Імпульсні джерела живлення для чайників. Відео про виготовлення найпростішого імпульсного пристрою живлення. Мережевий фільтр та випрямляч.

Сфера застосування імпульсних блоків живлення у побуті постійно розширюється. Такі джерела застосовуються для живлення всієї сучасної побутової та комп'ютерної апаратури, для реалізації джерел безперебійного електроживлення, зарядних пристроїв для акумуляторів різного призначення, реалізації низьковольтних систем освітлення та інших потреб.

У деяких випадках покупка готового джерела живлення мало прийнятна з економічної або технічної точки зору, і складання імпульсного джерела власними руками є оптимальним виходом із такої ситуації. Спрощує такий варіант та широка доступність сучасної елементної бази за низькими цінами.

Найбільш затребуваними у побуті є імпульсні джерела з живленням від стандартної мережі змінного струму та потужним низьковольтним виходом. Структурна схематакого джерела показано малюнку.

Мережевий випрямляч СВ перетворює змінна напругаживильної мережі в постійне та здійснює згладжування пульсацій випрямленої напруги на виході. Високочастотний перетворювач ВПП здійснює перетворення випрямленої напруги в змінну або однополярну , що має форму прямокутних імпульсів необхідної амплітуди.

Надалі така напруга або безпосередньо, або після випрямлення (ВН) надходить на фільтр, що згладжує, до виходу якого підключається навантаження. Управління ВПП здійснюється системою управління, що отримує сигнал зворотного зв'язку від випрямляча навантаження.

Така структура пристрою може бути піддана критиці через наявність декількох ланок перетворення, що знижує ККД джерела. Однак, при правильному виборі напівпровідникових елементів та якісному розрахунку та виготовленні моточних вузлів, рівень втрат потужності у схемі малий, що дозволяє отримувати реальні значення ККД вище 90%.

Принципові схеми імпульсних блоків живлення

Рішення структурних блоків включають як обґрунтування вибору варіантів схемної реалізації, а й практичні рекомендаціїна вибір основних елементів.

Для випрямлення мережної однофазної напруги використовують одну з трьох класичних схемзображених на малюнку:

• однонапівперіодну;
• нульову (двонапівперіодну із середньою точкою);
• двхполуперіодну бруківку.

Кожній з них притаманні переваги та недоліки, які визначають сферу застосування.

Однонапівперіодна схемавідрізняється простотою реалізації та мінімальною кількістю напівпровідникових компонентів. Основними недоліками такого випрямляча є значна величина пульсації вихідної напруги (у випрямленому є лише одна напівхвиля мережевої напруги) та малий коефіцієнт випрямлення.

Коефіцієнт випрямлення Кввизначається співвідношенням середнього значення напруги на виході випрямляча Udкчинному значенню фазного мережевого напруження Uф.

Для однонапівперіодної схеми Кв = 0.45.

Для згладжування пульсації на виході такого випрямляча потрібні потужні фільтри.

Нульова, або двонапівперіодна схема із середньою точкою, хоч і вимагає подвоєного числа випрямних діодів, однак, цей недолік значною мірою компенсується нижчим рівнем пульсацій випрямленої напруги та зростанням величини коефіцієнта випрямлення до 0.9.

Основним недоліком такої схеми для використання в побутових умовах є необхідність організації середньої точки напруги мережі, що передбачає наявність мережевого трансформатора. Його габарити та маса виявляються несумісними з ідеєю малогабаритного саморобного імпульсного джерела.

Двохнапівперіодна бруківка схемавипрямлення має ті ж показники за рівнем пульсації та коефіцієнтом випрямлення, що й нульова схема, але не вимагає наявності мережевого. Це компенсує і головний недолік - подвоєна кількість випрямних діодів як з точки зору ККД, так і за вартістю.

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги найкращим рішенням є використання ємнісного фільтра. Його застосування дозволяє підняти величину випрямленої напруги до амплітудного значеннямережевого (при Uф = 220В Uфм = 314В). Недоліками такого фільтра прийнято вважати великі величиниімпульсних струмів випрямляючих елементів, але критичним цей недолік не є.

Вибір діодів випрямляча здійснюється за величиною середнього прямого струму Ia і максимальної зворотної напруги U BM.

Прийнявши величину коефіцієнта пульсації вихідної напруги Кп = 10%, отримаємо середнє значення напруги випрямленого Ud = 300В. З урахуванням потужності навантаження та ККД ВЧ перетворювача (для розрахунку приймається 80%, але на практиці вийде вище, це дозволить отримати певний запас).

Ia - середній струм діода випрямляча, Рн-потужність навантаження, η - ККД ВЧ перетворювача.

Максимальна зворотна напруга випрямляючого елемента не перевищує амплітудного значення напруги мережі (314В), що дозволяє використовувати компоненти з U BM =400В зі значним запасом. Використовувати можна дискретні діоди, так і готові випрямні мости від різних виробників.

Для забезпечення заданої (10%) пульсації на виході випрямляча ємність конденсаторів фільтра приймається з розрахунку 1мкФ на 1Вт вихідної потужності. Використовуються електролітичні конденсатори з максимальною напругою не менше ніж 350В. Ємності фільтрів для різних потужностей наведено у таблиці.

Високочастотний перетворювач: його функції та схеми

Високочастотний перетворювач є однотактним або двотактним ключовим перетворювачем (інвертор) з імпульсним трансформатором. Варіанти схем ВЧ перетворювачів наведено малюнку.

Однотактна схема. При мінімальній кількостісилових елементів та простоті реалізації має кілька недоліків.

1. Трансформатор у схемі працює по приватній петлі гістерези, що вимагає збільшення його розмірів та габаритної потужності;
2. Для забезпечення потужності на виході необхідно отримати значну амплітуду імпульсного струму, що протікає через напівпровідниковий ключ.

Схема знайшла найбільше застосування в малопотужних пристроях, де вплив зазначених недоліків менш значний.

Щоб самостійно змінити або встановити новий лічильник, не потрібні особливі навички. Вибір правильної забезпечить коректний облік споживаного струму та підвищить безпеку домашньої електромережі.

В сучасних умовахзабезпечення освітлення як усередині приміщень, і на вулиці дедалі частіше використовують датчики руху. Це надає не тільки комфорту та зручності в наші житла, але й дозволяє суттєво економити. Дізнатись практичні порадина вибір місця установки, схем підключення можна .

Двотактна схема із середньою точкою трансформатора (пушпульна). Отримала свою другу назву від англійського варіанта (push-pull) опис роботи. Схема вільна від недоліків однотактного варіанта, але має власні – ускладнена конструкція трансформатора (потрібне виготовлення ідентичних секцій первинної обмотки) та підвищені вимогидо максимальної напруги ключів. В іншому рішення заслуговує на увагу і широко застосовується в імпульсних джерелах живлення, що виготовляються своїми руками і не тільки.

Двотактова напівмостова схема. За параметрами схема аналогічна схемою із середньою точкою, але не вимагає складної конфігурації обмоток трансформатора. Власним недоліком схеми є необхідність організації середньої точки фільтра випрямляча, що спричиняє чотириразове збільшення кількості конденсаторів.

Завдяки простоті реалізації схема найбільше широко використовується в імпульсних джерелах живлення потужністю до 3 кВт. При великих потужностях вартість конденсаторів фільтра стає неприйнятно високою в порівнянні з напівпровідниковими ключами інвертора і найбільш вигідною є мостова схема.

Двотактна бруківка схема. За параметрами аналогічна до інших двотактних схем, але позбавлена ​​необхідності створення штучних «середніх точок». Платою за це стає подвоєна кількість силових ключів, що вигідно з економічної та технічної точок зору для побудови потужних імпульсних джерел.

Вибір ключів інвертора здійснюється за амплітудою струму колектора (стоку) I КМАХ та максимальною напругою колектор-емітер U КЕМАХ. Для розрахунку використовуються потужність навантаження та коефіцієнт трансформації імпульсного трансформатора.

Однак, перш за все необхідно розрахувати сам трансформатор. Імпульсний трансформатор виконується на сердечнику з фериту, пермалою або крученого в кільце трансформаторного заліза. Для потужностей до одиниць кВт цілком підійдуть феритові осердя кільцевого або Ш-подібного типу. Розрахунок трансформатора ведеться виходячи з необхідної потужності та частоти перетворення. Для уникнення появи акустичного шуму частоту перетворення бажано винести за межі звукового діапазону (зробити вище 20 кГц).

При цьому необхідно пам'ятати, що при частотах близьких до 100 кГц значно зростають втрати у феритових магнітопроводах. Сам розрахунок трансформатора нескладно і легко може бути знайдений у літературі. Деякі результати для різних потужностей джерел та магнітопроводів наведені у таблиці нижче.

Розрахунок зроблено для частоти перетворення 50 кГц. Варто звернути увагу, що при роботі на високій частоті має місце ефект витіснення струму до поверхні провідника, що призводить до зниження ефективної обмотки. Для запобігання подібним неприємностям і зниження втрат у провідниках необхідно виконувати обмотку з кількох жил меншого перерізу. При частоті 50 кГц допустимий діаметр обмотки не перевищує 0.85 мм.

Знаючи потужність навантаження та коефіцієнт трансформації можна розрахувати струм у первинній обмотці трансформатора та максимальний струм колектора силового ключа. Напруга на транзисторі в закритому стані вибирається вище, ніж випрямлену напругу, що надходить на вхід ВЧ-перетворювача з деяким запасом (U КЕМАХ = 400В). За цими даними проводиться вибір ключів. В даний час найкращим варіантомє використання силових транзисторів IGBT чи MOSFET.

Для діодів випрямляча на вторинному боці необхідно дотримуватися одного правила – їх максимальна робоча частота має перевищувати частоту перетворення. Інакше ККД вихідного випрямляча та перетворювача загалом значно знизяться.

Відео про виготовлення найпростішого імпульсного живильного пристрою

У статті йдеться про імпульсні блоки живлення (далі ДБЖ), які сьогодні отримали найширше застосування у всіх сучасних радіоелектронних пристроях та саморобках.
Основний принцип закладений в основу роботи ДБЖ полягає в перетворенні мережевої змінної напруги (50 Герц) на змінну високочастотну напругу прямокутної форми, яка трансформується до необхідних значень, випрямляється і фільтрується.
Перетворення здійснюється за допомогою потужних транзисторів, що працюють в режимі ключа та імпульсного трансформатора, що разом утворюють схему ВЧ перетворювача. Що стосується схемного рішення, то тут можливі два варіанти перетворювачів: перший - виконується за схемою імпульсного автогенератора та другий - із зовнішнім керуванням (використовується в більшості сучасних радіоелектронних пристроїв).
Оскільки частота перетворювача зазвичай вибирається в середньому від 20 до 50 кілогерц, то розміри імпульсного трансформатора, а отже, і всього блоку живлення досить мінімізуються, що є дуже важливим фактором для сучасної апаратури.
Спрощена схема імпульсного перетворювачаіз зовнішнім керуванням дивіться нижче:

Перетворювач виконаний на транзисторі VT1 та трансформаторі Т1. Мережева напруга через мережевий фільтр (СФ) подається на мережевий випрямляч (СВ), де воно випрямляється, фільтрується конденсатором фільтра Сф і через обмотку трансформатора W1 Т1 подається на колектор транзистора VT1. При подачі ланцюг бази транзистора прямокутного імпульсу, транзистор відкривається і крізь нього протікає наростаючий струм Iк. Цей струм буде протікати і через обмотку W1 трансформатора Т1, що призведе до того, що в сердечнику трансформатора збільшується магнітний потік, при цьому в вторинної обмотки W2 трансформатора наводиться ЕРС самоіндукції. Зрештою на виході діода VD з'явиться позитивна напруга. При цьому якщо ми збільшуватимемо тривалість імпульсу прикладеного до бази транзистора VT1, у вторинному ланцюгу буде збільшуватися напруга, т.к енергії віддаватиметься більше, а якщо зменшувати тривалість, відповідно напруга буде зменшуватися. Таким чином, змінюючи тривалість імпульсу ланцюга бази транзистора, ми можемо змінювати вихідні напруги вторинної обмотки Т1, а отже здійснювати стабілізацію вихідних напруг БП. Єдине що для цього необхідно - схема, яка формуватиме імпульси запуску та керуватиме їх тривалість (широтою). Як таку схему використовується ШІМ контролер. ШІМ – це широтно-імпульсна модуляція. До складу ШІМ контролера входить генератор імпульсів, що задає (визначає частоту роботи перетворювача), схеми захисту, контролю і логічна схема, яка і керує тривалістю імпульсу.
Для стабілізації вихідних напруг ДБЖ, схема ШІМ контролера «має знати» величину вихідних напруг. Для цих цілей використовується ланцюг стеження (або ланцюг зворотного зв'язку), виконаний на оптопарі U1 та резисторі R2. Збільшення напруги у вторинному ланцюзі трансформатора T1 призведе до збільшення інтенсивності випромінювання світлодіода, а отже, зменшення опору переходу фототранзистора (входять до складу оптопари U1). Що в свою чергу, призведе до збільшення падіння напруги на резисторі R2, який послідовно включений фототранзистору і зменшення напруги на виведенні 1 ШІМ контролера. Зменшення напруги змушує логічну схему, що входить до складу ШІМ контролера, збільшувати тривалість імпульсу доти, поки напруга на 1-му виводі не буде відповідати заданим параметрам. При зменшенні напруги – процес зворотний.

У ДБЖ застосовуються 2 принципи реалізації ланцюгів стеження - «безпосередній» і «непрямий». Вище описаний спосіб називається "безпосередній", так як напруга зворотного зв'язку знімається безпосередньо з вторинного випрямляча. При непрямому стеженні напруга зворотного зв'язку знімається з додаткової обмотки імпульсного трансформатора:

Зменшення або збільшення напруги на обмотці W2, призведе до зміни напруги та на обмотці W3, яка через резистор R2 також прикладено до виведення 1 ШІМ контролера.
З ланцюгом стеження я думаю, розібралися, тепер розглянемо таку ситуацію як коротке замикання (КЗ) в навантаженні ДБЖ. У цьому випадку вся енергія, що віддається у вторинний ланцюг ДБЖ, буде губитися і напруга на виході практично дорівнює нулю. Відповідно схема ШІМ контролера намагатиметься збільшити тривалість імпульсу для того, щоб підняти рівень цієї напруги до відповідного значення. У результаті транзистор VT1 буде все довше і довше перебувати у відкритому стані, і через нього буде збільшуватися струм, що протікає. Зрештою, це призведе до виходу з експлуатації цього транзистора. В ДБЖ передбачено захист транзистора перетворювача від перевантажень струму в таких позаштатних ситуаціях. Основу її становить резистор Rзащ, включений послідовно в ланцюг, яким протікає струм колектора Iк. Збільшення струму Iк протікає через транзистор VT1, призведе до збільшення падіння напруги на цьому резисторі, а, отже, напруга, що подається на виведення 2 ШІМ контролера також буде зменшуватися. Коли ця напруга знизиться до певного рівня, який відповідає максимально допустимому струму транзистора, логічна схема ШІМ контролера припинить формування імпульсів на виведенні 3 блок живлення перейде в режим захисту або іншими словами відключиться.
На закінчення теми хотілося б докладніше описати переваги ДБЖ. Як уже згадувалося, частота імпульсного перетворювача досить висока, у зв'язку з чим, габаритні розміри імпульсного трансформатора зменшено, а значить, як це не парадоксально звучить, вартість ДБЖ менша за традиційний БП, оскільки менша витрата металу на магнітопровід і міді на обмотки, навіть не незважаючи на те, що кількість деталей в ДБЖ збільшується. Ще однією з переваг ДБЖ є мала, в порівнянні зі звичайним БП, ємність конденсатора фільтра вторинного випрямляча. Зменшення ємності стало можливим за рахунок збільшення частоти. І, нарешті, ККД імпульсного блоку живлення сягає 85 %. Пов'язано це з тим, що ДБЖ споживає енергію електричної мережітільки під час відкритого транзистора перетворювача, при його закритті енергія навантаження віддається за рахунок розряду конденсатора фільтра вторинного ланцюга.
До мінусів можна віднести ускладнення схеми ДБЖ та збільшення імпульсних перешкод випромінюваних самим ДБЖ. Збільшення перешкод пов'язане з тим, що транзистор перетворювача працює у ключовому режимі. У такому режимі транзистор є джерелом імпульсних перешкод, що виникають моменти перехідних процесів транзистора. Це є недоліком будь-якого транзистора, що працює в ключовому режимі. Але якщо транзистор працює з малими напругами (наприклад, транзисторна логіка з напругою в 5 вольт) це не страшно, у нашому випадку напруга, прикладена до колектора транзистора, становить, приблизно 315 вольт. Для боротьби з цими перешкодами в ДБЖ використовуються складніші схеми мережевих фільтрів, ніж у звичайному БП.

Невід'ємною частиною кожного комп'ютера є блок живлення (БП). Він важливий як і, як і інші частини комп'ютера. При цьому покупка блоку живлення здійснюється досить рідко, тому що хороший БП може забезпечити живленням кількох поколінь систем. Враховуючи все це до придбання блока живлення необхідно поставитися дуже серйозно, оскільки доля комп'ютера прямо залежить від роботи блоку живлення.

Основне призначення блоку живлення -формування напруги живлення, що необхідне функціонування всіх блоків ПК. Основні напруги живлення компонентів це:

• +3,3В

Існують також додаткова напруга:

Для здійснення гальванічної розв'язкиДостатньо виготовити трансформатор з необхідними обмотками. Але для живлення комп'ютера потрібна чимала потужність, особливо для сучасних ПК. Для живлення комп'ютерадовелося б виготовляти трансформатор, який мав би не лише великий розмір, але й багато важив. Однак зі зростанням частоти струму трансформатора для створення того ж магнітного потоку необхідно менше витків і менше переріз магнітопроводу. У блоках живлення, побудованих на основі перетворювача, частота напруги трансформатора в 1000 і більше разів вище. Це дозволяє створювати компактні та легкі блоки живлення.

Найпростіший імпульсний БП

Розглянемо блок-схему простого імпульсного блоку живленнящо лежить в основі всіх імпульсних блоків живлення.

.

Перший блок здійснює перетворення змінної напруги мережі на постійне. Такий перетворювачскладається з діодного моста, що випрямляє змінну напругу, та конденсатора, що згладжує пульсації випрямленої напруги. У цьому боці також знаходяться додаткові елементи: фільтри напруги від пульсацій генератора імпульсів і термістори для згладжування стрибка струму в момент включення. Однак ці елементи можуть бути відсутніми з метою економії на собівартості.

Наступний блок – генератор імпульсів, який генерує з певною частотою імпульси, що живлять первинну обмотку трансформатора Частота генеруючих імпульсів різних блоків живлення різна й у межах 30 – 200 кГц. Трансформатор здійснює основні функції блоку живлення: гальванічну розв'язку з мережею та зниження напруги до необхідних значень.

Змінна напруга, що отримується від трансформатора, наступний блок перетворює на постійну напругу. Блок складається з діодів, що випрямляють напругу і фільтра пульсацій. У цьому блоці фільтр пульсацій набагато складніший, ніж у першому блоці і складається з групи конденсаторів та дроселя. З метою економії виробники можуть встановлювати конденсатори малої ємності, а також дроселі з малою індуктивністю.

Перший імпульсний блок живленняявляв собою двотактний або однотактний перетворювач. Двотактний означає, що процес генерації складається із двох частин. У такому перетворювачі по черзі відкриваються та закриваються два транзистори. Відповідно в однотактному перетворювачі один транзистор відкривається та закривається. Схеми двотактного та однотактного перетворювачів представлені нижче.

.

Розглянемо елементи схеми.

Х2 – роз'єм джерело живлення схеми.

Х1 – роз'єм з якого знімається вихідна напруга.

R1 - опір, що задає початкове невелике усунення на ключах. Воно необхідне більш стабільного запуску процесу коливань в перетворювачі.

R2 - опір, який обмежує струм бази на транзисторах, це необхідне захисту транзисторів від згоряння.

ТР1 – Трансформатор має три групи обмоток. Перша вихідна обмотка формує вихідну напругу. Друга обмотка є навантаженням для транзисторів. Третя формує керуюча напругадля транзисторів

У початковий момент включення першої схеми транзистор трохи відкритий, тому що до бази через резистор R1 прикладена позитивна напруга. Через відкритий транзистор протікає струм, який також протікає і через II обмотку трансформатора. Струм, що протікає через обмотку, створює магнітне поле. Магнітне поле створює напругу в інших обмотках трансформатора. У результаті обмотці III створюється позитивне напруга, яке ще більше відкриває транзистор. Процес відбувається доти, доки транзистор не потрапить у режим насичення. Режим насичення характеризується тим, що зі збільшенням прикладеного управляючого струму до транзистора вихідний струм залишається постійним.

Так як напруга в обмотках генерується тільки у разі зміни магнітного поля, його зростання або падіння, відсутність зростання струму на виході транзистора, отже, призведе до зникнення ЕРС в обмотках II і III. Зникнення напруги в обмотці III призведе до зменшення ступеня відкриття транзистора. І вихідний струм транзистора зменшиться, отже, і магнітне поле зменшуватиметься. Зменшення магнітного поля призведе до створення напруження протилежної полярності. Негативна напруга в обмотці ІІІ почне ще більше закривати транзистор. Процес триватиме доти, доки магнітне поле повністю не зникне. Коли магнітне поле зникне, негативна напруга в обмотці ІІІ теж зникне. Процес знову почне повторюватись.

Двотактний перетворювач працює за таким самим принципом, але відмінність у тому, що транзисторів два, і вони по черзі відкриваються і закриваються. Тобто коли один відкритий – інший закритий. Схема двотактного перетворювача має велику перевагу, так як використовує всю петлю гістерези магнітного провідника трансформатора. Використання однієї ділянки петлі гістерезису або намагнічування тільки в одному напрямку призводить до виникнення багатьох небажаних ефектів, які знижують ККД перетворювача і погіршують його характеристики. Тому в основному скрізь застосовується двотактна схема перетворювача з фазозсувним трансформатором. У схемах, де потрібна простота, малі габарити, і мала потужність все ж таки використовується однотактна схема.

Блоки живлення форм-фактору АТХ без корекції коефіцієнта потужності

Перетворювачі, розглянуті вище, хоч і закінчені пристрої, але на практиці їх використовувати незручно. Частота перетворювача, вихідна напруга та багато інших параметрів «плавають», змінюються залежно від зміни: напруги живлення, завантаженості виходу перетворювача та температури. Але якщо ключами керувати контролером, який міг би здійснювати стабілізацію і різні додаткові функції, то можна використовувати схему для живлення пристроїв. Схема блоку живлення із застосуванням ШІМ-контролера досить проста, і, загалом, є генератором імпульсів, побудованим на ШІМ-контролері.

ШИМ - широтно-імпульсна модуляція. Вона дозволяє регулювати амплітуду сигналу минулого ФНЧ (фільтр низьких частот) зі зміною тривалості або шпаруватості імпульсу. Головні переваги ШІМ це високе значення ККД підсилювачів потужності та великі можливості застосування.

Дана схема блоку живлення має невелику потужність і як ключ використовує польовий транзистор, що дозволяє спростити схему та позбутися додаткових елементів, необхідних для управління транзисторних ключів. В блоках живлення великої потужності ШІМ-контролермає елементи керування («Драйвер») вихідним ключем. Як вихідні ключі в блоках живлення великої потужності використовуються IGBT-транзистори.

Мережева напруга в цій схемі перетворюється на постійну напругу і через ключ надходить на першу обмотку трансформатора. Друга обмотка служить для живлення мікросхеми та формування напруги зворотного зв'язку. ШИМ-котроллер генерує імпульси з частотою, яка задана RC-ланцюгом, підключеною до ніжки 4. Імпульси подаються на вхід ключа, який їх посилює. Тривалість імпульсів змінюється залежно від напруження на ніжці 2.

Розглянемо реальну схему блоку живлення АТХ. Вона має набагато більше елементів і в ній присутні ще додаткові пристрої. Червоними квадратами схема блоку живлення умовно поділена на основні частини.

Схема АТХ блоку живлення потужністю 150-300 Вт

Для живлення мікросхеми контролера, а також формування чергової напруги +5, яке використовується комп'ютером, коли він вимкнено, у схемі знаходиться ще один перетворювач. На схемі він позначений як блок 2. Як видно, він виконаний за схемою однотактного перетворювача. У другому блоці є додаткові елементи. В основному це ланцюжки поглинання сплесків напруги, які генеруються трансформатором перетворювача. Мікросхема 7805 – стабілізатор напруги формує чергову напругу +5В із випрямленої напруги перетворювача.

Найчастіше в блоці формування чергової напруги встановлені неякісні або дефектні компоненти, що знижує частоту перетворювача до звукового діапазону. Внаслідок чого з блоку живлення чути писк.

Оскільки блок живлення живиться від мережі змінного напруги 220В, А перетворювач потребує живлення постійною напругою, напруга необхідно перетворити. Перший блок здійснює випрямлення та фільтрацію змінної мережевої напруги. У цьому блоці також знаходиться фільтр від перешкод, що генеруються самим блоком живлення.

Третій блок це ШІМ-контролер TL494. Він здійснює всі основні функції блоку живлення. Захищає блок живлення від коротких замикань, стабілізує вихідну напругу та формує ШІМ-сигнал для управління транзисторними ключами, які навантажені на трансформатор.

Четвертий блок складається з двох трансформаторів та двох груп транзисторних ключів. Перший трансформатор формує напругу для вихідних транзисторів. Оскільки ШІМ-контролер TL494 генерує сигнал слабкої потужності, перша група транзисторів посилює цей сигнал та передає його першому трансформатору. Друга група транзисторів, або вихідні, навантажені на основний трансформатор, який здійснює формування основних напруг живлення. Така складніша схема управління вихідними ключами застосована через складність управління біполярними транзисторами та захисту ШІМ-контролера від високої напруги.

