Блок інвертора або блок живлення. Як зробити зварювальний інвертор своїми руками

12.01.2024

Для виконання зварювальних робіт у домашніх умовах незамінний зварювальний інверторний апарат. Принцип його роботи заснований на використанні транзисторів та перемикачів, за допомогою яких спочатку мережна напруга трансформується у постійну.

Потім змінюються характеристики струму (підвищується частота синусоїди). Ці дії призводять до зниження значення напруги, що призводить до випрямлення струму, причому частота струму не змінюється.

Широке використання даних апаратів пов'язане з низкою його переваг, до яких можна віднести:

Невеликі габаритні розміри, а також мала вага, що суттєво полегшує працю при зварювальних роботах та дозволяє розташувати апарат у зручному місці;
Можливість виготовити його самостійно, витративши небагато коштів.Крім цього, збирання своїми руками дозволяє підібрати деталі з необхідними характеристиками, а також надалі досить просто виконати ремонт агрегату або заміну деталей для коригування характеристик;
Високий ККДщо дозволяє йому конкурувати з готовими апаратами.

Недоліками зварювального інвертора, який виготовлений самостійно, є:

Мінімальний термін служби, При неправильно підібраних деталях;
Відсутня можливість реалізувати додаткові функції, які здатні покращувати якість зварного шва;
При необхідності отримати апарат великої потужностіпотрібна організація додаткової системи охолодження, що збільшує кінцеву вартість та габарити.

Слід врахувати, що самостійне складання інвертора досить копітка працязаймає багато часу і вимагає певних навичок. Але сучасні виробники пропонують широкий вибір комплектуючих, що значно полегшує їхній вибір. Сам підбір деталей заснований на сумісності параметрів за типами та характеристикою, а також на можливості простої заміни надалі.

Основними елементами інвертора є:

блок живлення;
силова частина та її ключі.

До базових вихідних характеристик належать:

споживаний струм, причому його максимальне значення;
напруга та частота в мережі;
значення струму зварювання, у якому виконуватиметься шов.

Підготовчий етап

Перед тим, як приступити до купівлі деталей для виготовлення інвертора, необхідно точно представляти значення вихідних параметрів, а також мати електричні схеми всіх елементів (загальна схема, блок живлення).

Розглянемо виготовлення зварювального апарату із вхідними характеристиками:

напруга мережі 220 В;
частота 50 ГЦ;
сила струму 32 А.

На виході вийде струм, перетворений до величини 250 А, тобто збільшив своє значення в 8 разів. Даним апаратом можна виконувати зварний шов, розташувавши електрод менше 1 см до деталі, що зварюється.

Перед тим, як приступити до складання апарату, необхідно підготувати такі матеріали та інструменти:

викрутки (плоскі та хрестові) різних розмірів;
прилади для вимірювання напруги та сили струму (вольтметр та амперметр), які можна замінити сучасним універсальним вимірювальним приладом;
з невеликим жалом;
компоненти для виконання паяльних робіт (каніфоль, дріт);
осцилограф, застосування якого дозволить контролювати зміну синусоїди струму;
спеціальна сталь із відповідними електротехнічними параметрами;
бавовняна та скловолоконна тканини;
сердечник для трансформатора;
обмотки трансформаторів:
первинна на 100 витків із дроту діаметром 0,3 мм
вторинні (внутрішні - це 15 витків дротом 1 мм, середня - це 15 витків з дроту 0,2 мм, зовнішня - 20 витків, виконані дротом 0,35 мм);
текстоліт;
болти та саморізи;
транзистори з необхідними характеристиками;
дроти різного перерізу;
силовий кабель;
ізолятор або спеціальний папір.

Після виконання підготовчих робіт можна приступати до збирання.

Блок живлення інвертора

Плату, де знаходиться блок живлення інвертора, збирають окремо від силового елемента апарату. Крім цього їх потрібно розділити між собою листом металу, який закріплений до корпусу жорстко.

Основним елементом блока живлення є трансформатор, який можна зробити самостійно. З його допомогою напруга, яка надходить з мережі, буде перетворюватися до величини безпечної для життя, а потім підвищуватиме силу струму для виконання зварювання.

Матеріалом для осердя може бути залізо розмірів 7х7 або 8х8.При цьому можна брати як стандартні пластини або відрізати необхідний шматок металу від наявного листа. Обмотка виконується мідним дротом марки ПЕВ, оскільки саме цей матеріал максимально забезпечує необхідні характеристики (малий переріз за достатньої ширини).

Використання іншого матеріалу як обмотки може суттєво вплинути на характеристики трансформатора, наприклад, збільшити нагрівання даної деталі.

Складання трансформатора, що складається з 2-х обмоток, починають створення первинної обмотки. Для цього дріт перетином 0,3 мм обмотують 100 разів на сердечник. При цьому важливо, щоб обмотка займала всю ширину сердечника. Ця особливість дозволить покращити роботу інвертора при перепадах напруги в процесі подальшої роботи.

При цьому кожен виток повинен щільно прилягати до попереднього, при цьому нахльост краще уникати. Після того як усі 100 витків виконані, необхідно укласти шар спеціального ізолюючого паперу або тканини зі скловолокон. Слід врахувати, що папір буде темніти в процесі експлуатації.

Далі виконують вторинну обмотку. Для цього необхідно взяти мідний провід перетином 1 мм і зробити 15 оборотів, намагаючись розподілити їх по всій ширині на рівній відстані один від одного. Після покриття їх лаком і просушування намотують 2 шар мідним проводом перетином 0,2 мм, роблячи також 15 оборотів.

Їх також необхідно розподілити, як і в попередньому випадку, і ізолювати. Останнім шаром для вторинної обмотки буде ПЕВ перерізом 0,35 мм, витків при цьому буде 20. Останній шар також необхідно ізолювати.

Корпус

Далі починають виготовлення корпусу. Його розмір повинен бути порівнянний з габаритами трансформатора і плюс 70% на розміщення інших деталей інвертора. Сам корпус може бути виконаний із листової сталі товщиною 0,5-1 мм.

Для з'єднання кутів можна використовувати болти або за допомогою спеціальних верстатів згинання вигнути лист до потрібних розмірів. Якщо на корпусі розташувати ручку для кріплення інвертора на ремені або для простоти перенесення, це значно полегшить експлуатацію приладу в подальшому.

Крім цього, конструкція корпусу повинна передбачати досить простий доступ до всіх деталей, які розташовані всередині нього. На ньому необхідно зробити кілька технологічних отворів для перемикачів, кнопки живлення, світлової сигналізації про працездатність, а також кабельні роз'єми.

Силова частина та інверторний блок

Силовим блоком для інвертора служить трансформатор, особливістю якого є наявність 2 сердечників, які мають поруч із маленьким зазором, прокладаючи аркуш паперу. Цей трансформатор збирається аналогічно до попереднього. Важливою деталлю є те, що ізоляційний шар між витками дроту необхідно посилити, що дозволить не допустити пробою напруги. Крім цього, між шарами проводів укладають прокладки, виготовлені з фторопласту.

До силової частини можна віднести конденсатори, які з'єднані згідно зі схемою.Вони призначені для зменшення резонансу трансформаторів, а також покликані мінімізувати та компенсувати втрати струму у транзисторах.

Інверторний блок апарату служить для перетворення струму, у якого під час виходу підвищується частота. Для цього в інвертор використовують транзистори чи діоди. Якщо вирішено використовувати діоди в цьому блоці, їх необхідно зібрати в косий міст за спеціальною схемою. Висновки з нього йдуть до транзисторів, призначених для повернення змінного струму з більшою частотою. Діодний міст та транзистори повинні бути розділені перегородкою.

Система охолодження

Оскільки всі елементи агрегату піддаються нагріванню, необхідно організувати систему охолодження, яка забезпечить безперебійну надійну роботу. Для цього можна використовувати кулери від комп'ютерів, а також виконати кілька додаткових отворів у корпусі для легкого доступу повітря до апарата. Однак таких отворів не повинно бути занадто багато, щоб уникнути попадання зайвого пилу в корпус.

Кулери повинні розташовуватись таким чином, щоб вони могли працювати на виведення повітря з корпусу апарату.Елементи охолодження потребують профілактики, наприклад, заміни термопасти, тому доступ до них має бути простим.

Є кілька деталей в інверторі, які потребують обов'язкового охолодження. Це трансформатори. Для їх охолодження розумно монтувати 2 вентилятори. Крім цього, додаткового охолодження потребує діодний міст. Він встановлюється на радіаторі.

Установка такого елемента, як термодатчик, і подальше його з'єднання зі світлодіодом на корпусі дозволить подавати сигнал при досягненні неприпустимої температури та відключати інвертор від живлення для охолодження.

Складання

Складання інвертора здійснюється в наступному порядку:

на основу корпусу розташовується трансформатор, діодний міст, схема керування;
виконується скручування, спайка та кріплення між собою всіх проводів;
на зовнішній панелі виводяться світлова індикація, кнопка запуску, роз'єм кабелю.

Коли все встановлено, можна перевірити роботу апарата.

Перевірка роботи

Щоб перевірити апарат, необхідно використовувати для цього осцилограф. Інвертор підключають до мережі 220 В, а потім по приладу перевіряються, наскільки вихідні параметри відповідають необхідним. Наприклад, напруга повинна бути в межах 500-550 В. При абсолютно правильному збиранні та правильно підібраних деталях, це значення не повинно переходити поріг у 350 В.

Після таких вимірів та прийнятних показників осцилографа, можна приступати до виконання зварювального шва. Після того, як перший електрод повністю вигорить, необхідно провести вимірювання температури на трансформаторі. Якщо він кипить, то схема потребує доопрацювання, апарат необхідно відключити та внести зміни. Тільки після того, як вжито заходів щодо усунення цього недоліку, можна повторно виконати запуск з таким же виміром температури після закінчення роботи.

Правила експлуатації

Зварювальний інвертор можна застосовувати як для зварювання деталей виконаних із чорного металу, так і роботи з кольоровим. Він корисний як у приватному будинку, на дачі, так і в гаражі.

При його експлуатації необхідно стежити за якістю напруги та частоти у мережі.

Для тривалого використання даного агрегату необхідно періодично перевіряти працездатність окремих його очищення, виконувати профілактичні заходи щодо очищення його від пилу та бруду.

При самостійному виготовленні інвертора необхідно:

мати схеми всіх елементів апарату;
правильно підбирати комплектуючі;
витримувати всі необхідні зазори та ретельно ізолювати елементи;
дотримуватись правил техніки безпеки.

Зварювальний інвертор з комп'ютерного блоку живлення своїми руками стає все більш популярним серед професіоналів, так і серед зварювальників-аматорів. Переваги таких апаратів у тому, що вони зручні та легкі.

Застосування інверторного джерела живлення дозволяє якісно покращити характеристики зварювальної дуги, зменшити розмір силового трансформатора і тим самим полегшити вагу приладу, дає можливість зробити плавнішими регулювання та зменшити розбризкування при зварюванні. Мінусом зварювального апарату інверторного типу є значно більша вартість, ніж у трансформаторного аналога.

Щоб не переплачувати в магазинах великі суми грошей за зварювання можна виготовити. Для цього потрібний робочий комп'ютерний блок живлення, кілька електровимірювальних приладів, інструменти, базові знання та практичні навички в електротехнічних роботах. Також незайвим буде мати відповідну літературу.

Якщо немає впевненості у своїх силах, то варто звернутися по готовий зварювальний апарат до магазину, інакше при найменшій помилці в процесі збирання є ризик отримати електроудар або спалити всю електропроводку. Але якщо є досвід збирати схеми, перемотувати трансформатори та створювати електроприлади своїми руками, можна сміливо приступати до виконання збирання.

Принцип роботи інверторного зварювання

Зварювальний інвертор складається з понижуючого напругу мережі силового трансформатора, дроселів-стабілізаторів, що зменшують пульсацію струму, та блоку електросхем. Для схем можна використовувати транзистори MOSFET чи IGBT.

Принцип дії інвертора полягає в наступному: змінний струм від мережі направляється на випрямляч, після чого в силовому модулі відбувається перетворення постійного струму змінний з підвищенням частоти. Далі струм надходить на високочастотний трансформатор, але в виході з нього виходить струм зварювальної дуги.

Повернутись до змісту

Інструменти, необхідні для виготовлення інвертора

Щоб зібрати зварювальний інвертор із блока живлення своїми руками, знадобляться такі інструменти:

паяльник;
викрутки з різними наконечниками;
плоскогубці;
кусачки;
дриль або шуруповерт;
крокодили;
проводи необхідного перерізу;
тестер;
мультиметр;
витратні матеріали (дроти, припій для паяння, ізолятора, шурупи та інші).

Щоб створити зварювальний апарат із комп'ютерного блоку живлення, необхідні матеріали для створення друкованої плати, гетинакс, запасні елементи. Щоб зменшити кількість роботи, варто звернутися до магазину за готовими власниками електродів. Однак можна зробити їх самостійно, припаявши крокодили до проводів необхідного діаметра. При цій роботі важливо дотримуватися полярності.

Повернутись до змісту

Порядок збирання зварювального апарату

Насамперед, щоб створити зварювальний апарат із комп'ютерного блоку живлення, необхідно дістати джерело живлення з корпусу комп'ютера та виконати його розбирання. Основні елементи, які можна з нього використати, це кілька запчастин, вентилятор та стандартні пластини корпусу. Тут важливо врахувати режим охолодження. Від цього залежить які елементи для забезпечення необхідної вентиляції потрібно додати.

Роботу стандартного вентилятора, який охолоджуватиме майбутній зварювальний апарат із комп'ютерного блоку, необхідно протестувати у кількох режимах. Така перевірка дозволить переконатися у працездатності елемента. Щоб зварювальний апарат під час роботи не перегрівався, можна поставити додаткове, потужніше джерело охолодження.

Для контролю необхідної температури необхідно встановити термопару. Оптимальна температура для зварювального апарату не повинна перевищувати 72-75°С.

Але насамперед слід встановити на зварювальний апарат з комп'ютерного блоку живлення необхідного розміру ручку для перенесення та зручності роботи. Ручка встановлюється на верхній панелі блоку за допомогою шурупів.

Важливо вибрати оптимальні шурупи по довжині, інакше занадто великі можуть зачепити внутрішню схему, що неприпустимо. На цьому етапі роботи слід потурбуватися про хорошу вентиляцію апарату. Розміщення елементів усередині блоку живлення дуже щільне, тому в ньому слід заздалегідь влаштувати велику кількість наскрізних отворів. Виконуються вони дрилем або шуруповертом.

Далі, щоб створити схему інвертора можна використовувати кілька трансформаторів. Зазвичай вибирають 3 трансформатори типу ETD59, E20 і Kх20х10х5. Знайти їх можна практично у будь-якому магазині радіоелектроніки. А якщо вже є досвід створення трансформаторів самим, то простіше виконати їх своїми руками, орієнтуючись на кількість витків і робочі характеристики трансформаторів. Знайти подібну інформацію в інтернеті не складе жодних труднощів. Може знадобитися трансформатор струму K17х6х5.

Виконувати саморобні трансформатори краще з гетинаксових котушок, обмоткою послужить емаль-провід, перетином 1.5 або 2 мм. Можна використовувати мідну бляху 0.3х40 мм, попередньо обернувши її міцним папером. Підійде термопапір від касового апарату (0.05 мм), він міцний і не так рветься. Обтискання слід робити з дерев'яних колодок, після чого всю конструкцію потрібно залити «епоксидкою» або покрити лаком.

Створюючи зварювальний апарат із комп'ютерного блоку, можна використовувати трансформатор із мікрохвильової печі або старих моніторів, не забуваючи змінювати кількість витків обмотки. При цій роботі незайвим користуватиметься електротехнічною літературою.

Як радіатор можна використовувати PIV, попередньо розпиляний на 3 частини або інші радіатори від старих комп'ютерів. Придбати їх можна у спеціалізованих магазинах, які займаються розбиранням та модернізацією комп'ютерів. Такі варіанти дозволять приємно заощадити час і сили на пошуках відповідного охолодження.

Щоб створити апарат із комп'ютерного блоку живлення, обов'язково слід використовувати однотактний прямоходовий квазімистий міст, або «косий міст». Цей елемент є одним із основних у роботі зварювального апарату, тому на ньому краще не економити, а придбати новий у магазині.

Друковані плати можна завантажити в Інтернеті. Це значно полегшить відтворення схеми. У процесі створення плати знадобляться конденсатори, 12-14 штук, 0.15 мк, 630 вольт. Вони потрібні для блокування резонансних викидів струму від трансформатора. Також, щоб виготовити такий апарат з комп'ютерного блоку живлення, знадобляться конденсатори С15 чи С16 з маркою К78-2 чи СВВ-81. Транзистори та вихідні діоди слід встановлювати на радіатори, не використовуючи додаткових прокладок.

В процесі роботи необхідно постійно використовувати тестер і мультиметр, щоб уникнути помилок і для більш швидкого складання схеми.

Після виготовлення всіх необхідних частин слід розмістити їх у корпусі з подальшим розведенням. Температуру на термопарі варто виставити в 70 ° С: це захистить всю конструкцію від перегріву. Після збирання зварювальний апарат із комп'ютерного блоку необхідно попередньо протестувати. Інакше при допущеній в ході збирання помилці можна спалити всі основні елементи, а то й отримати удар струмом.

На лицьовій стороні слід встановити два контактоутримувачі та кілька регуляторів сили струму. Вимикач апарату в такій конструкції буде стандартний тумблер комп'ютерного блоку. Корпус готового апарату після збирання потрібно додатково зміцнити.

У більшості сучасних електронних пристроїв практично не використовуються аналогові (трансформаторні) блоки живлення, на зміну їм прийшли імпульсні перетворювачі напруги. Щоб зрозуміти, чому так сталося, необхідно розглянути конструктивні особливості, а також сильні та слабкі сторони цих пристроїв. Ми також розповімо про призначення основних компонентів імпульсних джерел, наведемо простий приклад реалізації, який можна зібрати своїми руками.

Конструктивні особливості та принцип роботи

З кількох способів перетворення напруги для живлення електронних компонентів, можна виділити два, що отримали найбільше поширення:

Аналоговий, основним елементом якого є понижувальний трансформатор, крім основної функції, що ще й забезпечує гальванічну розв'язку.
Імпульсний принцип.

Розглянемо чим відрізняються ці два варіанти.

БП на основі силового трансформатора

Розглянемо спрощену структурну схему цього пристрою. Як видно з малюнка, на вході встановлений понижуючий трансформатор, з його допомогою проводиться перетворення амплітуди напруги живлення, наприклад з 220 В отримуємо 15 В. Наступний блок - випрямляч, його завдання перетворити синусоїдальний струм в імпульсний (гармоніка показана над умовним зображенням). Для цієї мети використовуються напівпровідникові випрямні елементи (діоди), підключені за мостовою схемою. Їхній принцип роботи можна знайти на нашому сайті.

Наступний блок грає виконує дві функції: згладжує напругу (для цього використовується конденсатор відповідної ємності) і стабілізує його. Останнє необхідно, щоб напруга не провалювалася при збільшенні навантаження.

Наведена структурна схема сильно спрощена, зазвичай, у джерелі цього типу є вхідний фільтр і захисні ланцюга, але пояснення роботи пристрою це важливо.

Усі недоліки наведеного варіанта безпосередньо чи опосередковано пов'язані з основним елементом конструкції – трансформатором. По-перше, його вага та габарити, обмежують мініатюризацію. Щоб не бути голослівним наведемо як приклад знижувальний трансформатор 220/12 номінальною потужністю 250 Вт. Вага такого агрегату – близько 4 кілограм, габарити 125х124х89 мм. Можете уявити, скільки важила зарядка для ноутбука на його основі.

По-друге, вартість таких пристроїв часом багаторазово перевищує сумарну вартість інших компонентів.

Імпульсні пристрої

Як видно з структурної схеми, наведеної на малюнку 3, принцип роботи даних пристроїв істотно відрізняється від аналогових перетворювачів, насамперед відсутністю вхідного понижуючого трансформатора.

Малюнок 3. Структурна схема імпульсного блоку живлення

Розглянемо алгоритм роботи такого джерела:

Живлення надходить на мережевий фільтр, його завдання мінімізувати мережні перешкоди як вхідні, так і вихідні, що виникають внаслідок роботи.
Далі вступає в роботу блок перетворення синусоїдальної напруги в постійне імпульсне і згладжує фільтр.
На наступному етапі до процесу підключається інвертор, його завдання пов'язане з формуванням високочастотних прямокутних сигналів. Зворотний зв'язок із інвертором здійснюється через блок управління.
Наступний блок - ІТ, він необхідний для автоматичного генераторного режиму, подачі напруги на ланцюга, захисту, керування контролером, а також навантаження. Крім цього завдання ІТ входить забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами високої та низької напруги.

На відміну від понижуючого трансформатора, сердечник цього пристрою виготовляється з феримагнітних матеріалів, це сприяє надійній передачі сигналів ВЧ, які можуть бути в діапазоні 20-100 кГц. Характерна риса ІТ полягає в тому, що при його підключенні критично включення початку та кінця обмоток. Невеликі розміри цього пристрою дозволяють виготовляти прилади мініатюрних розмірів, як приклад можна навести електронну обв'язку (баласт) світлодіодної або енергозберігаючої лампи.

Далі вступає в роботу вихідний випрямляч, оскільки він працює з високочастотною напругою, для процесу необхідні напівпровідникові швидкодіючі елементи, тому для цієї мети застосовують діоди Шоттки.
На завершальній фазі виробляється згладжування на вигідному фільтрі, після чого напруга подається на навантаження.

Тепер, як і обіцяли, розглянемо принцип роботи основного елемента пристрою – інвертора.

Як працює інвертор?

ВЧ модуляцію можна зробити трьома способами:

частотно-імпульсним;
фазо-імпульсним;
широтно-імпульсним.

Насправді застосовується останній варіант. Це пов'язано як із простотою виконання, так і тим, що у ШІМ незмінна комунікаційна частота, на відміну від двох інших способів модуляції. Структурна схема, що описує роботу контролера, показано нижче.

Алгоритм роботи пристрою наступний:

Генератор частоти, що задає, формує серію прямокутних сигналів, частота яких відповідає опорній. На основі цього сигналу формується U П пилкоподібної форми, що надходить на вхід компаратора ДО ШИМ. До другого входу цього пристрою підводиться сигнал U УС, що надходить з підсилювача, що регулює. Сформований цим підсилювачем сигнал відповідає пропорційної різниці U П (опорна напруга) та U РС (регулюючий сигнал від ланцюга зворотного зв'язку). Тобто, керуючий сигнал U УС, по суті, напругою неузгодженості з рівнем, що залежить від струму на вантажі, так і напруги на ній (U OUT).

Даний спосіб реалізації дозволяє організувати замкнутий ланцюг, який дозволяє керувати напругою на виході, тобто, по суті, говоримо про лінійно-дискретний функціональний вузл. На його виході формуються імпульси, з тривалістю, яка залежить від різниці між опорним і управляючим сигналом. На його основі створюється напруга для керування ключовим транзистором інвертора.

Процес стабілізації напруги на виході проводиться шляхом відстеження його рівня, при зміні його пропорційно змінюється напруга регулюючого сигналу U РС, що призводить до збільшення або зменшення тривалості між імпульсами.

В результаті відбувається зміна потужності вторинних ланцюгів, завдяки чому забезпечується стабілізація напруги на виході.

Для забезпечення безпеки необхідна гальванічна розв'язка між мережею живлення і зворотним зв'язком. Як правило, для цієї мети використовуються оптрони.

Сильні та слабкі сторони імпульсних джерел

Якщо порівнювати аналогові та імпульсні пристрої однакової потужності, то останні будуть такі переваги:

Невеликі розміри та вага, за рахунок відсутності низькочастотного понижуючого трансформатора та керуючих елементів, що вимагають відведення тепла за допомогою великих радіаторів. Завдяки використанню технології перетворення високочастотних сигналів можна зменшити ємність конденсаторів, що використовуються у фільтрах, що дозволяє встановлювати елементи менших габаритів.
Вищий ККД, оскільки основні втрати викликають лише перехідні процеси, тоді як у аналогових схемах багато енергії постійно втрачається при електромагнітному перетворенні. Результат говорить сам за себе збільшення ККД до 95-98%.
Найменша вартість за рахунок застосування менш потужних напівпровідникових елементів.
Більше широкий діапазон вхідної напруги. Такий тип обладнання не вимогливий до частоти та амплітуди, отже, допускається підключення до різних за стандартом мереж.
Наявність надійного захисту від КЗ, перевищення навантаження та інших позаштатних ситуацій.

До недоліків імпульсної технології слід віднести:

Наявність ВЧ перешкод є наслідком роботи високочастотного перетворювача. Такий фактор вимагає встановлення фільтра, що пригнічує перешкоди. На жаль, його робота не завжди ефективна, що накладає деякі обмеження застосування пристроїв даного типу у високоточній апаратурі.

Особливі вимоги до навантаження вона не повинна бути зниженою або підвищеною. Як тільки рівень струму перевищить верхній чи нижній поріг, характеристики напруги на виході почнуть суттєво відрізнятись від штатних. Як правило, виробники (останнім часом навіть китайські) передбачають такі ситуації та встановлюють у свої вироби відповідний захист.

Сфера використання

Практично вся сучасна електроніка запитується від блоків даного типу, як приклад можна навести:

Збираємо імпульсний БП своїми руками

Розглянемо схему простого джерела живлення, де застосовується вищеописаний принцип роботи.

Позначення:

Резистори: R1 - 100 Ом, R2 - від 150 кОм до 300 кОм (підбирається), R3 - 1 кОм.
Ємності: С1 і С2 - 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 - 0,22 мкФ х 400 В, С5 - 6800 -15000 пФ (підбирається), 012 мкФ, С6 - 10 м 50 В, С7 - 220 мкФ х 25 В, С8 - 22 мкФ х 25 В.
Діоди: VD1-4 – КД258В, VD5 та VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
Транзистор VT1 - KT872A.
Стабілізатор напруги D1 – мікросхема КР142 з індексом ЕН5 – ЕН8 (залежно від необхідної напруги на виході).
Трансформатор Т1 – використовується феритовий осердя ш-подібної форми розмірами 5х5. Первинна обмотка намотується 600 витків дротом Ø 0,1 мм, вторинна (висновки 3-4) містить 44 витки Ø 0,25 мм, і остання – 5 витків Ø 0,1 мм.
Запобіжник FU1 – 0.25А.

Налаштування зводиться до підбору номіналів R2 та С5, що забезпечують збудження генератора при вхідній напрузі 185-240 В.

Конструктивні особливості та принцип роботи

Аналоговий, основним елементом якого є понижувальний трансформатор, крім основної функції, що ще й забезпечує гальванічну розв'язку.
Імпульсний принцип.

Розглянемо чим відрізняються ці два варіанти.

БП на основі силового трансформатора

По-друге, вартість таких пристроїв часом багаторазово перевищує сумарну вартість інших компонентів.

Імпульсні пристрої

Малюнок 3. Структурна схема імпульсного блоку живлення

Розглянемо алгоритм роботи такого джерела:

Живлення надходить на мережевий фільтр, його завдання мінімізувати мережні перешкоди як вхідні, так і вихідні, що виникають внаслідок роботи.
Далі вступає в роботу блок перетворення синусоїдальної напруги в постійне імпульсне і згладжує фільтр.
На наступному етапі до процесу підключається інвертор, його завдання пов'язане з формуванням високочастотних прямокутних сигналів. Зворотний зв'язок із інвертором здійснюється через блок управління.
Наступний блок - ІТ, він необхідний для автоматичного генераторного режиму, подачі напруги на ланцюга, захисту, керування контролером, а також навантаження. Крім цього завдання ІТ входить забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами високої та низької напруги.

На відміну від понижуючого трансформатора, сердечник цього пристрою виготовляється з феримагнітних матеріалів, це сприяє надійній передачі сигналів ВЧ, які можуть бути в діапазоні 20-100 кГц. Характерна риса ІТ полягає в тому, що при його підключенні критично включення початку та кінця обмоток. Невеликі розміри цього пристрою дозволяють виготовляти прилади мініатюрних розмірів, як приклад можна навести електронну обв'язку (баласт) світлодіодної або енергозберігаючої лампи.

Далі вступає в роботу вихідний випрямляч, оскільки він працює з високочастотною напругою, для процесу необхідні напівпровідникові швидкодіючі елементи, тому для цієї мети застосовують діоди Шоттки.
На завершальній фазі виробляється згладжування на вигідному фільтрі, після чого напруга подається на навантаження.

Тепер, як і обіцяли, розглянемо принцип роботи основного елемента пристрою – інвертора.

Як працює інвертор?

ВЧ модуляцію можна зробити трьома способами:

частотно-імпульсним;
фазо-імпульсним;
широтно-імпульсним.

Алгоритм роботи пристрою наступний:

Сильні та слабкі сторони імпульсних джерел

Якщо порівнювати аналогові та імпульсні пристрої однакової потужності, то останні будуть такі переваги:

Невеликі розміри та вага, за рахунок відсутності низькочастотного понижуючого трансформатора та керуючих елементів, що вимагають відведення тепла за допомогою великих радіаторів. Завдяки використанню технології перетворення високочастотних сигналів можна зменшити ємність конденсаторів, що використовуються у фільтрах, що дозволяє встановлювати елементи менших габаритів.
Вищий ККД, оскільки основні втрати викликають лише перехідні процеси, тоді як у аналогових схемах багато енергії постійно втрачається при електромагнітному перетворенні. Результат говорить сам за себе збільшення ККД до 95-98%.
Найменша вартість за рахунок застосування менш потужних напівпровідникових елементів.
Більше широкий діапазон вхідної напруги. Такий тип обладнання не вимогливий до частоти та амплітуди, отже, допускається підключення до різних за стандартом мереж.
Наявність надійного захисту від КЗ, перевищення навантаження та інших позаштатних ситуацій.

До недоліків імпульсної технології слід віднести:

Сфера використання

Практично вся сучасна електроніка запитується від блоків даного типу, як приклад можна навести:

Збираємо імпульсний БП своїми руками

Розглянемо схему простого джерела живлення, де застосовується вищеописаний принцип роботи.

Позначення:

Резистори: R1 - 100 Ом, R2 - від 150 кОм до 300 кОм (підбирається), R3 - 1 кОм.
Ємності: С1 і С2 - 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 - 0,22 мкФ х 400 В, С5 - 6800 -15000 пФ (підбирається), 012 мкФ, С6 - 10 м 50 В, С7 - 220 мкФ х 25 В, С8 - 22 мкФ х 25 В.
Діоди: VD1-4 – КД258В, VD5 та VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
Транзистор VT1 - KT872A.
Стабілізатор напруги D1 – мікросхема КР142 з індексом ЕН5 – ЕН8 (залежно від необхідної напруги на виході).
Трансформатор Т1 – використовується феритовий осердя ш-подібної форми розмірами 5х5. Первинна обмотка намотується 600 витків дротом Ø 0,1 мм, вторинна (висновки 3-4) містить 44 витки Ø 0,25 мм, і остання – 5 витків Ø 0,1 мм.
Запобіжник FU1 – 0.25А.

Тип блоку живлення, як помітили — імпульсний. Таке рішення різко зменшує вагу і розміри конструкції, але працює не гірше за звичайний мережевий трансформатор, до якого ми звикли. Схему зібрано на потужному драйвері IR2153. Якщо мікросхема в DIP корпусі, діод потрібно ставити обов'язково. На рахунок діода - зверніть увагу, він не звичайний, а ультрашвидкий, оскільки робоча частота генератора становить десятки кілогерців і звичайні діоди випрямлячі тут не підійдуть.

У моєму випадку вся схема була зібрана на «розсипусі», оскільки збирав лише для перевірки працездатності. Мною схема практично не налаштовувалась і відразу запрацювала як швейцарський годинник.

Трансформатор- Бажано взяти готовий, від комп'ютерного блоку живлення (підійде буквально будь-який, я взяв трансформатор з кіскою від блоку живлення АТХ 350 Вт). На виході трансформатора можна використовувати випрямляч з діодів ШОТТКИ (теж можна знайти в комп'ютерних блоках живлення), або будь-які швидкі та ультрашвидкі діоди зі струмом 10 Ампер та більше, також можна ставити наші КД213А.

Схему підключайте в мережу через лампу розжарювання 220 Вольт 100 ват, у моєму випадку всі тести робив інвертором 12-220 із захистом від КЗ та перевантаження і тільки після точного налаштування наважився підключити до мережі 220 Вольт.

Як має працювати зібрана схема?

Ключі холодні, без вихідного навантаження (у мене навіть з вихідним навантаженням 50 Вт ключі залишалися крижаними).
Мікросхема має перегріватися під час роботи.
На кожному конденсаторі має бути напруга близько 150 Вольт, хоча номінал цієї напруги може відкланятися на 10-15 Вольт.
Схема має працювати безшумно.
Резистор живлення мікросхеми (47к) повинен трохи перегріватись під час роботи, можливий також нікчемний перегрів резистора снаббера (100 Ом).

Основні проблеми, що виникають після складання

Проблема 1.Зібрали схему, при підключенні контрольна лампочка, яка підключена на вихід трансформатора блимає, а сама схема видає незрозумілі звуки.

Рішення. Швидше за все, не вистачає напруги для живлення мікросхеми, спробуйте знизити опір резистора 47к до 45, якщо не допоможе, то до 40 і так (з кроком 2-3кОм) доти, доки схема не запрацює нормально.

Проблема 2.Зібрали схему, при подачі живлення нічого не гріється і не вибухає, але напруга та струм на виході трансформатора мізерні (майже рівні нулю)

Рішення. Замініть конденсатор 400Вольт 1мкФ на дросель 2мГн.

Проблема 3.Один із електролітів сильно гріється.

Рішення. Швидше за все він неробочий, замініть на новий і заразом перевірте діодний випрямляч, може саме через неробочий випрямляч на конденсатор надходить зміна.

Імпульсний блок живлення на ir2153 можна використовувати для живлення потужних, високоякісних підсилювачів, або ж використовувати як зарядний пристрій для потужних свинцевих акумуляторів, можна і як блок живлення - все на ваш розсуд.

Потужність блоку може сягати 400 ВтДля цього потрібно буде використовувати трансформатор від АТХ на 450 Вт і замінити електролітичні конденсатори на 470мкФ - і все!

В цілому, імпульсний блок живлення своїми руками можна зібрати всього за 10-12$ і то якщо брати всі компоненти з радіомагазину, але у кожного радіоаматора знайдеться більше половини радіодеталей, використаних у схемі.