Wlancards.ru

ПК техника, WI FI Адаптеры
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Простые импульсные блоки питания

Простые импульсные блоки питания

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

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

Причина усложнения схемы состоит в следующем: чем выше частота переменного тока, тем меньший требуется трансформатора и тем ниже в нем потери. Вот почему импульсные БП намного меньше своих обычных собратьев.

Фото 3

Импульсный БП состоит из следующих функциональных блоков:

  • фильтр. Не пропускает помехи из сети и обратно (генерируются самим БП);
  • выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Обычный диодный мост, дает на выходе почти ровное (с низким коэффициентом пульсаций) постоянное напряжение, равное действующему значению переменного селевого напряжения — 311 В;
  • инвертор. Состоит из быстро переключающихся силовых ключевых транзисторов и управляющей ими микросхемы. На выходе дает прямоугольный переменный ток. Процесс преобразования в инверторе называют широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а микросхему — ШИМ-контроллером. В рабочем режиме реализована обратная связь, потому в зависимости от мощности подключенной к БП загрузки, контроллер регулирует продолжительность открытия транзисторов, то есть ширину импульсов. Также благодаря обратной связи, компенсируются скачки напряжения на входе и броски, обусловленные коммутацией мощных потребителей. Это обеспечивает высокое качество выходного напряжения;
  • импульсный высокочастотный трансформатор. Понижает напряжение до требуемых 12 или 24 В;
  • выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Преобразует высокочастотное переменное напряжение в постоянное.

Фото 4

Дроссель переменного тока

Основной элемент сетевого фильтра — дроссель. Его сопротивление (индуктивное) возрастает с увеличением частоты тока, потому высокочастотные помехи нейтрализуются, а ток частотой 50 Гц проходит свободно. Дроссель работает тем эффективнее, чем больше размеры магнитопровода, толщина проволоки и больше витков. Дополнительно установленные конденсаторы улучшают фильтрацию, закорачивая высокочастотные помехи и отводя их на «землю».

Читайте так же:
Внешний жесткий диск для чего предназначен

Также емкостные сопротивления не позволяют в/ч помехам, генерируемым БП, поступать в сеть. Высокочастотный трансформатор отличается от обычного материалом магнитопровода: используются ферриты или альсифер. Выпрямитель после трансформатора собирается на диодах Шоттки, отличающихся высоким быстродействием.

Существует два способа генерации высокочастотного переменного тока:

  1. однотактная схема. Применяется в БП небольшой мощности — до 50 Вт (зарядки телефонов, планшетов и т.п.). Конструкция простая, но у нее велика амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора (защищается резисторами и конденсаторами);
  2. двухтактная схема. Сложнее в устройстве, но выигрывает в экономичности (выше КПД). Двухтактная схема делится на три разновидности:
    1. двухполупериодная. Самый простой вариант;
    2. двухполярная. Отличается от предыдущей присутствием 2-х дополнительных диодов и сглаживающего конденсатора. Реализован обратноходовый принцип работы. Такие схемы широко применяются в усилителях мощности. Важная особенность: продлевается срок службы конденсаторов за счет того, что через них протекают меньшие токи;
    3. прямоходовая. Используется в БП большой мощности (В ПК и т.п. устройствах). Выделяется наличием габаритного дросселя, накапливающего энергию импульсов ШИМ (направляются на него через два диода, обеспечивающих одинаковую полярность).

    2-тактные БП отличаются схемой силового каскада, есть три модификации:

    1. полумостовая: чувствительна к перегрузкам, потому требуется сложная защита;
    2. мостовая: более экономична, но сложна в наладке;
    3. пушпульная. Наиболее экономична и потому весьма востребована, особенно в мощных БП. Отличается присутствием среднего вывода у первичной и вторичной обмоток трансформатора. В течение периода работает то одна, то другая полуобмотка, подключаемая соответствующим ключевым транзистором.

    Стабилизации выходного напряжения добиваются следующими способами:

    Фото 5

    • применением дополнительной обмотки на трансформаторе. Это самый простой способ, но и наименее действенный. Снимаемое с нее напряжение корректирует сигнал на первичной обмотке;
    • применением оптопары. Это более эффективный способ. Основные элементы оптопары — светодиод и фототранзистор. Схема устроена так, что протекающий через светодиод ток пропорционален выходному напряжению. Свечение диода управляет работой фототранзистора, подающего сигналы ШИМ-контроллеру.

    Таким образом, в данной методике контролируется непосредственно напряжение на вторичной обмотке, при этом отсутствует гальваническая связь с генератором ключевого каскада.

    Функциональные схемы по типу цепи управления

    Импульсный стабилизатор напряжения представляет собой систему автоматического регулирования. Задающим параметром для контура регулирования служит опорное напряжение, которое сравнивается с выходным напряжением стабилизатора. В зависимости от сигнала рассогласования устройство управления изменяет соотношение длительностей открытого и закрытого состояния ключа.

    В представленных ниже структурных схемах можно выделить три функциональных узла: ключ (1), накопитель энергии (2) (который иногда называют фильтром) и цепь управления. При этом ключ (1) и накопитель энергии (2) вместе образуют силовую часть стабилизатора напряжения, которая вместе с цепью управления образуют контур регулирования. По типу цепи управления различают три схемы.

    С триггером Шмитта

    Стабилизатор напряжения с триггером Шмитта называется также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием. В нём выходное напряжение сравнивается с нижним и верхним порогами срабатывания триггера Шмитта (4 и 3) посредством компаратора (4), который обычно является входной частью триггера Шмитта. При замкнутом ключе (1) входное напряжение поступает на накопитель энергии (2), выходное напряжение нарастает, и после достижения верхнего порога срабатывания Umax триггер Шмитта переключается в состояние, размыкающее ключ (1). Накопленная энергия расходуется в нагрузке, при этом напряжение на выходе стабилизатора спадает, и после достижения нижнего порога срабатывания Umin триггер Шмитта переключается в состояние, замыкающее ключ. Далее описанный процесс периодически повторяется. В результате на выходе образуется пульсирующее напряжение, размах пульсаций которого зависит от разности порогов срабатывания триггера Шмитта.

    Такой стабилизатор характеризуются сравнительно большой, принципиально неустранимой пульсацией напряжения на нагрузке и переменной частотой преобразования, зависящей как от входного напряжения, так и от тока нагрузки.

    С широтно-импульсной модуляцией

    Структурная схема стабилизатора напряжения с ШИМ

    Как и в предыдущей схеме, в процессе работы накопитель энергии (2) или подключён к входному напряжению, или передаёт накопленную энергию в нагрузку. В результате на выходе имеется некоторое среднее значение напряжения, которое зависит от входного напряжения и скважности импульсов управления ключом (1). Вычитатель-усилитель на операционном усилителе (4) сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением (6) и усиливает разность, которая поступает на модулятор (3). Если выходное напряжение меньше опорного, то модулятор увеличивает отношение времени открытого состояния ключа к периоду тактового генератора (5). При изменении входного напряжения или тока нагрузки скважность импульсов управления ключом изменяется таким образом, чтобы обеспечить минимальную разность между выходным и опорным напряжением.

    В таком стабилизаторе частота преобразования не зависит от входного напряжения и тока нагрузки и определяется частотой тактового генератора.

    С частотно-импульсной модуляцией

    При этом способе управления импульс, открывающий ключ, имеет постоянную длительность, а частота следования импульсов зависит от сигнала рассогласования между опорным и выходным напряжениями. При увеличении тока нагрузки или снижении входного напряжения частота увеличивается. Управление ключом может осуществляться, например, с помощью моностабильного мультивибратора (одновибратора) с управляемой частотой запуска.

    ④ Регулируемый лабораторный блок питания GVDA SPS-H305 / SPS-H605 / SPS-H3010

    Выходное напряжение — от 0 до 30-60 В, входное – 110 В при частотах 5 и 60 Гц, 220 В при частотах 5 и 50 Гц. Стабилизатор в источнике питания позволяет регулировать напряжение с точностью до 0.05 % +1 мВ, мощность – до 0.05 % + 1мВт, силу тока до 0.1 % + 10 мА. При полной нагрузке эффективность лабораторного БП превышает 80 %, диапазон рабочих температур — от минус 10 до плюс 40 градусов Цельсия.

    Достоинства:

    • неплохая точность – погрешность есть, но приемлемая;
    • аккуратная сборка;
    • четырёхразрядный четкий экран;
    • USB-порт в наличии, но без протоколов быстрой зарядки и отображения нагрузки;
    • сменный предохранитель с быстрым доступом.

    Недостатки:

    • присутствует небольшой писк под высокой нагрузкой;
    • болты с круглой шляпкой, а не потайные — на функционал не влияют, но снижают эстетику внешнего вида.

    Заключение

    При выборе топологии источника питания или преобразователя существует множество разумных вариантов, каждый из которых обладает уникальным набором функций, а также положительными и отрицательными характеристиками. Они должны быть сопоставлены с приоритетами системы, их техническими характеристиками и финансовыми затратами. Обратноходовая топология является реальным конкурентом в приложениях мощностью до нескольких сотен ватт при напряжениях от единиц вольт до киловольт, и она особенно привлекательна, когда требуется несколько выходных постоянных напряжений и изоляция входа/выхода.

    Характерные неисправности и их выявление

    Типовые неисправности блока питания рассмотрим на примере телевизора с ж/к экраном марки «ViewSonic N3260W». Внешние их проявления выражаются в следующих отклонениях от нормальных режимов работы воспроизводящего устройства:

    • При нажатии на кнопку «Сеть» телевизор совсем не включается.
    • Индикатор светится, но ТВ не переходит из дежурного в рабочий режим.
    • Изображение появляется только спустя некоторое время.
    • Включить телевизор удается лишь через несколько попыток, после чего появляются нормальное изображение и звук.

    Первое, с чего начинается обследование при обнаружении большинства из этих неисправностей – это тщательный визуальный осмотр платы БП при полностью отключенном от сети устройстве. Если ничего подозрительно не обнаружено – следует перейти к более подробному анализу причин их появления. Для этого потребуется демонтировать питающий модуль из корпуса телевизора, отсоединив прежде все разъемы.

    Затем необходимо разрядить высоковольтный фильтрующий конденсатор цепей питания, остаточное напряжение на котором опасно для человека. В силовых блоках большинства моделей ТВ, включая эту, причинами неисправности чаще всего являются:

    • Выход из строя электролитов вторичных питающих цепей.
    • Некачественная пайка отдельных составляющих платы (дросселей и полупроводниковых элементов, в частности).
    • Выгорание силовых (ключевых) транзисторов.
    • Обрыв или пропадание контакта в подводящих разъемах.

    Обратите внимание: Убедиться в том, что электролиты состарились и вышли из строя удается по их вздутой крышке (фото сверху).

    Последствия плохой фильтрации напряжения вследствие их неисправности бывают самыми различными. Они проявляются либо в полной потере работоспособности БП, либо в связанных с этим повреждениях элементов инвертора. Нередко они приводят к сбою программного обеспечения в чипах памяти материнской платы и необходимости его обновления.

    Остальные неисправности также выявляются визуально. При выгорании транзисторов, например, в районе их ножек явно различим черный налет гари. Периодическое пропадание контакта в разъемах определяется по его восстановлению при легком покачивании из стороны в сторону. Для проведения такой проверки потребуется тестер, включенный в режим «Прозвонка». В остальных случаях неисправности выявляются по пропаданию нужных напряжений на выходе (или отклонению их от нормы).

    Правильный выбор контроллера

    В процессе выбора стоит обращать внимание на входные параметры. Оно регламентируется производителями. Параметр указывается в технических данных прибора. Это значение обязано соответствовать напряжению ХХ батареи либо сумме напряжений ХХ нескольких солнечных блоков в последовательном соединении. Рекомендуется добавлять 20%-ный запас.

    Общая расчетная мощность батареи подбирается не более, чем перемноженное значение напряжения системы и выходного тока. В этом случае тоже ставим запас в 20%. Если нет возможности самостоятельно провести расчеты, то стоит обратиться к специалистам в электротехнике.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector