Блок живлення: з регулюванням і без, лабораторний, імпульсний, пристрій, ремонт

Зробити блок живлення своїми руками має сенс не тільки захопленому радіоаматори. Саморобний блок електроживлення (БП) створить зручності і заощадить чималу суму також в наступних випадках:

• Для харчування низьковольтного електроінструменту, заради економії ресурсу дорогої акумуляторної батареї (АКБ);
• Для електрифікації приміщень особливо небезпечних за ступенем ураження електрострумом: підвалів, гаражів, сараїв і т.п. При живленні їх змінним струмом велика його величина в низьковольтної проводки здатна створити перешкоди побутову техніку і електроніку;
• У дизайні і творчості для точної, безпечної і безвідходної різання нагрітим ніхромом пінопласту, поролону, легкоплавких пластиків;
• У світлодизайн - використання спеціальних БП дозволить продовжити життя світлодіодної стрічки і отримати стабільні світлові ефекти. Харчування підводних освітлювачів фонтану , ставка тощо. Від побутової електромережі взагалі неприпустимо;
• Для зарядки телефонів, смартфонів, планшетів, ноутбуків далеко від стабільних джерел електроживлення;
• Для електроакупунктури;
• І багатьох інших, які не мають прямого відношення до електроніки, цілей.

допустимі спрощення

Професійні БП розраховуються на харчування навантаження будь-якого роду, в т.ч. реактивної. У числі можливих споживачів - прецизійна апаратура. Задану напругу профі-БП повинен підтримувати з високою точністю невизначено довгий час, а його конструкція, захист і автоматика повинні допускати експлуатацію не мають відповідної кваліфікації персоналом в важких умовах, напр. біологами для харчування своїх приладів в теплиці або в експедиції.

Любительський лабораторний блок живлення вільний від цих обмежень і тому може бути істотно спрощений при збереженні достатніх для власного вживання якісних показників. Далі, шляхом також нескладних удосконалень, з нього можна отримати БП спеціального призначення. Чим ми зараз і займемося.

скорочення

Далі в тексті заради стислості вживаються загальноприйняті в техніці по даній темі скорочення. Найчастіше вам зустрінуться:

1. КЗ - коротке замикання.
2. ХХ - холостий хід, тобто раптове відключення навантаження (споживача) або обрив в її ланцюга.
3. КСН - коефіцієнт стабілізації напруги. Він дорівнює відношенню зміни вхідного напруги (в% або разах) до такого ж вихідного при постійному струмі споживання. Напр. напруга мережі впав «по повній», з 245 до 185В. Щодо норми в 220 це буде 27%. Якщо КСН БП дорівнює 100, вихідна напруга зміниться на 0,27%, що при його величині 12В дасть дрейф в 0,033В. Для любительської практики більш ніж прийнятно.
4. ІСН - джерело нестабілізованої первинної напруги. Це може бути трансформатор на залозі з випрямлячем або імпульсний інвертор напруги мережі (ІІН).
5. ІІН - працюють на підвищеній (8-100 кГц) частоті, що дозволяє використовувати легкі компактні трансформатори на фериті з обмотками з декількох-кількох десятків витків, але не позбавлені недоліків, див. Нижче.
6. РЕ - регулюючий елемент стабілізатора напруги (СН). Підтримує на виході задану його величину.
7. ІОН - джерело опорного напруги. Задає еталонне його значення, за яким спільно з сигналами зворотного зв'язку ОС пристрій управління УУ впливає на РЕ.
8. СНН - стабілізатор напруги безперервної дії; попросту - «аналоговий».
9. ІСН - імпульсний стабілізатор напруги.
10. ДБЖ - імпульсний блок живлення.

Примітка: як СНН, так і ІСН можуть працювати як від ІСН промислової частоти з трансформатором на залозі, так і від ІІН.

Про комп'ютерних БП

ДБЖ компактні і економічні. А в коморі у багатьох валяється БП від старого компа, морально застарілий, але цілком справний. Так чи не можна пристосувати імпульсний блок живлення від комп'ютера для аматорських / робочих цілей? На жаль, ІБЖ комп'ютеру досить високо спеціалізований пристрій і можливості його застосування в побуті / на роботі вельми обмежені:

• ДБЖ не розраховані на ХХ. На такий випадок в них є пристрій захисту (УЗ), але часті тривалі відходи в аварію знижують надійність ДБЖ до неприпустимо низькою.
• ДБЖ створюють в ланцюгах споживання високий рівень ВЧ перешкод, тому що логіка до них мало чутлива, а конструктивне придушення набагато здорожує розробку і виробництво.
• ДБЖ розраховані на зміни струму споживання в відносно невеликих межах, тому їх диференціальне вихідний опір δr (про нього докладніше далі) досить велике.
• Зробити вихідна напруга ДБЖ регульованим без його капітальної переробки неможливо.

Використовувати ІБП, перероблений з комп'ютерного, звичайному любителю доцільно, мабуть, тільки для живлення електроінструменту; про це див. далі. Другий випадок - якщо любитель займається ремонтом ПК і / або створенням логічних схем. Але тоді він уже знає, як для цього пристосувати БП від компа:

1. Навантажити основні канали +5 і +12 (червоні і жовті дроти) Ніхромовий спіральками на 10-15% номінального навантаження;
2. Зелений провід м'якого запуску (слаботочной кнопкою на передній панелі системника) pc on замкнути на загальний, тобто на будь-який з чорних проводів;
3. Вкл / викл проводити механічно, тумблером на задній панелі БП;
4. При механічному (залізному) I / O «вартівня», тобто незалежне живлення USB портів +5 буде також вимикатися.

