Falownik w zasilaniu. Jak zrobić falownik spawalniczy własnymi rękami

12.01.2024

Przedmowa

Z góry pragnę uprzedzić drogich czytelników tego artykułu, że artykuł ten będzie miał formę i treść nie do końca znaną czytelnikom. Pozwól mi wyjaśnić dlaczego.

Prezentowany Państwu materiał jest absolutnie ekskluzywny. Wszystkie urządzenia, które będą omawiane w moich artykułach, są opracowywane, modelowane, konfigurowane i przywoływane przeze mnie osobiście. Najczęściej wszystko zaczyna się od próby wdrożenia jakiegoś ciekawego pomysłu w życie. Droga bywa bardzo ciernista, czasem zajmuje dość dużo czasu, a jaki będzie efekt końcowy i czy w ogóle taki będzie, nie wiadomo z góry. Ale praktyka potwierdza, że ten, kto idzie, opanuje drogę... a rezultaty czasami przekraczają wszelkie oczekiwania... A jakże fascynujący jest sam proces - nie da się tego wyrazić słowami. Muszę przyznać, że ja (jak wszyscy, należy zauważyć) nie zawsze mają wystarczającą wiedzę i umiejętności, a mądre i aktualne rady są mile widziane i pomagają doprowadzić pomysł do logicznego zakończenia. To jest specyfika...

Artykuł ten adresowany jest nie tyle do osób początkujących, ile raczej do osób, które posiadają już niezbędną wiedzę i doświadczenie, które również interesują się chodzeniem po nieprzetartych ścieżkach, a dla których standardowe podejście do rozwiązywania problemów nie jest już tak interesujące... To ważne zrozumieć, że to nie jest materiał do bezmyślnego powtarzania, a raczej - kierunek, w którym należy podążać... Nie obiecuję czytelnikom wielkich szczegółów na temat rzeczy oczywistych, znanych i zrozumiałych w elektronice..., ale ja obiecuję, że główna ESSENCJA będzie zawsze dobrze zakryta.

O falowniku

Falownik, który będzie omawiany, narodził się dokładnie w sposób opisany powyżej... Niestety nie mogę, nie naruszając zasad publikowania tych artykułów, szczegółowo opisać, jak powstał, ale zapewniam, że obwody obu ekstremalne wersje falownika nie są jeszcze nigdzie dostępne... Co więcej, przedostatnia wersja schematu jest już praktycznie w użyciu, a skrajna (mam nadzieję, że najdoskonalsza z nich) nie została jeszcze wymachowana jedynie na papierze, ale co do funkcjonalności nie mam wątpliwości, a wyprodukowanie i przetestowanie zajmie tylko kilka dni...

Zapoznanie się z mikroukładem dla falownika półmostkowego IR2153 zrobiło dobre wrażenie - dość mały prąd pobierany przez zasilacz, obecność czasu jałowego, wbudowana kontrola mocy... Ale ma dwie istotne wady - tam to brak możliwości regulacji czasu trwania impulsów wyjściowych i dość mały prąd sterownika... (w rzeczywistości nie jest to podane w karcie katalogowej, ale jest mało prawdopodobne, aby był większy niż 250-500 mA...). Należało rozwiązać dwa problemy - dowiedzieć się, jak wdrożyć regulację napięcia falownika i jak zwiększyć prąd sterowników wyłącznika zasilania...

Problemy te rozwiązano wprowadzając tranzystory polowe do obwodu sterownika optycznego i obwody różnicujące na wyjściach mikroukładu IR2153 (patrz ryc. 1)

Ryc.1

Kilka słów o tym, jak działa regulacja czasu trwania impulsu. Impulsy z wyjść IR2153 podawane są do obwodów różnicujących składających się z elementów C2, R2, sterownika optycznego LED, VD3-R4 - tranzystor transoptorowy... oraz elementów C3, R3, sterownik optyczny LED, VD4-R5 - tranzystor transoptorowy. Elementy obwodów różnicujących są zaprojektowane w ten sposób, że przy zamkniętym tranzystorze transoptora ze sprzężeniem zwrotnym czas trwania impulsów na wyjściach sterowników optycznych jest prawie równy czasowi trwania impulsów na wyjściach IR2153. Jednocześnie napięcie na wyjściu falownika jest maksymalne.

W chwili, gdy napięcie na wyjściu falownika osiągnie napięcie stabilizacji, tranzystor transoptorowy zaczyna się lekko otwierać... prowadzi to do zmniejszenia stałej czasowej obwodu różniczkującego, a w konsekwencji do zmniejszenia wartości czas trwania impulsów na wyjściu sterowników optycznych. Zapewnia to stabilizację napięcia na wyjściu falownika. Diody VD1, VD2 eliminują ujemny udar powstający podczas różnicowania.

Celowo nie wspominam o rodzaju sterowników optycznych. Dlatego sterownik optyczny tranzystora polowego jest dużym, osobnym tematem do dyskusji. Ich asortyment jest bardzo duży – dziesiątki... jeśli nie setki rodzajów... na każdy gust i kolor. Aby zrozumieć ich cel i funkcje, musisz sam je przestudiować.

Prezentowany falownik posiada jeszcze jedną ważną cechę. Pozwól mi wyjaśnić. Ponieważ głównym zadaniem falownika jest ładowanie akumulatorów litowych (choć oczywiście można zastosować dowolne akumulatory), należało podjąć kroki w celu ograniczenia prądu na wyjściu falownika. Faktem jest, że jeśli podłączysz rozładowany akumulator do zasilacza, prąd ładowania może przekroczyć wszelkie rozsądne limity... Aby ograniczyć prąd ładowania do potrzebnego nam poziomu, do obwodu elektrody sterującej TL431 wprowadza się bocznik Rsh. . Jak to działa? Minus ładowanego akumulatora podłącza się nie do minusa falownika, ale do górnego zacisku obwodu Rsh... Kiedy prąd przepływa przez Rsh, potencjał na elektrodzie sterującej TL431... wzrasta, co prowadzi do spadek napięcia na wyjściu falownika i w konsekwencji ograniczenie prądu ładowania. W miarę ładowania akumulatora napięcie na nim wzrasta, ale potem wzrasta również napięcie na wyjściu falownika, dążąc do napięcia stabilizacyjnego. Krótko mówiąc, jest to proste i skandalicznie skuteczne urządzenie. Zmieniając wartość Rsh, łatwo jest ograniczyć prąd ładowania do dowolnego potrzebnego poziomu. Dlatego też nie podaje się samej wartości Rsh... (wartość odniesienia to 0,1 oma i poniżej...), łatwiej jest ją dobrać eksperymentalnie.

Uprzedzając wiele pouczających komentarzy na temat „poprawności” i „niepoprawności” zasad ładowania akumulatorów litowych, uprzejmie proszę o powstrzymanie się od takich komentarzy i uwierz mi na słowo, że jestem więcej niż świadomy, jak to się robi... To duży, odrębny temat... i w jego ramach nie będzie poruszany w tym artykule.

Kilka słów o WAŻNYCH cechach konfiguracji części sygnałowej falownika...

Aby sprawdzić funkcjonalność i skonfigurować część sygnałową falownika, należy przyłożyć +15 woltów do obwodu zasilania części sygnałowej z dowolnego zewnętrznego źródła zasilania i sprawdzić za pomocą oscyloskopu obecność impulsów na bramkach przełączników mocy . Następnie należy zasymulować działanie transoptora ze sprzężeniem zwrotnym (podając napięcie na diodę LED transoptora) i upewnić się, że w tym przypadku nastąpi PRAWIE całkowite zwężenie impulsów na bramkach przełączników mocy. Jednocześnie wygodniej jest podłączyć sondy oscyloskopu nie w standardowy sposób, w przeciwnym razie - przewód sygnałowy sondy do jednej z bramek wyłącznika zasilania, a przewód wspólny sondy oscyloskopu do bramki kolejny wyłącznik zasilania... Dzięki temu będzie można zobaczyć impulsy różnych półcykli jednocześnie... (co jest w sąsiednich półcyklach, zobaczymy impulsy o przeciwnej polaryzacji, tutaj nie ma to znaczenia). NAJWAŻNIEJSZĄ rzeczą jest upewnienie się (lub osiągnięcie), że gdy transoptor sprzężenia zwrotnego jest WŁĄCZONY, impulsy sterujące NIE zwężają się do zera (pozostają minimalnym czasem trwania, ale nie tracą swojego prostokątnego kształtu...). Ponadto ważne jest, aby dobierając rezystor R5 (lub R4) upewnić się, że impulsy w sąsiednich półcyklach mają ten sam czas trwania... (różnica jest całkiem prawdopodobna ze względu na różnicę w charakterystyce sterowników optycznych ). Patrz rys.2

Ryc.2

Po tym problemie podłączenie falownika do sieci 220 V najprawdopodobniej przebiegnie bez żadnych problemów. Podczas konfiguracji bardzo wskazane jest podłączenie do wyjścia falownika małego obciążenia (żarówka samochodowa 5 W)... Ze względu na niezerowy minimalny czas trwania impulsów sterujących, bez obciążenia, napięcie na wyjściu falownika może wyższe niż napięcie stabilizacyjne. Nie zakłóca to pracy falownika, jednak mam nadzieję pozbyć się tego nieprzyjemnego momentu w kolejnej wersji falownika.

Ważną rzeczą w projekcie płytki drukowanej jest to, że ma ona wiele funkcji...

Od kilku lat stosuję płytki przeznaczone do płaskiego montażu elementów... Czyli wszystkie elementy znajdują się od strony drukowanych przewodników. W ten sposób lutowane są WSZYSTKIE elementy obwodu...nawet te, które oryginalnie nie były przeznaczone do montażu planarnego. To znacznie zmniejsza pracochłonność produkcji. Dodatkowo deska posiada całkowicie płaską dolną część i istnieje możliwość umieszczenia deski bezpośrednio na grzejniku. Taka konstrukcja znacznie upraszcza proces wymiany elementów podczas konfiguracji i naprawy. Niektóre połączenia (najbardziej niewygodne w przypadku okablowania drukowanego) wykonuje się za pomocą izolowanego drutu montażowego. Jest to całkiem uzasadnione, ponieważ pozwala znacznie zmniejszyć rozmiar planszy.

Sam projekt płytki drukowanej (patrz rys. 3) jest raczej PODSTAWĄ dla konkretnego projektu, którego ostateczny projekt będzie musiał zostać dostosowany do używanych sterowników optycznych. Należy mieć na uwadze, że różne sterowniki optyczne mają RÓŻNE obudowy, a numeracja i rozmieszczenie pinów może różnić się od pokazanej na schemacie w tym artykule. Prezentowana płytka przeszła już około dziesięciu modyfikacji dotyczących części sygnałowej. Korekta części sygnału, czasami bardzo znacząca, wcale nie zajmuje dużo czasu.

Ryc.3

Nie planuję podawać dokładnej listy elementów w ramach tego artykułu. Powód jest prosty - głównym celem tego całego zamieszania jest zrobienie użytecznej rzeczy przy minimalnym nakładzie pracy z maksymalnie dostępnych elementów. To znaczy zbieraj z tego, co masz. Nawiasem mówiąc, jeśli napięcie wyjściowe falownika nie jest planowane na więcej niż dwadzieścia woltów, wówczas jako transformator wyjściowy można zastosować dowolny transformator z zasilacza komputerowego (zmontowany przy użyciu obwodu półmostkowego). Zdjęcie poniżej przedstawia ogólny widok zmontowanego falownika, żebyście mieli pojęcie jak on wygląda (lepiej raz zobaczyć niż sto razy usłyszeć). Proszę o wyrozumiałość co do jakości wykonania, ale po prostu nie mam wyboru - mam tylko dwie ręce... Lutujesz obecną wersję, a w głowie kolejna opcja już prawie gotowa... A inaczej - nie ma nie ma mowy... - nie możesz przeskoczyć stopnia.. .

Tak, właśnie o tym zapomniałem wspomnieć – zapewne pojawią się pytania o moc falownika. Odpowiem tak - moc maksymalną takiego falownika trudno oszacować zaocznie..., determinuje ją głównie moc zastosowanych elementów mocy, transformatora wyjściowego oraz maksymalny prąd szczytowy wyjścia układu optycznego kierowcy. Przy dużych mocach duży wpływ zacznie mieć sama konstrukcja, obwody tłumików włączników mocy..., trzeba będzie zastosować na wyjściu prostowniki synchroniczne zamiast diod... Krótko mówiąc, to zupełnie inna sprawa historia znacznie trudniejsza w realizacji... Jeśli chodzi o opisywany inwerter, to ładuję nim akumulator LiFePO4 napięciem 21,9 Volt (wydajność - 15A/h) prądem 7-8 Amperów... Jest to linia, w której temperatura radiatora i transformatora mieści się w rozsądnych granicach i nie jest wymagane wymuszone chłodzenie... Jak na mój gust - tanio i wesoło..

Nie planuję szerzej omawiać tego falownika w ramach tego artykułu. Nie da się omówić wszystkiego (a to zajmuje dużo czasu, trzeba zaznaczyć...), dlatego rozsądniej byłoby omówić kwestie, które się pojawiły w osobnym temacie na forum lutowniczym. Tam wysłucham wszelkich życzeń i uwag krytycznych oraz odpowiem na pytania.

Nie wątpię, że wielu osobom takie podejście może się nie spodobać. I wielu jest przekonanych, że wszystko zostało już przed nami wynalezione... Zapewniam, że to nieprawda...

Ale to nie koniec historii. Jeśli będzie zainteresowanie, to możemy kontynuować rozmowę... bo istnieje inna, skrajna wersja fragmentu sygnałowego. ...Mam nadzieję, że będzie to kontynuowane.

Dodatki z 25.06.2014

Tak też się okazuje i tym razem - tusz na artykule jeszcze nie wysechł, ale już pojawiły się bardzo ciekawe pomysły jak udoskonalić część sygnałową falownika...

Uprzejmie ostrzegam, że wszystkie rysunki oznaczone podpisem „projekt” w całkowicie zmontowanym falowniku NIE zostały sprawdzone! Jeżeli jednak działanie poszczególnych fragmentów układu zostało przetestowane na płytce stykowej i ich działanie zostało potwierdzone, to zrobię specjalną rezerwację.

Zasada działania zmodyfikowanej części sygnałowej w dalszym ciągu opiera się na różnicowaniu impulsów z mikroukładu IR2153. Ale z punktu widzenia prawidłowej budowy obwodów elektronicznych podejście tutaj jest bardziej kompetentne.

Kilka wyjaśnień - rzeczywiste obwody różnicujące obejmują teraz C2, R2, R4 i C3, R3, R5 plus diody VD1, VD2 i transoptor sprzężenia zwrotnego. Diody eliminujące emisję ujemną powstającą podczas różnicowania są wykluczone..., ponieważ nie są konieczne - tranzystory polowe umożliwiają zasilanie napięciem bramka-źródło o wartości +/-20 woltów. Zróżnicowane impulsy, zmieniające swój czas trwania pod wpływem transoptora ze sprzężeniem zwrotnym, wchodzą na bramki tranzystorów T1, T2, które włączają diody LED sterowników optycznych...

Ten schemat został przetestowany na płycie prototypowej. Wykazał się dobrą wydajnością i dużą elastycznością konfiguracji. Gorąco polecam do użytku.

Poniższe zdjęcie przedstawia fragment schematu obwodu ze zmodyfikowaną częścią sygnału oraz rysunek płytki drukowanej z poprawkami zmodyfikowanej części sygnału...

Ciąg dalszy nastąpi...

Aktualizacja z 29.06.14

Tak wygląda skrajna wersja części sygnałowej falownika, o której wspomniałem na początku artykułu. Wreszcie znalazłem czas na zrobienie jego układu i przyjrzenie się jego działaniu w rzeczywistości... Patrzyłem... a jednak - tak, to właśnie on zostanie wyznaczony jako najdoskonalszy z zaproponowanych... Schemat może można nazwać sukcesem, ponieważ wszystkie jego elementy spełniają funkcje, do których są przeznaczone od urodzenia.

W tej wersji sterownika zastosowano inny, bardziej znany sposób zmiany czasu trwania kontroli. Impulsy z wyjść IR2153 są przekształcane z kształtu prostokątnego na trójkątny poprzez scalanie obwodów R2,C2 i R3,C3. Wygenerowane impulsy trójkątne podawane są na wejścia odwracające podwójnego komparatora LM393. Na wejścia nieodwracające komparatorów podawane jest napięcie z dzielnika R4, R5. Komparatory porównują aktualną wartość napięcia trójkątnego z napięciem z dzielnika R4, R5 i w momentach, gdy wartość napięcia trójkątnego przekracza napięcie z dzielnika R4, R5, na wyjściach komparatorów pojawia się niski potencjał. Prowadzi to do zaświecenia się diody LED sterownika optycznego... ZWIĘKSZENIE napięcia z dzielnika R4, R5 prowadzi do SPADKU czasu trwania impulsu na wyjściach komparatorów. Umożliwi to zorganizowanie sprzężenia zwrotnego wyjścia falownika za pomocą modułu kształtującego czas trwania impulsu, a tym samym zapewni stabilizację i kontrolę napięcia wyjściowego falownika. Po wyzwoleniu transoptora ze sprzężeniem zwrotnym tranzystor transoptora nieznacznie się otwiera, napięcie z dzielnika R4,R5 wzrasta, co powoduje skrócenie czasu trwania impulsów sterujących..., natomiast napięcie wyjściowe maleje... Wartość rezystor R6* określa stopień wpływu obwodu sprzężenia zwrotnego na czas trwania generowanych impulsów... - im mniejsza wartość rezystora R6*, tym krótszy czas trwania impulsów przy zadziałaniu transoptora sprzężenia zwrotnego... Podczas konfiguracji zmiana wartości rezystora R6* pozwala mieć pewność, że czas trwania generowanych impulsów w momencie wyzwolenia transoptora sprzężenia zwrotnego będzie dążył (lub był równy - tutaj nie jest to straszne) do zera. Poniższe rysunki pomogą Państwu zrozumieć istotę działania komparatorów.

Kilka słów o tym co jest ważne przy zakładaniu. Sama procedura konfiguracji jest dość prosta, ale bez oscyloskopu nawet nie próbuj tego robić... To tak, jakby próbować prowadzić z zawiązanymi oczami... Specyfiką (i to raczej zaleta niż wada) jest to, że pozwala możesz generować impulsy o dowolnym stosunku czasu trwania w sąsiednich kanałach... Musisz zrozumieć, że kształtownik może albo zmienić (wprowadzić lub całkowicie wyeliminować) czas trwania czasu martwego pomiędzy impulsami sąsiednich kanałów, ale nawet uformować je w taki sposób, aby impulsy sąsiednich kanałów „nakładały się” na siebie… co oczywiście jest niedopuszczalne… Twoim zadaniem jest monitorowanie impulsów na wyjściu sterowników za pomocą oscyloskopu, zmieniając wartość rezystor R4*, należy na wejściach nieodwracających komparatorów ustawić takie napięcie, aby na wyjściach sterowników generowane były impulsy oddzielone czasem martwym 1 -2 μS (im większy czas martwy, tym mniejsze ryzyko wystąpienia prądów przelotowych ).

Następnie należy włączyć transoptor sprzężenia zwrotnego i zmieniając wartość rezystora R6* tak dobrać go, aby czas trwania generowanych zredukował się do zera. Podczas tej procedury kontrolowanie MOMENTU ZNIKnięcia wygenerowanych impulsów nie będzie szkodliwe. Jest bardzo pożądane, aby całkowity zanik generowanych impulsów następował JEDNOCZEŚNIE... Niejednoczesny zanik jest możliwy, jeśli parametry integratorów R2, C2 i R3, C3 są bardzo różne. Można to zaradzić niewielką zmianą wartości elementów jednego z integratorów. Zrobiłem to praktycznie. Dla wygody tymczasowo zamiast obwodu tranzystora transoptorowego-R6* podłączyłem potencjometr 20 Kohm i ustawiłem czas trwania impulsu na wartość zanikającą. Różnica w czasie trwania generowanych impulsów okazała się znikoma... Ale też ją wyeliminowałem instalując dodatkowy kondensator (tylko 30 pF) równolegle z kondensatorem C3.

Kilka słów o działaniu sterowników optycznych... Podczas konfiguracji okazało się, że sterowniki optyczne działają lepiej przy większym prądzie diody.Ponadto jest jeszcze jeden ważny niuans - dioda sterownika optycznego pobiera więcej prądu nie w trakcie całego impulsu czasie trwania, ale tylko w dość krótkich okresach (1-2 µS), pokrywających się w czasie z położeniem frontów impulsów. Jest to o tyle istotne, że pozwala nam zrozumieć, że średni prąd pobierany przez diodę optodriver tak naprawdę nie jest duży i te względy decydują o wyborze wartości rezystora R7. Faktycznie zmierzony prąd szczytowy diody optodriver, o wartości nominalnej wskazanej na schemacie, wynosi 8-10 mA.

Do obwodu w obwodzie w obwodzie zasilania dolnego sterownika dodano diodę (VD5). Pozwól mi wyjaśnić dlaczego. Optodrivery, których używam, mają wbudowany układ kontroli mocy. Ze względu na to, że w obwodzie zasilania górnego sterownika zawsze stosowana jest dioda, napięcie zasilania górnego sterownika jest zawsze nieco niższe niż napięcie zasilania dolnego sterownika. Dlatego gdy napięcie zasilania spada, impulsy z wyjścia górnego sterownika znikają nieco wcześniej niż dolnego. Aby przybliżyć momenty, w których sterowniki są wyłączone, wprowadzono diodę VD5.Na te momenty należy zawsze zwracać szczególną uwagę...

