так что, возможно, вы меняете компоновку только для того, чтобы вставить переходные отверстия. И, конечно же, разное количество слоев печатной платы. Это обычное дело.

Итак, мы надеемся, что, поняв, как работает коммутатор и где находятся критические пути питания, мы сможем изменить схему так, чтобы эти вещи не влияли на чувствительную аналоговую схему.Стандарты дизайна вашей компании могут даже привести к другим изменениям: прокладка виртуальной машины, терморегуляторы, размеры занимаемой площади — все эти вещи, которые ваша компания может посоветовать вам использовать. Возможно, вы смотрите на макет, и реализовать его будет буквально невозможно.

Самыми критическими путями в коммутаторе или компоновке всегда являются контуры переменного тока. Нам нужно их идентифицировать, чтобы мы могли сперва их спланировать. И, как тут же сказано, эти пути имеют приоритет над всеми остальными.Итак, мы выкладываем переключатель для контуров переменного тока. Когда мы сможем их идентифицировать, мы сможем приступить к раскладке нашего переключателя. Понижающие преобразователи, простой понижающий регулятор, с которого легко начать. Петли постоянного тока — входной и выходной источник — они исходят от источника и заряжают положительный вывод Cin, а затем этот ток возвращается с отрицательного вывода Cin обратно к источнику. Как и нагрузка, ток поступает от положительного вывода Cout и возвращается к отрицательному выводу Cout.Первое, что вы сделаете, вы хотите определить, где эти крышки фильтров находятся на вашей схеме, и обозначить их как это. Потому что эти соединения здесь должны быть выполнены на выводах конденсатора. Вы хотите сделать их с большим количеством переходных отверстий и низкими препятствиями.

Петли переменного тока будут петлей переключателя мощности, и она формируется, когда переключатель включен. Таким образом, ток течет от положительной клеммы Cin и через элемент последовательного прохода, через магнитный элемент к положительной клемме Cout и возвращается с отрицательной клеммы Cout обратно к отрицательной клемме Cin.Когда переключатель выключен, мы восстанавливаем энергию, которая хранится в магнитном элементе. Так что эта токовая петля немного отличается от токовой петли. Он поступает от катушки индуктивности, заряжает положительный вывод Cout и возвращается от отрицательного вывода Cout через выходной выпрямитель и обратно к магнитному элементу.

Очень мало информации, показывающей неизолированные — очень мало для разработчика печатных плат, но это действительно довольно просто, когда вы начинаете отмечать, где находятся контуры переменного тока.Опять же, это единственный выход, поэтому он выглядит довольно безобидно, но когда они становятся сложными, что происходит, потому что они снимают несколько напряжений с каждого из этих трансформаторов. Вы все еще хотите идентифицировать петли, и они разделены в изолированной форме. Я также показываю оптопару для обратной связи с контроллером, потому что, опять же, из соображений безопасности у вас будет изолированный трансформатор. Это более высокое напряжение.

Выход элемента последовательного прохода, или переключателя, называется узлом переключения, и его обычно называют узлом SW или SW.Он является частью прямого пути переменного тока и несет в себе колебания напряжения большой амплитуды и все частоты переключения. В частности, этот узел должен быть как можно короче. Его размер должен быть таким, чтобы пропускать ток, необходимый для источника питания, но вы не хотите делать его шире, чтобы компенсировать более длинную линию. Причина в том, что эта линия и ее способность становиться антеннами и излучать электромагнитные помехи зависят от ее длины. Таким образом, идея этой примечания состоит в том, чтобы сделать ее как можно короче.

В обратном пути заметка, о которой вы действительно хотите знать, — это разница. Отличие двух контуров переменного тока — питание на неизолированных импульсных блоках питания. Разница в том, что две петли, которые вы видите наложением, перекрывают Cout, и некоторые производители говорят, что вам не нужно беспокоиться о них, потому что они учитывают эти напряжения постоянного тока, потому что напряжения на нем постоянно. Это небезопасный способ просмотра, потому что здесь есть другие вещи.Мы не хотим рассматривать их как контуры постоянного тока. Это две независимые петли переменного тока, но различие, в частности, должно заключаться в коротком соединении с общей точкой с низким сопротивлением на Cin, которое очень короткое, чтобы быть анодом выходного выпрямителя. Это будет общая точка заземления, которая в коммутаторе будет также применяться к p-земле в любых термопрокладках для ваших контроллеров.