За справу!

Внаслідок недоліків ІБП, плюс їхня принципова і схемотехнічна складність, ми тільки в кінці розглянемо пару таких, але простих і корисних, і поговоримо про методику ремонту ІІН. Основна ж частина матеріалу присвячена СНН та ІСН з трансформаторами промислової частоти. Вони дозволяють людині, тільки-тільки взяла в руки паяльник, побудувати БП вельми високої якості. А маючи його на господарстві, освоїти техніку «тонший» буде легше.

ІСН

Спочатку розглянемо ІСН. Імпульсні докладніше залишимо до розділу про ремонт, але у них з «залізними» є загальне: силовий трансформатор, випрямляч і фільтр придушення пульсацій. У комплексі вони можуть бути реалізовані по-різному за призначенням БП.

Схеми випрямлячів напруги змінного струму

Поз. 1 на Рис. 1 - однополуперіодний (1П) випрямляч. Падіння напруги на діоді найменше, ок. 2В. Але пульсація випрямленої напруги - з частотою 50 Гц і «рвана», тобто з проміжками між імпульсами, тому конденсатор фільтра пульсацій Сф повинен бути в 4-6 разів більшої місткості, ніж в інших схемах. Використання силового трансформатора Тр по потужності - 50%, тому що випрямляється всього 1 полуволна. З цієї ж причини в муздрамтеатрі Тр виникає перекіс магнітного потоку і мережу його «бачить» не як активне навантаження, а як індуктивність. Тому 1П випрямлячі застосовуються тільки на малу потужність і там, де по-іншому ніяк не можна, напр. в ІІН на блокинг-генераторах і з демпферним діодом, див. далі.

Примітка: чому 2В, а не 0,7 В, при яких відкривається p-nпереход в кремнії? Причина - наскрізний струм, про який див. Далі.

Поз. 2 - 2-полупериодного з середньою точкою (2ПС). Втрати на діодах такі ж, як в перед. випадку. Пульсація - 100 Гц суцільна, так що Сф потрібен найменший з можливих. Використання Тр - 100% Недолік - подвоєний витрата міді на вторинну обмотку. За часів, коли випрямлячі робили на лампах-кенотрона, це не мало значення, а тепер - визначальне. Тому 2ПС використовують в низьковольтних випрямлячах, переважно підвищеної частоти з діодами Шотткі в ДБЖ, проте принципових обмежень по потужності 2ПС не мають.

Поз. 3 - 2-полупериодного бруківці, 2ПМ. Втрати на діодах - подвоєні порівняно з поз. 1 і 2. Решта - як у 2ПС, але міді на вторинку потрібно майже вдвічі менше. Майже - бо кілька витків доводиться домативать, щоб компенсувати втрати на парі «зайвих» діодів. Найбільш вживана схема на напругу від 12В.

Поз. 3 - біполярний. «Міст» зображений умовно, як прийнято в принципових схемах (звикайте!), І повернуть на 90 градусів проти годинникової стрілки, але насправді це пара включених різнополярних 2ПС, як ясно видно далі на рис. 6. Витрата міді як у 2ПС, втрати на діодах як у 2ПМ, інше як у того і іншого. Будується в основному для харчування аналогових пристроїв, що вимагають симетрії напруги: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП / АЦП і ін.

Поз. 4 - біполярний за схемою паралельного подвоєння. Дає без додаткових заходів підвищену симетрію напруги, тому що асиметрія вторинної обмотки виключена. Використання Тр 100%, пульсації 100 Гц, але рвані, тому Сф потрібні подвоєною ємності. Втрати на діодах приблизно 2,7В за рахунок взаємного обміну наскрізними струмами, див. Далі, і при потужності більше 15-20 Вт різко зростають. Будуються в основному як малопотужні допоміжні для незалежного живлення операційних підсилювачів (ОУ) і ін. Малопотужних, але вимогливих до якості електроживлення аналогових вузлів.

Як вибрати трансформатор?

В ДБЖ вся схема найчастіше чітко прив'язана до типорозміру (точніше - до обсягу і площі поперечного перерізу Sс) трансформатора / трансформаторів, тому що використання тонких процесів в фериті дозволяє спростити схему при більшій її надійності. Тут «як-небудь по-своєму» зводиться до точного дотримання рекомендацій розробника.

Трансформатор на залозі вибирають з урахуванням особливостей СНН, або погодяться з ними при його розрахунку. Падіння напруги на РЕ Uре не треба брати менше 3В, інакше КСН різко впаде. При збільшенні Uре КСН дещо зростає, але набагато швидше росте розсіюється РЕ потужність. Тому Uре беруть 4-6 В. До нього додаємо 2 (4) В втрат на діодах і падіння напруги на вторинній обмотці Тр U2; для діапазону потужностей 30-100 Вт і напруг 12-60 В беремо його 2,5 В. U2 виникає переважно не на омічному опорі обмотки (воно у потужних трансформаторів взагалі мізерно мало), а внаслідок втрат на перемагнічування сердечника і створення поля розсіювання. Попросту, частина енергії мережі, «накачаної» первинної обмоткою в муздрамтеатр, випаровується в світовий простір, що і враховує величина U2.

Отже, ми нарахували, припустимо, для мостового випрямляча, 4 + 4 + 2,5 = 10,5 В лишку. Додаємо його до необхідного вихідній напрузі БП; нехай це буде 12В, і ділимо на 1,414, отримаємо 22,5 / 1,414 = 15,9 або 16В, це буде найменший допустимий напруга вторинної обмотки. Якщо Тр фабричний, з типового ряду беремо 18В.

Тепер в справу йде струм вторинки, який, природно, дорівнює максимальному току навантаження. Нехай нам потрібно 3А; множимо на 18В, буде 54Вт. Ми отримали габаритну потужність Тр, Pг, а паспортну P знайдемо, поділивши Pг на ККД Тр η, що залежить від Pг:

• до 10 Вт, η = 0,6.
• 10-20 Вт, η = 0,7.
• 20-40 Вт, η = 0,75.
• 40-60 Вт, η = 0,8.
• 60-80 Вт, η = 0,85.
• 80-120 Вт, η = 0,9.
• від 120 Вт, η = 0,95.

У нашому випадку буде P = 54 / 0,8 = 67,5Вт, але такого типового значення немає, так що доведеться брати 80Вт. Для того, щоб отримати на виході 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, та й годі. Саме час навчитися розраховувати і мотати «транси» самому. Тим більше що в СРСР були розроблені методики розрахунку трансформаторів на залозі, що дозволяють без втрати надійності вичавлювати 600Вт з сердечника, який, при розрахунку по радіолюбительським довідників, здатний дати всього 250Вт. «Залізний транс» зовсім не так тупий, як здається.

СНН

Випрямлена напруга потрібно стабілізувати і, найчастіше, регулювати. Якщо навантаження могутніше 30-40 Вт, необхідна і захист від КЗ, інакше несправність БП може викликати аварію мережі. Все це разом робить СНН.

простий опорний

Початківцю краще відразу не лізти в великі потужності, а зробити для проби простий високостабільний СНН на 12в по схемі на Рис. 2. Його можна буде потім використовувати як джерело еталонного напруги (точна його величина виставляється R5), для повірки приладів або як ІОН високоякісного СНН. Максимальний струм навантаження цієї схеми всього 40мА, але КСН на допотопному ГТ403 і такому ж древньому К140УД1А більше 1000, а при заміні VT1 на кремнієвий середньої потужності і DA1 на будь-який з сучасних ОУ перевищить 2000 і навіть 2500. Струм навантаження при цьому також зросте до 150 -200 мА, що вже годиться в справу.

Простий стабілізатор напруги високої точності

0-30

Наступний етап - блок живлення з регулюванням напруги. Попередній виконаний по т. Зв. компенсаційної схемою порівняння, але переробити такий на великий струм складно. Ми зробимо новий СНН на основі емітерного повторювача (ЕП), в якому РЕ і УУ суміщені всього в 1-м транзисторі. КСН вийде десь 80-150, але любителю цього вистачить. Зате СНН на ЕП дозволяє без особливих хитрувань отримати вихідний струм до 10А і більше, скільки віддасть Тр і витримає РЕ.

Прості регульовані блоки живлення малої потужності і на 5А

Схема простого БП на 0-30В приведена на поз. 1 Рис. 3. ІСН для нього - готовий трансформатор типу ТПП або ТЗ на 40-60 Вт з вторинною обмоткою на 2х24В. Випрямляч типу 2ПС на діодах на 3-5А і більш (КД202, КД213, Д242 і т.п.). VT1 встановлюється на радіатор площею від 50 кв. см; дуже добре підійде старий від процесора ПК. При таких умовах цей СНН не боїться КЗ, тільки VT1 ​​і Тр грітися будуть, так що для захисту вистачить запобіжника на 0,5 А. в ланцюзі первинної обмотки Тр.

Поз. 2 показує, наскільки зручний для любителя СНН на ЕП: там схема БП на 5А з регулюванням від 12 до 36 В. Цей БП може віддати в навантаження і 10А, якщо знайдеться Тр на 400Вт 36В. Перша його особливість - інтегральний СНН К142ЕН8 (переважно з індексом Б) виступає в незвичній для себе ролі УУ: до його власним 12В на виході додається, частково або повністю, все 24В, напруга від ІОН на R1, R2, VD5, VD6. Ємності С2 і С3 запобігають збудження на ВЧ DA1, що працює в незвичайному режимі.

Наступний момент - пристрій захисту (УЗ) від КЗ на R3, VT2, R4. Якщо падіння напруги на R4 перевищить приблизно 0,7 В, VT2 відкриється, замкне на загальний провід базову ланцюг VT1, він закриється і відключить навантаження від напруги. R3 потрібен, щоб екстратокі при спрацьовуванні УЗ не вивів з ладу DA1. Збільшувати його номінал не треба, тому що при спрацьовуванні УЗ потрібно надійно замкнути VT1.

І останнє - здається надмірною ємність конденсатора вихідного фільтра С4. В даному випадку це безпечно, тому що максимальний струм колектора VT1 в 25А забезпечує його заряд при включенні. Але зате даний СНН може протягом 50-70 мс віддати в навантаження струм до 30А, так що цей простий блок живлення придатний для харчування низьковольтного електроінструменту: його пусковий струм не перевищує такого значення. Потрібно тільки зробити (хоча б з оргскла) контактну колодку-черевик з кабелем, що надягають на п'яту рукояті, і нехай «акумич» відпочиває і береже ресурс до виїзду.

про охолодженні

Припустимо, в даній схемі на виході 12В при максимумі в 5А. Це всього лише середня потужність інструменту, але, на відміну від дрилі або шуруповерта, він бере її постійно. На С1 тримається близько 45В, тобто на РЕ VT1 залишається десь 33В при струмі 5А. Потужність, що розсіюється - більш 150Вт, навіть більш 160, якщо врахувати, що VD1-VD4 теж треба охолоджувати. Звідси ясно, що будь-який потужний регульований БП повинен бути забезпечений досить ефективною системою охолодження.

Саморобний ефективний радіатор для потужного блоку живлення

Ребристий / голчастий радіатор на природної конвекції проблеми не вирішує: розрахунок показує, що потрібна розсіває поверхню от 2000 кв. см. і товщина тіла радіатора (пластини, від якої відходять ребра або голки) від 16 мм. Дістати стільки алюмінію в фасонному виробі у власність для любителя було і залишається мрією в кришталевому замку. Процесорний кулер з обдувом також не годиться, він розрахований на меншу потужність.

Один з варіантів для домашнього майстра - алюмінієва пластина товщиною від 6 мм і розмірами від 150х250 мм з насвердлені по радіусах від місця установки охолоджуваного елементу в шаховому порядку отворами збільшується діаметра. Вона ж послужить задньою стінкою корпусу БП, як на Рис. 4.

Неодмінна умова ефективності такого охолоджувача - нехай слабкий, але безперервний потік повітря крізь перфорацію зовні всередину. Для цього в корпусі (бажано вгорі) встановлюють малопотужний витяжний вентилятор. Підійде комп'ютерний діаметром від 76 мм, напр. доп. кулер HDD або відеокарти. Його підключають до висновків 2 і 8 DA1, там завжди 12В.

Примітка: взагалі-то радикальний спосіб побороти цю проблему - вторинна обмотка Тр з відводами на 18, 27 і 36В. Первинне напруга перемикають залежно від того, який інструмент в роботі.

І все-таки ДБЖ

Описаний БП для майстерні хороший і дуже надійний, але тягати його з собою на виїзд тяжко. Ось тут і доведеться впору комп'ютерний БП: до більшості його недоліків електроінструмент нечутливий. Деяка доопрацювання зводиться найчастіше до установки вихідного (найближчого до навантаження) електролітичного конденсатора великої ємності з метою, описаною вище. Рецептів переробки комп'ютерних БП під електроінструмент (переважно шуруповерти, як не дуже потужні, але дуже корисні) в рунеті відомо чимало, один із способів показаний в ролику нижче, для інструменту на 12В.

Відео: БП 12В з комп'ютерного

З інструментами на 18В ще простіше: при тій же потужності вони споживають менший струм. Тут може стане в нагоді куди більш доступний пристрій запалювання (баласт) від лампи-економки на 40 і більше Вт; його можна цілком помістити в корпус від непридатною АКБ, і зовні залишиться тільки кабель з мережевою вилкою. Як з баласту від згорілої економки зробити блок живлення для шуруповерта на 18В, см. Наступне відео.

Відео: БП 18В для шуруповерта

високий клас

Але повернемося до СНН на ЕП, їх можливості далеко ще не вичерпані. На Рис. 5 - біполярний потужний блок живлення з регулюванням 0-30 В, придатний для Hi-Fi звукової апаратури та інших вибагливих споживачів. Установка вихідної напруги виробляється однією ручкою (R8), а симетрія каналів підтримується автоматично при будь-якій його величиною і будь-якому струмі навантаження. Педант-формаліст побачивши цієї схеми, можливо, посивіє на очах, але у автора такий БП справно працює вже близько 30 років.

Потужний біполярний регульований блок живлення

Головним каменем спотикання при його створенні було δr = δu / δi, де δu і δi - малі миттєві збільшення напруги і струму відповідно. Для розробки і налагодження висококласної апаратури потрібно, щоб δr не перевищувало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr визначає здатність БП миттєво реагувати на кидки струму споживання.

У СНН на ЕП δr одно такого ІОН, тобто стабилитрона, поділеній на коефіцієнт передачі струму β РЕ. Але у потужних транзисторів β на великому коллекторном струмі сильно падає, а δr стабилитрона становить від одиниць до десятків Ом. Тут же, щоб компенсувати падіння напруги на РЕ і зменшити температурний дрейф вихідної напруги, довелося набрати їх цілий ланцюжок навпіл з діодами: VD8-VD10. Тому опорна напруга з ІОН знімається через додатковий ЕП на VT1, його β множиться на β РЕ.

Наступна фішка даної конструкції - захист від КЗ. Найпростіша, описана вище, в двухполярную схему ніяк не вписується, тому завдання захисту вирішена за принципом «проти лому немає прийому»: модуля як такого немає, але є надмірність параметрів потужних елементів - КТ825 і КТ827 на 25А і КД2997А на 30А. Т2 такий струм дати не здатний, а поки він розігріється, встигнуть згоріти FU1 і / або FU2.

Примітка: робити індикацію перегорання запобіжників на мініатюрних лампах розжарювання не обов'язково. Просто тоді світлодіоди були ще досить дефіцитні, а Смокі в загашнику налічувалося кілька жмень.

Залишилося уберегти РЕ від екстратокі розряду фільтра пульсацій С3, С4 при КЗ. Для цього вони включені через обмежувальні резистори малого опору. При цьому в схемі можуть виникнути пульсації з періодом, рівним постійної часу R (3,4) C (3,4). Їх запобігають С5, С6 меншої ємності. Їх екстратокі для РЕ вже не є небезпечними: заряд стече швидше, ніж кристали мощнющіх КТ825 / 827 розігріються.

Симетрію виходу забезпечує ОУ DA1. РЕ мінусового каналу VT2 відкривається струмом через R6. Як тільки мінус виходу з модулю перевершить плюс, він відкриє VT3, а той подзакроет VT2 і абсолютні величини вихідних напруг зрівняються. Оперативний контроль за симетрією виходу здійснюється по стрілочному приладу з нулем посередині шкали P1 (на урізанні - його зовнішній вигляд), а регулювання при необхідності - R11.

Остання родзинка - вихідний фільтр С9-С12, L1, L2. Таке його побудова необхідно для поглинання можливих ВЧ наведень від навантаження, щоб не ламати голову: дослідний зразок глючить або БП «заколбасіло». З одними електролітичними конденсаторами, зашунтувати керамікою, тут повної визначеності немає, заважає велика власна індуктивність «електролітів». А дроселі L1, L2 поділяють «віддачу» навантаження по спектру, і - кожному своє.

Цей БП на відміну від попередніх вимагає деякої налагодження:

1. Підключають навантаження на 1-2 А при 30В;
2. R8 ставлять на максимум, в крайнє верхнє за схемою положення;
3. За допомогою еталонного вольтметра (зараз підійде будь-який цифровий мультиметр) і R11 виставляють рівні по абсолютній величині напруги каналів. Може бути, якщо ОУ без можливості балансування, доведеться підібрати R10 або R12;
4. Подстроечніком R14 виставляють P1 точно на нуль.

Примітка: радіатори РЕ - на зразок описаного вище, але більшого розміру, 180х340 мм. Вони складають бічні стінки корпусу. С7, С8 - антипаразитні.

Про ремонт БП

БП виходять з ладу частіше за інших електронних пристроїв: вони приймають на себе перший удар кидків мережі, їм багато чого дістається і від навантаження. Навіть якщо ви не маєте наміру робити свій БП, ІБП знайдеться, крім компа, в мікрохвильовці, пралка і ін. Побутовій техніці. Уміння діагностувати БП і знання основ електробезпеки дасть можливість якщо не усунути несправність самому, то вже зі знанням справи поторгуватися про ціну з ремонтниками. Тому подивимося, як проводиться діагностика і ремонт БП, особливо з ІІН, тому що понад 80% відмов припадає на їх частку.

Насичення і протяг

Перш за все - про деякі ефекти, без розуміння яких працювати з ДБЖ не можна. Перший з них - насичення ферромагнетиков. Вони не здатні прийняти в себе енергії більш певної величини, залежної від властивостей матеріалу. На залозі любителі з насиченням стикаються рідко, його можна намагнітити до декількох Тл (Тесла, одиниця виміру магнітної індукції). При розрахунку залізних трансформаторів індукцію беруть 0,7-1,7 Тл. Ферити витримують тільки 0,15-0,35 Тл, їх петля гистерезиса «прямокутний», і працюють на підвищених частотах, так що ймовірність «заскочити в насичення» у них на порядки вище.

Якщо муздрамтеатр наситився, індукція в ньому більше не росте і ЕРС вторинних обмоток пропадає, хоч би первинка вже плавився (пам'ятаєте шкільну фізику?). Тепер вимкнемо первинний струм. Магнітне поле в магнитомягких матеріалах (магнитожорсткі - це постійні магніти) не може існувати стаціонарно, як електричний заряд або вода в баку. Воно почне розсіюватися, індукція падати, і у всіх обмотках наведеться ЕРС протилежної відносно початкової полярності. Цей ефект досить широко використовується в ІІН.

На відміну від насичення, наскрізний струм в напівпровідникових приладах (попросту - протяг) явище безумовно шкідливий. Він виникає внаслідок формування / розсмоктування об'ємних зарядів в p і n областях; у біполярних транзисторів - переважно в базі. Польові транзистори і діоди Шотткі від протягу практично вільні.

Напр., При подачі / зняття напруги на діод він, поки заряди не будуть зігнані / розсмокчуться, проводить струм в обох напрямках. Саме тому втрати напруги на діодах в випрямлячах більше 0,7 В: в момент перемикання частина заряду фільтрового конденсатора встигає стекти через обмотку. У випрямлячі з паралельним подвоєнням протяг стікає відразу через обидва діода.

Протяг транзисторів викликає викид напруги на колекторі, здатний зіпсувати прилад або, якщо підключена навантаження, наскрізним екстратокі пошкодити її. Але і без того транзисторний протяг збільшує динамічні втрати енергії, як і діодний, і зменшує ККД пристрою. Потужні польові транзистори йому майже не схильні до, тому що не накопичують заряд в базі за її відсутністю, і тому перемикаються дуже швидко і плавно. «Майже», тому що їх ланцюга витік-затвор захищені від зворотного напруги діодами Шотткі, які трішки, але вчуваються.

типи ІПН

ДБЖ ведуть свій родовід від блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включенні Uвх VT1 відкритий струмом через Rб, по обмотці Wк тече струм. Миттєво вирости до межі він не може (знову згадуємо шкільну фізику), в базовій Wб і обмотці навантаження Wн наводиться ЕРС. З Wб вона через Сб форсує відмикання VT1. За Wн ток поки не тече, не пускає VD1.

Типові схеми імпульсних інверторів напруги

Коли муздрамтеатр насититься, струми в Wб і Wн припиняються. Потім за рахунок дисипації (розсмоктування) енергії індукція падає, в обмотках наводиться ЕРС протилежної полярності, і зворотна напруга Wб миттєво замикає (блокує) VT1, рятуючи його від перегріву і теплового пробою. Тому така схема і названа блокинг-генератором, або просто блокинг. Rк і Ск відсікають ВЧ перешкоди, яких блокинг дає хоч відбавляй. Тепер з Wн можна зняти деяку корисну потужність, але тільки через випрямляч 1П. Ця фаза триває, поки Сб НЕ перезарядиться повністю або поки не вичерпається запасені магнітна енергія.

Потужність ця, втім, невелика, до 10 Вт. Якщо спробувати взяти більше, VT1 згорить від найсильнішого протягу, перш ніж заблокується. Оскільки Тр насичується, ККД блокинг нікуди не годиться: більше половини запасеної в муздрамтеатрі енергії відлітає гріти інші світи. Правда, за рахунок того ж насичення блокинг до деякої міри стабілізує тривалість і амплітуду своїх імпульсів, а схема його дуже проста. Тому ІПН на основі блокинг часто застосовують в дешевих телефонних зарядках.

Примітка: величина Сб багато в чому, але не повністю, як пишуть в аматорських довідниках, визначає період повторення імпульсів. Величина його ємності повинна бути ув'язана з властивостями і розмірами муздрамтеатру і швидкодією транзистора.

Блокінг свого часу породив малу розгорнення телевізорів з електронно-променевими трубками (ЕПТ), а вона - ІПН з демпферним діодом, поз. 2. Тут УУ за сигналами від Wб і ланцюга зворотного зв'язку ЦГЗ примусово відкриває / замикає VT1 перш ніж Тр насититься. При замкненому VT1 зворотний струм Wк замикається через той самий демпферний діод VD1. Це робоча фаза: вже велика, ніж в блокінг, частина енергії знімається в навантаження. Велика тому, що при повному насиченні вся зайва енергія летить, а тут цього лишку мало. Таким шляхом вдається знімати потужність до декількох десятків Вт. Однак, оскільки УУ не може спрацювати, поки Тр не підійшов до насичення, транзистор прозирає все-таки сильно, динамічні втрати великі і ККД схеми залишає бажати багато більшого.

ІІН з демпфером досі живі в телевізорах і дисплеях з ЕПТ, оскільки в них ІІН і вихід рядкової розгортки суміщені: потужний транзистор і Тр загальні. Це набагато скорочує витрати виробництва. Але, відверто кажучи, ІІН з демпфером принципово хирлявий: транзистор і трансформатор змушені весь час працювати на межі аварії. Інженери, які зуміли довести цю схему до прийнятної надійності, заслуговують глибокої поваги, але пхати туди паяльник нікому, крім майстрів, які пройшли професійну підготовку та володіють відповідним досвідом, настійно не рекомендується.

Двотактний ІПН з окремим трансформатором зворотного зв'язку застосовується найбільш широко, тому що володіє найкращими якісними показниками і надійністю. Втім, за частиною ВЧ перешкод і він страшно грішить в порівнянні з БП «аналоговими» (з трансформаторами на залозі і СНН). В даний час ця схема існує в безлічі модифікацій; потужні біполярні транзистори в ній майже начисто витіснені польовими, керованими спец. ІМС, але принцип дії залишається незмінним. Його ілюструє вихідна схема, поз. 3.

Пристрій обмеження (УО) обмежує струм заряду ємностей вхідного фільтра Сфвх1 (2). Їх велика величина - неодмінна умова роботи пристрою, тому що за один робочий цикл з них відбирається мала частка збереженої енергії. Грубо кажучи, вони грають роль водонапірної бака або повітряного ресивера. При заряді «накоротко» екстратокі заряду може перевищувати 100А на час до 100 мс. Rc1 і Rc2 опором порядку МОм потрібні для симетрування напруги фільтра, тому що найменший розбаланс його плечей неприпустимий.

Коли Сфвх1 (2) зарядиться, пристрій запуску УЗ формує запускає імпульс, що відкриває одне з плечей (яке - все одно) інвертора VT1 VT2. За обмотці Wк великого силового трансформатора ТР2 тече струм і магнітна енергія з його сердечника через обмотку Wн майже повністю йде на випрямлення і в навантаження.

Невелика частина енергії ТР2, що визначається величиною Rогр, знімається з обмотки Wос1 і подається на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора зворотного зв'язку ТР1. Він швидко насичується, відкрите плече закривається і за рахунок дисипації в ТР2 відкривається раніше закрите, як описано для блокинг, і цикл повторюється.

По суті, двотактний ІІН - 2 блокинг, «пхати» один одного. Оскільки потужний ТР2 не насититься, протяг VT1 VT2 невеликий, повністю «тоне» в муздрамтеатрі ТР2 і в кінцевому підсумку йде в навантаження. Тому двотактний ІІН може бути побудований на потужність до декількох кВт.

Гірше, якщо він виявиться в режимі ХХ. Тоді за напівцикл ТР2 встигне насититися і найсильніший протяг спалить відразу обидва VT1 і VT2. Втім, зараз є в продажу силові ферити на індукцію до 0,6 Тл, але вони дорогі і від випадкового перемагнічування деградують. Розробляються ферити більш ніж на 1 Тл, але, щоб ІІН досягли «залізної» надійності, треба хоча б 2,5 Тл.

Методика діагностування

При пошуку несправностей в «аналоговому» БП, якщо він «тупо мовчить», перевіряють спочатку запобіжники, потім захист, РЕ і ІОН, якщо в ньому є транзистори. Звонятся нормально - йдемо далі поелементно, як описано нижче.

У ІІН, якщо він «заводиться» і тут же «глухне», перевіряють спочатку УО. Струм в ньому обмежує потужний резистор малого опору, потім шунтіруемой Оптотиристори. Якщо «резік» мабуть підгорів, змінюють його і оптрон. Інші елементи УО виходять з ладу вкрай рідко.

Якщо ІІН «мовчить, як риба об лід», діагностику починають теж з УО (може, «резік» зовсім згорів). Потім - УЗ. У дешевих моделях в них використовуються транзистори в режимі лавинного пробою, що далеко не вельми надійно.

Наступний етап, в будь-яких БП - електроліти. Руйнування корпусу і витікання електроліту зустрічаються далеко не так часто, як пишуть в рунеті, але втрата ємності трапляється набагато частіше, ніж вихід з ладу активних елементів. Перевіряють електролітичні конденсатори мультиметром з можливістю вимірювання ємності. Нижче номіналу на 20% і більше - опускаємо «дохляка» в відстій і ставимо новий, хороший.

Потім - активні елементи. Як прозванивать діоди і транзистори ви, напевно, знаєте. Але тут є 2 каверзи. Перша - якщо діод Шотткі або стабілітрон звонится тестером з батарейкою на 12В, то прилад може показати пробою, хоча діод цілком справний. Ці компоненти краще дзвонити стрілочним приладом з батарейкою на 1,5-3 В.

Друга - потужні польовики. Вище (звернули увагу?) Сказано, що їх І-З захищені діодами. Тому потужні польові транзистори звонятся начебто як справні біполярні навіть непридатними, якщо канал «вигорів» (деградував) в повному обсязі.

Тут єдиний доступний будинку спосіб - заміна на свідомо справні, причому обох відразу. Якщо в схемі залишився горілий, він негайно потягне за собою новий справний. Електронщики жартують, мовляв, потужні польовики жити один без одного не можуть. Ще проф. жарт - «заміна гей-пари». Це до того, що транзистори плечей ІІН повинні бути строго однотипними.

Нарешті, плівкові і керамічні конденсатори. Для них характерні внутрішні обриви (знаходяться тим же тестером з перевіркою «кондиціонерів») і витік або пробою під напругою. Щоб їх «виловити», потрібно зібрати простеньку схемку по Рис. 7. Покроково перевірка електричних конденсаторів на пробій і витік здійснюється так:

Схема перевірки електричних конденсаторів на пробій і витік під напругою

• Ставимо на тестері, нікуди його не підключаючи, найменша границя вимірювання постійної напруги (найчастіше - 0,2 В або 200мВ), засікаємо і записуємо власну похибка приладу;
• Включаємо межа вимірювання 20В;
• Підключаємо підозрілий конденсатор в точки 3-4, тестер до 5-6, а на 1-2 подаємо постійна напруга 24-48 В;
• Перемикаємо межі напруги мультиметра вниз аж до найменшого;
• Якщо на будь-якому тестер показав хоч щось, крім 0000.00 (на найменшому - щось, крім власної похибки), що перевіряється конденсатор не придатний.

На цьому методична частина діагностики закінчується і починається творча, де всі інструкції - власні знання, досвід і міркування.

пара імпульсніков

ДБЖ стаття особлива, внаслідок їх складності та схемного різноманітності. Тут ми, для початку, розглянемо пару зразків на широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що дозволяє отримати найкращу якість ДБЖ. Схем на ШІМ в рунеті багато, але не такий страшний ШІМ, як його малюють ...

для светодизайна

Просто запалити світлодіодну стрічку можна від будь-якого описаного вище БП, крім того, що на Рис. 1, виставивши необхідну напругу. Добре підійде СНН з поз. 1 Рис. 3, таких нескладно зробити 3, для каналів R, G і B. Але довговічність і стабільність світіння світлодіодів залежать не від прикладеного до них напруги, а від протікає через них струму. Тому хороший блок живлення для світлодіодної стрічки повинен включати в себе стабілізатор струму навантаження; по-технічно - джерело стабільного струму (ІСТ).

Блок живлення для світлодіодної стрічки

Одна зі схем стабілізації струму светолента, доступна для повторення любителями, наведена на Рис. 8. Зібрана вона на інтегральному таймері 555 (вітчизняний аналог - К1006ВІ1). Забезпечує стабільний струм стрічки від БП напругою 9-15 В. Величина стабільного струму визначається за формулою I = 1 / (2R6); в даному випадку - 0,7А. Потужний транзистор VT3 - обов'язково польовий, від протягу через заряду бази біполярного ШІМ просто не сформується. Дросель L1 намотаний на феритових кільцях 2000НМ K20x4x6 джгутом 5хПЕ 0,2 мм. К-ть витків - 50. Діоди VD1, VD2 - будь-які кремнієві ВЧ (КД104, КД106); VT1 і VT2 - КТ3107 або аналоги. З КТ361 і т.п. діапазони вхідної напруги і регулювання яскравості зменшаться.

Працює схема так: спочатку Времязадающая ємність С1 заряджається по ланцюгу R1VD1 і розряджається через VD2R3VT2, відкритий, тобто що знаходиться в режимі насичення, через R1R5. Таймер генерує послідовність імпульсів з максимальною частотою; точніше - з мінімальною скважностью. Безінерційний ключ VT3 формує потужні імпульси, а його обв'язка VD3C4C3L1 згладжує їх до постійного струму.

Примітка: шпаруватість серії імпульсів є ставлення періоду їх слідування до тривалості імпульсу. Якщо, напр., Тривалість імпульсу 10 мкс, а проміжок між ними 100 мкс, то шпаруватість буде 11.

Струм в навантаженні наростає, і падіння напруги на R6 відкриває VT1, тобто переводить його з режиму відсічення (замикання) в активний (підсилювальний). Це створює ланцюг витоку струму бази VT2 R2VT1 + Uпит і VT2 також переходить в активний режим. Струм розряду С1 зменшується, час розряду збільшується, шпаруватість серії зростає і середнє значення струму падає до норми, заданої R6. В цьому і є суть ШІМ. На мінімумі струму, тобто при максимальній скважности, С1 розряджається по ланцюгу VD2-R4-внутрішній ключ таймера.

В оригінальній конструкції можливість оперативного регулювання струму і, відповідно, яскравості світіння, не передбачена; потенціометрів на 0,68 Ом не буває. Найпростіше регулювати яскравість, включивши після налагодження в розрив між R3 і емітером VT2 потенціометр R * на 3,3-10 кОм, виділено коричневим. Пересуваючи його движок вниз по схемі, збільшимо час розряду С4, шпаруватість і зменшимо струм. Інший спосіб - шунтировать базовий перехід VT2, включивши потенціометр приблизно на 1 МОм в точки а і б (виділено червоним), менш кращий, тому що регулювання вийде більш глибокої, але грубої і гострої.

На жаль, для налагодження цього корисного не тільки для светолента ІСТ потрібен осцилограф:

1. Подають на схему мінімальне + Uпит.
2. Підбором R1 (імпульс) і R3 (пауза) домагаються шпаруватості 2, тобто тривалість імпульсу повинна бути дорівнює тривалості паузи. Давати шпаруватість менше 2 не можна!
3. Подають максимальне + Uпит.
4. Підбором R4 домагаються номінальної величини стабільного струму.

Для зарядки

На Рис. 9 - схема найпростішого ІСН з ШІМ, придатного для зарядки телефону, смартфона, планшета (ноутбук, на жаль, не потягне) від саморобної сонячної батареї, вітрогенератора, мотоциклетного або автомобільного акумулятора, магнето фонаріка- «жучка» і ін. Малопотужних нестабільних випадкових джерел електроживлення. Див. На схемі діапазон вхідних напруг, там не помилка. Цей ІСН і справді здатний видавати на вихід напруга, більша вхідного. Як і в попередньому, тут наявний ефект зміни полярності виходу щодо входу, це взагалі фірмова фішка схем з ШІМ. Будемо сподіватися, що, прочитавши уважно попереднє, ви в роботі цієї крохотулькі розберетеся самі.

Простий імпульсний блок живлення з ШІМ для зарядки телефону

Попутно про заряд і зарядках

Заряд акумуляторів досить складний і тонкий фізико-хімічний процес, порушення якого в рази і десятки разів знижує їх ресурс, тобто к-ть циклів заряд-розряд. Зарядний пристрій має по дуже малих змін напруги АКБ обчислювати, скільки прийнято енергії і регулювати відповідно струм заряду за певним законом. Тому зарядний пристрій аж ніяк і аж ніяк не БП і заряджати від звичайних БП можна тільки АКБ в пристроях з вбудованим контролером заряду: телефонах, смартфонах, планшетах, окремих моделях цифрових фотокамер. А зарядка, яка зарядний пристрій - предмет окремої розмови.

На десерт

Року 3 тому в новинах промайнуло мало помічене, але цікаве повідомлення: кількість вироблених світовим електронпромом транзисторів, включаючи транзисторні структури в чіпах, перевершило кількість зерен хлібних злаків, вирощених за всю історію людства, крім рису. Поки що природа попереду ...

(2 оцінок, середнє: 5,00 з 5)

Завантаження ...

що ще почитати:

Підвищуємо напругу в електромережі: практичні поради Пристрій автоматичного відключення бойлера при підвищенні енергоспоживання Влаштування заземлення своїми силами: просте і складне, для різних випадків