П'ятий блок складається з діодів Шоттки, що випрямляють вихідну напругу трансформатора, та фільтра низьких частот (ФНЧ). ФНЧ складається з електролітичних конденсаторів значної ємності та дроселів. На виході ФНЧ стоять резистори, які навантажують його. Ці резистори необхідні для того, щоб після вимкнення ємності блока живлення не залишалися зарядженими. Також резистори стоять і на виході випрямляча напруги.

Решту елементів, що не обведені в блоці це ланцюжки, формують « сигнали справності». Цими ланцюжками здійснюється робота захисту блоку живлення від короткого замиканняабо контроль справності вихідної напруги.

Тепер подивимося, як на друкованій платі блоку живлення потужністю 200 Втрозташовані елементи. На малюнку показано:

Конденсатори, що виконують фільтрацію вихідної напруги.

Місце не розпаяних конденсаторів фільтра вихідної напруги.

Котушки індуктивності, що виконують фільтрацію вихідної напруги. Більша котушка грає роль як фільтра, а ще працює як феромагнитного стабілізатора. Це дозволяє трохи знизити перекоси напруги при нерівномірному навантаженнірізних вихідних напруг.

Мікросхема ШІМ-стабілізатора WT7520.

Радіатор на якому встановлені діоди Шоттки для напруги +3.3В і +5В, а для напруги +12В звичайні діоди. Часто особливо в старих блоках живлення, на цьому ж радіаторі розміщуються додатково елементи. Це елементи стабілізації напруг +5В та +3,3В. В сучасних блокахживлення розміщуються на цьому радіаторі тільки діоди Шоттки для всіх основних напруг або польові транзистори, які використовуються як випрямляючий елемент.

Основний трансформатор, який здійснює формування всіх напруг, а також гальванічну розв'язку з мережею.

Трансформатор, що формує керуючу напругу для вихідних транзисторів перетворювача.

Трансформатор перетворювача, що формує чергову напругу +5В.

Радіатор, на якому розміщені вихідні транзистори перетворювача, а також транзистор перетворювача формує чергову напругу.

Конденсатори фільтру напруги. Їх не обов'язково має бути два. Для формування двополярної напруги та утворення середньої точки встановлюють два конденсатори рівної ємності. Вони ділять випрямлену мережеву напругу навпіл, тим самим формуючи дві напруги різної полярності, з'єднаних у загальній точці. У схемах із однополярним живленням конденсатор один.

Елементи фільтру мережі від гармонік (перешкод), що генеруються блоком живлення.

Діоди діодного мосту, що здійснюють випрямлення змінної напруги мережі.

Блок живлення 350 Втвлаштований еквівалентно. Одночасно впадає у вічі великих розмірів плата, збільшені радіатори і більшого розміру трансформатор перетворювача.

Конденсатори фільтра вихідної напруги.

Радіатор, що охолоджує діоди, що випрямляють вихідну напругу.

ШИМ-контролер АТ2005 (аналог WT7520), що здійснює стабілізацію напруг.

Основний трансформатор перетворювача.

Трансформатор, що формує напругу для вихідних транзисторів.

Трансформатор перетворювача чергової напруги.

Радіатор, що охолоджує вихідні транзистори перетворювачів.

Фільтр напруги від блоків живлення.

Діоди діодного мосту.

Конденсатори фільтру напруги.

Розглянута схема довго застосовувалась у блоках живлення і зараз іноді зустрічається.

Блоки живлення формату АТХ з корекцією коефіцієнта потужності

У розглянутих схемах навантаженням мережі служить конденсатор, що підключається до мережі через діодний міст. Заряд конденсатора відбувається тільки в тому випадку якщо на ньому напруга менша за мережну. В результаті струм носить імпульсний характер, що має безліч недоліків.

Перерахуємо ці недоліки:

1. струми вносять у мережу вищі гармоніки (перешкоди);
2. велика амплітуда струму споживання;
3. значна реактивна складова струму споживання;
4. мережна напруга не використовується протягом усього періоду;
5. ККД таких схем має невелике значення.

Нові блоки живленнямають удосконалену сучасну схему, у ній з'явився ще один додатковий блок – коректор коефіцієнта потужності (ККМ). Він здійснює підвищення коефіцієнта потужності. Або більше простою мовоюприбирає деякі недоліки мостового випрямляча напруги.

S = P + jQ

Формула повної потужності

Коефіцієнт потужності (КМ) характеризує, скільки у повній потужності активної складової та скільки реактивної. В принципі, можна сказати, а навіщо враховувати реактивну потужність, вона ж уявна і не користь.

Допустимо, у нас є якийсь прилад, блок живлення, з коефіцієнтом потужності 0,7 та потужністю 300 Вт. Видно з розрахунків, що наш блок живлення має повну потужність (суму реактивної та активної потужності) більше, ніж зазначена у ньому. І цю потужність має дати мережу живлення 220В. Хоча ця потужність не несе користі (навіть лічильник електрики її не фіксує) вона все ж таки існує.

Тобто внутрішні елементи та мережеві дроти мають бути розраховані на потужність 430 Вт, а не 300 Вт. А уявіть собі випадок, коли коефіцієнт потужності дорівнює 0,1… Через це ГОРСЕТЬЮ забороняється використовувати прилади з коефіцієнтом потужності менше 0,6, а у разі виявлення таких на власника накладається штраф.

Відповідно, кампаніями були розроблені нові схеми блоків живлення, які мали ККМ. Спочатку як ККМ використовувався включений на вході дросель великої індуктивності, такий блок живлення називають блок живлення з PFC або пасивним ККМ. Подібний блок живлення має підвищений КМ. Для досягнення потрібного КМ необхідно оснащувати блоки живлення великим дроселем, так як вхідний опір блоку живлення носить ємнісний характер через встановлені конденсатори на виході випрямляча. Установка дроселя значно збільшує масу блоку живлення, і підвищує КМ до 0,85, що не так вже й багато.

Увімкнення дроселя для корекції КМ

Внаслідок не високої ефективностіпасивної ККМ в блок живлення було введено нову схему ККМ, яка побудована на основі ШІМ-стабілізатора, навантаженого на дросель. Ця схема приносить безліч плюсів блоку живлення:

• розширений діапазон робочих напруг;
• з'явилася можливість значно зменшити ємність конденсатора фільтра напруги;
• значно підвищений КМ;
• зменшення маси блоку живлення;
• збільшення ККД блоку живлення.

Є й недоліки цієї схеми – це зниження надійності БПта некоректна робота з деякими джерелами безперебійного живленняя при перемиканні режимів роботи батарея/мережа. Некоректна робота цієї схеми з ДБЖ викликана тим, що у схемі суттєво знизилася ємність фільтра мережевої напруги. У момент, коли короткочасно пропадає напруга, сильно зростає струм ККМ, необхідний підтримки напруги на виході ККМ, у результаті спрацьовує захист від КЗ (короткого замикання) в ДБЖ.

Якщо подивитися на схему, то вона є генератором імпульсів, який навантажений на дросель. Мережеве напруження випрямляється діодним мостом і подається на ключ, навантажений дроселем L1 і трансформатором Т1. Трансформатор введений зворотний зв'язок контролера з ключем. Напруга з дроселя знімається за допомогою діодів D1 та D2. Причому напруга знімається по черзі за допомогою діодів, то з діодного мосту, то з дроселя, і заряджає конденсатори Cs1 та Cs2. Ключ Q1 відкривається і в дроселі L1 накопичується енергія необхідної величини. Розмір накопиченої енергії регулюється тривалістю відкритого стану ключа. Чим більше накопичено енергії, тим більша напругавіддасть дросель. Після вимкнення ключа відбувається віддача накопиченої енергії дроселем L1 через діод D1 конденсаторам.

Така робота дозволяє використовувати повністю всю синусоїду змінної напруги мережі на відміну від схем без ККМ, а також стабілізувати напругу, що живить перетворювач.

У сучасних схемах блоків живлення часто застосовують двоканальні ШІМ-контролери. Одна мікросхема здійснює роботу як перетворювача, так і ККМ. В результаті суттєво знижується кількість елементів у схемі блоку живлення.

Розглянемо схему простого блокуживлення на 12В із використанням двоканального ШІМ-контролера ML4819. Одна частина блоку живлення здійснює формування постійного стабілізованої напруги+380В. Інша частина є перетворювач, що формує постійну стабілізовану напругу +12В. ККМ складається, як і вище розглянутому разі, з ключа Q1, навантаженого нею дроселя L1 трансформатора Т1 зворотний зв'язок. Діоди D5, D6 заряджають конденсатори С2, C3, C4. Перетворювач складається з двох ключів Q2 та Q3, навантажених на трансформатор Т3. Імпульсна напругавипрямляється діодною складання D13 і фільтрується дроселем L2 і конденсаторами С16, ° C18. За допомогою патрона U2 формується напруга регулювання вихідної напруги.

Розглянемо конструкцію блоку живлення, в якій є активний ККМ:

1. Плата управління струмовим захистом;
2. Дросель, що виконує роль фільтра напруг +12В і +5В, так і функцію групової стабілізації;
3. Дросель фільтру напруги +3,3В;
4. Радіатор, на якому розміщені випрямні діоди вихідної напруги;
5. трансформатор головного перетворювача;
6. Трансформатор, керуючий ключами головного перетворювача;
7. Трансформатор допоміжного перетворювача (що формує чергову напругу);
8. Плата контролера корекції коефіцієнта потужності;
9. Радіатор, що охолоджує діодний міст та ключі головного перетворювача;
10. Фільтри напруги від перешкод;
11. Дросель коректора коефіцієнта потужності;
12. Конденсатор фільтру напруги.

Конструктивні особливості та типи роз'ємів

Розглянемо види роз'ємів, які можуть бути присутніми на блоці живлення. На задній стінці блоку живленнярозміщується роз'єм для підключення мережевого кабелюта вимикач. Раніше поруч із роз'ємом мережевого шнура розміщувався також роз'єм для підключення мережного кабелю монітора. Опціонально можуть бути й інші елементи:

• індикатори напруги мережі, або стану роботи блоку живлення
• кнопки керування режимом роботи вентилятора
• кнопка перемикання вхідної мережевої напруги 110/220В
• USB-порти, вбудовані в блок живлення USB hub
• інше.

На задній стінці все рідше розміщують вентилятори, що витягують із блока живлення повітря. Усі чаші вентилятор розміщують у верхній частині блоку живлення через більший простір для установки вентилятора, що дозволяє встановити великий та тихий активний елемент охолодження. На деяких блоках живлення встановлюють навіть два вентилятори і зверху, і ззаду.

Із передньої стінки виходить провід з роз'ємом підключення живлення материнської плати. У деяких блоках живлення, модульних, він, як і інші дроти, підключається через гніздо. Нижче на малюнку вказано.

Можна помітити, що кожна напруга має свій колір дроту:

• Жовтий колір - +12 В
• Червоний колір - +5 В
• Помаранчевий колір - +3,3В
• Чорний колір - загальний або земля

Для інших напруг кольору дротів у кожного виробника можуть змінюватись.

На малюнку не відображені роз'єми додаткового живлення відеокарт, оскільки вони подібні до роз'єму додаткового живлення процесора. Також існують інші види роз'ємів, які зустрічаються в комп'ютерах фірмового збирання компаній DelL, Apple та інших.

Електричні параметри та характеристики блоків живлення

Блок живлення має багато електричних параметрів, більшість з яких не відзначаються в паспорті. На бічній наклейці блоку живлення відзначається зазвичай лише кілька основних параметрів – робоча напруга та потужність.

Потужність блоку живлення

Потужність часто позначають на етикетці великим шрифтом. Потужність блоку живлення, характеризує, скільки він може віддати електричної енергії приладам, що підключаються до нього (материнська плата, відеокарта, жорсткий диск та ін).

По ідеї, досить підсумувати споживання використовуваних компонентів і вибрати блок живлення трохи більшої потужності для запасу. Для підрахунку потужностіцілком годяться рекомендації зазначені у паспорті відеокартиякщо такий є, тепловий пакет процесора і т.д.

Але насправді все набагато складніше, тому що блок живлення видає різні напруги – 12В, 5В, −12В, 3,3В та ін. Кожна лінія напруги розрахована на свою потужність. Логічно було подумати, що ця потужність фіксована, а їхня сума дорівнює потужності блоку живлення. Але в блоці живлення стоїть один трансформатор для генерації всіх цих напруг, що використовуються комп'ютером (крім чергової напруги +5В). Правда, рідко, але все ж таки можна знайти блок живлення з двома роздільними трансформаторами, але такі джерела живлення дорогі і найчастіше використовуються в серверах. Звичайні ж БП ATX мають один трансформатор. Через це потужність кожної лінії напруги може плавати: збільшується, якщо інші лінії слабо навантажені, і зменшуватися, якщо інші лінії сильно навантажені. Тому часто на блоках живлення пишуть максимальну потужність кожної лінії, і в результаті, якщо їх підсумувати, вийде потужність навіть більша, ніж дійсна потужність блоку живлення. Таким чином, виробник може заплутати споживача, наприклад, заявляючи надто велику номінальну потужність, яку БП забезпечити не здатний.

Зазначимо, що якщо у комп'ютері встановлено блок живлення недостатньої потужності, то це викличе не коректну роботу пристроїв ( «зависання», перезавантаження, клацання головок жорсткого диска), аж до неможливості увімкнення комп'ютера. А якщо в ПК встановлена ​​материнська плата, яка не розрахована на потужність компонентів, які на ній встановлені, то найчастіше материнська плата функціонує нормально, але згодом роз'єм підключення живлення вигоряє внаслідок постійного їх нагріву та окислення.

Стандарти та сертифікати

Купуючи БП, в першу чергу необхідно подивитися на наявність сертифікатів та на відповідність його сучасним міжнародним стандартам. На блоках живлення найчастіше можна зустріти вказівку наступних стандартів:

Також є комп'ютерні стандарти форм-фактора АТХ, в якому визначено розміри, конструкція та багато інших параметрів блоку живлення, включаючи допустимі відхиленнянапруги при навантаженні. Сьогодні існує кілька версій стандарту АТХ:

1. ATX 1.3 Standard
2. ATX 2.0 Standard
3. ATX 2.2 Standard
4. ATX 2.3 Standard

Відмінність версій стандартів АТХ здебільшого стосується введення нових роз'ємів та нових вимог до ліній живлення блоку живлення.

Рекомендації щодо вибору блоку живлення

Коли виникає необхідність купівлі нового блоку живлення ATX, спочатку необхідно визначиться з потужністю, яка необхідна для живлення комп'ютера, в який цей БП буде встановлений. Для її визначення достатньо підсумувати потужності компонентів, що використовуються в системі, наприклад, скориставшись спеціальним калькулятором. Якщо немає такої можливості, то можна виходити з правила, що для середнього комп'ютера з однією ігровою відеокартою цілком вистачає блоку живлення потужністю 500-600 ват.

Враховуючи, що більшість параметрів блоків живлення можна дізнатися лише протестувавши його, наступним етапом рекомендуємо ознайомитися з тестами та оглядами можливих претендентів. моделей блоків живлення, які доступні у вашому регіоні і задовольняю ваші запити як мінімум за потужністю, що забезпечується. Якщо ж такої можливості немає, то вибирати необхідно за відповідністю блоку живлення сучасним стандартам (що більшому числу, тим краще), причому бажано наявність у блоці живлення схеми АККМ (APFC). Купуючи блок живлення, також важливо включити його, по можливості прямо на місці покупки або відразу після приходу додому, і простежити, як він працює, щоб джерело живлення не видавало писків, гудіння чи іншого стороннього шуму.

Загалом, необхідно вибрати блок живлення, який був би потужним, якісно зробленим, з хорошими заявленими та реальними електричними параметрами, а також виявиться зручним в експлуатації та тихим під час роботи, навіть за високого навантаження на нього. І в жодному разі при покупці джерела живлення не варто заощаджувати пару доларів. Пам'ятайте, що від роботи цього пристрою залежить стабільність, надійність і довговічність роботи всього комп'ютера.

Додати коментар

Пишіть повні коментарі, відповіді на кшталт "дякую за статтю" не публікуються!

Імпульсне джерело живлення- це інверторна система, в якій вхідна змінна напруга випрямляється, а потім отримана постійна напруга перетворюється на імпульси високої частоти та встановленої шпаруватості, які зазвичай подаються на імпульсний трансформатор.

Імпульсні трансформатори виготовляються за таким же принципом, як і низькочастотні трансформатори, тільки як сердечник використовується не сталь (сталеві пластини), а феромагнітні матеріали - феритові сердечники.

Рис. Як працює імпульсне джерело живлення.

Вихідна напругаімпульсного джерела живлення стабілізовано, Це здійснюється за допомогою негативного зворотного зв'язку, що дозволяє утримувати вихідну напругу на одному рівні навіть при зміні вхідної напруги та навантажувальної потужності на виході блоку.

Зворотний негативний зв'язок може бути реалізований за допомогою однієї з додаткових обмоток в імпульсному трансформаторі або за допомогою оптрона, який підключається до вихідних ланцюгів джерела живлення. Використання оптрона або однієї з обмоток трансформатора дозволяє реалізувати гальванічну розв'язку від мережі змінної напруги.

Основні плюси імпульсних джерел живлення (ІІП):

• мала вага конструкції;
• невеликі розміри;
• велика потужність;
• високий ККД;
• низька собівартість;
• висока стабільність роботи;
• широкий діапазон напруги живлення;
• безліч готових компонентних рішень.