Вот только образец схемы компоновки понижающего преобразователя. Все силовые компоненты находятся на одной стороне платы.Соединения выполняются без переходных отверстий, а затем обратные пути выполняются с переходными отверстиями без термического разгрузки. Выходной выпрямитель всегда располагается очень близко к магнитному элементу. Простите меня, и обратный путь к Цину тоже. Это наш узел переключения. Это сделано как можно меньше.

Таким образом, обратный путь переменного тока должен максимально совпадать с прямыми путями, и лучший способ сделать это — использовать полную заземляющую пластину на втором уровне — прямо под вашим импульсным источником питания.Практически повсеместно рекомендуется иметь полную заземляющую пластину под импульсным источником питания, если только вы не делаете однослойную плату. Тогда вам действительно нужно подумать об этом, как вы собираетесь сократить и уменьшить пути обратного цикла. Причина этого в том, что близкие магнитные поля нейтрализуют друг друга. Таким образом, это снижает EMI. Таким образом, коммутационный узел особенно нужен, поскольку он несет коммутационные и сильноточные пути, он должен быть защищен и должен быть расположен таким образом, чтобы он не находился рядом с другими схемами или любыми другими переключателями.Эта конкретная схема представляет собой понижающий преобразователь, но чего-то не хватает, выпрямитель находится на плате. Это сверхэффективный синхронный выпрямитель. Таким образом, вы не видите выпрямитель, но когда соединения выходят на печатную плату, они подчиняются тем же правилам, что и снаружи.

Вот и все о путях с большим током. Были вопросы по этому поводу? Тогда я буду рад двигаться дальше. Таким образом, регулирование рабочего цикла — это то, что определяет выходное напряжение, и этот сигнал будет нести частоту переключения.Он также считается средним током и должен быть максимально защищен от путей большой мощности переменного тока. А поскольку он имеет средний ток и несет частоту коммутации, он должен находиться вдали от чувствительных аналоговых схем, на которые он может повлиять. Вы можете потратить много времени на работу с этими линиями затворов сразу после того, как спланируете свои токовые петли переменного тока. Одной из форм управления нагрузкой является широтно-импульсная модуляция — просто изменяет время включения и выключения переключателя в зависимости от входного напряжения.Площадь каждого блока одинакова, и это просто помогает обеспечить действительно стабильное выходное напряжение.

Чтобы рабочий цикл работал правильно, нам нужна какая-то обратная связь. Извините, это снова рабочий цикл, извините. Это драйвер затвора, а не интегрированный контроллер, и эти сигналы много раз должны маршрутизироваться как пара и маршрутизироваться внутри. Опять же, это должно содержать петлю, сделать петлю как можно меньше, чтобы уменьшить EMI, а также обеспечить подавление синфазного шума.

Это то, что вы увидите, когда начнете строить коммутаторы из дискретных компонентов, а не заставлять контроллеры делать это за вас. Чтобы получить точный рабочий цикл, нам нужен какой-то тип обратной связи с выходом, будь то напряжение или ток. Во многих случаях это напряжение, и во многих случаях это делается с помощью делителя напряжения — просто измеряя выходное напряжение. А затем он будет подан на аналоговый усилитель с воздушной коррекцией. Это будет на микросхеме контроллера.Его обычно называют FB или узел обратной связи, и этот узел, в частности, имеет высокий импеданс, что означает, что он чувствителен к шуму.

Другой тип обратной связи может быть обратной связью по току. Какой ток динамически подает источник питания в любой момент времени. Это делается через чувствительный резистор и компаратор, который определяет падение напряжения на известном резисторе. Благодаря этому они могут в любой момент вычислить, какой ток проходит через резистор.Вы можете видеть, что это не то, что делает автотрассировщик. Классы цепей имеют большой ток, но они на короткое время превращаются в аналоговый сигнал, поэтому их следует рассматривать как дифференциальную пару. Помехозащищенность — это то, что вам здесь нужно, и ее маршрутизация довольно специфична, это называется соединением Кельвина. Возможно, вам понадобится заземлить его, в зависимости от того, что вокруг него.

