Импульсный блок питания своими руками: лучшие простые и сложные схемы и сборки

Можно ли сделать импульсный блок питания своими руками?

Иногда покупка готового импульсного блока питания экономически нецелесообразна. В этом случае, если вы разбираетесь в электронике и умеете паять, вы можете самостоятельно сделать импульсный блок питания. Это полезно для питания различных низковольтных электроинструментов, чтобы не тратить впустую ограниченный ресурс дорогой перезаряжаемой батареи. Также вы можете сделать зарядное устройство для своего смартфона, ноутбука или другого мобильного гаджета.

Прежде чем приступить к изготовлению блока питания, необходимо знать, где он будет применяться. В зависимости от области его применения определяется мощность продукта. Мощность следует подбирать с запасом. Считается, что импульсный источник питания имеет максимальный КПД при нагрузке 60-90%.

Кроме того, необходимо выбрать схему питания, а также определить, должно ли выходное напряжение иметь стабильное напряжение и нужно ли для этого вводить обратную связь. Обратите внимание на его номиналы: напряжение, ток и мощность.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнить аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, последние будут иметь следующие преимущества:

• Уменьшенные габариты и вес благодаря отсутствию понижающего трансформатора низкой частоты и элементов управления, требующих отвода тепла большими радиаторами. Благодаря использованию технологии преобразования высокочастотного сигнала можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньшего размера.
• Повышенный КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, тогда как в аналоговых схемах при электромагнитном преобразовании постоянно теряется много энергии. Результат говорит сам за себя, повышение КПД до 95-98%.
• Более низкая стоимость за счет использования менее мощных полупроводниковых элементов.
• Более широкий диапазон входных напряжений. Этот тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, поэтому допускается подключение к сетям разных стандартов.
• Надежная защита от коротких замыканий, перегрузок и других аварийных ситуаций.

К недостаткам импульсной техники можно отнести:

Наличие ВЧ помех, это следствие работы высокочастотного преобразователя. Этот фактор требует установки шумового фильтра. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на использование устройств этого типа в высокоточном оборудовании.

Особых требований к нагрузке, ее не следует уменьшать или увеличивать. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики выходного напряжения начнут существенно отличаться от стандартных. Как правило, производители (в последнее время тоже китайские) предвидят такие ситуации и устанавливают в свои продукты адекватную защиту.

Особенности работы

Причина сложности схемы в следующем: чем выше частота переменного тока, тем ниже требуемый трансформатор и меньше потери внутри него. Вот почему импульсные блоки питания намного меньше своих обычных аналогов.

Как отремонтировать импульсный блок питания своими руками: важные советы для начинающих

Профессиональный электрик всегда начинает с подготовки рабочего места, инструментов и оценки рисков, которые необходимо предотвратить.

Следует хорошо понимать, что ремонт импульсного блока питания своими руками — это работа под напряжением в существующих схемах.

Подготовительные работы: где найти схему импульсного блока питания и какие нужны измерительные приборы

Теперь производители электрооборудования хранят в секрете свои профессиональные секреты — схемы ИБП не доступны бесплатно. Ремонт выполним своими руками, а не в специализированном сервисе.

Действуем следующим образом:

1. Откроем корпус и рассмотрим электронную плату.
2. Находим мощный транзистор (выходной переключатель) и микросхему (ШИМ-контроллер). Иногда они могут быть объединены общим органом.
3. Отмечаем маркировку и ищем в справочниках или через Интернет полное описание (техпаспорт).
4. Изучаем выводы микросхемы, способы ее подключения по найденной документации и сравниваем полученную информацию с реальной конструкцией.

На микросхемах небольшого размера не всегда ставится полная маркировка. Затем производители создают кодовое обозначение из нескольких букв и цифр. Информацию о ней искать сложнее, придется потрудиться.

Технологию поверхностного монтажа печатных плат и методы маркировки деталей хорошо объяснил в своем видео Влад ШЧ. Рекомендую посмотреть.

маловероятно, что ИБП можно будет отремонтировать без электрического измерительного прибора. Можно обойтись старыми компараторами — тестерами, вроде моего Ц4324.

Они позволяют измерить большинство электрических параметров с классом точности, достаточным для ремонта, но требуют большего внимания и дополнительных расчетов.

Теперь намного удобнее использовать для измерений цифровой мультиметр.

Все правила обращения с ним для новичков я подробно объяснил в специально опубликованной статье. Надеюсь, что вы найдете ее полезной.

Осциллограф может оказаться большим подспорьем при поиске и устранении неисправностей. Позволяет просматривать формы напряжения почти всех ИБП.

Основываясь на типе и значениях, довольно легко оценить производительность каждого электронного элемента в схеме. Для измерений подходит любая модель: старая аналоговая или современная цифровая.

Но если нет осциллографа, не стоит отчаиваться. В подавляющем большинстве случаев вы можете обойтись цифровым мультиметром или стрелочным тестером.

Импульсный блок питания на TL494 своими руками — схема и подробная инструкция по монтажу

Корпус этого самодельного импульсного блока питания состоит из двух частей: основания Kradex Z4A и вентилятора (кулера), который можно увидеть на фото. Это как бы продолжение тела, но обо всем по порядку.