До недоліків ІІП можна віднести те, що такі блоки живлення є джерелами перешкод, це пов'язано з принципом роботи схеми перетворювача. Для часткового усунення цього недоліку використовують екранування схеми. Також через цей недолік у деяких пристроях застосування даного типуджерел живлення є неможливим.

Імпульсні джерела живлення стали фактично неодмінним атрибутом будь-якої сучасної побутової техніки, що споживає від мережі потужність понад 100 Вт. До цієї категорії потрапляють комп'ютери, телевізори, монітори.

Для створення імпульсних джерел живлення, приклади конкретного втілення яких буде наведено нижче, застосовуються спеціальні схемні рішення.

Так, для виключення наскрізних струмів через вихідні транзистори деяких імпульсних джерел живлення використовують спеціальну формуімпульсів, зокрема, біполярні імпульси прямокутної форми, мають між собою проміжок у часі.

Тривалість цього проміжку повинна бути більшою за час розсмоктування неосновних носіїв у базі вихідних транзисторів, інакше ці транзистори будуть пошкоджені. Ширина керуючих імпульсів з метою стабілізації вихідної напруги може змінюватись за допомогою зворотного зв'язку.

Зазвичай для забезпечення надійності в імпульсних джерелах живлення використовують високовольтні транзистори, які в силу технологічних особливостей не відрізняються на краще (мають низькі частотиперемикання, малі коефіцієнти передачі струму, значні струми витоку, великі падіння напруги на колекторному переході у відкритому стані).

Особливо це стосується застарілих нині моделей вітчизняних транзисторів типу КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 та багатьох інших. Варто сказати, що в останні рокиз'явилася гідна заміна біполярним транзисторам, що традиційно використовуються у вихідних каскадах імпульсних джерел живлення.

Це спеціальні високовольтні польові транзистори вітчизняного та, головним чином, зарубіжного виробництва. Крім того, є численні мікросхеми для імпульсних джерел живлення.

Схема генератора імпульсів регульованої ширини

Біполярні симетричні імпульси регульованої ширини дають змогу отримати генератор імпульсів за схемою на рис.1. Пристрій може бути використаний у схемах авторегулювання вихідної потужності імпульсних джерел живлення. На мікросхемі DD1 (К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) зібраний генератор прямокутних імпульсів зі шпаруватістю, що дорівнює 2.

Симетрії генерованих імпульсів досягають регулюванням резистора R1. Робочу частоту генератора (44 кГц) за необхідності можна змінити підбором ємності конденсатора С1.

Рис. 1. Схема формувача біполярних симетричних імпульсів регульованої тривалості.

На елементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) зібрані компаратори напруги; на DA1.2, DA1.4 – вихідні ключі. На входи компараторів-ключів DA1.1, DA1.3 у протифазі через формуючі RC-діодні ланцюжки (R3, С2, VD2 та R6, СЗ, VD5) подаються прямокутні імпульси.

Заряд конденсаторів С2, СЗ відбувається за експонентним законом через R3 і R5, відповідно; розряд - практично миттєво через діоди VD2 та VD5. Коли напруга на конденсаторі С2 або СЗ досягне порога спрацьовування компараторів-ключів DA1.1 або DA1.3 відповідно відбувається їх включення, і резистори R9 і R10, а також керуючі входи ключів DA1.2 і DA1.4 підключаються до позитивного полюса джерела харчування.

Оскільки включення ключів проводиться в протифазі, таке перемикання відбувається строго по черзі, з паузою між імпульсами, що виключає можливість протікання наскрізного струму через ключі DA1.2 і DA1.4 і транзистори перетворювача, що керуються ними, якщо генератор двополярних імпульсів використовується в схемі імпульс.

Плавне регулювання ширини імпульсів здійснюється одночасною подачею стартової (початкової) напруги на входи компараторів (конденсатори С2, СЗ) з потенціометра R5 через діодно-резистивні ланцюжки VD3, R7 і VD4, R8. Граничний рівень напруги, що управляє (максимальну ширину вихідних імпульсів) встановлюють підбором резистора R4.

Опір навантаження можна підключити за мостовою схемою між точкою з'єднання елементів DA1.2, DA1.4 і конденсаторами Са, Сb. Імпульси з генератора можна подати на транзисторний підсилювач потужності.

При використанні генератора двополярних імпульсів у схемі імпульсного джерела живлення до складу резистивного дільника R4, R5 слід включити регулюючий елемент - польовий транзистор, фотодіод оптрона і т.д., що дозволяє при зменшенні/збільшенні струму навантаження автоматично регулювати ширину потужністю перетворювача.

Як приклад практичної реалізації імпульсних джерел живлення наведемо описи та схеми деяких з них.

Схема імпульсного джерела живлення

Імпульсне джерело живлення(рис. 2) складається з випрямлячів напруги, що задає генератора, формувача прямокутних імпульсів регульованої тривалості, двокаскадного підсилювача потужності, вихідних випрямлячів і схеми стабілізації вихідної напруги.

Задає генератор виконаний на мікросхемі типу К555ЛАЗ (елементи DDI.1, DDI.2) і виробляє прямокутні імпульси частотою 150 кГц. На елементах DD1.3, DD1.4 зібрано RS-тригер, на виході якого частота вдвічі менша - 75 кГц. Вузол управління тривалістю комутувальних імпульсів реалізований на мікросхемі типу К555ЛІ1 (елементи DD2.1, DD2.2), а регулювання тривалості здійснюється за допомогою оптрона U1.

Вихідний каскад формувача комутують імпульсів зібраний на елементах DD2.3, DD2.4. Максимальна потужність на виході формувача імпульсів сягає 40 мВт. Попередній підсилювач потужності виконаний на транзисторах VT1, VT2 типу КТ645А, а кінцевий - на транзисторах VT3, VT4 типу КТ828 або сучасніших. Вихідна потужність каскадів - 2 і 60 ... 65 Вт, відповідно.

На транзисторах VT5, VT6 та оптроні U1 зібрана схема стабілізації вихідної напруги. Якщо напруга на виході джерела живлення нижче норми (12), стабілітрони VD19, VD20 (КС182+КС139) закриті, транзистор VT5 закритий, транзистор VT6 відкритий, через світлодіод (U1.2) оптрона протікає струм, обмежений опором R14; опір фотодіода (U1.1) оптрона мінімальний.

Сигнал, що знімається з виходу елемента DD2.1 і надходить на входи схеми збігу DD2.2 безпосередньо і через регульований елемент затримки (R3 - R5, С4, VD2, U1.1), в силу його малої постійної часу надходить практично одночасно на входи схеми збіги (елемент DD2.2).

На виході цього елемента формуються широкі керуючі імпульси. На первинній обмотці трансформатора Т1 (виходи елементів DD2.3, DD2.4) формуються двополярні імпульси регульованої тривалості.

Рис. 2. Схема імпульсного джерела живлення.

Якщо з будь-якої причини напруга на виході джерела живлення збільшуватиметься понад норму, через стабілітрони VD19, VD20 почне протікати струм, транзистор VT5 відкриється, VT6 — закриється, зменшуючи струм через світлодіод оптрона U1.2.

У цьому зростає опір фотодіода оптрона U1.1. Тривалість керуючих імпульсів зменшується, і відбувається зменшення вихідної напруги (потужності). При короткому замиканні навантаження світлодіод оптрона гасне, опір фотодіода оптрона максимальний, а тривалість керуючих імпульсів - мінімальна. Кнопка SB1 призначена для запуску схеми.

При максимальній тривалості позитивні і негативні керуючі імпульси не перекриваються в часі, оскільки між ними існує тимчасове просікання, обумовлене наявністю резистора R3 в ланцюгу, що формує.

Тим самим знижується ймовірність протікання наскрізних струмів через вихідні низькочастотні транзисторикінцевого каскаду посилення потужності, які мають великий час розсмоктування надлишкових носіїв на базовому переході. Вихідні транзистори встановлені на ребристі тепловідвідні радіатори з площею не менше 200 см2. У базові ланцюги цих транзисторів бажано встановити опори завбільшки 10…51 Ом.

Каскади посилення потужності та схема формування двополярних імпульсів отримують живлення від випрямлячів, виконаних на діодах VD5 - VD12 та елементах R9 - R11, С6 - С9, С12, VD3, VD4.

Трансформатори Т1, Т2 виконані на феритових кільцях К10x6x4, 5 ЗОООНМ; ТЗ - К28х16х9 ЗОООНМ. Первинна обмотка трансформатора Т1 містить 165 витків дроту ПЕЛШО 0,12, вторинні - 2×65 витків ПЕЛ-2 0,45 (намотка у два дроти).

Первинна обмотка трансформатора Т2 містить 165 витків дроту ПЕВ-2 0,15 мм, вторинні - 2×40 витків того ж дроту. Первинна обмотка трансформатора ТЗ містить 31 виток дроти МГШВ, протягнутого в кембрик і має переріз 0,35 мм ^ 2, вторинна обмотка має 3×6 витків дроту ПЕВ-2 1,28 мм (паралельне включення). При підключенні обмоток трансформаторів необхідно їх правильно фазувати. Початки обмоток показані на малюнку зірочками.

Джерело живлення працездатне в діапазоні зміни напруги 130 ... 250 В. Максимальна вихідна потужність при симетричне навантаженнядосягає 60 ... 65 Вт (стабілізована напруга позитивної та негативної полярності 12 S і стабілізована напруга змінного струму частотою 75 кГц, що знімаються, з вторинної обмотки трансформатора Т3). Напруга пульсацій на виході джерела живлення не перевищує 0,6 Ст.

При налагодженні джерела живлення мережну напругу на нього подають через розділовий трансформатор або феррорезонансний стабілізатор з ізольованим від мережі виходом. Всі перепайки в джерелі допустимо проводити тільки при повному відключенні пристрою від мережі.

Послідовно з вихідним каскадом на час налагодження пристрою рекомендується увімкнути лампу розжарювання 60 Вт на 220 В. Ця лампа захистить вихідні транзистори у разі помилок у монтажі. Оптрон U1 повинен мати напругу пробою ізоляції не менше 400 В. Робота пристрою без навантаження не допускається.

Мережеве імпульсне джерело живлення

Мережевий імпульсний джерело живлення (рис. 3) розроблений для телефонних апаратів з автоматичним визначником номера або інших пристроїв із споживаною потужністю 3 ... 5Вт, що живляться напругою 5 ... 24В.

Джерело живлення захищене від короткого замикання на виході. Нестабільність вихідної напруги не перевищує 5% при зміні напруги живлення від 150 до 240 і струму навантаження в межах 20 ... 100% від номінального значення.

Керований генератор імпульсів забезпечує з урахуванням транзистора VT3 сигнал частотою 25…30 кГц.

Дроселі L1, L2 та L3 намотані на магнітопроводах типу К10x6x3 з преспермалою МП140. Обмотки дроселя L1, L2 містять по 20 витків дроту ПЕТВ 0,35 мм і розташовані кожна у своїй половині кільця із зазором між обмотками щонайменше 1 мм.

Дросель L3 намотують дротом ПЕТВ 0,63 мм виток до витка в один шар по внутрішньому периметру кільця. Трансформатор Т1 виконаний на магнітопроводі Б22 із фериту М2000НМ1.

Рис. 3. Схема мережевого імпульсного джерела живлення.

Його обмотки намотують на розбірному каркасі виток до витка дротом ПЕТВ і просочують клеєм. Першою намотують кілька шарів обмотку I, що містить 260 витків дроту 0,12 мм. Таким же дротом намотують екрануючу обмотку з одним висновком (на рис. 3 показана пунктирною лінією), потім наносять клей БФ-2 і обмотують одним шаром лакот-кані.

Обмотку III намотують дротом 0,56 мм. Для вихідної напруги 5В вона містить 13 витків. Останньою намотують обмотку ІІ. Вона містить 22 витки дроту 0,15…0,18 мм. Між чашками забезпечують немагнітний проміжок.

Високовольтне джерело постійної напруги

Для створення високої напруги (30...35 кВ при струмі навантаження до 1 мА) для живлення електроефлювіальної люстри (люстри А. Л. Чижевського) призначено джерело живлення постійного струму на основі спеціалізованої мікросхеми типу К1182ГДЗ.

Джерело живлення складається з випрямляча напруги на діодному мосту VD1, конденсатора фільтра С1 і високовольтного напівмостового автогенератора на мікросхемі DA1 типу К1182ГГЗ. Мікросхема DA1 разом з трансформатором Т1 перетворює постійну випрямлену мережну напругу на високочастотну (30...50 кГц) імпульсну.

Випрямлена мережна напруга надходить на мікросхему DA1, а стартовий ланцюжок R2, С2 запускає автогенератор мікросхеми. Ланцюжки R3, СЗ та R4, С4 задають частоту генератора. Резистори R3 і R4 стабілізують тривалість напівперіодів імпульсів, що генеруються. Вихідна напруга підвищується обмоткою L4 трансформатора і подається на помножувач напруги на діодах VD2 – VD7 та конденсаторах С7 – С12. Випрямлену напругу подається на навантаження через обмежувальний резистор R5.

Конденсатор мережевого фільтра С1 розрахований на робоча напруга 450 (К50-29), С2 - будь-якого типу на напругу 30 В. Конденсатори С5, С6 вибирають в межах 0,022 ... 0,22 мкФ на напругу не менше 250 В (К71-7, К73-17). Конденсатори помножувача С7-С12 типу КВІ-3 на напругу 10 кВ. Можлива заміна на конденсатори типів К15-4, К73-4, ПОВ та інші на робочу напругу 10кВ або вище.

Рис. 4. Схема високовольтного джерелапостійного струму.

Високовольтні діоди VD2 - VD7 типу КЦ106Г (КЦ105Д). Обмежувальний резистор R5 типу КЕВ-1. Його можна замінити трьома резисторами типу МЛТ-2 по 10 МОм.

Як трансформатор використовується телевізійний рядковий трансформатор, наприклад, ТВС-110ЛА. В'юоковольтну обмотку залишають, інші видаляють і на їхньому місці розміщують нові обмотки. Обмотки L1, L3 містять по 7 витків дроту ПЕЛ 0,2 мм, а обмотка L2 - 90 витків такого ж дроту.

Ланцюжок резисторів R5, що обмежують струм короткого замикання, рекомендується включити в мінусовий провід, який підводиться до люстри. Цей провід повинен мати вьюоко-вольтну ізоляцію.

Коректор коефіцієнта потужності

Пристрій, що називається коректором коефіцієнта потужності (рис. 5), зібрано на основі спеціалізованої мікросхеми TOP202YA3 (фірма Power Integration) та забезпечує коефіцієнт потужності не менше 0,95 при потужності навантаження 65 Вт. Коректор наближає форму струму, що споживається навантаженням, до синусоїдальної.

Рис. 5. Схема коректора коефіцієнта потужності на мікросхемі TOP202YA3.

Максимальна напруга на вході – 265 В. Середня частота перетворювача – 100 кГц. ККД коректора - 0,95.

Імпульсне джерело живлення з мікросхемою

Схема джерела живлення із мікросхемою тієї ж фірми Power Integration показана на рис. 6. У пристрої застосовано напівпровідниковий обмежувач напруги- 1,5 КЕ250А.

Перетворювач забезпечує гальванічну розв'язку вихідної напруги від мережі. При вказаних на схемі номіналах та елементах пристрій дозволяє підключати навантаження, що споживає 20 Вт при напрузі 24 В. ККД перетворювача наближається до 90%. Частота перетворення - 100 Гц. Пристрій захищений від коротких замикань у навантаженні.

Рис. 6. Схема імпульсного джерела живлення 24В мікросхемі фірми Power Integration.

Вихідна потужність перетворювача визначається типом використовуваної мікросхеми, основні характеристики яких наведено у таблиці 1.

Таблиця 1. Характеристики мікросхем серії TOP221Y - TOP227Y.

Простий та високоефективний перетворювач напруги

На основі однієї з мікросхем ТОР200/204/214 фірми Power Integration може бути зібраний простий і високоефективний перетворювач напруги(Мал. 7) з вихідною потужністю до 100 Вт.

Рис. 7. Схема імпульсного Buck-Boost перетворювача на мікросхемі ТОР200/204/214.

Перетворювач містить мережевий фільтр (С1, L1, L2), мостовий випрямляч (VD1 - VD4), власне сам перетворювач U1, схему стабілізації вихідної напруги, випрямлячі та вихідний LC-фільтр.

Вхідний фільтр L1, L2 намотаний у два дроти на феритовому кільці М2000 (2×8 витків). Індуктивність отриманої котушки - 18 ... 40 мГн. Трансформатор Т1 виконаний на феритовому сердечнику зі стандартним каркасом ETD34 фірми Siemens або Matsushita, хоча можна використовувати інші імпортні сердечники типу ЕР, ЄС, EF або вітчизняні Ш-подібні феритові сердечники М2000.

Обмотка I має 4×90 витків ПЕВ-2 0,15 мм; II - 3×6 того ж дроту; III - 2×21 витків ПЕВ-2 0,35 мм. Усі обмотки намотують виток до витка. Між шарами має бути забезпечена надійна ізоляція.

Практично у кожному електронному приладі є блок живлення – важливий елемент монтажної схеми. Блоки використовуються у пристроях, що вимагають зниженого живлення. Базовим завданням блоку живлення вважається зменшення напруги мережі. Перші імпульсні блокиживлення сконструйовані після винаходу котушки, яка працювала зі змінним струмом.

Використання трансформаторів дало поштовх розвитку блоків живлення. Після випрямляча струму здійснюється вирівнювання напруги. У блоках із перетворювачем частоти цей процес проходить по-іншому.

В імпульсному блоці основу складає інверторна система. Після випрямлення напруги утворюються прямокутні імпульси з високою частотою, що подаються на фільтр виходу низької частоти. Імпульсні блоки живлення перетворюють напругу, віддають потужність навантаження.

Розсіювання енергії від імпульсного блоку немає. Від лінійного джерела йде розсіювання напівпровідниках (транзисторах). Його компактність і мала вага також дає перевагу над трансформаторними блоками за однакової потужності, тому часто замінюють імпульсними.

Принцип дії

Робота ДБЖ простої конструкції наступна. Якщо вхідний струм є змінним, як у більшості побутових приладах, спочатку відбувається перетворення напруги в постійне. Деякі конструкції блоків мають перемикачі, що подвоюють напругу. Це робиться для того, щоб підключатися до мережі з різним номіналом напруги, наприклад 115 і 230 вольт.

Випрямляч вирівнює змінну напругу та на виході віддає постійний струмщо надходить у фільтр конденсаторів. Струм від випрямляча виходить у вигляді малих імпульсів високої частоти. Сигнали мають високу енергію, за рахунок якої знижується коефіцієнт потужності трансформатора імпульсів. Завдяки цьому габарити імпульсного блоку невеликі.

Щоб скоригувати зменшення потужності нових блоках живлення застосовують схему, у якій струм на вході виходить як синуса. За такою схемою змонтовано блоки у комп'ютерах, відеокамерах та інших пристроях. Імпульсний блок працює від постійної напруги, що проходить через блок, не змінюючись. Такий блок називають зворотноходовим. Якщо він служить для 115 В, для роботи на постійній напрузінеобхідно вже 163 вольти, це розраховується як (115 × √2).

Для випрямляча така схема шкідлива, оскільки половина діодів не використовується у роботі, це викликає перегрів робочої частини випрямляча. Довговічність у разі знижується.

Після випрямлення напруги мережі в дію набуває інвертора, який перетворює струм. Пройшовши через комутатор, що має велику енергію виходу, із постійного виходить змінний струм. З обмоткою трансформатора в кілька десятків витків і частотою сотні герц блок живлення працює як підсилювач низької частоти, вона виходить більше 20 кГц, вона не доступна слуху людини. Комутатор виготовлений на транзисторах із багатоступінчастим сигналом. Такі транзистори мають низький опір, високу можливість проходу струмів.

Схема роботи ДБЖ

У мережевих блоках вхід і вихід ізолюють між собою, імпульсних блоках струм застосовується для первинної обмотки високої частоти. На вторинній обмотці трансформатор створює необхідну напругу.

Для напруги виходу більше 10 застосовують кремнієві діоди. На низьких напругахставлять діоди Шоттки, які мають переваги:

1. Швидке відновлення, що дозволяє мати малі втрати.
2. Мінімальне падіння напруги. Для зниження напруги виходу застосовують транзистор, у ньому випрямляється основна частина напруги.

Схема імпульсного блоку мінімального розміру

У простій схемі ДБЖ замість трансформатора застосований дросель. Це перетворювачі для зниження або підвищення напруги, відносяться до найпростішого класу, застосовується один перемикач та дросель.

Види ДБЖ

• Простий ДБЖ на IR2153, поширений у Росії.
• ДБЖ на TL494.
• ДБЖ на UC3842.
• Гібридного типу з енергозберігаючої лампи.
• Для підсилювача із підвищеними даними.
• З електронного баласту.
• Регульований ДБЖ, механічний пристрій.
• Для УМЗЧ, вузькоспеціалізований блок живлення.
• Потужний ДБЖ має високі характеристики.
• На 200 В – на напругу трохи більше 220 вольт.
• Мережевий ДБЖ на 150 Вт, тільки для мережі.
• Для 12 В нормально працює при 12 вольтах.
• Для 24 В – працює лише на 24 вольти.
• Мостовий – застосовано мостову схему.
• Для підсилювача на лампах – характеристики ламп.
• Для світлодіодів – висока чутливість.
• Двополярний ДБЖ, відрізняється якістю.
• Зворотноходовий, має підвищену напругу та потужність.

Особливості

Простий ДБЖ може складатися з трансформаторів малих розмірів, так як при підвищенні частоти ефективність трансформатора вища, вимоги до розмірів сердечника менше. Такий сердечник виготовлений із феромагнітних сплавів, а для низької частоти використовується сталь.

Напруга у блоці живлення стабілізується шляхом зворотного зв'язку негативної величини. Здійснюється підтримка напруги виходу одному рівні, не залежить від навантаження і вхідних коливань. Зворотній зв'язокстворюється різними методами. Якщо в блоці є гальванічна розв'язка від мережі, застосовується зв'язок однієї обмотки трансформатора на виході або за допомогою оптрона. Якщо розв'язка не потрібна, використовують простий резистивний дільник. За рахунок цього напруга виходу стабілізується.

Особливості лабораторних блоків

Принцип дії здійснено активному перетворенні напруги. Для видалення перешкод ставлять фільтри в кінці та на початку ланцюга. Насичення транзисторів позитивно відбивається на діодах, є регулювання напруги. Вбудований захист блокує короткі замикання. Кабелі живлення застосовані немодульною серією, потужність досягає 500 ватів.

У корпусі встановлено вентилятор охолодження, швидкість вентилятора регулюється. Найбільше навантаження блоку становить 23 ампера, опір 3 Ом, максимальна частота 5 герц.

Застосування імпульсних блоків

Сфера їх використання постійно зростає як у побуті, так і у промисловому виробництві.

Імпульсні блоки живлення застосовуються у джерелах безперебійного живлення, підсилювачах, приймачах, телевізорах, зарядні пристрої, для низьковольтних ліній освітлення, комп'ютерної, медичної техніки та інших різних приладів та пристроїв широкого призначення.

Гідності й недоліки

ДБЖ має такі переваги та переваги:

1. Невелика вага.
2. Збільшений ККД.
3. Невелика ціна.
4. Інтервал напруги живлення ширший.
5. Вбудовані блоки захисту.

Зменшена маса та розміри пов'язано із застосуванням елементів з радіаторами охолодження лінійного режиму, імпульсного регулювання замість важких трансформаторів. Місткість конденсаторів зменшена за рахунок збільшення частоти. Схема випрямлення стала простішою, проста схема- однонапівперіодна.

У трансформаторів низької частоти втрачається багато енергії, розсіюється тепло під час перетворень. У ДБЖ максимальні втрати виникають за перехідних процесів комутації. Інший час транзистори стійкі, вони закриті чи відкриті. Створено умови для збереження енергії, ККД досягає 98%.

Вартість ДБЖ знижена через уніфікацію елементів широкого асортименту на роботизованих підприємствах. Силові елементи керованих ключів складаються з напівпровідників меншої потужності.

Технології імпульсів дозволяють використовувати мережу живлення з різною частотою, що розширює застосування блоків живлення в різних мережах енергії. Модулі на напівпровідниках з невеликими габаритами із цифровою технологією мають захист від короткого замикання та інших аварій.

Прості блоки з трансформаторами захисту створені на релейній базі, на якій немає сенсу цифрових технологій. Тільки в деяких випадках використовуються цифрові технології:

• Для керуючих ланцюгів із невеликою потужністю.
• Пристрої з невеликим струмом високоточного управління, вимірювальної техніки, вольтметрах, лічильники енергії, в метрології.

Недоліки

ДБЖ функціонують за допомогою перетворення імпульсів високої частоти, створюють перешкоди, що йдуть у навколишнє середовище. Виникає необхідність придушення та боротьби з перешкодами різними методами. Іноді придушення перешкод не дає ефекту і застосування імпульсних блоків стає неможливим для деяких типів пристроїв.

Імпульсні блоки живлення не рекомендується підключати як з низьким навантаженням, так і з високим. Якщо на виході різко впаде струм нижче за встановлену межу, то запуск може виявитися неможливим, а живлення буде з спотвореннями даних, які не підходять до діапазону робіт.

Як вибрати імпульсні блоки живлення

Спочатку потрібно визначитися зі списком обладнання, та розділити на групи:

• Постійні споживачі без джерела енергії.
• Споживачі зі своїм джерелом.
• Пристрої із періодичним підключенням.

У кожній групі необхідно скласти струм споживання всіх елементів. Якщо виходить більше 2 А, краще підключити кілька джерел.

Другу та третю групи можна підключити до дешевих блоків живлення. Далі визначається з необхідним часом резервування. Щоб порахувати ємність акумулятора для забезпечення автономної роботи, струм обладнання 1-ї та 2-ї груп множимо на годинник.

Від цієї цифри вибираємо імпульсні блоки живлення. При покупці не можна нехтувати значенням блоку живлення в системі. Від нього залежить функціонування та стійкість обладнання.