Это еще один пример связи Кельвина.Это был многофазный синхронный понижающий преобразователь, который вы увидите для питания ваших микропроцессоров, напряжения ядра и т. Д. И очень быстро вы можете увидеть, что в середине есть два Cins, два ваших последовательных проходных элемента, затем два выпрямителя, два индуктора и затем два резистора считывания. Вы можете увидеть переходное отверстие, выходящее из их середины, а затем возвращение Коута. Аналоговая заземляющая пластина посередине. Следующим слайдом будет вид снизу сбоку. Вы можете видеть, как контроллер собирает соединения Кельвина от двух измерительных резисторов, а затем передает рабочий цикл обратно элементу последовательного прохода.

Это аналоговые сигналы, обратная связь, о которой мы говорим, Кельвины и, в частности, сети делителей напряжения, они аналоговые, и они должны быть аналоговыми, а не искажаться проходом высокого тока. По этой причине часто вам нужно иметь аналоговую заземляющую пластину, на которую они могут ссылаться. Обычно у вас будет общая точка, чтобы привязать эту аналоговую заземляющую поверхность к какой-то точке на коммутаторе. Cout — обычное место для этого, но производители покажут вам — много раз, как компоненты, расположенные внутри, диктуют другое место для этой общей точки.

Вот еще одно место для этого. Это общая точка, продиктованная производителем. Аналоговая схема внизу. S-земля означает сигнальную землю, но в данном случае это аналоговая земля. Вот что означает s-ground. Когда вы определите это и общую точку между s-заземлением и p-заземлением, вы узнаете, где находятся сильноточные возвратные сигналы и от чего следует держаться подальше. Идея, аналоговые сигналы, которые поступают в аналоговую область этого контроллера, должны оптимально пересекаться в общей точке.

Тепловизоры, всегда большая проблема с переключателями. Коммутаторы не на 100% эффективны, поэтому они теряют часть мощности для нагрева, а поскольку мы делаем их такими маленькими, часто бывает трудно отвести тепло. Этот явно не такой уж маленький. Это инвертор для солнечной батареи. Итак, здесь много тепла, потому что уже снаружи на солнце. Мы пытаемся отвести тепло, а у нас сзади есть радиатор. На самом деле мы хотели бы укоротить затвор и линии управления, но здесь мы хотим использовать низкоомные напряжения постоянного тока для всех радиаторов.Мы хотим использовать Vin, Vout и землю. Что вы не хотите использовать, так это узел переключения. Часто случается, что коммутационный узел — это лучший механический способ отвести тепло от коммутатора. Но это ваша излучающая антенна EMI, которую вы хотите уменьшить любой ценой.

Конечно, еще один способ отвода тепла — это воздушный поток. Они все время плотно упакованы в высокие компоненты. Сам ваш коммутатор будет иметь высокие компоненты. У него будет высокий индуктор и высокие крышки фильтра.Возможно, вы затеняет элемент прохода серии — сам переключатель. Вот где вы пытаетесь избавиться от жары. Если вы используете только воздушный поток, вам действительно нужно знать направление воздуха. Возможно, вы вращаете переключатель только для отвода тепла.

Другая форма, которую вы видите в ноутбуках, — это теплопроводность. Мы контактируем с компонентами, чтобы отвести тепло. В этом случае у нас есть токопроводящий охлаждающий элемент на задней стороне в контакте и сверху.Но часто это делается механически. Это могло быть сделано из предыдущего продукта. Это может быть сделано, потому что механик должен сделать это первым, но это пример предварительно размещенных компонентов. Итак, в макете нам не нравятся предварительно размещенные компоненты, потому что это дает нам очень небольшую свободу действий в том, как мы собираемся их размещать. Поэтому, если вы вынуждены сделать это таким образом, и вы вынуждены установить переключатель там, где он работает хорошо, вы можете получить размещение, которое в некоторых областях намного плотнее, чем в других. У нас есть несколько общих правил, которые можно и чего нельзя делать, а также ошибки в макете.Кроме того, нам нужно проявлять творческий подход к придумыванию решений, чтобы не допускать ошибок только потому, что мы вынуждены двигаться в одном направлении с нашим макетом.