W tym miejscu warto zaznaczyć, że przetwornik ten można stosować (po niewielkiej zmianie logiki komparatora) razem z konwencjonalnymi (nieoptycznymi) przetwornikami półmostkowymi. Dla tych, którzy nie rozumieją, o czym mówimy, spójrzcie na przykład, czym jest IR2113. Podobnych jest mnóstwo..., a ich zastosowanie może okazać się jeszcze korzystniejsze od optycznych... Ale to już temat na kolejny dodatek do artykułu... Nie obiecuję, że to zrobię przetestuje ich działanie w praktyce, ale przynajmniej na poziomie schematów kilku opcji - nie ma problemu....

I tyle – buków jest sporo – ale tak naprawdę konfiguracja sprowadza się do doboru dwóch rezystorów. Chciałbym szczególnie zauważyć, że ten sterownik NIE jest krytyczny dla jego zasilania - w zakresie mocy mikroukładu IR2153 (9-15 woltów) działa absolutnie odpowiednio. Zanik impulsów na wyjściach IR2153 w momencie spadku jego zasilania (w momencie wyłączenia urządzenia) prowadzi do zamknięcia wyłączników zasilania.

Jeszcze kilka rad - nie należy próbować zastępować IR2153 jakimś analogiem na elementach dyskretnych - nie jest to produktywne... W rzeczywistości jest to możliwe, ale po prostu nie jest to rozsądne - liczba części znacznie wzrośnie (w oryginale - jest ich tylko trzech..., znacznie mniej). Ponadto będziesz musiał rozwiązać problemy dotyczące zachowania analogu po włączeniu i wyłączeniu (i na pewno tak będzie). Walka z tym jeszcze bardziej skomplikuje schemat, a znaczenie tego pomysłu zostanie unieważnione…

Dla zainteresowanych tym tematem załączam dla ułatwienia rysunki płytek drukowanych dostosowanych do tego sterownika. Wśród nich jest sam shader w formie podmodułu... - wygodniej jest rozpocząć z nimi pierwszą znajomość. SZCZEGÓLNIE podkreślam, że jeśli zdecydujesz się na próbę samodzielnej konfiguracji sterownika (bez podłączania włączników zasilania), pamiętaj, że podczas konfiguracji należy połączyć „wirtualną” masę górnego sterownika prawdziwym wspólnym przewodem (w przeciwnym razie górny kierowca nie będzie miał zasilania).

Choć nie planowałem dalszych zmian w falowniku, to należy zaznaczyć, że obecność tylko jednego obwodu regulacji czasu działania ułatwi wprowadzenie do niego dowolnego zabezpieczenia prądowego. To osobny, ciekawy temat i może wrócimy do niego później...

Na zakończenie tego uzupełnienia przypomnę, że od urodzenia głównym zadaniem falownika jest ładowanie akumulatorów litowych. Dzięki zastosowaniu w obwodzie Rsh nadaje mu szczególne, bardzo ważne właściwości... Tym, którzy nie rozumieją jego przeznaczenia, polecam jeszcze raz zagłębić się w część artykułu, w której jest to omawiane.

Jeżeli nie zastosujemy Rsh (zworki) to otrzymamy zwykły falownik ze stabilizacją napięcia (ale oczywiście bez zabezpieczenia prądowego...).

Lista radioelementów

Przeznaczenie	Typ	Określenie	Ilość	Notatka	Mój notatnik
	Sterownik zasilania i MOSFET	IR2153	1		Do notatnika
	Układ odniesienia napięcia IC	TL431	1		Do notatnika
T1, T2	Tranzystor polowy		2		Do notatnika
VD1-VD6	Dioda		6		Do notatnika
VD7, VD8	Dioda prostownicza	FR607	2		Do notatnika
VD9	Mostek diodowy	RS405L	1		Do notatnika
	Transoptor		1		Do notatnika
	Sterownik optyczny		2		Do notatnika
C1	Kondensator	3900 pF	1		Do notatnika
C2, C3, C10	Kondensator	0,01 µF	3		Do notatnika
C4		100 µF 25 V	1		Do notatnika
C5, C6	Kondensator	1 µF	2		Do notatnika
S7, S12	Kondensator	1000 pF	2		Do notatnika
S8, S9	Kondensator elektrolityczny	150 µF 250 V	2		Do notatnika
C11	Kondensator elektrolityczny	1000 µF	1		Do notatnika
R1	Rezystor	5,1 kOhm	1		Do notatnika
R2, R3	Rezystor	1,3 kOhm	2		Do notatnika
R4, R5	Rezystor	110 omów	2		Do notatnika
R6, R7	Rezystor	10 omów	2		Do notatnika
R8, R9	Rezystor	10 kiloomów	2		Do notatnika
R10, R15	Rezystor	3,9 kOhm	2	R10 0,5 W.	Do notatnika
R11	Rezystor	3 kOhm	1	0,5 W	Do notatnika
R12	Rezystor	51 omów	1	1 W	Do notatnika
R13, R14	Rezystor	100 kiloomów	2		Do notatnika
R16, R18	Rezystor	1 kOhm	2		Do notatnika
R17	Rezystor	7,76 kOhm	1		Do notatnika
Rsz	Rezystor	0,1 oma lub mniej	1		Do notatnika
	Transformator		1	Z zasilacza komputerowego	Do notatnika
	Induktor		1		Do notatnika
F1	Bezpiecznik	2 A	1		Do notatnika
	Główny oscylator. Opcja 2.
	Sterownik zasilania i MOSFET	IR2153	1		Do notatnika
T1, T2	Tranzystor MOSFET	2N7002	2		Do notatnika
	Transoptor		1		Do notatnika
	Sterownik optyczny		2		Do notatnika
VD1-VD3	Dioda		3		Do notatnika
C1	Kondensator	2200 pF	1

Zakres zastosowania zasilaczy impulsowych w życiu codziennym stale się poszerza. Źródła takie służą do zasilania wszelkiego nowoczesnego sprzętu gospodarstwa domowego i komputera, do realizacji zasilaczy awaryjnych, ładowarek do akumulatorów o różnym przeznaczeniu, do realizacji systemów oświetlenia niskonapięciowego i do innych potrzeb.

W niektórych przypadkach zakup gotowego zasilacza jest nie do przyjęcia z ekonomicznego lub technicznego punktu widzenia, a najlepszym wyjściem z tej sytuacji jest złożenie źródła przełączającego własnymi rękami. Opcja ta jest również uproszczona poprzez szeroką dostępność nowoczesnych komponentów w niskich cenach.

Najpopularniejsze w życiu codziennym są źródła przełączające zasilane standardową siecią prądu przemiennego i mocnym wyjściem niskonapięciowym. Schemat blokowy takiego źródła pokazano na rysunku.

Prostownik sieciowy CB przetwarza napięcie przemienne sieci zasilającej na napięcie stałe i wygładza tętnienia wyprostowanego napięcia na wyjściu. Przetwornica VChP wysokiej częstotliwości przetwarza napięcie wyprostowane na napięcie przemienne lub jednobiegunowe, które ma postać prostokątnych impulsów o wymaganej amplitudzie.

Następnie napięcie to bezpośrednio lub po prostowaniu (VN) podawane jest na filtr wygładzający, na którego wyjściu podłączane jest obciążenie. VChP jest sterowany przez system sterowania, który odbiera sygnał zwrotny z prostownika obciążenia.

Konstrukcję tego urządzenia można skrytykować ze względu na obecność kilku stopni konwersji, co zmniejsza wydajność źródła. Jednak przy właściwym doborze elementów półprzewodnikowych oraz wysokiej jakości obliczeniach i wykonaniu zespołów uzwojeń, poziom strat mocy w obwodzie jest niski, co pozwala uzyskać rzeczywiste wartości sprawności powyżej 90%.

Schematy ideowe zasilaczy impulsowych

Rozwiązania bloków konstrukcyjnych zawierają nie tylko uzasadnienie wyboru opcji realizacji obwodów, ale także praktyczne zalecenia dotyczące doboru podstawowych elementów.

Aby wyprostować jednofazowe napięcie sieciowe, użyj jednego z trzech klasycznych schematów pokazanych na rysunku:

półfala;
zero (pełna fala z punktem środkowym);
mostek półfalowy.

Każdy z nich ma zalety i wady, które determinują zakres zastosowania.

Obwód półfalowy Charakteryzuje się łatwością wykonania i minimalną liczbą elementów półprzewodnikowych. Głównymi wadami takiego prostownika są znaczne tętnienia napięcia wyjściowego (w prostowniku występuje tylko jedna półfali napięcia sieciowego) i niski współczynnik prostowania.

Współczynnik rektyfikacji Kw wyznaczany przez stosunek średniego napięcia na wyjściu prostownika Udk wartość skuteczna napięcia sieci fazowej Up.

Dla obwodu półfalowego Kv=0,45.

Aby wygładzić tętnienie na wyjściu takiego prostownika, wymagane są mocne filtry.

Obwód zerowy lub pełnookresowy z punktem środkowym, choć wymaga dwukrotnie większej liczby diod prostowniczych, jednak tę wadę w dużej mierze rekompensuje niższy poziom tętnienia prostowanego napięcia i wzrost współczynnika prostowniczego do 0,9.

Główną wadą takiego schematu do stosowania w warunkach domowych jest konieczność zorganizowania punktu środkowego napięcia sieciowego, co implikuje obecność transformatora sieciowego. Jego wymiary i waga okazują się nie do pogodzenia z ideą małego, domowego źródła impulsowego.

Obwód mostkowy pełnookresowy prostowanie ma takie same wskaźniki pod względem poziomu tętnienia i współczynnika prostowania jak obwód zerowy, ale nie wymaga połączenia sieciowego. Rekompensuje to również główną wadę - podwojoną liczbę diod prostowniczych, zarówno pod względem wydajności, jak i kosztów.

Aby wygładzić wyprostowane tętnienia napięcia, najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie filtra pojemnościowego. Jego zastosowanie pozwala na podniesienie wartości napięcia wyprostowanego do wartości amplitudy sieci (przy Uph=220V Ufm=314V). Za wady takiego filtra uważa się duże wartości prądów impulsowych elementów prostowniczych, ale ta wada nie jest krytyczna.

Doboru diod prostowniczych dokonuje się według średniego prądu przewodzenia Ia i maksymalnego napięcia wstecznego U BM.

Przyjmując wartość współczynnika tętnienia napięcia wyjściowego Kp = 10%, otrzymujemy średnią wartość napięcia wyprostowanego Ud = 300V. Uwzględniając moc obciążenia i wydajność przetwornika RF (do obliczeń przyjmuje się 80%, ale w praktyce będzie to więcej, pozwoli to na pewien margines).

Ia to średni prąd diody prostowniczej, Рн to moc obciążenia, η to wydajność przetwornika RF.

Maksymalne napięcie wsteczne elementu prostowniczego nie przekracza wartości amplitudy napięcia sieciowego (314V), co pozwala na zastosowanie elementów o wartości U BM=400V ze znacznym marginesem. Można zastosować zarówno diody dyskretne, jak i gotowe mostki prostownicze różnych producentów.

Aby zapewnić określone (10%) tętnienie na wyjściu prostownika, pojemność kondensatorów filtrujących przyjmuje się z szybkością 1 μF na 1 W mocy wyjściowej. Stosowane są kondensatory elektrolityczne o maksymalnym napięciu co najmniej 350 V. W tabeli przedstawiono wydajności filtrów dla różnych mocy.

Przetwornik wysokiej częstotliwości: jego funkcje i obwody

Przetwornica wysokiej częstotliwości to przetwornica jednocyklowa lub typu push-pull (falownik) z transformatorem impulsowym. Warianty obwodów konwertera RF pokazano na rysunku.

Obwód jednoprzewodowy. Pomimo minimalnej liczby elementów mocy i łatwości wdrożenia ma kilka wad.

Transformator w obwodzie działa w prywatnej pętli histerezy, co wymaga zwiększenia jego rozmiaru i całkowitej mocy;
Aby zapewnić moc wyjściową, należy uzyskać znaczną amplitudę prądu impulsowego przepływającego przez przełącznik półprzewodnikowy.

Układ znalazł największe zastosowanie w urządzeniach małej mocy, gdzie wpływ tych wad nie jest tak znaczący.

Aby samodzielnie wymienić lub zainstalować nowy licznik, nie są wymagane żadne specjalne umiejętności. Wybór odpowiedniego zapewni prawidłowy pomiar poboru prądu i zwiększy bezpieczeństwo Twojej domowej sieci elektrycznej.

We współczesnych warunkach zapewnienia oświetlenia zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz, coraz częściej stosuje się czujniki ruchu. To nie tylko zwiększa komfort i wygodę naszych domów, ale także pozwala nam znacznie zaoszczędzić. Można tam znaleźć praktyczne wskazówki dotyczące wyboru miejsca montażu i schematów połączeń.

Obwód przeciwsobny ze środkowym punktem transformatora (push-pull). Swoją drugą nazwę wzięła od angielskiej wersji (push-pull) opisu stanowiska. Obwód jest wolny od wad wersji jednocyklowej, ale ma swoje własne - skomplikowaną konstrukcję transformatora (wymagana jest produkcja identycznych odcinków uzwojenia pierwotnego) i zwiększone wymagania dotyczące maksymalnego napięcia przełączników. W przeciwnym razie rozwiązanie zasługuje na uwagę i jest szeroko stosowane w zasilaczach impulsowych, wykonywanych ręcznie i nie tylko.

Obwód półmostkowy push-pull. Parametry obwodu są podobne do obwodu z punktem środkowym, ale nie wymagają skomplikowanej konfiguracji uzwojeń transformatora. Nieodłączną wadą obwodu jest konieczność zorganizowania środkowego punktu filtra prostownika, co pociąga za sobą czterokrotny wzrost liczby kondensatorów.

Ze względu na łatwość wykonania obwód jest najczęściej stosowany w zasilaczach impulsowych o mocy do 3 kW. Przy dużych mocach koszt kondensatorów filtrujących staje się niedopuszczalnie wysoki w porównaniu z półprzewodnikowymi przełącznikami inwerterowymi, a obwód mostkowy okazuje się najbardziej opłacalny.

Obwód mostka push-pull. Parametry są podobne do innych układów push-pull, ale nie ma potrzeby tworzenia sztucznych „punktów środkowych”. Ceną za to jest podwójna liczba wyłączników mocy, co jest korzystne z ekonomicznego i technicznego punktu widzenia przy budowie potężnych źródeł impulsowych.

Doboru przełączników falownika dokonuje się w zależności od amplitudy prądu kolektora (drenu) I KMAX i maksymalnego napięcia kolektor-emiter U KEMAKH. Do obliczeń wykorzystuje się moc obciążenia i przekładnię transformatora impulsowego.

Najpierw jednak należy obliczyć sam transformator. Transformator impulsowy wykonany jest na rdzeniu wykonanym z ferrytu, permalloju lub żelaza transformatorowego skręconym w pierścień. W przypadku mocy do kilku kW odpowiednie są rdzenie ferrytowe typu pierścieniowego lub w kształcie litery W. Transformator jest obliczany na podstawie wymaganej mocy i częstotliwości konwersji. Aby wyeliminować występowanie szumów akustycznych, zaleca się przesunięcie częstotliwości konwersji poza zakres audio (powyżej 20 kHz).

Należy pamiętać, że przy częstotliwościach bliskich 100 kHz straty w ferrytowych rdzeniach magnetycznych znacznie rosną. Obliczenie samego transformatora nie jest trudne i można je łatwo znaleźć w literaturze. Niektóre wyniki dla różnych mocy źródeł i obwodów magnetycznych przedstawiono w poniższej tabeli.

Obliczenia wykonano dla częstotliwości konwersji 50 kHz. Warto zauważyć, że podczas pracy przy wysokich częstotliwościach następuje efekt przemieszczenia prądu na powierzchnię przewodnika, co prowadzi do zmniejszenia efektywnej powierzchni uzwojenia. Aby zapobiec tego typu kłopotom i zmniejszyć straty w przewodach, należy wykonać uzwojenie z kilku przewodów o mniejszym przekroju. Przy częstotliwości 50 kHz dopuszczalna średnica drutu nawojowego nie przekracza 0,85 mm.

Znając moc obciążenia i przekładnię transformacji, można obliczyć prąd w uzwojeniu pierwotnym transformatora i maksymalny prąd kolektora wyłącznika zasilania. Napięcie na tranzystorze w stanie zamkniętym jest dobierane jako wyższe niż napięcie wyprostowane podawane na wejście przetwornika RF z pewnym marginesem (U KEMAKH >=400V). Na podstawie tych danych wybierane są klucze. Obecnie najlepszą opcją jest zastosowanie tranzystorów mocy IGBT lub MOSFET.

W przypadku diod prostowniczych po stronie wtórnej należy przestrzegać jednej zasady - ich maksymalna częstotliwość pracy musi przekraczać częstotliwość konwersji. W przeciwnym razie wydajność prostownika wyjściowego i konwertera jako całości znacznie spadnie.

Film o wykonaniu prostego urządzenia zasilacza impulsowego

Kiedy samochód stoi przez dłuższy czas bezczynnie, należy go uruchomić przynajmniej raz w miesiącu. Akumulator dobrze zasila samochód w prąd przez 4-5 lat, potem nie jest w stanie odpowiednio zasilić samochodu w prąd, a także jest słabo ładowany z generatora lub przenośnej ładowarki. Po dużym doświadczeniu w montażu falowników spawalniczych wpadłem na pomysł wykonania urządzenia do rozruchu silnika w oparciu o takie urządzenia.

To urządzenie może być używane z zainstalowaną baterią lub bez niej. Z baterią zasilanie falownika Nawet łatwiej będzie uruchomić silnik. Próbowałem uruchomić silnik o mocy 88 koni mechanicznych bez akumulatora. Eksperyment zakończył się sukcesem, bez żadnych awarii.

Na falowniku należy ustawić napięcie wyjściowe na 11,2 V. Rozrusznik silnika spalinowego jest zaprojektowany na to napięcie (10-11 V). Zasilanie falownika, które montujemy, posiada zdolność stabilizacji napięcia, a także funkcję zabezpieczenia przed prądami maksymalnymi do 224 A, zabezpieczenia przed zwarciami w instalacjach elektrycznych.

Technologia IGBT , zgodnie z którym opracowano obwód elektryczny urządzenia, opiera się na zasadzie całkowitego otwarcia i całkowitego zamknięcia potężnych tranzystorów zastosowanych w urządzeniu. Pozwala to w najlepszy możliwy sposób zminimalizować straty na przełącznikach IGBT.

Na wyjściu istnieje możliwość regulacji prądu i napięcia poprzez zmianę szerokości impulsów sterujących wyłącznikiem zasilania. Ponieważ działają na wysokich częstotliwościach, regulacji należy dokonać przy częstotliwości 56 kHz. Taka idealizacja pracy jest możliwa tylko przy stabilnej częstotliwości wyjściowej, a także utrzymaniu jej na poziomach, na których pracuje zasilacz. W tym przypadku zmieni się tylko szerokość i czas trwania napięcia w zakresie (0% - 45%) szerokości impulsu. Pozostałe 55% to zerowy poziom napięcia na klawiszu sterującym.

Transformator jednostki inwertera posiada rdzeń ferrytowy. Dzięki temu możliwe jest dostrojenie urządzenia przy wysokiej częstotliwości 56 kHz. Na metalowym rdzeniu nie powstają żadne prądy wirowe.

Tranzystory IGBT mają niezbędną moc i nie tworzą wokół siebie pól wirowych. Dlaczego musisz tworzyć tak wysokie częstotliwości w zasilaczu? Odpowiedź jest oczywista. W przypadku zastosowania transformatora im wyższa częstotliwość napięcia, tym mniej zwojów uzwojenia jest potrzebnych na rdzeniu. Kolejną zaletą wysokiej częstotliwości pracy jest wysoka sprawność transformatora, która w tym przypadku sięga 95%, ponieważ uzwojenia rdzenia wykonane są z grubego drutu.

Urządzenie transformatorowe, zastosowany w obwodzie jest niewielki i bardzo lekki. Urządzenie o szerokości impulsu (PWM) - powoduje mniejsze straty, stabilizując napięcie, w porównaniu z analogowymi elementami stabilizującymi. W tym drugim przypadku moc jest rozpraszana w potężnych tranzystorach.

Osoby znające się choć trochę na elektronice radiowej mogą zauważyć, że transformator jest podłączany do źródła zasilania podczas cykli zegara za pomocą dwóch kluczy. Jeden jest podłączony do plusa, drugi do minusa. Obwód elektryczny oparty na zasadzie Flea Buck polega na podłączeniu transformatora za pomocą jednego klucza. Takie połączenie prowadzi do dużych strat mocy (w sumie około 10-15% całkowitej mocy), ponieważ uzwojenia indukcyjne rozpraszają energię na rezystorze. Takie straty mocy są niedopuszczalne przy konstruowaniu potężnych zasilaczy o mocy kilku kilowatów.

Na powyższym schemacie wada ta została usunięta. Wyzwolona energia przechodzi przez diody VD18 i VD19 z powrotem do zasilacza mostka, co z kolei dodatkowo zwiększa wydajność transformatora.

Straty na dodatkowym kluczu nie przekraczają 40 watów. Obwód Flea Buck zapewnia straty na rezystorze wynoszące 300-200 watów. Tranzystor IRG64PC50W, który zastosowano w obwodzie elektrycznym zasilacza wykorzystującego technologię IGBT, posiada funkcję szybkiego otwierania. Jednocześnie prędkość zamykania jest znacznie gorsza, co powoduje pulsacyjne nagrzewanie kryształu w momencie zamykania tranzystora. Około 1 kW energii uwalnia się w postaci ciepła na ściankach tranzystora. Moc ta jest bardzo wysoka jak na tranzystor, co może prowadzić do przegrzania.

Aby zmniejszyć tę moc chwilową, pomiędzy kolektorem a emiterem tranzystora włącza się dodatkowy obwód C16 R24 VD31. To samo zrobiono z górnym IGBT tranzystora, który zmniejsza moc chipa w momencie zamknięcia. Taka realizacja prowadzi do wzrostu mocy w momencie otwarcia przełącznika tranzystorowego. Ale dzieje się to niemal natychmiast.

W momencie otwarcia IGBT kondensator C16 jest rozładowywany przez rezystor R24. Ładowanie następuje w momencie zamknięcia tranzystora przez szybką diodę VD3. W konsekwencji opóźnia się format wzrostu napięcia. Podczas zamykania IGBT moc uwalniana na przełączniku tranzystorowym jest zmniejszona.

Ta zmiana w obwodzie elektrycznym doskonale tłumi przepięcia rezonansowe transformatora, zapobiegając w ten sposób przepływowi napięć powyżej 600 woltów przez przełącznik.

IGBT to transformator kompozytowy składający się z tranzystora polowego i bipolarnego z przejściem. Tranzystor polowy działa tutaj jako główny. Do jego sterowania potrzebne są impulsy prostokątne o amplitudzie co najmniej 12 V i nie większej niż 18 V. W tej części obwodu znajdują się specjalne transoptory (HCPL3120 lub HCPL3180). Możliwe impulsowe obciążenie robocze wynosi 2 A.

Transoptor działa w ten sposób. W przypadku pojawienia się napięcia na diodzie transoptora, wejścia 1,2,3 i 4 są pod napięciem. Na wyjściu natychmiast powstaje silny impuls prądowy o amplitudzie 15,8 V. Poziom impulsu jest ograniczony przez rezystory R55 i R48.

Kiedy napięcie na diodzie LED zanika, następuje spadek amplitudy, co powoduje otwarcie tranzystorów T2 i T4. Stwarza to wyższy poziom prądu w rezystorach R48 i R58, a także szybko rozładowuje kondensator przełącznika IGBT.

Mostek montujemy razem ze sterownikami transoptorowymi w oparciu o radiator z komputera Pentium 4, który ma płaską podstawę. Przed zainstalowaniem tranzystorów należy nałożyć pastę termoprzewodzącą na powierzchnię grzejnika.

Grzejnik należy przeciąć na dwie części, aby klawisze górny i dolny nie miały ze sobą kontaktu elektrycznego. Diody mocuje się do chłodnicy za pomocą specjalnych mikowych przekładek. Wszystkie podłączenia zasilania wykonywane są metodą natynkową. Na szynie zasilającej należy przylutować 8 sztuk kondensatorów foliowych po 150 nF każdy i maksymalnym napięciu 630 V.

Uzwojenie wyjściowe transformatora mocy i cewki indukcyjnej

Ponieważ napięcia wyjściowe bez obciążenia osiągają 50 V, należało je wyprostować za pomocą diod VD19 i VD20. Następnie do cewki indukcyjnej podawane jest napięcie obciążenia, za pomocą którego napięcie jest wygładzane i dzielone na pół.

Kiedy tranzystory IGBT są otwarte, rozpoczyna się faza nasycania cewki indukcyjnej L3. Kiedy IGBT jest w stanie zamkniętym, rozpoczyna się faza rozładowania cewki indukcyjnej. Rozładowanie następuje poprzez diodę VD22 i VD21 zamykającą obwód. W ten sposób prąd płynący do kondensatora jest prostowany.

Stabilizacja i ograniczenie prądu z modulacją szerokości impulsu

2 to wejście wzmocnienia napięcia, 1 to wyjście wzmacniacza. Wzmacniacz zmienia prąd roboczy falownika, a także szerokość impulsu. Dyskretne zmiany tworzą charakterystykę obciążenia w zależności od napięcia sprzężenia zwrotnego między zasilaczem a wejściem mikroukładu. Pin 2 mikroukładu utrzymuje napięcie 2,5 V.

Szerokość impulsu roboczego zależy od napięcia na wejściu 2 mikroukładu. Szerokość impulsu zwiększa się, jeśli napięcie jest większe niż 2,5 V. Jeśli napięcie jest mniejsze niż określone, szerokość staje się węższa.

Stabilność zasilania zależy od rezystorów R2 i R1. Jeżeli napięcie znacznie spadnie z powodu wysokich prądów wyjściowych, konieczne jest zwiększenie rezystancji rezystora R1.

Czasami zdarza się, że podczas procesu konfiguracji urządzenie zaczyna wydawać brzęczące dźwięki. W takim przypadku konieczne jest wyregulowanie rezystora R1 i pojemności kondensatorów C1 i C2. Jeśli nawet takie środki nie pomogą, możesz spróbować zmniejszyć liczbę zwojów cewki indukcyjnej C3.

Transformator musi pracować cicho, w przeciwnym razie tranzystory się przepalą. Nawet jeśli wszystkie powyższe środki nie pomogły, trzeba dodać kilka kondensatorów 1 µF do trzech kanałów zasilacza.

Płytka kondensatora mocy 1320 µF

Po włączeniu zasilacza do sieci o napięciu 220 V następuje skok prądu, po którym następuje awaria zespołu diody VD8 podczas ładowania kondensatora. Aby zapobiec temu efektowi, należy zainstalować rezystor R11. Kiedy kondensatory są naładowane, licznik czasu na tranzystorze zerowym wyda polecenie zamknięcia styków i bocznikowania przekaźnika. Teraz wymagany prąd roboczy jest dostarczany do mostka elektrycznego za pomocą transformatora.

Timer na VT1 otwiera styki przekaźnika K2, co pozwala na zastosowanie procesu modulacji szerokości impulsu.

Konfiguracja bloku

Pierwszym krokiem jest podanie na mostek zasilający napięcia 15 V, zapewnienie prawidłowej pracy mostka i zamontowanie elementów. Następnie można zasilić mostek napięciem sieciowym, w przerwie pomiędzy +310 V, gdzie znajdują się kondensatory 1320 μF i kondensator o pojemności 150 nF, a następnie umieścić żarówkę o mocy 150-200 W. Następnie podłączamy osfilograf do kolektora-emitera dolnego wyłącznika mocy do obwodu elektrycznego. Należy zadbać o to, aby emisje znajdowały się w strefie normalnej, nie wyższej niż 330 V. Następnie ustawiamy częstotliwość taktowania PWM. Konieczne jest obniżenie częstotliwości, aż na oscylogramie pojawi się małe załamanie impulsu, które wskazuje na przesycenie transformatora.

Częstotliwość zegara roboczego transformatora oblicza się w następujący sposób: najpierw mierzymy częstotliwość zegara przesycenia transformatora, dzielimy ją przez 2 i wynik dodajemy do częstotliwości, przy której załamuje się impuls.

Następnie należy zasilić most przez czajnik o mocy 2 kW. Odłączamy sprzężenie zwrotne napięcia PWM, przykładamy regulowane napięcie do rezystora R2 w miejscu jego połączenia z diodą Zenera D4 od 5 V do 0, dostosowując w ten sposób prąd obwodu od 30 A do 200 A.

Dostosowujemy napięcie do minimum, bliżej 5 V, odlutowujemy kondensator C23 i zwieramy wyjście bloku. Jeśli usłyszysz dzwonienie, musisz poprowadzić przewód w innym kierunku. Sprawdzamy fazowanie uzwojeń transformatora mocy. Podłączamy oscyloskop do dolnego przełącznika i zwiększamy obciążenie tak, aby nie było dzwonienia, a nawet skoku napięcia powyżej 400 V.

Mierzymy temperaturę grzejnika mostowego, aby grzejnik nagrzewał się równomiernie, co świadczy o wysokiej jakości mostów. Podłączamy sprzężenie zwrotne napięcia. Instalujemy kondensator C23, mierzymy napięcie tak, aby mieściło się w zakresie 11-11,2 V. Ładujemy źródło zasilania niewielkim obciążeniem 40 watów.

Cichą pracę transformatora regulujemy zmieniając liczbę zwojów cewki indukcyjnej L3. Jeśli to nie pomoże, zwiększamy pojemność kondensatorów C1 i C2 lub umieszczamy płytkę PWM z dala od zakłóceń transformatora mocy.

Większość nowoczesnych urządzeń elektronicznych praktycznie nie wykorzystuje zasilaczy analogowych (transformatorowych), zastępuje je impulsowe przetworniki napięcia. Aby zrozumieć, dlaczego tak się stało, należy wziąć pod uwagę cechy konstrukcyjne, a także mocne i słabe strony tych urządzeń. Porozmawiamy również o przeznaczeniu głównych elementów źródeł impulsowych i podamy prosty przykład realizacji, którą można zmontować własnymi rękami.

Cechy konstrukcyjne i zasada działania

Spośród kilku metod przetwarzania napięcia na elementy energoelektroniczne można wyróżnić dwie najbardziej rozpowszechnione:

Analog, którego głównym elementem jest transformator obniżający napięcie, oprócz swojej głównej funkcji zapewnia również izolację galwaniczną.
Zasada impulsu.

Przyjrzyjmy się, czym różnią się te dwie opcje.

Zasilacz oparty na transformatorze mocy

Rozważmy uproszczony schemat blokowy tego urządzenia. Jak widać na rysunku, na wejściu zainstalowany jest transformator obniżający napięcie, za jego pomocą przekształcana jest amplituda napięcia zasilania, na przykład z 220 V otrzymujemy 15 V. Następnym blokiem jest prostownik, jego zadaniem jest zamiana prądu sinusoidalnego na pulsacyjny (harmoniczna jest pokazana nad obrazem symbolicznym). W tym celu stosuje się prostownicze elementy półprzewodnikowe (diody) połączone mostkiem. Zasadę ich działania można znaleźć na naszej stronie internetowej.

Kolejny blok spełnia dwie funkcje: wygładza napięcie (wykorzystuje się do tego kondensator o odpowiedniej pojemności) i stabilizuje je. To ostatnie jest konieczne, aby napięcie nie „spadło” wraz ze wzrostem obciążenia.

Podany schemat blokowy jest znacznie uproszczony, źródło tego typu z reguły posiada filtr wejściowy i układy zabezpieczające, ale nie ma to znaczenia dla wyjaśnienia działania urządzenia.

Wszystkie wady powyższej opcji są bezpośrednio lub pośrednio związane z głównym elementem projektu - transformatorem. Po pierwsze, jego waga i wymiary ograniczają miniaturyzację. Aby nie być bezpodstawnym, jako przykład posłużymy się transformatorem obniżającym napięcie 220/12 V o mocy znamionowej 250 W. Waga takiej jednostki wynosi około 4 kilogramy, wymiary 125x124x89 mm. Można sobie wyobrazić, ile ważyłaby oparta na niej ładowarka do laptopa.

Po drugie, cena takich urządzeń jest czasami wielokrotnie wyższa niż całkowity koszt pozostałych podzespołów.

Urządzenia impulsowe

Jak widać ze schematu blokowego pokazanego na rysunku 3, zasada działania tych urządzeń różni się znacznie od przetworników analogowych, przede wszystkim brakiem wejściowego transformatora obniżającego napięcie.

Rysunek 3. Schemat blokowy zasilacza impulsowego

Rozważmy algorytm działania takiego źródła:

Do filtra sieciowego doprowadzane jest zasilanie, którego zadaniem jest minimalizacja szumów sieciowych, zarówno przychodzących, jak i wychodzących, powstających w wyniku pracy.
Następnie uruchamiany jest moduł przetwarzania napięcia sinusoidalnego na napięcie stałe impulsowe oraz filtr wygładzający.
W kolejnym etapie do procesu podłączany jest falownik, którego zadaniem jest formowanie prostokątnych sygnałów o wysokiej częstotliwości. Informacja zwrotna do falownika odbywa się za pośrednictwem jednostki sterującej.
Kolejnym blokiem jest IT, niezbędny do automatycznego trybu generatora, podawania napięcia do obwodu, zabezpieczenia, sterowania sterownikiem, a także obciążenia. Dodatkowo zadanie IT obejmuje zapewnienie izolacji galwanicznej pomiędzy obwodami wysokiego i niskiego napięcia.

W przeciwieństwie do transformatora obniżającego, rdzeń tego urządzenia wykonany jest z materiałów ferrimagnetycznych, co przyczynia się do niezawodnej transmisji sygnałów RF, które mogą mieścić się w zakresie 20-100 kHz. Cechą charakterystyczną IT jest to, że przy jej podłączaniu krytyczne jest uwzględnienie początku i końca uzwojeń. Niewielkie wymiary tego urządzenia umożliwiają wykonanie urządzeń miniaturowych, przykładem jest wiązka elektroniczna (statecznik) lampy LED lub energooszczędnej.

Następnie uruchamia się prostownik wyjściowy, ponieważ działa z napięciem o wysokiej częstotliwości, proces wymaga szybkich elementów półprzewodnikowych, dlatego do tego celu stosuje się diody Schottky'ego.
W końcowej fazie na korzystnym filtrze przeprowadza się wygładzanie, po czym do obciążenia przykładane jest napięcie.

Teraz zgodnie z obietnicą przyjrzyjmy się zasadzie działania głównego elementu tego urządzenia – falownika.

Jak działa falownik?

Modulację RF można przeprowadzić na trzy sposoby:

częstotliwość impulsów;
impuls fazowy;
szerokość impulsu.

W praktyce stosuje się tę ostatnią opcję. Wynika to zarówno z prostoty implementacji, jak i z faktu, że PWM ma stałą częstotliwość komunikacji, w przeciwieństwie do pozostałych dwóch metod modulacji. Poniżej przedstawiono schemat blokowy opisujący działanie sterownika.

Algorytm działania urządzenia jest następujący:

Generator częstotliwości odniesienia generuje szereg sygnałów prostokątnych, których częstotliwość odpowiada częstotliwości odniesienia. Na podstawie tego sygnału powstaje ząb piłokształtny UP, który jest dostarczany na wejście komparatora K PWM. Sygnał UUS pochodzący ze wzmacniacza sterującego podawany jest na drugie wejście tego urządzenia. Sygnał generowany przez ten wzmacniacz odpowiada proporcjonalnej różnicy pomiędzy U P (napięcie odniesienia) i U RS (sygnał sterujący z obwodu sprzężenia zwrotnego). Oznacza to, że sygnał sterujący UUS jest w rzeczywistości napięciem niedopasowanym, którego poziom zależy zarówno od prądu na obciążeniu, jak i napięcia na nim (U OUT).

Ta metoda realizacji pozwala zorganizować obwód zamknięty, który pozwala kontrolować napięcie wyjściowe, czyli w rzeczywistości mówimy o liniowo-dyskretnej jednostce funkcjonalnej. Na jego wyjściu generowane są impulsy o czasie trwania zależnym od różnicy pomiędzy sygnałami zadanymi i sterującymi. Na jego podstawie tworzone jest napięcie sterujące kluczowym tranzystorem falownika.

Proces stabilizacji napięcia wyjściowego odbywa się poprzez monitorowanie jego poziomu, w przypadku jego zmian napięcie sygnału sterującego U PC zmienia się proporcjonalnie, co prowadzi do zwiększania lub zmniejszania czasu trwania pomiędzy impulsami.

W efekcie zmienia się moc obwodów wtórnych, co zapewnia stabilizację napięcia wyjściowego.

Aby zapewnić bezpieczeństwo, wymagana jest izolacja galwaniczna pomiędzy zasilaniem a sprzężeniem zwrotnym. Z reguły stosuje się w tym celu transoptory.

Mocne i słabe strony źródeł impulsowych

Jeśli porównamy urządzenia analogowe i impulsowe o tej samej mocy, to drugie będzie miało następujące zalety:

Mały rozmiar i waga wynikają z braku transformatora obniżającego niską częstotliwość i elementów sterujących, które wymagają odprowadzania ciepła za pomocą dużych grzejników. Dzięki zastosowaniu technologii konwersji sygnału wysokiej częstotliwości możliwe jest zmniejszenie pojemności kondensatorów zastosowanych w filtrach, co pozwala na montaż mniejszych elementów.
Wyższa wydajność, ponieważ główne straty są spowodowane jedynie procesami przejściowymi, podczas gdy w obwodach analogowych podczas konwersji elektromagnetycznej stale tracona jest duża ilość energii. Wynik mówi sam za siebie, zwiększając wydajność do 95-98%.
Niższy koszt ze względu na zastosowanie mniej wydajnych elementów półprzewodnikowych.
Szerszy zakres napięcia wejściowego. Sprzęt tego typu nie jest wymagający pod względem częstotliwości i amplitudy, dlatego dopuszczalne jest podłączenie do sieci o różnych standardach.
Dostępność niezawodnej ochrony przed zwarciami, przeciążeniami i innymi sytuacjami awaryjnymi.

Wady technologii impulsowej obejmują:

Obecność zakłóceń RF jest konsekwencją pracy przetwornicy wysokiej częstotliwości. Czynnik ten wymaga zainstalowania filtra tłumiącego zakłócenia. Niestety jego działanie nie zawsze jest skuteczne, co nakłada pewne ograniczenia na stosowanie urządzeń tego typu w sprzęcie o dużej precyzji.

Specjalne wymagania dotyczące obciążenia, nie należy go zmniejszać ani zwiększać. Gdy tylko poziom prądu przekroczy górny lub dolny próg, charakterystyka napięcia wyjściowego zacznie znacznie różnić się od standardowych. Z reguły producenci (nawet ostatnio chińscy) przewidują takie sytuacje i instalują w swoich produktach odpowiednie zabezpieczenia.

Szereg zastosowań

Prawie cała współczesna elektronika zasilana jest z bloków tego typu, jako przykład:

Montaż zasilacza impulsowego własnymi rękami

Rozważmy obwód prostego zasilacza, w którym zastosowana jest opisana powyżej zasada działania.

Oznaczenia:

Rezystory: R1 – 100 Ohm, R2 – od 150 kOhm do 300 kOhm (do wyboru), R3 – 1 kOhm.
Pojemności: C1 i C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (do wyboru), 012 µF, C6 – 10 µF x 50 V, C7 – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
Diody: VD1-4 - KD258V, VD5 i VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
Tranzystor VT1 – KT872A.
Stabilizator napięcia D1 - mikroukład KR142 o indeksie EH5 - EH8 (w zależności od wymaganego napięcia wyjściowego).
Transformator T1 - zastosowano rdzeń ferrytowy w kształcie litery W o wymiarach 5x5. Uzwojenie pierwotne nawinięte jest 600 zwojami drutu o średnicy 0,1 mm, uzwojenie wtórne (piny 3-4) zawiera 44 zwoje o średnicy 0,25 mm, a ostatnie uzwojenie zawiera 5 zwojów o średnicy 0,1 mm.
Bezpiecznik FU1 – 0,25A.

Konfiguracja sprowadza się do wybrania wartości R2 i C5, które zapewniają wzbudzenie generatora przy napięciu wejściowym 185-240 V.

Trochę o zastosowaniu i konstrukcji UPS

Na stronie opublikowano już artykuł, który mówi o konstrukcji UPS. Temat ten można nieco uzupełnić krótką historią dotyczącą napraw. Często używany jest skrót UPS. Aby uniknąć rozbieżności, przyjmijmy, że w tym artykule jest to zasilacz impulsowy.

Prawie wszystkie zasilacze impulsowe stosowane w sprzęcie elektronicznym zbudowane są w oparciu o dwa obwody funkcjonalne.

Ryc.1. Schematy funkcjonalne zasilaczy impulsowych

Z reguły dość mocne zasilacze, takie jak komputerowe, są wykonane przy użyciu obwodu półmostkowego. Zasilacze do wydajnych UMZCH i spawarek są również produkowane przy użyciu obwodu przeciwsobnego.

Każdy, kto kiedykolwiek naprawiał wzmacniacze o mocy 400 W i większej, doskonale wie, ile one ważą. Mówimy oczywiście o UMZCH z tradycyjnym zasilaczem transformatorowym. Zasilacze UPS do telewizorów, monitorów i odtwarzaczy DVD są najczęściej wykonane w oparciu o obwód z jednostronnym stopniem wyjściowym.

Chociaż w rzeczywistości istnieją inne typy stopni wyjściowych, które pokazano na rysunku 2.

Ryc.2. Stopnie wyjściowe zasilaczy impulsowych

Pokazano tutaj tylko przełączniki mocy i uzwojenie pierwotne transformatora mocy.

Jeśli przyjrzysz się uważnie rysunkowi 1, łatwo zauważysz, że cały obwód można podzielić na dwie części - pierwotną i wtórną. Część pierwotna zawiera filtr sieciowy, prostownik napięcia sieciowego, wyłączniki mocy i transformator mocy. Ta część jest galwanicznie połączona z siecią prądu przemiennego.

Oprócz transformatora mocy, zasilacze impulsowe wykorzystują także transformatory odsprzęgające, poprzez które impulsy sterujące sterownika PWM podawane są na bramki (bazy) tranzystorów mocy. W ten sposób zapewniona jest izolacja galwaniczna od sieci obwodów wtórnych. W bardziej nowoczesnych schematach oddzielenie to odbywa się za pomocą transoptorów.