Схема импульсного источника питания для TL494
Что касается необходимых деталей, нам потребуются:

• ШИМ-контроллер (IC1) — TL494.
• Операционный усилитель (IC2) — LM324.
• 2 линейных контроллера (VR1, VR2) — L7805AB и LM7905.
• 4 биполярных транзистора Т1, Т2 — С945 и Т3, Т4 — MJE13009.
• 2 диодных моста — VDS2 (MB105) и VDS1 (GBU1506).
• 5 выпрямительных диодов (D3 — D5, D8, D9) — 1N4148.
• 2 выпрямительных диода (D6, D7) — FR107.
• 2 выпрямительных диода (D10, D11) — FR207.
• 2 выпрямительных диода (D12, D13) — FR104.
• Диод Шоттки (D15) — F20C20.
• 5 индуктивностей — L1 (100 мкГн), L5 на желтом кольце (100 мкГн), L3, L4 (10 мкГн), L6 (8 мкГн).
• Синфазная индуктивность (L2) — 29 мГн.
• 2 импульсных трансформатора — Tr1 (EE16) и Tr2 (EE28 — EE33, ER35).
• Трансформатор (Тр3) — БВ ЭИ 382 1189.
• Предохранитель (F1) — 5А.
• Термистор (NTC1) — 5,1 Ом.
• Варистор (VDR1) — 250 В.
• Резисторы — R1, R9, R12, R14 (2,2 кОм); R2, R4, R5, R15, R16, R21 (4,7 кОм); R3 (5,6 кОм); R6, R7 (510 кОм); R8 (1 МОм); R13 (1,5 кОм); R17, R24 (22 кОм); R18 (1 кОм);
• R19, ​​R20 (22 Ом); R22, R23 (1,8 кОм); R27, R28 (2,2 Ом); R29, R30 (470 кОм, 1-2 Вт); R31 (100 Ом, 1-2 Вт); R32, R33 (15 Ом); R34 (1 кОм, 1-2 Вт).
• Переменные резисторы (R10, R11) — 10 кОм, можно использовать 3 или 4.
• Резисторы (R25, R26) — 0,1 Ом; шунта, мощность зависит от выходной мощности блока питания.
• Конденсаторы — С1, С8, С27, С28, С30, С31 (0,1 мкФ); C3 (1 нФ, пленка); C4 — C7 (0,01 мкФ); C10 (0,47 мкФ, 275 В, X); C12 (0,1 мкФ, 275 В, X); C13, C14, C19 (0,01 мкФ, 2 кВ, Y); С20 (1 мкФ, 250 В, пленка); C21 (2,2 нФ, 1 кВ); C23, C24 (3,3 нФ).
• Электролитические конденсаторы — C2, C9, C22, C25, C26, C34, C35 (47 мкФ); C11 (1 мкФ); C15, C16 (2,2 мкФ); C17, C18 (470 мкФ, 200 В); C29, C32, C33 (1000 мкФ, 35 В).
• 2 светодиода — D1 (зеленый, 5 мм) и D2 (красный, 5 мм) или диоды, только если индикация не нужна.

Из элементов конструкции вам потребуются:

1. Корпус Z4A.
2. Переключатель — 250 В, 6 А.
3. Патрон плавкого предохранителя.
4. Розетка для подключения к 220 В.
5. Вилка для подключения к сети 220 В.
6. Разъем для выходного напряжения.
7. Вентилятор 12В.
8. Вольтметр.
9. Амперметр.

Как видите, схема работает на микросхеме TL494. Аналогов много, но лучше использовать оригинальные микросхемы. Они не такие уж и дорогие, но работают надежно, в отличие от китайских подделок.
Также можно разобрать с компьютеров несколько старых блоков питания и собрать оттуда необходимые детали, но лучше по возможности использовать новые детали и микросхемы — это повысит шансы на успех.
В связи с тем, что выходной мощности интегрированных ключевых элементов TL494 недостаточно для управления силовыми транзисторами, работающими на основном импульсном трансформаторе Tr2, для силовых транзисторов T3 и T4 построена схема управления с использованием трансформатора управления Tr1. Этот управляющий трансформатор можно использовать от старого компьютерного блока питания без изменения состава обмоток. Управляющий трансформатор Tr1 приводится в действие транзисторами T1 и T2.

Сигналы с управляющего трансформатора через диоды D8 и D9 поступают на базы силовых транзисторов. Транзисторы Т3 и Т4 используются биполярные марки MJE13009. Можно использовать транзисторы на меньший ток — MJE13007, но здесь даже лучше оставить на больший ток, чтобы повысить надежность и мощность схемы, хотя от короткого замыкания в высоковольтной цепи это не спасет схемы.
Кроме того, эти транзисторы генерируют колебания трансформатора Тр2, который преобразует выпрямленное напряжение 310 Вольт с диодного моста VDS1 в то, что нам нужно (в данном случае 30-31 вольт). О данных по перемотке или намотке трансформатора с нуля мы поговорим чуть позже. Выходное напряжение снимается со вторичных обмоток этого трансформатора, к которым подключен выпрямитель и ряд фильтров, так что напряжение максимальное без пульсаций.
Выпрямитель необходимо использовать на диодах Шоттки, чтобы минимизировать потери при выпрямлении и исключить большой нагрев этого элемента; по схеме использован двойной диод Шоттки D15. Опять же, чем выше допустимый ток диода, тем лучше. Если неосторожно запустить схему в первый раз, велика вероятность вывести из строя эти силовые транзисторы и диоды Т3 и Т4. В выходных фильтрах схемы стоит использовать электролитические конденсаторы с низким ESR (Low ESR). Катушки индуктивности L5 и L6 в нашем случае использовались неисправными блоками питания компьютера. L6 используется без смены обмотки, это цилиндр с десятью витками толстой медной проволоки. L5 необходимо перемотать, поскольку компьютер использует несколько уровней напряжения — нам нужно только одно напряжение, которое мы будем регулировать.

L5 — желтое кольцо (не все кольца подойдут, так как можно использовать ферриты с разными характеристиками, нам нужен только желтый). На это кольцо необходимо намотать около 50 витков медной проволоки диаметром 1,5 мм. Демпфирующий резистор R34 — разряжает конденсаторы, чтобы во время настройки не возникало ситуации длительного ожидания падения напряжения при повороте ручки настройки.
На радиаторах устанавливаются элементы Т3 и Т4, а также наиболее чувствительные к нагреванию Д15. В этом проекте они также были взяты из старых блоков и отформатированы (вырезаны и сложены по размеру корпуса и печатной платы).

Схема является импульсной и может вносить собственный шум в домашнюю сеть, поэтому необходимо использовать синфазную индуктивность L2. Фильтры с индуктивностями L3 и L4 используются для фильтрации существующего сетевого шума. Термистор NTC1 устранит пусковой ток в момент подключения цепи к розетке, запуск цепи будет более мягким.
TL494 требует менее 310 вольт для управления напряжением и током и для работы, поэтому используется отдельная цепь питания. Построен на небольшом трансформаторе Тр3 БВ ЭИ 382 1189.
С вторичной обмотки напряжение выпрямляется и сглаживается конденсатором — просто и весело. Таким образом, получаем 12 вольт, необходимых для управляющей части силовой цепи. Затем с помощью микросхемы линейного стабилизатора 7805 стабилизируют 12 вольт до 5 вольт — это напряжение используется для цепи индикации напряжения и тока.
Также искусственно создается напряжение -5 Вольт для питания операционного усилителя цепи индикации напряжения и тока. В принципе, можно использовать любую схему вольтметра и амперметра, доступную для данного импульсного источника питания, и, если нет необходимости, этот этап стабилизации напряжения может быть исключен. Как правило, используются схемы измерения и индикации, построенные на микроконтроллерах, для которых требуется питание порядка 3,3-5 Вольт. Подключение амперметра и вольтметра показано на схеме.

На фото изображена печатная плата с микроконтроллером. Амперметр и вольтметр крепятся к панели болтами, которые вкручиваются в гайки, прочно приклеенные к пластику суперклеем. Этот индикатор имеет предел измерения тока до 9,99А, что для данного блока питания явно недостаточно. Помимо функций отображения, модуль измерения тока и напряжения больше никак не связан с материнской платой устройства. Функционально подходит любой сменный измерительный модуль.
Схема управления напряжением и током построена на четырех операционных усилителях (используется LM324 — 4 операционных усилителя в одном корпусе). Для питания этой микросхемы стоит использовать фильтр на элементах L1 и С1, С2. Настройка схемы состоит из выбора пунктов, отмеченных звездочкой, для установки диапазонов регулирования. Схема управления смонтирована на отдельной печатной плате. Также для более плавного регулирования тока можно использовать несколько правильно подключенных переменных резисторов.
Для установки частоты преобразователя необходимо выбрать номинал конденсатора С3 и номинал резистора R3. На схеме представлена ​​небольшая табличка с расчетными данными. Слишком высокая частота может увеличить потери на силовых транзисторах при переключении, поэтому не стоит слишком увлекаться, оптимально, на мой взгляд, использовать частоту 70-80 кГц и даже меньше.
Теперь о параметрах намотки или перемотки трансформатора Тр2. Я также использовал базу старых компьютерных блоков питания. Если вам не нужен большой ток и высокое напряжение, то такой трансформатор можно не перематывать, а использовать уже готовый, соединив обмотки соответственно. Однако, если требуется больший ток и напряжение, трансформатор необходимо перемотать, чтобы получить лучший результат.
Прежде всего, нам нужно разобрать то ядро, которое у нас есть. Это самый ответственный момент, так как ферриты достаточно хрупкие и ломать их нельзя, иначе все пойдет в мусор. Затем, чтобы разобрать сердечник, его необходимо нагреть, так как производитель обычно использует для склеивания половинок эпоксидную смолу, которая при нагревании размягчается. Запрещается использовать открытые источники огня. В домашних условиях подойдет электрическое отопительное оборудование, например электрическая плита.
После нагрева аккуратно разделите половинки сердцевины. После остывания снимаем все родные обмотки. Теперь необходимо рассчитать необходимое количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Для этого можно воспользоваться программой ExcellentIT (5000), в которой мы задаем нужные нам параметры преобразователя и получаем расчет количества витков относительно используемого сердечника.
Также после намотки сердечник трансформатора нужно снова склеить, также рекомендуется использовать высокопрочный клей или эпоксидную смолу. При покупке нового сердечника может не потребоваться приклеивание, так как часто половинки сердечника соединяются металлическими скобами и болтами. Обмотки должны быть намотаны плотно, чтобы исключить акустический шум при работе устройства. При желании обертывания можно заполнить парафином.
Печатные платы были разработаны для корпуса Z4A. Он претерпевает незначительные изменения, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха для охлаждения. Для этого по бокам и сзади просверливается несколько отверстий, а сверху просверливается отверстие под вентилятор.

Вентилятор дует, из отверстий выходит лишний воздух. Вентилятор можно расположить и наоборот так, чтобы он всасывал воздух из корпуса. На самом деле вентиляторное охлаждение требуется нечасто, к тому же даже при высоких нагрузках элементы схемы не перегреваются.
Готовятся и передние панели. В индикаторах напряжения и тока используются семисегментные индикаторы, а в качестве светофильтра для этих индикаторов используется металлизированная антистатическая пленка, такая как та, в которой радиоэлементы упакованы со знаком электростатической чувствительности.
Также можно использовать полупрозрачную пленку, приклеенную к оконным стеклам, или автомобильную светонепроницаемую пленку. Наборы передней и задней лицевых панелей можно настроить на любой вкус. В нашем случае на тыльной стороне находится розетка для подключения к розетке, отсек предохранителей и выключатель. На передней панели находятся индикаторы тока и напряжения, светодиоды для индикации стабилизации тока (красный) и стабилизации напряжения (зеленый), ручки переменного резистора для регулирования тока и напряжения и быстроразъемный соединитель, к которому подключено выходное напряжение.

Правильно установленный источник питания требует только регулировки диапазонов регулировки.
Токовая защита (стабилизация) работает следующим образом: при превышении установленного тока на микросхему TL494 поступает сигнал о снижении напряжения — чем ниже напряжение, тем меньше ток. В этом случае на передней панели загорается красный светодиод, указывающий на превышение установленного тока или короткое замыкание. В режиме нормальной стабилизации напряжения горит зеленый светодиод.
Основные характеристики импульсного блока питания во многом зависят от используемого базового элемента, в данной версии они следующие:

1. Входное напряжение 220 вольт переменного тока.
2. Выходное напряжение составляет от 0 до 30 вольт постоянного тока.
3. Выходной ток больше 15А (фактически проверенное значение).
4. Режим стабилизации напряжения.
5. Режим стабилизации тока (защита от короткого замыкания).
6. Индикация обоих режимов светодиодом.
7. Небольшие размеры и вес при большой мощности.
8. Регулировка ограничения тока и напряжения.

Подводя итог, можно отметить, что этот импульсный блок питания оказался достаточно качественным и мощным. Это позволяет вам использовать эту версию источника питания как для тестирования некоторых ваших цепей, так и для зарядки автомобильных аккумуляторов.
Также стоит отметить, что выходные емкости довольно большие, поэтому коротких замыканий лучше избегать, так как разряд конденсаторов с большой вероятностью может вывести из строя схему (ту, к которой мы подключены), правда, без этой емкости , будет хуже выходное напряжение — усилится пульсация. Это особенность импульсного блока: в аналоговых блоках питания выходная емкость, как правило, не превышает 10 мкФ за счет его схем. Таким образом, мы получаем универсальный лабораторный импульсный источник питания, способный работать в широком диапазоне нагрузок от практически нуля до десятков ампер и вольт. Блок питания отлично зарекомендовал себя как при питании небольших цепей на фазе тестирования (но здесь защита от короткого замыкания мало помогает из-за большой выходной мощности) с потреблением в миллиамперах, так и при использовании в ситуациях, когда это необходимо. отличный релиз.
Также прикрепляем печатные платы (вольтметр и амперметр сюда не входят, так как использовать можно абсолютно все).
Видео о тестировании этого блока питания:

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для настройки импульсных блоков питания обычно используют следующую схему подключения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя в нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирается близкой к мощности тестируемого импульсного блока питания.

При работе импульсного силового агрегата на холостом ходу или малой нагрузке сопротивление какао-нити лампы невелико и не влияет на работу агрегата. Когда по каким-то причинам ток ключевых транзисторов увеличивается, спираль лампы нагревается и ее сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасного значения.

На этом чертеже представлена ​​схема испытательного и регулировочного стенда для импульсных источников питания, отвечающего стандартам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она оборудована изолирующим трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку между исследуемым ИБП и осветительной сетью. Переключатель SA2 позволяет заблокировать лампу, когда блок питания обеспечивает большую мощность.

А это уже фото реального стенда для ремонта и настройки импульсных источников питания, который я сделал много лет назад по приведенной выше схеме.

Важной операцией при тестировании блока питания является тест на фиктивную нагрузку. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стеклокерамические» резисторы легко найти на радиорынке благодаря их зеленому цвету. Красные цифры — это рассеиваемая мощность.

по опыту известно, что эквивалентной мощности нагрузки почему-то не всегда хватает. Перечисленные выше резисторы могут рассеивать в два-три раза номинальную мощность в течение ограниченного времени. При длительном включении источника питания для проверки теплового режима и недостаточной эквивалентной мощности нагрузки резисторы можно просто погрузить в воду.

Будьте осторожны, чтобы не обжечься!

Согласующие резисторы этого типа могут нагреваться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!

То есть вы не заметите дыма или изменения цвета, и вы можете попробовать прикоснуться к резистору пальцами.

Схема ИБП на полевых транзисторах

Схема на полевых транзисторах немного сложнее, что вызвано необходимостью защиты их затворов от перенапряжения.
Ошибка. Диод VD1 загорается задним ходом!
Все данные обмоток трансформаторов показаны на рисунках. Максимальная мощность нагрузки, которую может обеспечить блок питания с трансформатором на ферритовом кольце марки 3000НМ 32 × 16X8, около 70Вт, на К40 × 25X11 той же марки — 150Вт.
Диод VD1 в обеих схемах блокирует схему триггера, подавая отрицательное напряжение на эмиттер однопереходного транзистора после запуска преобразователя.
Особенности: отключение источников питания происходит при замыкании обмотки II коммутирующего трансформатора. В этом случае нижний транзистор в цепи блокируется и генерация прекращается. Но, кстати, срыв генерации происходит именно из-за «короткого замыкания» обмотки.
Блокировка транзистора в этом случае хотя и происходит явно из-за замыкания переключателя перехода эмиттера контактом, но является вторичной. Однопереходный транзистор в этом случае не сможет запустить преобразователь, который может находиться в таком состоянии (оба ключа заблокированы постоянным током через практически нулевое сопротивление обмоток трансформатора) сколь угодно долго.
Правильно рассчитанная и собранная конструкция блока питания, как правило, легко запускается под требуемую нагрузку и стабильно ведет себя в процессе эксплуатации.

Как работает импульсный блок питания

На вход импульсного блока питания подается переменное напряжение от сети. Он преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя и фильтра. В качестве фильтра используется большой конденсатор. В качестве выпрямителя используется полуволновая или двухполупериодная схема. Ниже показаны типовые схемы, но в нашем случае мы не учитываем, что на них изображена обмотка трансформатора.

Затем выпрямленное напряжение поступает на высокочастотный преобразователь, который генерирует электрические колебания с частотой в диапазоне от 20 кГц до 50 кГц. После этого напряжение понижается трансформатором до необходимого и снова выпрямляется, сглаживая конденсатором.

Это фильтрованное и выпрямленное напряжение постоянного тока используется для питания бытовых приборов. Кроме того, на выходе источника питания проходит цепь обратной связи для регулирования выходного напряжения.

Для управления и стабилизации напряжения на выходе блока питания используется широтно-импульсная модуляция. Как показано на схеме, высокочастотный преобразователь приводится в действие генератором ШИМ и, таким образом, регулирует напряжение, подаваемое на понижающий трансформатор. Обратная связь отрицательная, т.е значения напряжения на ШИМ-контроллере и понижающем трансформаторе обратно пропорциональны друг другу. Итак, с увеличением выходного напряжения напряжение на контроллере тоже увеличивается. Из-за отрицательного подключения напряжение на понижающем трансформаторе уменьшается, а значит, и на выходе блока питания.

Подготовительный этап

На этом этапе мы выполняем следующие операции:

• Рассчитываем мощность;
• Выбор схемы и типа;
• Закупаем все необходимые запчасти

Достоинства и недостатки

Импульсный преобразователь имеет следующие преимущества:

1. Высокое соотношение постоянного тока обеспечивает такое состояние питания, которое не повредит чувствительную электронику.
2. Рассмотренные конструкции обладают высоким КПД. Современные варианты дизайна имеют этот показатель на уровне 98%. Это связано с тем, что потери сведены к минимуму, о чем свидетельствует низкий нагрев блока.
3. Широкий диапазон входного напряжения — одно из качеств, благодаря которым эта конструкция получила распространение. При этом КПД не зависит от показателей входного тока. Именно невосприимчивость к индикатору напряжения позволяет продлить срок службы электроники, поскольку скачки индикатора напряжения — частое явление в домашней электросети.
4. Частота входного тока влияет на работу только входных элементов конструкции.
5. Небольшие размеры и вес также определяют популярность благодаря распространению портативного и портативного оборудования. На самом деле при использовании линейного блока вес и габариты увеличиваются в несколько раз.
6. Организация удаленного управления.
7. Меньше затрат.

Есть и минусы:

1. Наличие импульсного шума.
2. Необходимость включения в схему фазных вилок.
3. Сложность саморегуляции.
4. Более низкая надежность из-за сложности цепи.
5. Серьезные последствия при выходе одного или нескольких элементов схемы.

Создавая такой проект самостоятельно, следует учитывать, что допущенные ошибки могут привести к выходу из строя потребителя электроэнергии. Поэтому необходимо предусмотреть наличие защиты в системе.

Изготовление трансформатора

Поскольку у нас есть кольцо, то его края, скорее всего, будут под углом 90 градусов, и если провод наматывать прямо на кольцо, можно повредить лаковую изоляцию и, как следствие, короткое замыкание между катушками и As. Чтобы исключить этот момент, края можно аккуратно обрезать напильником или обмотать изолентой С / Б. После этого можно завернуть первичный.

Обмотав его, кольцо с первичной обмоткой снова обматываем изолентой.

Затем сверху наматываем вторичную обмотку, хотя здесь все немного сложнее.

Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6 + 6 витков и 6 жил. То есть нам нужно намотать две обмотки по 6 витков с 6 жилами провода 0,63 (можно выбрать, написав сначала в поле с желаемым диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков с 6 сердечниками и потом снова столько же. Чтобы упростить этот процесс, можно и даже нужно намотать две шины (шины-6 сердечников одной обмотки), поэтому мы избегаем перекоса напряжения (хотя он может быть, но небольшой и часто не критичный).

При желании вторичную обмотку можно изолировать, но это не обязательно. Теперь, после этого, мы припаяли трансформатор с первичной обмоткой к плате, вторичную к выпрямителю, а я использовал униполярный выпрямитель со средней точкой.

Расход меди, конечно, выше, но ниже (следовательно, меньше нагрев), и можно использовать только диодную сборку с источником питания ATX, который вышел из строя или просто вышел из строя. Первое зажигание нужно проводить лампочкой, входящей в блок питания, в моем случае я просто извлек предохранитель, и вилка лампы отлично вставляется в ее патрон.

Если лампа вспыхнула и погасла, это нормально, так как сетевой конденсатор был заряжен, но у меня не было этого явления, либо из-за термистора, либо из-за того, что я временно установил конденсатор только на 82 мкФ, или, может быть, он все запускает гладкий; плавный. Соответственно, если проблем нет, можно подключить SMPS к сети. При нагрузке 5-10А я не опускал ниже 12 В, а это то, что нужно для питания автомобильных усилителей!

Схемы импульсных БП

В зависимости от конструкции сетевого выпрямителя различают три типа импульсных схем питания:

• для полуволновой схемы требуется минимальное количество деталей, она проста в реализации, но имеет один недостаток — высокая пульсация на выходе;
• конструкция средней точки отличается низкой волнистостью. Главный недостаток — необходимо расположить середину входного трансформатора;
• мостовая схема имеет низкую пульсацию и не требует средней точки. Для реализации такой схемы потребуется четыре транзистора.

По конструкции высокочастотного преобразователя импульсные источники питания делятся на две категории: однотактные и двухтактные. Двухтактные источники питания могут быть выполнены по следующим схемам: нулевая точка (двухтактная), полумост и мост.

Помимо вышеперечисленных схем преобразования, существует отдельный вид конструкции — это обратноходовые преобразователи. Их основные элементы — это узкие места хранения. Работа в таких схемах проходит в два этапа. Первый — это накопление энергии, полученной от источника питания, в катушке индуктивности. Во время второй фазы накопленная энергия передается во вторичную цепь. На первом этапе переключатель замыкается и напряжение питания подается на индуктор (первичную обмотку трансформатора).

В результате увеличивается ток в первичной цепи, а вместе с ним и магнитный поток. Во вторичной цепи нет тока, так как диод не дает ему расти. На втором этапе ключ открывается и ток, проходящий через первичную обмотку, пропадает. Однако магнитный поток не может исчезнуть мгновенно, и во вторичной цепи индуцируется ЭДС, направленная в противоположном направлении. Затем начинает течь ток, открывающий диод. В результате энергия накапливается в конденсаторе и подается на нагрузку. На первом этапе на нагрузку подается энергия, запасенная конденсатором на втором этапе. Рассматривая схемы, обратите внимание на точки возле обмоток трансформатора — это точки начала обмоток, и именно такое соединение элементов характерно для обратноходового преобразователя.

Снаббер

Для компенсации скачков и скачков напряжения, которые неизбежно возникают при переключении первичной обмотки трансформатора, в англоязычной технической литературе используются демпферы. Такие схемы могут быть установлены на блоке питания (параллельно первичной обмотке трансформатора) или отдельно на каждый ключ. Исполнение амортизаторов может быть различным, но наиболее распространены амортизаторы в виде последовательной RC-цепи (схема б на рисунке).
Различные схемы амортизаторов.

Обоснованной методики расчета демпфера нет. Для этого необходимо учитывать все паразитные индуктивности (обмотки, дорожки, конденсаторы) на различных частотах и ​​для неизвестных характеристических сопротивлений. Следовательно, все существующие расчеты являются эмпирическими.

Основным (и единственным) активным элементом заслонки является конденсатор. Он «поглощает» импульсные выбросы. Резистор только ухудшает демпфирующие свойства, но ограничивает ток через конденсатор, который может достигать значительных значений, хотя и на короткое время. Эта схема более актуальна в тиристорных преобразователях.