Так что не надо. Нам часто дают стеки, которые мы вынуждены использовать. Это стэк HGI для полетов в авиакосмической отрасли. Мы не собираемся менять это и выпускать этот макет в этом году. Так что мы должны заставить эту работу работать за нас. Как видите, обратный путь для петли переменного тока находится на пятом уровне. У нас есть несколько скоростных сигналов на три и четыре.Если бы мы этого не планировали, мы могли бы направлять эти сигналы прямо через петли переменного тока в нашем коммутаторе. Простое осознание этого заставит вас убедиться, что этого не происходит. Если вы позволите этому уйти, это будет легкой ошибкой. Маршрут прямо через него, верно?

Я предлагаю, возможно, использовать несколько слоев и хорошо сшить их вместе. Вы можете либо приблизить обратный путь к прямому, либо наоборот. Преимущество понижения прямого тока обратно к обратному току состоит в том, что вы расширяете медь.Вы должны хорошо сшить их вместе, но это увеличивает ваши текущие возможности, а повышение температуры окружающей среды снижается.

Не размещайте компоненты измерения напряжения там, где они обнаруживают. Это частая ошибка. Вы удивитесь. Здесь у нас есть трасса обратной связи с высоким импедансом, охватывающая правый проход для коммутирующего узла. Будет очень сложно получить точное представление о том, что на самом деле происходит на выходе коммутатора. Это будет вызвано шумом.По сути, мы делаем большую антенну для пикапа. Мы хотим разместить их как можно ближе к этому узлу обратной связи. Вы увидите, что в коммутаторах много, термин ACAP, насколько это возможно. Затем вы выводите напряжение постоянного тока в качестве обратного отсчета. Эти доброкачественные и невосприимчивые к шуму.

Вот наше нынешнее чувство, наши связи по Кельвину. Много раз я показывал вам схему, в которой соединения Кельвина должны быть выполнены с помощью переходных отверстий. Если возможно, мы стараемся не делать их переходными отверстиями, соединения Кельвина выполняются таким же образом.Если необходимы переходные отверстия … ну, они чувствуют силовые соединения, верно? Таким образом, эти сети, по определению, уже являются плоскими сетями, вероятно, в вашем макете, и поэтому их очень легко можно замкнуть прямо на плоскость, что не позволит вам получить точное представление о том, что происходит в нашем восприятии. Поэтому мы используем наш инструмент САПР, чтобы убедиться, что эти переходные отверстия не замыкаются на плоскость, где мы этого не хотим.

Есть несколько способов сделать это. Мне нравится рисовать маленькие круглые пустоты.Но мне нравится задокументировать это, так что на случай, если в какой-то момент времени произойдет дальнейшая переработка этого макета, это не просто маленькие кусочки рисунков, которые всплывают и влияют на другие схемы.

Нужно знать, где находится наш переключающий шум в коммутаторе, чтобы он не влиял на другие схемы. Мы не хотим, чтобы он был рядом с чем-то чувствительным, и мы не хотим, чтобы он находился рядом с другими переключателями. Вот этот случай — пара запретов. У нас есть две катушки индуктивности рядом друг с другом, и они соединяются и вызывают … Теперь это трансформатор.Мы наводим шум от одного к другому. Итак, это пара недопустимых. Что я действительно предлагаю сделать, так это то, что первое, что мне нравится делать в макете, — это разместить на рабочем месте все переключатели. Когда вы это делаете, вы знаете, где находятся коммутационные узлы, знаете, где с ними сталкиваться, и знаете, как уберечь их от всего, что может оказаться чувствительным. Другие люди могут начать с других схем, но я всегда сначала начинаю с переключателей.

Это одна из худших ошибок.Размещение Cout в нагрузке. Если вы используете несколько элементов прохода серии, размер Cout часто уменьшается в размере. Так получается небольшая керамическая крышка. И если вы не определили его как Cout на ранней стадии, его можно легко принять за отсутствующую крышку байпаса на устройстве где-то еще на плате.

И то, что вы сделали здесь, — это убрали возможность фильтровать пульсации напряжения на выходе. То, что здесь происходит, простая маленькая ошибка, но у вас будет пульсация напряжения на всей плоскости между отсюда, и вы увидите это на всех своих сигналах на этой шине напряжения.Все ваши цифровые выходы будут видеть эту частоту переключения. Так что ты делаешь с Коутом? Вы кладете его прямо рядом с магнитным элементом, образующим ЖК-фильтр.

Коммутаторы действительно выделяют тепло, я сказал, что они не на 100% эффективны. Эта потеря мощности выводится в виде тепла. Итак, на этом этапе, когда вы впервые выкладываете свой коммутатор и получаете место, с которым можно работать, спланируйте, как вы собираетесь выводить из него тепло. Тепловые переходы на открытой площадке контроллера, заполнение всеми вашими напряжениями постоянного тока, планирование направления воздушного потока, все эти вещи.Тепловые переходные отверстия — я слышал, что их определяют как переходное отверстие диаметром 14 мил и более. Конечно, вы можете использовать переходные отверстия меньшего размера, иногда это необходимо, особенно когда они находятся в контактной площадке, но они, кажется, лучше всего подходят для термического извлечения — переходное отверстие 14 мил. Таким образом, очевидно, что знание того, как проходят эти пути тока и где находится аналоговая схема, позволит нам расположить коммутатор наилучшим образом. Особенно, когда нам нужно изменить этот макет.

Некоторые из этих проблем, о которых я сказал, не так критичны.Это сбивает с толку, потому что некоторые люди не заботятся о некоторых переключателях. Что ж, эти проблемы усиливаются при повышении тока и при повышении частоты коммутации. Думаю, я об этом и говорю, каждое приложение уникально. У меня есть курс обзора блока питания. Это не совсем корректно, но объясняет, почему мы называем переменным напряжением или возвратом переменного тока.

Я сказал прямой переменный ток, что звучит неправильно, потому что все думают, что переменный ток идет только по одной или двум разным полярностям — переменному току.Переменный ток также может иметь прямоугольную форму, но по определению он обеспечивает циклически изменяющееся напряжение во времени. Что мы знаем, так это то, что это не постоянный ток, потому что постоянный ток имеет одинаковое направление потока и количество или напряжение электричества. Итак, одно мы знаем, что это не постоянное напряжение. Напряжение постоянного тока, которое быстро включается и выключается, как в переключателе, представляет собой циклически изменяющееся напряжение во времени. Это либо положительно, либо отрицательно относительно того, где было секунду назад.

Регулировка необходима, потому что входные напряжения не идеальны.Современные процессоры, работающие при напряжении ниже 1 В, требуют действительно стабильного регулирования мощности. Свитчеры могут это сделать, если они правильно разложены. Вот почему линейные регуляторы так неэффективны. Это потому, что все потери идут на тепло, им нужно место для головы. Для линейного регулятора обычно характерен КПД 60%. Это означает, что вся энергия теряется из-за тепла. Распространенным применением будет регулятор на 12 вольт с выходным сигналом 5 вольт. Если он выдает 1 ампер, это падение на 7 вольт, а вы должны извлечь из него 7 ватт тепла.Это довольно распространенное приложение, но семь ватт — это убийство в неправильной среде. И поэтому импульсные блоки питания более эффективны. Вы включаете и выключаете его, и ваше выходное напряжение на самом деле является просто средним напряжением.

Что ж, для импульса с модуляцией времена нарастания и спада будут меняться. Но типичные частоты будут — это зависит от того, что вы делаете. Импульс с модуляцией иногда бывает с очень медленной скоростью. Но килогерцы, сотни килогерц, это для мощного аудиопреобразователя, но вы также можете получить мегагерцы.Это не десятки или сотни мегагерц, но это жесткий сигнал быстрого переключения, поэтому вам нужно беспокоиться о гармониках фронтов. Так что это не столько время нарастания и спада, сколько острые углы.

Импульсный блок питания с этим не справляется. Он обрабатывает импульс с модуляцией входного напряжения, но должен быть фильтр электромагнитных помех, выпрямление, все, что происходит перед переключателем. Так что переключателя на самом деле нет, чтобы позаботиться об этом.В основном блоке питания компьютера есть функция, называемая коррекцией коэффициента мощности, и это помогает, потому что повышает напряжение. Это как предусилитель для основного блока питания. Да, но переключатели обычно не просто подключают к стене. У них есть фильтрация и подготовка, прежде чем они достигнут самого напряжения.

Я хочу вас всех поблагодарить. Если есть какие-либо вопросы или что-то еще, с чем я могу помочь, я более чем счастлив. Завтра иду на выставку — у Оптимум Дизайн там палатка.Пожалуйста, зайдите и поговорите. Я хотел бы поговорить о ваших макетах. Пожалуйста, сделай это. Все в порядке? Получайте удовольствие от своих макетов и свяжитесь со мной в любое время. Спасибо вам всем. [аплодисменты] Большое спасибо.