Obwody wtórne są izolowane galwanicznie od sieci za pomocą transformatora mocy: napięcie z uzwojeń wtórnych podawane jest do prostownika, a następnie do obciążenia. Z obwodów wtórnych zasilane są także obwody stabilizacji napięcia i zabezpieczenia.

Bardzo proste zasilacze impulsowe

Realizowane są w oparciu o autooscylator w przypadku braku nadrzędnego sterownika PWM. Przykładem takiego UPS jest obwód transformatora elektronicznego Taschibra.

Ryc.3. Transformator elektroniczny Taschibra

Podobne transformatory elektroniczne produkowane są przez inne firmy. Ich głównym celem jest. Charakterystyczną cechą tego schematu jest jego prostota i niewielka liczba części. Wadą jest to, że bez obciążenia obwód ten po prostu się nie uruchamia, napięcie wyjściowe jest niestabilne i ma wysoki poziom tętnienia. Ale światła wciąż świecą! W takim przypadku obwód wtórny jest całkowicie odłączony od sieci zasilającej.

Wiadomo, że naprawa takiego zasilacza sprowadza się do wymiany tranzystorów, rezystorów R4, R5, czasem VDS1 i rezystora R1, który pełni rolę bezpiecznika. W tym schemacie po prostu nie ma nic więcej do spalenia. Biorąc pod uwagę niską cenę transformatorów elektronicznych, najczęściej po prostu kupuje się nowy, a naprawy wykonuje się, jak mówią, „z miłości do sztuki”.

Bezpieczeństwo przede wszystkim

Ponieważ istnieje tak bardzo nieprzyjemne zestawienie obwodów pierwotnego i wtórnego, którego podczas naprawy na pewno będziesz musiał dotknąć rękami, nawet jeśli przez przypadek, warto przypomnieć pewne zasady bezpieczeństwa.

Włączone źródło można dotykać tylko jedną ręką, a w żadnym wypadku obiema naraz. Wie o tym każdy, kto zajmuje się instalacjami elektrycznymi. Ale lepiej w ogóle nie dotykać lub dopiero po odłączeniu od sieci poprzez wyciągnięcie wtyczki z gniazdka. Nie należy również niczego lutować, gdy źródło jest włączone lub po prostu przekręcać je śrubokrętem.

Aby zapewnić bezpieczeństwo elektryczne na tablicach zasilających, „niebezpieczna” strona pierwotna płytki jest obrysowana dość szerokim paskiem lub zacieniona cienkimi paskami farby, zwykle białej. Jest to ostrzeżenie, że dotykanie rękami tej części planszy jest niebezpieczne.

Nawet wyłączonego zasilacza impulsowego można dotknąć rękami dopiero po pewnym czasie, co najmniej 2...3 minutach od wyłączenia: ładunek na kondensatorach wysokiego napięcia utrzymuje się dość długo, choć w normalnych warunkach zasilania, równolegle do kondensatorów zamontowane są rezystory rozładowcze. Pamiętacie, jak w szkole oferowali sobie naładowany kondensator! Zabicie oczywiście nie zabije, ale cios jest dość czuły.

Ale najgorsze nie jest nawet to: cóż, pomyśl, trochę zabolało. Jeśli natychmiast przetestujesz kondensator elektrolityczny za pomocą multimetru po jego wyłączeniu, całkiem możliwe jest pójście do sklepu po nowy.

Gdy przewiduje się taki pomiar, kondensator należy rozładować przynajmniej pęsetą. Ale lepiej to zrobić za pomocą rezystora o rezystancji kilkudziesięciu kiloomów. W przeciwnym razie wyładowaniu towarzyszy wiązka iskier i dość głośne kliknięcie, a takie zwarcie nie jest zbyt przydatne dla kondensatora.

A jednak podczas naprawy trzeba dotknąć włączonego zasilacza impulsowego, przynajmniej aby dokonać pomiarów. W takim przypadku transformator izolujący, często nazywany transformatorem bezpieczeństwa, pomoże w jak największym stopniu chronić ukochaną osobę przed porażeniem prądem. Jak to zrobić, możesz przeczytać w artykule.

W skrócie jest to transformator z dwoma uzwojeniami na napięcie 220V, o mocy 100...200W (w zależności od mocy naprawianego UPS-a), schemat elektryczny pokazano na rysunku 4.

Ryc.4. Transformator bezpieczeństwa

Uzwojenie po lewej stronie na schemacie jest podłączone do sieci, uszkodzony zasilacz impulsowy jest podłączony do prawego uzwojenia poprzez żarówkę. Najważniejsze w tym połączeniu jest to, że JEDNĄ ręką można bezpiecznie dotknąć dowolnego końca uzwojenia wtórnego, a także całego elementu obwodu pierwotnego zasilacza.

O roli żarówki i jej mocy

Najczęściej naprawy zasilacza impulsowego przeprowadzane są bez transformatora separującego, jednak dla dodatkowego bezpieczeństwa zasilacz włączany jest żarówką o mocy 60...150W. Ogólnie rzecz biorąc, na podstawie zachowania żarówki można ocenić stan zasilacza. Oczywiście takie włączenie nie zapewni izolacji galwanicznej od sieci, nie zaleca się dotykania go rękami, ale może dobrze chronić przed dymem i eksplozjami.

Jeśli po podłączeniu do sieci żarówka świeci pełną mocą, należy szukać usterki w obwodzie pierwotnym. Z reguły jest to uszkodzony tranzystor mocy lub mostek prostowniczy. Podczas normalnej pracy zasilacza żarówka najpierw miga dość jasno (), a następnie żarnik nadal słabo się świeci.

Opinii na temat tej żarówki jest kilka. Niektórzy twierdzą, że nie pomaga to pozbyć się nieprzewidzianych sytuacji, inni uważają, że ryzyko spalenia świeżo uszczelnionego tranzystora jest znacznie zmniejszone. Będziemy trzymać się tego punktu widzenia i do napraw używać żarówki.

O obudowach składanych i niedemontowalnych

Najczęściej zasilacze impulsowe wykonywane są w obudowach. Wystarczy wspomnieć zasilacze komputerowe, różne adaptery podłączane do gniazdka, ładowarki do laptopów, telefonów komórkowych itp.

W przypadku zasilaczy komputerowych wszystko jest dość proste. Z metalowej obudowy odkręca się kilka śrubek, zdejmuje się metalową pokrywę i cała płytka z częściami jest już w rękach.

Jeśli obudowa jest plastikowa, należy poszukać małych śrubek z tyłu, gdzie znajduje się wtyczka zasilania. Wtedy wszystko jest proste i jasne, odkręć i zdejmij pokrywę. W tym przypadku można powiedzieć, że po prostu mieliśmy szczęście.

Ale ostatnio wszystko zmierza w stronę upraszczania i obniżania kosztów projektów, a połówki plastikowej obudowy są po prostu sklejone i dość mocno. Znajomy opowiedział mi jak zabrał podobny klocek do jakiegoś warsztatu. Na pytanie, jak go zdemontować, rzemieślnicy odpowiedzieli: „Czy nie jesteś Rosjaninem?” Następnie wzięli młotek i szybko podzielili ciało na dwie połowy.

Tak naprawdę jest to jedyny sposób na demontaż plastikowych sklejonych skrzynek. Trzeba tylko uderzać ostrożnie i niezbyt fanatycznie: pod wpływem uderzeń w korpus mogą zostać zerwane tory prowadzące do masywnych części, na przykład transformatorów czy dławików.

Pomaga także włożenie noża w szew i lekkie uderzenie tym samym młotkiem. To prawda, że po montażu pozostają ślady tej interwencji. Ale nawet jeśli na obudowie znajdują się drobne ślady, nie będziesz musiał kupować nowego urządzenia.

Jak znaleźć schemat

O ile dawniej niemal wszystkie urządzenia produkowane w kraju posiadały schematy obwodów, o tyle współcześni zagraniczni producenci elektroniki nie chcą dzielić się swoimi tajemnicami. Każdy sprzęt elektroniczny wyposażony jest jedynie w instrukcję obsługi, która wskazuje, które przyciski należy nacisnąć. Schematy obwodów nie są dołączone do instrukcji obsługi.

Zakłada się, że urządzenie będzie działać wiecznie lub naprawy będą przeprowadzane w autoryzowanych serwisach, w których dostępne są instrukcje napraw, zwane instrukcjami serwisowymi. Centra serwisowe nie mają prawa udostępniać tej dokumentacji każdemu, ale dzięki Bogu za Internet, te instrukcje serwisowe można znaleźć dla wielu urządzeń. Czasami można to zrobić bezpłatnie, czyli za darmo, a czasami niezbędne informacje można uzyskać za niewielką kwotę.

Ale nawet jeśli nie możesz znaleźć wymaganego obwodu, nie powinieneś rozpaczać, szczególnie podczas naprawy zasilaczy. Prawie wszystko staje się jasne po dokładnym zbadaniu planszy. Ten potężny tranzystor to nic innego jak przełącznik wyjściowy, a ten mikroukład to kontroler PWM.

W niektórych kontrolerach mocny tranzystor wyjściowy jest „ukryty” wewnątrz chipa. Jeśli te części są wystarczająco duże, to mają pełne oznaczenia, z których można znaleźć dokumentację techniczną (kartę danych) mikroukładu, tranzystora, diody lub diody Zenera. To właśnie te części stanowią podstawę zasilaczy impulsowych.

Nieco trudniej jest znaleźć arkusze danych dla małych komponentów SMD. Pełne oznaczenia nie mieszczą się na małej obudowie, zamiast tego na obudowie umieszcza się oznaczenie kodowe składające się z kilku (trzech, czterech) liter i cyfr. Za pomocą tego kodu, korzystając z tabel lub specjalnych programów, ponownie znalezionych w Internecie, można, choć nie zawsze, znaleźć dane referencyjne dla nieznanego elementu.

Przyrządy i narzędzia pomiarowe

Do naprawy zasilaczy impulsowych potrzebne będzie narzędzie, które powinien posiadać każdy radioamator. Przede wszystkim jest to kilka śrubokrętów, obcinaków bocznych, pęsety, czasem szczypiec, a nawet wspomnianego wyżej młotka. Dotyczy to prac hydraulicznych i instalacyjnych.

Do prac lutowniczych potrzebna będzie oczywiście lutownica, najlepiej kilka, o różnej mocy i wymiarach. Zwykła lutownica o mocy 25...40 W jest całkiem odpowiednia, ale lepiej, jeśli jest to lutownica nowoczesna z termostatem i stabilizacją temperatury.

Do lutowania części wielożyłowych warto mieć pod ręką, jeśli nie jakąś superdrogą, to chociaż prostą, niedrogą lutownicę. Umożliwi to lutowanie części wielopinowych bez większego wysiłku i zniszczenia płytek drukowanych.

Do pomiaru napięć, rezystancji i nieco rzadziej prądów potrzebny będzie multimetr cyfrowy, nawet jeśli niezbyt drogi, lub stary, dobry tester wskaźnikowy. Można przeczytać o tym, że jest za wcześnie, aby spisać urządzenie wskazujące na straty i jakie dodatkowe możliwości zapewnia, których nie mają nowoczesne multimetry cyfrowe.

Może zapewnić nieocenioną pomoc w naprawie zasilaczy impulsowych. Tutaj również całkiem możliwe jest użycie starego, nawet niezbyt szerokopasmowego oscyloskopu katodowego. Jeśli oczywiście można kupić nowoczesny oscyloskop cyfrowy, to jeszcze lepiej. Ale, jak pokazuje praktyka, podczas naprawy zasilaczy impulsowych można obejść się bez oscyloskopu.

Właściwie, w przypadku naprawy istnieją dwa możliwe wyniki: albo naprawić, albo pogorszyć. W tym miejscu warto przypomnieć prawo Hornera: „Doświadczenie rośnie wprost proporcjonalnie do liczby niesprawnych urządzeń”. I chociaż to prawo zawiera sporo humoru, w praktyce napraw wszystko wygląda dokładnie tak. Zwłaszcza na początku podróży.

rozwiązywanie problemów

Zasilacze impulsowe zawodzą znacznie częściej niż inne elementy sprzętu elektronicznego. Pierwszy efekt jest taki, że w sieci jest wysokie napięcie, które po wyprostowaniu i filtrowaniu staje się jeszcze wyższe. Dlatego wyłączniki mocy, jak i cała kaskada inwerterów, pracują w bardzo trudnych warunkach, zarówno elektrycznych, jak i termicznych. Najczęściej awarie występują w obwodzie pierwotnym.

Błędy można podzielić na dwa typy. W pierwszym przypadku awarii zasilacza impulsowego towarzyszy dym, eksplozje, zniszczenie i zwęglenie części, czasem ścieżek płytki drukowanej.

Wydawałoby się, że opcja jest najprostsza, wystarczy zmienić spalone części, przywrócić ścieżki i wszystko będzie działać. Ale próbując określić typ mikroukładu lub tranzystora, okazuje się, że oznaczenia części zniknęły wraz z obudową. Bez schematu, którego często nie ma pod ręką, nie da się dowiedzieć, co tu było. Czasami naprawa kończy się na tym etapie.

Drugi rodzaj awarii to cicha, jak powiedział Lyolik, bez hałasu i kurzu. Napięcia wyjściowe po prostu zniknęły bez śladu. Jeśli ten zasilacz impulsowy jest prostą kartą sieciową, taką jak ładowarka do telefonu komórkowego lub laptopa, przede wszystkim należy sprawdzić sprawność przewodu wyjściowego.

Najczęściej przerwa następuje albo w pobliżu złącza wyjściowego, albo na wyjściu z obudowy. Jeśli urządzenie jest podłączone do sieci za pomocą przewodu z wtyczką, to przede wszystkim należy upewnić się, że jest sprawne.

Po sprawdzeniu tych najprostszych obwodów można już ruszać w dzicz. W przypadku tych symboli weźmy obwód zasilania 19-calowego monitora LG_flatron_L1919s. Właściwie usterka była dość prosta: wczoraj się włączyła, a dzisiaj się nie włącza.

Pomimo pozornej powagi urządzenia – w końcu monitora, obwód zasilania jest dość prosty i przejrzysty.

Po otwarciu monitora odkryto kilka spuchniętych kondensatorów elektrolitycznych (C202, C206, C207) na wyjściu zasilacza. W takim przypadku lepiej wymienić wszystkie kondensatory na raz, w sumie sześć. Koszt tych części jest tani, więc nie należy czekać, aż one również spęcznieją. Po tej wymianie monitor zaczął działać. Nawiasem mówiąc, taka awaria jest dość powszechna w monitorach LG.

Spęcznione kondensatory uruchomiły obwód ochronny, którego działanie zostanie omówione nieco później. Jeżeli po wymianie kondensatorów zasilacz nie będzie działał to trzeba będzie szukać innych przyczyn. Aby to zrobić, spójrzmy na schemat bardziej szczegółowo.

Rys. 5. Zasilanie monitora LG_flatron_L1919s (kliknij na obrazek aby powiększyć)

Filtr przeciwprzepięciowy i prostownik

Napięcie sieciowe doprowadzane jest do mostka prostowniczego BD101 poprzez złącze wejściowe SC101, bezpiecznik F101 i filtr LF101. Wyprostowane napięcie przez termistor TH101 jest dostarczane do kondensatora wygładzającego C101. Kondensator ten wytwarza stałe napięcie 310 V, które jest dostarczane do falownika.

Jeżeli tego napięcia nie ma lub jest znacznie niższe od podanej wartości, należy sprawdzić bezpiecznik sieciowy F101, filtr LF101, mostek prostowniczy BD101, kondensator C101 i termistor TH101. Wszystkie te szczegóły można łatwo sprawdzić za pomocą multimetru. Jeśli podejrzewasz kondensator C101, lepiej go wymienić na znany, dobry.

Nawiasem mówiąc, bezpiecznik sieciowy nie tylko się przepala. W większości przypadków jego wymiana nie przywraca normalnej pracy zasilacza impulsowego. Dlatego należy szukać innych przyczyn prowadzących do przepalenia bezpiecznika.

Bezpiecznik powinien być zainstalowany na taki sam prąd, jak pokazano na schemacie i w żadnym wypadku nie powinien być „zasilany”. Może to prowadzić do jeszcze poważniejszych problemów.

Falownik

Falownik wykonany jest w układzie jednocyklowym. Układ kontrolera PWM U101 służy jako oscylator główny, do którego wyjścia podłączony jest tranzystor mocy Q101. Uzwojenie pierwotne transformatora T101 (piny 3-5) jest połączone z drenem tego tranzystora poprzez cewkę FB101.

Dodatkowe uzwojenie 1-2 z prostownikiem R111, D102, C103 służy do zasilania sterownika PWM U101 w stanie ustalonym pracy zasilacza. Kontroler PWM uruchamia się po włączeniu przez rezystor R108.

Napięcia wyjściowe

Zasilacz wytwarza dwa napięcia: 12 V/2 A do zasilania falownika podświetlenia i 5 V/2 A do zasilania części logicznej monitora.

Od uzwojenia 10-7 transformatora T101 poprzez zespół diod D202 i filtr C204, L202, C205 uzyskuje się napięcie 5V/2A.

Uzwojenia 8-6 łączy się szeregowo z uzwojeniami 10-7, z czego przy zastosowaniu zespołu diod D201 i filtra C203, L201, C202, C206, C207 uzyskuje się stałe napięcie 12V/2A.

Ochrona przed przeładowaniem

Rezystor R109 jest podłączony do źródła tranzystora Q101. Jest to czujnik prądu, który jest podłączony poprzez rezystor R104 do pinu 2 układu U101.

W przypadku przeciążenia na wyjściu wzrasta prąd płynący przez tranzystor Q101, co powoduje spadek napięcia na rezystorze R109, które poprzez rezystor R104 jest podawane na pin 2CS/FB mikroukładu U101 i sterownik przestaje generować impulsy sterujące (pin 6OUT ). Dlatego napięcie na wyjściu zasilacza zanika.

To właśnie to zabezpieczenie zadziałało w przypadku spęcznienia kondensatorów elektrolitycznych, o czym była mowa powyżej.

Poziom ochrony 0,9 V. Poziom ten jest ustalany przez źródło napięcia odniesienia wewnątrz mikroukładu. Dioda Zenera ZD101 o napięciu stabilizacji 3,3V jest połączona równolegle z rezystorem R109, który zabezpiecza wejście 2CS/FB przed przepięciem.

Napięcie 310V z kondensatora C101 podawane jest na pin 2CS/FB poprzez dzielnik R117, R118, R107, co zapewnia zadziałanie zabezpieczenia przed podwyższonym napięciem sieciowym. Dopuszczalny zakres napięcia sieciowego, przy którym monitor pracuje normalnie mieści się w przedziale 90…240V.

Stabilizacja napięcia wyjściowego

Wykonany na regulowanej diodzie Zenera U201 typu A431. Napięcie wyjściowe 12V/2A poprzez dzielnik R204, R206 (obydwa rezystory z tolerancją 1%) podawane jest na wejście sterujące R diody Zenera U201. Gdy tylko napięcie wyjściowe osiągnie 12 V, dioda Zenera otwiera się i zapala się dioda LED transoptora PC201.

W efekcie otwiera się tranzystor transoptora (piny 4, 3) i napięcie zasilania sterownika przez rezystor R102 podawane jest na pin 2CS/FB. Impulsy na pinie 6OUT znikają, a napięcie na wyjściu 12V/2A zaczyna spadać.

Napięcie na wejściu sterującym R diody Zenera U201 spada poniżej napięcia odniesienia (2,5 V), dioda Zenera zostaje zablokowana i wyłącza transoptor PC201. Na wyjściu 6OUT pojawiają się impulsy, napięcie 12V/2A zaczyna rosnąć i cykl stabilizacji powtarza się od nowa. Podobnie układ stabilizacji jest zbudowany w wielu zasilaczach impulsowych, np. w komputerach.

Okazuje się zatem, że do wejścia 2CS/FB sterownika za pomocą przewodowego OR podłączone są trzy sygnały: zabezpieczenie przed przeciążeniem, zabezpieczenie przed przepięciem sieci oraz wyjście układu stabilizatora napięcia wyjściowego.

W tym miejscu warto pamiętać, w jaki sposób można sprawdzić działanie tej pętli stabilizacyjnej. W tym celu wystarczy WYŁĄCZYĆ!!! z sieci zasilającej podać na wyjście napięcie 12V/2A z zasilacza regulowanego.

Lepiej jest podłączyć do wyjścia transoptora PC201 z testerem wskaźnikowym w trybie pomiaru rezystancji. Dopóki napięcie na wyjściu regulowanego źródła jest niższe niż 12 V, rezystancja na wyjściu transoptora będzie wysoka.

Teraz zwiększymy napięcie. Gdy tylko napięcie przekroczy 12 V, strzałka urządzenia gwałtownie spadnie w kierunku malejącego oporu. Oznacza to, że dioda Zenera U201 i transoptor PC201 działają prawidłowo. Dlatego stabilizacja napięcia wyjściowego powinna działać dobrze.

Dokładnie w ten sam sposób można sprawdzić działanie pętli stabilizacyjnej komputerowych zasilaczy impulsowych. Najważniejsze jest, aby zrozumieć, do jakiego napięcia jest podłączona dioda Zenera.

Jeżeli wszystkie powyższe sprawdzenia wypadły pomyślnie, a zasilanie nie uruchamia się, to należy sprawdzić tranzystor Q101 wyjmując go z płytki. Jeśli tranzystor działa prawidłowo, najprawdopodobniej winny jest układ U101 lub jego okablowanie. Przede wszystkim jest to kondensator elektrolityczny C105, który najlepiej sprawdzić wymieniając go na znany, dobry.