Узнать, что такое демпфер или амортизатор, можно посмотрев видео.

В демпферных схемах УЗО (c и d на рисунке) присутствуют диоды. Они могут быть полезны для ограничения импульсов обратной полярности в схемах тиристоров и биполярных транзисторов. Если ключи собраны на полевых транзисторах или IGBT, то нет смысла устанавливать вентили — они дублируют имеющиеся внутри этих транзисторов диоды.

Емкость конденсатора выбирается в пределах 0,1-0,33 мкФ. Более чем в 90% случаев этого достаточно. Увеличение или уменьшение номинала используется для ключей, работающих в нестандартных условиях (увеличение частоты преобразования и т.д.)

Как собрать: пошаговая инструкция

Для желающих собрать импульсный блок питания своими руками представляем несколько схем сборки.

Самый простой вариант маломощного импульсного блока питания

Рассмотрим схему импульсного блока питания мощностью до 2 Вт. Выпрямитель и фильтр в нем собраны на резисторе R1 (от 25 до 50 Ом), диоде VD1 и конденсаторе С1 (20,0 мкФ, 400 В). Преобразователем высокой частоты служит автогенератор, собранный на транзисторе VT1, трансформаторе TR1, резисторе цепи задания частоты R2 (470 кОм) и конденсаторе C2 (3300 пФ, 1000 В). Напряжение, снимаемое с выходной обмотки трансформатора, выпрямляется диодом VD2 и сглаживается электролитическим конденсатором С3 (47 пФ, 50 В).

В качестве сердечника для трансформатора подойдет любой трансформатор от неработающего трансформатора, используемый для зарядки сотового телефона или другого маломощного источника питания. Намотка происходит в следующем порядке:

• сначала наматываем 200 витков первичной обмотки медным проводом сечением 0,08-0,1 мм;
• изолируем первичную обмотку и наматываем этим же проводом 5 витков базовой обмотки;
• наматываем вторичную обмотку. Диаметр проволоки — 0,4 мм. Количество витков зависит от того, какое напряжение должно быть получено на выходе из расчета один виток на вольт.

Мнение эксперта Алексей Бартош Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задайте вопрос Внимание! Между половинками магнитопровода должно быть небольшое немагнитное пространство. Обычно он уже присутствует на ядрах, взятых от трансформаторов зарядных устройств смартфонов. Если нет, поместите лист бумаги между половинками сердцевины.

Готовый трансформатор стягиваем изолентой или изолентой.

Однотактный, обратноходовый импульсный блок питания

Рассмотрим несимметричный источник питания, выполненный по схеме автогенератора. Выходное напряжение — 16 В, мощность устройства — 15 Вт.

На входе устройства выпрямляется переменное напряжение электрической сети с помощью диодного моста, собранного на диодах D1-D4 (можно использовать любые диоды, рассчитанные на напряжение 400 В и ток 0,5 А, например, N4007). Конденсатор С1 (20 мкФ, 400 В) отвечает за сглаживание пульсаций. Для предотвращения пускового тока при включении питания используется резистор R1 (25-50 Ом).

Начальное смещение на основе транзистора Т1 (можно использовать 13003 или 13005) задается резистором R2 (470 кОм) и диодом D6 (N4007). Для сглаживания скачков напряжения, возникающих при замкнутом Т1, в схему входят такие элементы, как: конденсатор С2 (3300 пФ 1000 В), диод D5 (N4007) и резистор R3 (30 кОм 1 Вт, либо можно использовать два по 15 кОм резисторы).

Импульсы положительной обратной связи, необходимые для поддержания режима автоповорота, отправляются на базу T1 через резистор R4 (150 Ом) и конденсатор C3 (47 пФ, 50 В). Для стабилизации напряжения понадобится цепочка, состоящая из Т2, R5 (1,5 кОм), D9 (стабилитрон КС515.

Высокочастотный преобразователь собран по схеме обратного хода. При разомкнутом Т1 энергия накапливается на трансформаторе, а диод D7 (КД213 используется в сочетании с радиатором площадью 10 см2) находится в замкнутом состоянии. После закрытия транзистора Т1 происходит возврат накопленной магнитной энергии, диод D7 открывается, во вторичной цепи появляется ток, конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Конденсаторы C4 (2200 пФ) и C5 (0,1 мкФ) необходимы для снижения шума.

Стабилизация выходного напряжения происходит по схеме, описанной ниже. При подключении устройства к сети запускается генератор. На вторичной обмотке появляется напряжение. Конденсатор С6 (100,0 мкФ, 25 В) заряжается. Когда напряжение на нем превышает 16,3 В, открывается стабилитрон D9 (КС515). Транзистор Т2 (КТ603) открывается и замыкает эмиттерный переход Т1. Транзистор Т1 закрывается, генератор перестает работать, а конденсатор С6 начинает разряжаться. Когда напряжение на C6 падает ниже 16,3 В, стабилитрон D9 закрывается, а T2 закрывается. Благодаря этому Т1 открывает и возобновляет работу генератора.

Первичная обмотка w1 трансформатора намотана проводом 0,25 мм и имеет 179 витков. В основной обмотке w2 два витка намотаны одним и тем же проводом. Вторичная обмотка w2 состоит из 14 витков провода 0,6-0,7 мм.

Можно взять любую маломощную лампочку, рассчитанную на напряжение от 24 до 36 В и ток от 100 до 200 мА.

Мощный импульсный источник питания

Рассмотрим импульсный блок питания с выходной мощностью 300 Вт.

Генератор в этом проекте представляет собой интегральную схему TL494. Управляющие сигналы с выхода этой ИС поочередно поступают на полевые МОП-транзисторы VT1 и VT2 (IRFZ34). Импульсы этих транзисторов через трансформатор, формирователь импульсов поступают на мощные транзисторы VT3 и VT4 (IRFP460). Преобразователь выполнен на мощных транзисторах VT3 и VT4 по полумостовой схеме.

Все четыре обмотки трансформатора TR1 намотаны проводом 0,5 мм и содержат по 50 витков каждая. В трансформаторе ТР2 первая обмотка состоит из 110 витков провода диаметром 0,8 мм. Количество витков обмотки номер два зависит от желаемого выходного напряжения из расчета один виток на два вольта. Обмотка третья намотана 12 витками проволоки диаметром 0,8 мм.

Принцип работы устройства

Инвертор может использовать несколько методов управления:

• фазовый импульс (ФИМ);
• частота импульсов (ЧИМ);
• длительность импульса (ШИМ).

Последний метод наиболее популярен благодаря простоте и постоянству частоты преобразования.

Алгоритм работы инвертора

База представляет собой точный генератор прямоугольных сигналов. На их основе формируются пилообразные импульсы. Они подаются на один вход компаратора ШИМ, а второй получает сигнал с выхода источника питания, который отображает уровень выходного напряжения и характер нагрузки и управляет работой инвертора, регулируя источник питания на выход источника питания.

По этой причине импульсный преобразователь не только меньше по размеру и весу, но и действует как стабилизатор, поддерживая напряжение в определенном диапазоне, чтобы полностью гарантировать гальваническую развязку входа и выхода. Помимо импульсного трансформатора, в контурах обратной связи используются оптопары.

Преимущества и недостатки импульсных преобразователей

Импульсные источники питания обладают следующими преимуществами:

• маленький размер;
• более высокий КПД, достигающий 98%.
• низкая стоимость, так как высока доля автоматизированного производства;
• широкий диапазон входного рабочего напряжения;
• менее требовательны к качеству входящей электросети;
• применение различных форм защиты от перегрева, перегрузки, короткого замыкания, обрыва нагрузки и других аварийных ситуаций.

К недостаткам импульсных блоков питания можно отнести:

• вЧ помехи в диапазоне 20-100 кГц;
• установка дополнительных экранов и фильтров;
• небольшой диапазон нагрузки.

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим простую схему блока питания, в которой используется описанный выше принцип работы.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Легенда:

• Резисторы: R1 — 100 Ом, R2 — от 150 кОм до 300 кОм (по выбору), R3 — 1 кОм.
• Емкость: C1 и C2 — 0,01 мкФ x 630 В, C3 -22 мкФ x 450 В, C4 — 0,22 мкФ x 400 В, C5 — 6800-15000 пФ (по выбору), 012 мкФ, C6 — 10 мкФ x 50 В, C7 — 220 мкФ x 25 В, C8 — 22 мкФ x 25 В.
• Диоды: VD1-4 — КД258В, VD5 и VD7 — КД510А, VD6 — КС156А, VD8-11 — КД258А.
• Транзистор VT1 — КТ872А.
• Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 — ЕН8 (в зависимости от необходимого выходного напряжения).
• Трансформатор Т1: Используется W-образный ферритовый сердечник размером 5×5. Первичная обмотка намотана на 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (клеммы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм и последняя — 5 витков Ø 0,1 мм.
• Предохранитель FU1 — 0,25А.

Настройка сводится к выбору номиналов R2 и C5, которые обеспечивают возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Если вы не хотите устанавливать громоздкий трансформатор или делать обмотку, вы можете самостоятельно собрать импульсный блок питания, для которого требуется трансформатор всего на несколько витков.

При этом требуется небольшое количество деталей и работа может быть выполнена за 1 час. В данном случае в качестве основы для питания используется микросхема IR2151.

Для работы вам потребуются следующие материалы и детали:

1. Термистор PTC любого типа.
2. Пара конденсаторов, выбранная из расчета 1 мкФ на 1 Вт. Когда мы создаем структуру, мы выбираем конденсаторы так, чтобы они потребляли 220 Вт.
3. Сборка «вертикальных» диодов».
4. Такие драйверы как IR2152, IR2153, IR2153D.
5. Полевой транзистор типа IRF740, IRF840. Другие можно выбрать, если у них хороший показатель прочности.
6. Трансформатор можно взять от старых узлов компьютерной системы.
7. Выходные диоды рекомендуется брать из семейства HER.

Дополнительно вам потребуются следующие инструменты:

1. Паяльник и расходные материалы.
2. Отвертка и плоскогубцы.
3. Пинцет.

Также не забывайте о необходимости хорошего освещения на рабочем месте.