Как сделать наилучшие измерения импульсного источника питания

Страна или регион * —Выберите — United StatesUnited KingdomCanadaIndiaNetherlandsAustraliaSouth AfricaFranceGermanySingaporeSwedenBrazilAfghanistanÅland IslandsAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrit / Индийский океан Terr.Бруней-ДаруссаламБолгарияБуркина-ФасоБурундиКамбоджаКамерунКанарские островаКапо-ВердеКаймановы островаЦентральноафриканская РеспубликаЧадЧилиКитайОстров РождестваКокос (Килинг) островаКолумбияКоморские островаКонгоКонго, The Dem. Республика OfCook IslandsCosta RicaCôte d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland IslandsFaroe IslandsFijiFinlandFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный Terr.GabonGambiaGeorgiaGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard / McDonald ISL,.HondurasHong Kong, ChinaHungaryIcelandIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (Северная) Корея (Южная) KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarN. Марьяна Isls.NamibiaNauruNepalNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorwayOmanPakistanPalauPalestinian край, OccupiedPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSamoaSan MarinoSao Фолиант / PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbia и MontenegroSerbiaMontenegroSeychellesSierra LeoneSlovak RepublicSloveniaSolomon IslandsSomaliaSpainSri LankaSt.Елена Пьер и Микелон Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard / Ян Майен Isls.SwazilandSwitzerlandSyriaTaiwan, ChinaTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks / Кайкос Isls.TuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUS Экваторияльная Is.UruguayUzbekistanVanuatuVatican CityVenezuelaViet NamVirgin острова (Британские) Виргинские острова поле (США) Уоллис / Футуна Isls.Western SaharaYemenZambiaZimbabweRequired

с линейной регулировкой vs.Импульсный источник питания | ОРЕЛ

Для повседневных электронных устройств, особенно с интегральными схемами, требуется надежный источник постоянного напряжения, который может обеспечивать питание в любое время без каких-либо сбоев. В этом блоге мы рассмотрим две топологии источников питания, которые следует рассмотреть для вашего следующего проекта: источники питания с линейным стабилизатором и импульсные источники питания. Выбор источника питания зависит от ваших требований к эффективности, занимаемому пространству, регулировке выходной мощности, переходному времени отклика и стоимости.

Источник питания с линейной регулировкой

Линейные регуляторы были предпочтительными источниками питания до 1970-х годов для преобразования переменного тока (AC) в установившийся постоянный ток (DC) для электронных устройств. Хотя сегодня этот тип источника питания не используется так широко, он по-прежнему является лучшим выбором для приложений, требующих минимального шума и пульсаций.

Они могут быть громоздкими, но источники питания с линейной стабилизацией бесшумны. (Источник изображения)

Как они работают

Основным компонентом, обеспечивающим работу линейного регулятора, является стальной или чугунный трансформатор.Этот трансформатор выполняет две функции:

• Он действует как барьер для разделения входа высокого напряжения переменного тока от входа низкого напряжения постоянного тока, который также отфильтровывает любой шум, попадающий в выходное напряжение.
• Он снижает входное напряжение переменного тока с 115/230 В до примерно 30 В, которое затем может быть преобразовано в постоянное напряжение постоянного тока.

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, а затем выпрямляется несколькими диодами. Затем оно сглаживается до низкого постоянного напряжения парой больших электролитических конденсаторов.Это низкое постоянное напряжение затем регулируется как стабильное выходное напряжение с помощью транзистора или интегральной схемы.

Вот блок питания с линейным регулятором. (Источник изображения)

Регулятор напряжения в линейном источнике питания действует как переменный резистор. Это позволяет изменять значение выходного сопротивления в соответствии с требованиями к выходной мощности. Поскольку регулятор напряжения постоянно сопротивляется току для поддержания напряжения, он также действует как устройство рассеивания мощности.Это означает, что полезная мощность постоянно теряется в виде тепла, чтобы поддерживать постоянный уровень напряжения.

Трансформатор — это уже крупный компонент, который нужно разместить на печатной плате (PCB). Из-за постоянной мощности и рассеивания тепла для источника питания линейного регулятора потребуется радиатор. Сами по себе эти два компонента делают устройство очень тяжелым и громоздким по сравнению с малым форм-фактором импульсного источника питания.

Предпочтительные приложения

Линейные регуляторы

известны своим низким КПД и большими размерами, но они обеспечивают бесшумное выходное напряжение.Это делает их идеальными для любого устройства, требующего высокой частоты и низкого уровня шума, например:

• Цепи управления
• Усилители малошумящие
• Сигнальные процессоры
• Автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование
• Датчики и схемы сбора данных

Преимущества и недостатки

Источники питания с линейной стабилизацией могут быть громоздкими и неэффективными, но их низкий уровень шума идеально подходит для приложений, чувствительных к шуму. Некоторые преимущества и недостатки, которые следует учитывать для этой топологии, включают:

Преимущества

• Простое приложение .Линейные регуляторы могут быть реализованы как единый корпус и добавлены в схему всего двумя дополнительными фильтрующими конденсаторами. Это позволяет инженерам любого уровня подготовки легко планировать и проектировать с нуля.
• Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже по сравнению с импульсными источниками питания.
• Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания.Это делает их идеальными для любых чувствительных к шуму приложений, включая устройства связи и радио.

Недостатки

• Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы можно использовать только для понижения напряжения. Для источника питания переменного / постоянного тока трансформатор с выпрямлением и фильтрацией необходимо разместить перед линейным источником питания, что увеличит общие затраты и усилия.
• Ограниченный выход . Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение.Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный стабилизатор напряжения на каждый требуемый выход.
• Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Это также требует добавления радиатора, который увеличивает размер и вес устройства.

В наше время энергоэффективных устройств низкий КПД линейно регулируемого источника питания может стать убийцей. Нормальный источник питания с линейной регулировкой будет работать с КПД около 60% при выходном напряжении 24 В.Когда вы рассматриваете входную мощность 100 Вт, вы получаете 40 Вт потери мощности.

Прежде чем рассматривать возможность использования источника питания с линейной регулировкой, мы настоятельно рекомендуем учитывать потери мощности, которые вы получите от входа к выходу. Вы можете быстро оценить эффективность линейного регулятора по следующей формуле:

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсные источники питания

были представлены в 1970-х годах и быстро стали самым популярным способом подачи постоянного тока на электронные устройства.Что делает их такими замечательными? По сравнению с линейными регуляторами выделяются их высокий КПД и производительность.

В стандартный адаптер переменного тока входит импульсный блок питания. (Источник изображения)

Как они работают

Импульсный источник питания регулирует выходное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Этот процесс создает высокочастотный шум, но обеспечивает высокую эффективность при небольшом форм-факторе. При подключении к сети переменного тока напряжение 115 В или 230 В переменного тока сначала выпрямляется и сглаживается набором диодов и конденсаторов, которые обеспечивают высокое напряжение постоянного тока.Это высокое постоянное напряжение затем понижается с помощью небольшого ферритового трансформатора и набора транзисторов. В процессе понижения сохраняется высокая частота переключения от 200 кГц до 500 кГц.

Низкое постоянное напряжение, наконец, преобразуется в устойчивый выход постоянного тока с помощью другого набора диодов, конденсаторов и катушек индуктивности. Любое регулирование, необходимое для поддержания постоянного выходного напряжения, осуществляется путем регулировки ширины импульса высокочастотного сигнала. Этот процесс регулирования работает через цепь обратной связи, которая постоянно контролирует выходное напряжение и при необходимости регулирует соотношение включения-выключения сигнала ШИМ.

Вот импульсный блок питания, в котором на тонну больше деталей, чем с линейным регулированием. (Источник изображения)

Предпочтительные приложения

Чаще всего импульсные блоки питания используются в приложениях, где важны время автономной работы и температура, например:

• Электролиз, обработка отходов или применение топливных элементов
• Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиация и морское применение
• Научно-исследовательское, производственное и испытательное оборудование
• Зарядка литий-ионных аккумуляторов, используемых в авиации и транспортных средствах
• Процессы гальваники, анодирования и гальванопластики

Преимущества и недостатки

Импульсные источники питания

могут иметь более высокий КПД, чем линейные регуляторы, но их шум делает их плохим выбором для приложений радиосвязи и связи.Некоторые преимущества и недостатки, которые следует учитывать для этой топологии, включают:

Преимущества

• Малый форм-фактор . Понижающий трансформатор в ИИП работает на высокой частоте, что, в свою очередь, уменьшает его объем и вес. Это позволяет импульсному источнику питания иметь гораздо меньший форм-фактор, чем линейные регуляторы.
• Высокая эффективность . Регулирование напряжения в импульсном источнике питания осуществляется без чрезмерного рассеивания тепла.КПД SMPS может достигать 85% -90%.
• Гибкие приложения . К импульсному источнику питания можно добавить дополнительные обмотки, чтобы обеспечить более одного выходного напряжения. ИИП с трансформаторной развязкой может также обеспечивать выходное напряжение, не зависящее от входного напряжения.

Недостатки

• Сложная конструкция . По сравнению с линейными регуляторами планирование и проектирование импульсных источников питания обычно предназначено для специалистов по энергетике.Это не лучший источник питания, если вы планируете разработать свой собственный без внимательного изучения и опыта.
• Высокочастотный шум . Операция переключения полевого МОП-транзистора в импульсном источнике питания обеспечивает высокочастотный шум в выходном напряжении. Это часто требует использования радиочастотного экранирования и фильтров электромагнитных помех в чувствительных к шуму устройствах.
• Более высокая стоимость . Для более низкой выходной мощности 10 Вт или менее дешевле использовать линейно регулируемый источник питания.

Импульсные блоки питания никуда не денутся и станут лучшим выбором для приложений, не чувствительных к шуму. Сюда входят такие устройства, как зарядные устройства для мобильных телефонов, двигатели постоянного тока и многое другое.

Линейный стабилизатор

и ИИП в сравнении с

Теперь мы рассмотрим последнее сравнение между линейно регулируемыми и импульсными источниками питания при их параллельном сравнении. Некоторые из наиболее важных требований, которые необходимо учитывать, в том числе размер / вес, диапазон входного напряжения, рейтинг эффективности и уровень шума среди других факторов.Вот как он распадается:

Как спроектировать свой собственный Это выходит за рамки этого блога, чтобы объяснить, как спроектировать источник питания с линейным регулируемым или переключаемым режимом. Однако есть несколько руководств, которыми мы хотели бы поделиться. Имейте в виду, что конструкция SMPS требует высокого уровня сложности и не рекомендуется новичку в проектировании электроники. Руководства по проектированию линейно регулируемых источников питания

Руководства по проектированию импульсных источников питания

Power On Большинство электронных устройств в наши дни должны преобразовывать сеть переменного тока в постоянное выходное напряжение.Для этой цели необходимо рассмотреть две топологии: источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания. Линейное регулирование идеально подходит для приложений, требующих низкого уровня шума, тогда как импульсные источники питания лучше подходят для портативных устройств, где важны срок службы батареи и эффективность. Решая, какую топологию выбрать, всегда учитывайте требуемый рейтинг эффективности, форм-фактор, выходную регулировку и требования к шуму. Готовы разработать свой первый линейный регулируемый или импульсный источник питания? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

	Источники питания с линейной регулировкой	Импульсные источники питания
Размер	Линейный блок питания мощностью 50 Вт обычно 3 x 5 x 5.5 ”	Импульсный блок питания мощностью 50 Вт, обычно 3 x 5 x 1 дюйм
Вес	Линейный источник питания 50 Вт — 4 фунта	Импульсный блок питания 50 Вт — 0,62 фунта
Диапазон входного напряжения	105 — 125 В переменного тока и / или 210–250 В перем. Тока	90 — 132 В переменного тока или 180 — 264 В переменного тока без PFC 90-264 В переменного тока с PFC
КПД	Обычно 40% -60%	Обычно 70% -85%
EMI	Низкая	Высокая
Утечка	Низкая	Высокая
Схема проектирования	Средняя сложность, можно проектировать с помощью направляющих	Высокая сложность, требует специальных знаний
Регулировка нагрузки	0.От 005% до 0,2%	от 0,05% до 0,5%
Линейное постановление	от 0,005% до 0,05%	от 0,05% до 0,2%
Количество деталей	Низкий, требуется только регулятор и фильтрация ввода / вывода	Высокий, требуется переключатель, демпфер, трансформатор, конденсаторы, сеть обратной связи и т. No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта