Що таке імпульсний блок живлення і чим він відрізняється від звичайного аналогового. Імпульсні блоки живлення

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:

1. Аналоговий, основним елементом якого є понижувальний трансформатор, крім основної функції, що ще й забезпечує гальванічну розв'язку.
2. 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.

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

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

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

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

Принцип дії

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

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

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

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

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

Схема роботи ДБЖ

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

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

• Швидке відновлення, що дозволяє мати малі втрати.
• Мінімальне падіння напруги. Для зниження напруги виходу застосовують транзистор, у ньому випрямляється переважна більшість напруги.

Схема імпульсного блоку мінімального розміру

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

Деякі види ДБЖ

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

Особливості

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

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

Особливості лабораторних блоків

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

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

Застосування імпульсних блоків

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

Імпульсні блоки живлення застосовуються в джерелах безперебійного живлення, підсилювачах, приймачах, телевізорах, зарядних пристроях, для низьковольтних ліній освітлення, комп'ютерній, медичній техніці та інших різних приладах та пристроях широкого призначення.

Гідності й недоліки

ДБЖ має такі переваги та переваги:

• Невелика вага.
• Збільшений ККД.
• Невелика ціна.
• Інтервал напруги живлення ширший.
• Вбудовані блоки захисту.

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

У трансформаторів низької частоти втрачається багато енергії, розсіюється тепло під час перетворень. У ДБЖ максимальні втрати виникають при перехідних комутаційних процесах. Іншим часом транзистори стійкі, вони закриті чи відкриті. Створено умови збереження енергії, ККД досягає 98%.

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

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

Недоліки

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

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

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

Перетворювач виконаний на транзисторі VT1 та трансформаторі Т1. Мережевий напруга через мережевий фільтр (СФ) подається на мережевий випрямляч (СВ), де воно випрямляється, фільтрується конденсатором фільтра Сф і через обмотку W1 трансформатора Т1 подається на колектор транзистора VT1. При подачі в ланцюг бази транзистора прямокутного імпульсу транзистор відкривається і через нього протікає наростаючий струм Iк. Цей струм буде протікати і через обмотку W1 трансформатора Т1, що призведе до того, що в сердечнику трансформатора збільшується магнітний потік, при цьому у вторинній обмотці W2 трансформатора наводиться ЕРС самоіндукції. Зрештою на виході діода VD з'явиться позитивна напруга. При цьому якщо ми збільшуватимемо тривалість імпульсу прикладеного до бази транзистора VT1, у вторинному ланцюзі буде збільшуватися напруга, тому енергії буде віддаватися більше, а якщо зменшувати тривалість, відповідно напруга буде зменшуватися. Таким чином, змінюючи тривалість імпульсу ланцюга бази транзистора, ми можемо змінювати вихідні напруги вторинної обмотки Т1, а отже здійснювати стабілізацію вихідних напруг БП.
Єдине що для цього необхідно - схема, яка формуватиме імпульси запуску та керуватиме їх тривалість (широтою). Як таку схему використовується ШІМ контролер. ШІМ – це широтно-імпульсна модуляція. До складу ШІМ контролера входить генератор імпульсів, що задає (визначає частоту роботи перетворювача), схеми захисту, контролю і логічна схема, яка і управляє тривалістю імпульсу.
Для стабілізації вихідних напруг ДБЖ, схема ШІМ контролера «повинна знати» величину вихідної напруги. Для цих цілей використовується ланцюг стеження (або ланцюг зворотного зв'язку), виконаний на оптопарі U1 та резисторі R2. Збільшення напруги у вторинному ланцюзі трансформатора T1 призведе до збільшення інтенсивності випромінювання світлодіода, а отже зменшення опору переходу фототранзистора (входять до складу оптопари U1). Що в свою чергу, призведе до збільшення падіння напруги на резисторі R2, який послідовно включений фототранзистору і зменшення напруги на виведенні 1 ШІМ контролера. Зменшення напруги змушує логічну схему, що входить до складу ШІМ контролера, збільшувати тривалість імпульсу до тих пір, поки напруга на 1-му виводі не буде відповідати заданим параметрам. При зменшенні напруги – процес зворотний.
У ДБЖ застосовуються 2 принципи реалізації ланцюгів стеження - «безпосередній» і «непрямий». Вище описаний спосіб називається "безпосередній", так як напруга зворотного зв'язку знімається безпосередньо з вторинного випрямляча. При непрямому стеженні напруга зворотного зв'язку знімається з додаткової обмотки імпульсного трансформатора:

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

ДАНИЙ МАТЕРІАЛ МІСТЬ ВЕЛИКУ КІЛЬКІСТЬ АНІМОВАНИХ ДОДАТКІВ!!!

Для браузера Microsoft Internet Extlorer необхідно тимчасово вимкнути деякі функції, а саме:
- Вимкнути інтегровані бари від Яндекса, Гугла і т.д.
- Вимкнути рядок стану (зняти галочку):

Вимкнути адресний рядок:

За бажанням можна вимкнути і ЗВИЧАЙНІ КНОПКИ, але площі екрана, що вийшла, вже достатньо

В іншому більше жодних регулювань робити не потрібно - керування матеріалом здійснюється за допомогою вбудованих в матеріал кнопок, а прибрані панелі ви завжди можете повернути на місце.

ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОСТІ

Перш ніж приступити до опису принципу роботи імпульсних джерел живлення, слід згадати деякі деталі із загального курсу фізики, а саме що таке електрику, що таке магнітне поле і як вони залежать один від одного.
Сильно глибоко ми не поглиблюватимемося і про причини виникнення електрики в різних об'єктах ми теж замовчимо - для цього потрібно просто тупо передрукувати 1/4 курсу фізики, тому сподіваємося, що читач знає, що така електрика не за написами на табличках "НЕ ВЛЕЗАЙ - ВБ'Є" !". Однак для початку нагадаємо, яке воно буває, це сама електрика, точніше напруга.

Ну а тепер, суто теоретично, припустимо, що навантаженням у нас виступає провідник, тобто. Найпростіший відрізок дроту. Що відбувається в ньому, коли через нього протікає струм, наочно показано на наступному малюнку:

Якщо з провідником і магнітним полем навколо нього все зрозуміло, то складемо провідник не в кільце, а в кілька кілець, щоб наша котушка індуктивності проявила себе активніше і подивимося, що відбуватиметься далі.

На цьому самому місці є сенс попити чаю і дати мозку засвоїти щойно впізнане. Якщо ж мозок не втомився, чи ця інформація вже відома, то дивимося далі

В якості силових транзисторів в імпульсних блоках живлення використовуються біполярні транзистори, польові (MOSFET) та IGBT. Який саме силовий транзистор використовувати вирішує тільки виробник пристроїв, оскільки і ті, й інші і треті мають свої переваги, і свої недоліки. Однак було б не справедливим не помітити, що біполярні транзистори в потужних джерелах живлення практично не використовуються. Транзистори MOSFET краще використовувати при частотах перетворення від 30 кГц до 100 кГц, а ось IGBT "люблять нижчі частоти - вище 30 кГц вже краще не використовувати.
Біполярні транзистори хороші тим, що вони досить швидко закриваються, оскільки струм колектора залежить від струму бази, але у відкритому стані мають досить великий опір, а це означає, що на них буде досить велике падіння напруги, що однозначно веде до зайвого нагрівання самого транзистора. .
Польові мають у відкритому стані дуже маленький активний опір, що не викликає великого тепла. Проте що потужніший транзистор, то більше вписувалося його ємність затвора, а її зарядки-разрядки потрібні досить великі струми. Ця залежність ємності затвора від потужності транзистора викликана тим, що польові транзистори, що використовуються для джерел живлення, виготовляються за технологією MOSFET, суть якої полягає у використанні паралельного включення декількох польових транзисторів з ізольованим затвором і виконаних на одному кристалі. І чим потужніший транзистор, тим більша кількість паралельних транзисторів використовується, а ємності затворів підсумовуються.
Намаганням знайти компроміс є транзистори, виконані за технологією IGBT, оскільки є складовими елементами. Ходять чутки, що вийшли вони суто випадково, при спробі повторити MOSFET, але замість польових транзисторів, вийшли не зовсім польові і не зовсім біполярні. Як керуючий електрод виступає затвор вбудованого всередину польового транзистора невеликої потужності, який своїм витоком-стоком вже управляє струмом баз потужних біполярних транзисторів, включених паралельно і виконаних на одному кристалі даного транзстора. Таким чином виходить досить маленька ємність затвора і невеликий активний опір у відкритому стані.
Основних схем включення силової частини не так вже й багато:
АВТОГЕНЕРАТОРНІ БЛОКИ ЖИВЛЕННЯ. Використовують позитивний зв'язок, зазвичай індукційний. Простота подібних джерел живлення накладає на них деякі обмеження - подібні джерела живлення "люблять" постійне навантаження, що не змінюється, оскільки навантаження впливає на параметри зворотного зв'язку. Подібні джерела бувають як однотактні, і двотактні.
Імпульсні блоки живлення з примусовим збудженням. Дані джерела живлення також поділяються на однотактні та двотактні. Перші хоч і лояльніше відносяться до мінливого навантаження, але все ж таки не дуже стійко підтримують необхідний запас потужності. А аудіотехніка має досить великий розкид споживання - в режимі паузи підсилювач споживає одиниці ват (струм спокою кінцевого каскаду), а на піках аудіосигналу споживання може досягати десятків або навіть сотень ват.
Таким чином, єдиним, максимально прийнятним варіантом імпульсних джерелом живлення для аудіотехніки є використання двотактних схем з примусовим збудженням. Так само не варто забувати про те, що при високочастотному перетворенні необхідно приділяти більш ретельну увагу до фільтрації вторинної напруги, оскільки поява перешкод з живлення в звуковому діапазоні зведуть нанівець усі старання з виготовлення імпульсного джерела живлення для підсилювача потужності. З цієї причини частота перетворення відводиться далі від звукового діапазону. Найпопулярнішою частотою перетворення раніше була частота в районі 40 кГц, але сучасна елементна база дозволяє робити перетворення на частотах набагато вище – аж до 100 кГц.
Розрізняють два базові види даних імпульсних джерел - стабілізовані та не стабілізовані.
Стабілізовані джерела живлення використовують широтноимпульсную модуляцію, суть якої полягає у формуванні вихідної напруги за рахунок регулювання тривалості напруги, що подається в первинну обмотку, а компенсація відсутності імпульсів здійснюється LC ланцюжками, включеними на виході вторинного живлення. Великим плюсом стабілізованих джерел живлення є стабільність вихідної напруги, яка не залежить ні від вхідної напруги мережі 220 В, ні від споживаної потужності.
Не стабілізовані просто керують силовою частиною з постійною частотою та тривалістю імпульсів і від звичайного трансформатора відрізняються лише габаритами та набагато меншими ємностями конденсаторів вторинного живлення. Вихідна напруга безпосередньо залежить від мережі 220 В, і має невелику залежність від споживаної потужності (на холостому ходу напруга дещо вища за розрахункову).
Найпопулярнішими схемами силової частини імпульсних джерел живлення є:
З середньою точкою(ПУШ-ПУЛ). Використовуються зазвичай у низьковольтних джерелах живлення, оскільки має деякі особливості у вимогах до елементної бази. Діапазон потужностей досить великий.
Напівмостові . Найпопулярніша схема в мережевих іпульсних джерелах живлення. Діапазон потужностей до 3000 Вт. Подальше збільшення потужності можливе, але вже за вартістю сягає рівня мостового варіанта, тому дещо не економічно.
Мостові. Ця схема не економічна на малих потужностях, оскільки містить подвоєну кількість силових ключів. Тому найчастіше використовується на потужностях від 2000 Вт. Максимальні потужності знаходяться в межах 10 000 Вт. Ця схемотехніка є основною при виготовленні зварювальних апаратів.
Розглянемо докладніше, хто є хто і як працює.

ІЗ СЕРЕДНІЙ ТОЧКОЮ

Як було показано - дану схемотехніку силової частини не рекомендується використовувати для створення мережевих джерел живлення, проте НЕ РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ не означає НЕ МОЖНА. Просто необхідно ретельніше підходити до вибору елементної бази і виготовлення силового трансформатора, а також враховувати досить великі напруги при розведенні друкованої плати.
Максимальну популярність даний силовий каскад отримав в автомобільній аудитехніці, а також у джерелах безперебійного живлення. Однак на цій ниві дана схемотехніка зазнає деяких незручностей, а саме обмеження максимальної потужності. І річ не в елементній базі – на сьогодні зовсім не є дефіцитними MOSFET транзистори з миттєвими значеннями струму сток-витік у 50-100 А. Справа в габаритній потужності самого трансформатора, а точніше у первинній обмотці.
Проблема полягає... Втім, для більшої переконливості скористаємося програмою розрахунків моточних даних високочастотних трансформаторів.
Візьмемо 5 кілець типорозміру К45х28х8 з проникністю M2000HM1-А, закладемо частоту перетворення 54 кГц і первинну обмотку в 24 В (дві напівобмотки по 12 В) У результаті отримуємо, що потужність даний сердечник зможе розвинути 658 в , тобто. по 2,5 витки на одну напівобмотку. Як то не природно обмаль... Однак варто підняти частоту перетворення до 88 кГц як вийде всього 2 (!) витка на напівобмотку, хоча потужність виглядає дуже привабливо - 1000 Вт.
Начебто з такими результатами можна змиритися і рівномірно по всьому кільцю розподілити 2 витка теж, якщо сильно постаратися, можна, але якість фериту залишає бажати кращого, та й M2000HM1-А на частотах вище 60 кГц вже сам по собі гріється досить сильно, ну а на 90 кГц його вже обдувати треба.
Так що як не крути, але виходить замкнене коло - збільшуючи габарити для отримання більшої потужності ми надто сильно зменшуємо кількість витків первинної обмотки, збільшуючи частоту ми знову ж таки зменшуємо кількість витків первинної обмотки, але ще доважно отримуємо зайве тепло.
Саме з цієї причини для отримання потужностей понад 600 Вт використовують здвоєні перетворювачі - один модуль управління видає керуючі імпульсни на два однакових силових модуля, що містять два силові трансформатори. Вихідні напруги обох трансформаторів підсумовуються. Саме таким способом організується живлення надпотужних автомобільних підсилювачів заводського виробництва і з одного силового модуля знімається близько 500.700 Вт і не більше. Способів підсумовування кілька:
- Підсумовування змінної напруги. Струм у первинні обмотки трансформаторів подається синхронно, отже і вихідна напруга синхронна і можуть з'єднуватися послідовно. Поєднувати вторинні обмотки паралельно від двох трансформаторів не рекомендується - невелика різниця в намотуванні або якості фериту призводить до великих втрат і зниження надійності.
- Підсумовування після випрямлячів, тобто. постійної напруги. Найоптимальніший варіант – один силовий модуль видає позитивну напругу для підсилювача потужності, а другий – негативну.
- формування живлення для підсилювачів з двох рівневим живленням додаванням двох ідентичних двополярних напруг.

ПІЛУМОСТОВА

Напівмостова схема має досить багато переваг - проста, отже надійна, легка в повторенні, не містить дефіцитних деталей, може виконуватися як на біполярних, так і на поливих транзисторах. Транзистори IGBT у ній теж працюють. Проте слабке місце має. Це прохідні конденсатори. Справа в тому, що при великих потужностях через них протікає досить великий струм і якість готового імпульсного джерела живлення залежить від якості саме цього компонента.
А проблема полягає в тому, що конденсатори постійно перезаряджаються, отже вони повинні мати мінімальний опір ВИСНОВОК-ОБКЛАДАННЯ, оскільки при великому опорі на цій ділянці виділятиметься досить багато тепла і зрештою висновок просто відгорить. Тому як прохідні конденсатори необхідно використовувати плівкові конденсатори, причому ємність одного конденсатора може досягати ємності 4,7 мкФ в крайньому випадку, якщо використовується один конденсатор - схема з одні кондлесатром теж досить часто використовується, за принципом вихідного каскаду УМЗЧ з однополярним живленням. Якщо ж використовуються два конденсатори на 4,7 мкФ (точка їх з'єднання підключена до обмотки трансформатора, а вільні висновки до плюсової та мінусової шин живлення), то дана комплектація цілком придатна для живлення підсилювачів потужності - сумарна ємність для змінної напруги перетворення складає і в результаті виходить рівною 4,7 мкф + 4,7 мкф = 9,4 мкф. Однак цей варіант не розрахований для безперервного використання з максимальним навантаженням - необхідно розділяти сумарну ємність на кілька конденсаторів.
При необхідності отримання більших ємностей (низька частота перетворення) краще використовувати кілька конденсаторів меншої ємності (наприклад 5 штук по 1 мкФ з'єднаних паралельно). Однак велика кількість включених паралельно конденсаторів досить сильно збільшує габарити пристрою, та й сумарна вартість усі гірлянди конденсаторів виходить не маленькою. Тому, при необхідності отримати велику потужність, має сенс скористатися бруківкою.
Для напівмостового варіанта потужності вище 3000 Вт не бажані - надто вже громіздкими будуть плати з прохідними конденсаторами. Використання як прохідних електролітичних конденсаторів має сенс, але лише на потужностях до 1000 Вт, оскільки на великих частотах електроліти не ефективні і починаю грітися. Паперові конденсатори в якості прохідних показали себе дуже добре, але їх габарити.
Для більшої наочності ми наводимо таблицю залежності реактивного опору конденсатора від частоти та ємності (Ом):

Ємність конденсатора	Частота перетворення

Про всяк випадок нагадуємо, що при використанні двох конденсаторів (один на плюс, другий на мінус) фінальна ємність дорівнюватиме сумі ємностей цих конденсаторів. Підсумковий опір не виробить тепла, оскільки реактивний, але може вплинути на ККД джерела живлення при максимальних навантаженнях - напруга на виході почне зменшуватися, незважаючи на те, що габаритна потужність силового трансформатора цілком достатня.

МОСТОВА

Мостова схема придатна для будь-яких потужностей, але найефективніша на великих потужностях (для мережевих джерел живлення це потужності від 2000 Вт). Схема містить дві пари силових транзисторів, керованих синхронно, але необхідність гальванічної розв'язки емітерів верхньої пари вносить деякі незручності. Однак ця проблема цілком вирішувана при використанні трансформаторів управління або спеціалізованих мікросхем, наприклад для польових транзисторів можна використовувати IR2110 - спеціалізована розробка компанії International Rectifier.

Однак силова частина не має жодного сенсу, якщо нею не керує модуль керування.
Спеціалізованих мікросхем, здатних керувати силовою частиною імпульсних джерел живлення досить багато, проте найбільш вдалою розробкою в цій галузі є TL494, яка з'явилася ще в минулому столітті, проте не втратила своєї актуальності, оскільки містить всі необхідні вузли для управління силовою частиною імпульсних джерел живлення . Про популярність даної мікросхеми перш за все говорить випуск її кількома великими виробниками електронних компонентів.
Розглянемо принцип дії даної мікросхеми, яку з повною відповідальністю можна назвати контролером, оскільки вона має ВСІМИ необхідними вузлами.

ЧАСТИНА II

У чому ж полягає власне ШІМ спосіб регулювання напруги?
У основу методу покладено все таже інерційність індуктивності, тобто. її не здатність миттєво пропустити струм. Тому регулюючи тривалість імпульсів можна змінювати фінальну постійну напругу. Причому для імпульсних джерел живлення це краще робити в первинних ланцюгах і таким чином економити кошти на створення джерела живлення, оскільки це джерело виконуватиме одразу дві ролі:
- Перетворення напруги;
- Стабілізацію вихідної напруги.
Причому тепла при цьому виділятиметься значно менше порівняно з лінійним стабілізатором, встановленим на виході імпульсного блоку живлення, що не стабілізовано.
Для більш наочності варто подивитися малюнок, наведений нижче:

На малюнку наведена схема-еквівалент імпульсного стабілізатора в якому як силовий ключ виступає генерато прямокутних імпульсів V1, а R1 як навантаження. Як видно з малюнка при фіксованій амплітуді вихідних імпульсів в 50 В, змінюючи тривалість імпульсів можна в широких межах змінювати напругу, що подається на навантаження, причому з дуже маленькими тепловими поетрями, залежно лише від параметрів використовуваного силового ключа.

Із принципами роботи силової частини розібралися, з керуванням теж. Залишилося з'єднати обидва вузли і отримати готове імпульсне джерело живлення.
Навантажувальна здатність контролера TL494 не дуже велика, хоча її вистачає для керування однією парою силових транзисторів типу IRFZ44. Однак для потужніших транзисторів вже необхідні підсилювачі струму, здатні розвинути необхідні струму на керуючих електродах силових транзисторів. Оскільки ми намагаємося знизити габарити джерела живлення і уникнути подалі від звукового діапазону, то оптимальним використанням як силові транзистори будуть польові транзистори, виконані за технологією MOSFET.

Варіанти структур під час виготовлення MOSFET.

З одного боку – для управління польовим транзистором не потрібні великі струми – вони відкриваються напругою. Однак у цій бочці меду є ложка дьогтю, в даному випадку полягає в тому, що хоч затвор має величезний активний опір, що не споживає струму для управління транзистором, але затвор має ємність. А для її заряду та розряду якраз і потрібні великі струми, оскільки на більших частотах перетворення реактивний опір вже знижується до меж, які не можна ігнорувати. І що більше потужність силового MOSFET транзистора то більше вписувалося ємність його затвора.
Наприклад візьмемо IRF740 (400 V, 10A), у якого ємність затвора становить 1400 пкФ і IRFP460 (500 V, 20 A), у якого ємність затвора становить 4200 пкФ. Оскільки і у першого, і у другого напруга затвора не повинна бути більше ± 20 В, то як керуючі імпульси візьмемо напругу 15 В і подивимося в симуляторі що відбувається при частоті генератора в 100 кГц на резисторах R1 і R2, які послідовно включені з конденсаторами на 1400 пкФ та 4200 пкФ.

Тестовий стенд.

При протіканні через активне навантаження струму на ній утворюється падіння напруги, по цій величі і можна судити про миттєві значення струму, що протікає.

Падіння на резистори R1.

Як видно з малюнка відразу при появі імпульсу, що управляє, на резисторі R1 падає приблизно 10,7 В. При опорі 10 Ом це означає, що миттєве значення струму досягає 1, А (!). Як тільки імпульс закінчується на резисторі R1 падає так само 10,7, отже і для того, щоб розрядити конденсатор С1 потрібно струм близько 1 А..
Для зарядки-розрядки ємності 4200 пкФ через резистор 10 Ом потрібно 1,3 А, оскільки на резисторі 10 Ом падає 13,4 В.

Висновок напрошується сам собою - для зарядки-розрядки ємностей затворів необхідно, щоб каска, що працює на затвори силових транзисторів, витримував досить великі струми, хоча сумарне споживання досить мало.
Для обмеження миттєвих значень струму в затворах польових транзисторів зазвичай використовують струмообмежувальні резистори від 33 до 100 Ом. Надмірне зменшення цих резисторів підвищує миттєве значення струмів струму, а збільшення - збільшує тривалість роботи силового транзистора в лінійному режимі, що тягне за собою необґрунтований нагрівання останніх.
Досить часто використовується ланцюжок, що складається зі з'єднаних паралельно резистора і діода. Ця хитрість використовується перш за все для того, щоб розвантажити каскад, що управляє, на час зарядки і прискорити розрядку ємності затвора.

Фрагмент однотактного перетворювача.

Таким чином досягається не миттєва поява струму в обмотці силового трансформатора, а дещо лінійна. Хоча це підвищує температуру силового каскаду, але досить істотно знижує вибоси самоідуції, які неминуче виникають при подачі прямокутної напруги в обмотку трансформатора.

Самоіндукція у роботі однотактного перетворювача
(червона лінія – напруга на обмотці трансформатора, синя – напруга живлення, зелена – імпульси управління).

Отже з теоретичною частиною розібралися і можна підбити деякі підсумки:
Для створення імпульсного джерела живлення необхідний трансформатор, осердя у якого виготовлений з фериту;
Для стабілізації вихідної напруги імпульсного джерела живлення необхідний ШІМ метод, з яким цілком успішно справляється контролер TL494;
Силова частина із середньою точкою найбільш зручна для низьковольних імпульсних джерел живлення;
Силова частина напівмостової схемотехніки зручна для малих та середніх потужностей, а її парамети та надійність багато в чому залежать від якості та якості прохідних конденсаторів;
Силова частина мостового типу вигідніша для великих потужностей;
При використанні в силовій частині MOSFET не варто забувати про ємність затворів та розраховувати керуючі елементи силовими транзисторами з поправками на цю ємність;

Оскільки з окремими вузлами розібралися переходимо до фінального варіанта імпульсного джерела живлення. Оскільки і алгоритм і схемотехніка всіх напівмостових джерел практично однакова, то для роз'яснення якийсь елемент для чого потрібен розберемо по кісточках найпопулярніший, потужністю 400 Вт, з двома двополярними вихідними напругами.

Залишилося відзначити деякі ньюнаси:
Резистори R23, R25, R33, R34 служать для створення RC-фільтра, який вкрай бажаний при використанні електролітичних конденсаторів на виході імпульсних джерел. В ідеалі звичайно краще використовувати LС-фільтри, але оскільки "споживачі" не дуже потужні можна цілком обійтися і RC-фільтром. Опір даних резисторів може використовуватися від 15 до 47 Ом. R23 краще потужністю 1 Вт, решта на 0,5 Вт цілком достатньо.
С25 і R28 - снабер, що знижує викиди самоіндукції в обмотці силового трансформатора. Найбільш ефективні при ємностях близько 1000 пкф, але в цьому випадку на резисторі виділяється занадто багато тепла. Необхідні у разі коли після випрямляючих діодів вторинного живлення відсутні дроселі (переважна більшість заводської апаратури). Якщо дроселі використовуються ефективність снаберів не така помітна. Тому ми їх ставимо вкрай рідко та гірше джерела харчування від цього не працюють.
Якщо деякі номінали елементів відрізняються на платі та принциповій схемі ці номінали не критичні – можна використовувати й ті та інші.
Якщо на платі є елементи відсутні на принциповій схемі (зазвичай це конденсатори по живленню), то можна їх не ставити, хоча з ними буде краще. Якщо ж вирішили встановлювати, то не електролітичні конденсатори можна використовувати на 0,1...0,47 мкФ, а електролітичні такої ж ємності, як і ті, що виходять з ними включеними паралельно.
На платі ВАРІАНТ 2 Біля радіаторів є прямокутна частина, яка висвердлюється по периметру і на неї встановлюються кнопки керування джерелом живлення (вкл-викл). Необхідність отвору обумовлена ​​тим, що вентилятор на 80 мм не вміщається по висоті, для того, щоб закріпити його до радіатора. Тому вентилятор встановлюється нижче за основу друкованої плати.

ІНСТРУКЦІЯ З САМОСТІЙНОЇ ЗБІРКИ
СТАБІЛІЗОВАНОГО ІМПУЛЬСНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Для початку уважно слід ознайомитися з принциповою схемою, втім це слід робити завжди, перш ніж приступати до збирання. Цей перетворювач напруги працює за напівмостовою схемою. У чому на відміну від інших докладно розказано.

Принципова схема упакована WinRAR старої версії та виконана на сторінці WORD-2000, тому з роздруком цієї сторінки проблем не виникне. Тут же ми розглянемо її фрагментами, оскільки хочеться зберегти високу схему читання, а цілком на еран монітора вона вміщається не зовсім коректно. Про всяк випадок можна користуватися цим кресленням для представлення картини в цілому, але краще роздрукувати...
На малюнку 1 - фільтр та випрямляч напруги. Фільтр призначений передусім виключення проникнення імпульсних перешкод від перетворювача в мережу. Виконаний на основі L-C. Як індуктивність використовується феритовий сердечник будь-якої форми (стрижні краще не потрібно - великий фон від них) з намотаною одинарною обмоткою. Габарити сердечника залежать від потужності джерела живлення, оскільки чим потужніше джерело, тим більше перешкод він створюватиме і тим краще потрібен фільтр.

Малюнок 1.

Приблизні габарити осердя залежно від потужності джерела живлення зведені в таблицю 1. Обмотка мотається до запалення сердечника, діаметр(и) дроту слід вибирати з розрахунку 4-5 А/мм кв.

				Таблиця 1
ПОТУЖНІСТЬ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ		КІЛЬЦЕВИЙ СЕРДЯНИК		Ш-ОБРАЗНИЙ СЕРДЯНИК
		Діаметр від 22 до 30 при товщині 6-8 мм.		Ширина від 24 до 30 при товщині 6-8 мм.
		Діаметр від 32 до 40 при товщині 8-10 мм.		Ширина від 30 до 40 при товщині 8-10 мм.
		Діаметр від 40 до 45 при товщині 8-10 мм.		Ширина від 40 до 45 при товщині 8-10 мм.
		Діаметр від 40 до 45 при товщині 10-12 мм.		Ширина від 40 до 45 при товщині 10-12 мм.
		Діаметр від 40 до 45 при товщині 12-16 мм.		Ширина від 40 до 45 при товщині 12-16 мм.
		Діаметр від 40 до 45 при товщині 16-20 мм.		Ширина від 40 до 45 при товщині 16-20 мм.

Тут слід трохи пояснити чому діаметр (и) і що таке 4-5 А/мм кв.
Ця категорія джерел живлення відноситься до високочастотної. Тепер згадаємо курс фізики, а саме те місце, в якому говориться, що на високих частотах струм тече не по всьому перерізу провідника, а його поверхні. І чим вища частота, тим більша частина перерізу провідника залишається не задіяною. З цієї причини в високочастотних імпульсних пристроях обмотки виконують за допомогою джгутів, тобто. береться трохи більш тонких провідників і складається разом. Потім джгут, що вийшов, трохи скручують уздовж осі, щоб окремі провідники не стирчали в різні сторони під час намотування і цим джгутом намотують обмотки.
4-5 А/мм кв означає, що напруженість у провіднику може досягати від чотирьох до п'яти ампер на квадрантний міліметр. Цей параметр відповідає за нагрівання провідника за рахунок панденія в ньому напруги, адже провідник має, хоч і не великий, але все ж таки опір. В імпульсній техніці моточні вироби (дроселі, трансформатори) мають порівняно невеликі габарити, отже вони будуть охолоджуватися добре, тому напруженість можна використовувати саме 4-5 А/мм кв. А ось для традиційних трансформаторів, виконаних на залозі, цей параметр не повинен перевищувати 25-3 А/мм кв. Скільки проводів та якого перерізу допоможе розрахувати табличка діаметрів. Крім цього табличка підкаже яку потужність можна отримати при використанні тієї чи іншої кількості проводів наявного проводу, якщо використовувати його в якості первинної обмотки силового трансформатора. Відкрити табличку.
Місткість конденсатора С4 повинна бути не нижче 0,1 мкФ, якщо він використовується взагалі. Напруга 400-630 В. Формулювання якщо він використовується взагалівикористовується недаремно - основним фільтром є дросель L1, яке індуктивність вийшла досить великий і можливість проникнення ВЧ перешкод зводиться майже нульових значень.
Діодний міст VD служить для випрямлення змінної напруги. У якості діодного мосту використовується складання типу RS (торцеві висновки). Для потужності 400 Вт можна використовувати RS607, RS807, RS1007 (на 700 В, 6, 8 і 10 А відповідно), оскільки настановні габарити у цих діодних мостів однакові.
Конденсатори С7, С8, С11 і С12 необхідні зниження імпульсних перешкод, створюваних діодами під час наближення змінної напруги до нуля. Місткість даних конденсаторів від 10 нФ до 47 нФ, напруга не нижче 630 В. Однак провівши кілька вимірів було з'ясовано, що L1 добре справляється і з цими перешкодами, а для виключення впливу первинних ланцюгах цілком вистачає конденсатора С17. Крім цього свій внесок вносять і ємності конденсаторів С26 і С27 - для первинної напруги вони є двома, послідовно з'єднаними конденсаторами. Оскільки їх номінали рівні, то підсумкова ємність ділиться на 2 і ця ємність вже не тільки служить для роботи силового трансформатора, але ще й пригнічує імпульсні перешкоди первинного харчування. Виходячи з цього ми відмовилися від використання С7, С8, С11 і С12, ну а якщо комусь дуже вже хочеться їх встановити, то на платі, з боку доріжок місця цілком достатньо.
Наступний фрагмент схеми - обмежувачі струму R8 і R11 (рисунок 2). Дані резистори необхідні зниження струму зарядки електролітичних конденсаторів С15 і С16. Цей захід необхідний, оскільки в момент включення необхідний дуже великий струм. Ні запобіжник, ні діодний міст VD не здатні, нехай навіть короткочасно витримати такий потужний струмовий кидок, хоча індуктивність L1 і обмежує максимальне значення струму, що протікає, в даному випадку цього мало. Тому використовуються струмообмежуючі резистори. Потужність резисторів в 2 Вт обрана не стільки через виділення тепла, а через досить широкий резистивний шар, здатний короткочасно витримати струм в 5-10 А. Для джерел живлення потужністю до 600 Вт можна використовувати резистори потужністю і 1 Вт, або використовувати один резистор потужністю 2 Вт, необхідно лише дотримати умову - сумарний опір даного ланцюга не повинно бути менше 150 Ом і не повинно бути більше 480 Ом. При надто низькому опорі збільшується шанс руйнування резистивного шару, при надто вискому - збільшується час заряду С15, С16 і напруга на них не встигне наблизитися до максимального значення, як спрацює реле К1 і контактам цього реле доведеться комутувати занадто великий струм. Якщо замість резисторів МЛТ використовувати дротяні, сумарний опір можна зменшити до 47 ... 68 Ом.
Місткість конденсаторів С15 і С16 вибирається так само залежно від потужності джерела. Обчислити необхідну ємність можна скориставшись не складною формулою: НА ОДИН ВАТ ВИХІДНОЇ ПОТУЖНОСТІ НЕОБХІДНО. Якщо є сумніви у своїх математичних здібностях, можна скористатися табличкою, в якій просто ставите потужність джерела живлення, яке ви збираєтеся виготовити і дивіться скільки і яких конденсаторів Вам необхідно. Зверніть увагу на те, що плата розрахована на встановлення мережевих електролітичних конденсаторів діаметром 30 мм..

Малюнок 3

На малюнку 3 показані резистори, що гасять, основна мета яких сформувати стартову напругу. Потужність не нижче 2 Вт, на плату встановлюються парами, один над одним. Опір від 43 кім до 75 кім. Дуже бажано, щоб всі резистори були одного номілалу - в цьому випадку тепло розподіляється рівномірно. Для невеликих потужностей використовується маленьке реле з невеликим споживанням, тому можна обійтися 2 або трьома резисторами, що гасять. На платі встановлюються один за одним.

Малюнок 4

Малюнок 4 – стабілізатор живлення модуля управління – у будь-якому корпусі інтергарльний стабілізатор на +15В. Необхідний радіатор. Розмір... Зазвичай вистачає радіатора від передостаннього каскаду вітчизняних підсилювачів. Можна попросити щось у телемайстернях - на телевезіонних платах зазвичай 2-3 підходящі радіатори знаходяться. Другий використовується для охолодження транзистора VT4, що управляє оборотами вентилятора (рисунок 5 і 6). Конденсатори С1 і С3 можна використовувати 470 мкФ на 50 В, але така заміна підходить лише для джерел живлення, що використовують певний тип реле, у яких опір котушки досить великий. На потужніших джерелах використовується потужніше реле і зменшення ємності С1 і С3 вкрай не бажано.

Малюнок 5

Малюнок 6

Транзистор VT4 – IRF640. Можна замінити на IRF510, IRF520, IRF530, IRF610, IRF620, IRF630, IRF720, IRF730, IRF740 і т.д. А.
Транзистор VT1 - практично будь-який прямий транзистор з максимальним струмом більше 1 А, бажано з невеликою напругою насичення. Однаково добре стають транзистори в корпусах ТО-126 і ТО-220, тому можна підібрати безліч замін. Якщо прикрутити невеликий радіатор, то цілком підійде навіть КТ816 (рисунок 7).

Малюнок 7

Реле К1 - TRA2 D-12VDC-S-Zабо TRA3 L-12VDC-S-2Z. По суті - звичайнісіньке реле з обмоткою на 12 V і контактною групою здатної комутувати 5 А і більше. Можна використовувати реле, що використовуються в деяких телевізорах для включення петлі розмагнічування, тільки врахуйте - контактна група в подібних реле має іншу цоколівку і навіть якщо вона стає на плату без проблем слід перевірити, які висновки замикаються при подачі напруги на котушку. Відрізняються TRA2 від TRA3 тим, що TRA2 мають одну контактну групу, здатну комутувати струм до 16 А, а TRA3 має 2 контактні групи 5А.
До речі, друкована плата пропонується у двох варіантах, а саме з використанням реле і без такого. У варіанті без реле не використовується система м'якого старту первинної напруги, тому даний варіант придатний для живлення потужністю не більше 400 Вт, оскільки без струмообмеження включати на "пряму" ємність більше 470 мкФ вкрай не рекомендується. Крім того - як діодний мост VD ОБОВ'ЯЗКОВО повинен використовуватися міст з максимальним струмом 10 А, тобто. RS1007. Ну а роль реле у варіанті без софт-старту виконує світлодіод. Функцію чергового режиму збережено.
Кнопки SA2 і SA3 (мається на увазі, що SA1 - мережевий вимикач) - кнопки будь-якого типу без фіксації, для яких можна виготовити окрему друковану плату, а можна закрупити й іншим зручним способом. Необхідно пам'ятати, що контакти кнопок гальванічно пов'язані з мережею 220 В, тому необхідно виключити ймовірність їх торкання у процесі експлуатації джерела живлення.
Аналогів контролера TL494 досить багато, можна використовувати будь-який, тільки врахуйте – у різних виробників можливі деякі відмінності параметрів. Наприклад, при заміні одного виробника на іншого може змінитися частота перетворення, але не сильно, а ось вихідна напруга може змінитися аж до 15%.
IR2110 в принципі не дефецитний драйвер, та й аналогів у неї не так багато – IR2113, але IR2113 має більшу кількість варіантів корпусу, тому будьте уважні – необхідний корпус DIP-14.
При монтажі плати замість мікросхем краще використовувати рознімання для мікросхем (панельки), ідеально - цангові, але можна і звичайні. Дана міра дозволить уникнути деяких непорозумінь, оскільки шлюбу серед і TL494 (немає вихідних імпульсів, хоча тактовий генератор працює), і серед IR2110 (немає імпульсів керуючих на верхній транзистор) досить багато, так що умови гарантії слід узгодити з продавцем мікросхем.

Малюнок 8

На малюнку 8 показано силову частину. Діоди VD4 ... VD5 краще використовувати швидкі, наприклад SF16, але за відсутності таких HER108 теж цілком підійдуть. С20 і С21 - сумарна ємність не менше 1 мкф, тому можна використовувати 2 конденсатори по 0,47 мкф. Напруга не менше 50 В, ідеально - плівковий конденсатра на 1 мкФ 63 В (у разі пробою силових транзисторів плівковий залишається цілим, а багатошарова кераміка гине). Для джерел живлення потужністю до 600 Вт опір резисторів R24 та R25 може бути від 22 до 47 Ом, оскільки ємності затворів силових транзисторів не дуже великі.
Силові транзистори можуть бути будь-якими з наведених у таблиці 2 (корпус ТО-220 або ТО-220Р).

					Таблиця 2
Найменування	Місткість затвора, пкФ	Макс напруга, У	Макс струм, А	Теплова потужність, Вт	Опір, Ом
Якщо теплова потужність не перевищує 40 Вт, значить корпус транзистора повністю пластмасовий і потрібно тепловідведення більшої площі, щоб не доводити температуру кристала до критичного значення. Напруга затвора для всіх не більше ±20 В

Тиристори VS1 і VS у принципі марка значення не має, головне - максимальний струм повинен становити не менше 0,5 А і корпус має бути ТО-92. Ми використовуємо або MCR100-8, або MCR22-8.
Діоди для слаботочного живлення (рисунок 9) бажано вибирати з коротким часом відновлення. Цілком підійдуть діоди серії HER, наприклад HER108, але можна використовувати інші, наприклад SF16, MUR120, UF4007. Резистори R33 і R34 на 0,5 Вт, опір від 15 до 47 Ом, причому R33 = R34. Службова обмотка, що працює на VD9-VD10, повинна бути розрахована на 20 В стабілізованої напруги. У таблиці розрахунку обмоток вона позначена червоним.

Малюнок 9

Силові випрямні діоди можуть використовуватися як у корпусі ТО-220, так і корпусі ТО-247. В обох випадках друкованої плати мається на увазі, що діоди будуть встановлені один за одним і з платою з'єднуватися провідниками (рисунок 10). Вочевидь, що з установці діодів слід використовувати термопасту і ізолюючі прокладки (слюду).

Малюнок 10

Як випрямляючі діоди бажано використовувати діоди з маленьким часом відновлення, оскільки від цього залежить нагрівання діодів на холостому ходу (позначається внутрішню ємність діодів і вони просто гріються самі по собі, навіть без навантаження). Список варіантів зведено до таблиці 3

			Таблиця 3
Найменування	Максимальна напруга, У	Максимальний струм, А	Час відновлення, нано сік

Трансформатор струму виконує дві ролі - використовується саме як трансформатор струму та як індуктивність, включена послідовно з первинною обмоткою силового трансформатора, що дозволяє дещо знизити швидкість появи струму в первинній обмотці, що веде до зменшення викидів самоіндукції (рисунок 11).

Малюнок 11

Суворих формул для розрахунку даного трансформатора немає, але дотримуватися деяких обмежень настійно рекомендується:

ДЛЯ ПОТУЖНОСТЕЙ ВІД 200 ДО 500 ВТ - КІЛЬЦЕ ДІАМЕТРОМ 12...18 ММ ДЛЯ ПОТУЖНОСТЕЙ ВІД 400 ДО 800 ВТ - КІЛЬЦЕ ДІАМЕТРОМ 18...26 ММ ДЛЯ ПОТУЖНОСТЕЙ ВІД 800 ДО 1800 ВТ - КІЛЬЦЕ ДІАМЕТРОМ 22...32 ММ ДЛЯ ПОТУЖНОСТЕЙ ВІД 1500 ДО 3000 ВТ - КІЛЬЦЕ ДІАМЕТРОМ 32...48 ММ

КІЛЬЦЯ ФЕРИТОВІ, ПРОНИЦЮваністю 2000, Товщиною 6 ... 12 ММ

КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ ПЕРВИННОЇ ОБМОТКИ:
3 ВИТКА ДЛЯ ПЛОХИХ УМОВ ОХОЛОДЖЕННЯ І 5 ВИТКІВ ЯКЩО ВЕНТИЛЯТОР ОБДУВАЄ НЕПЕРЕДСЯТНО ПЛАТУ
КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ ВТОРИННОЇ ОБМОТКИ:
12...14 ДЛЯ ПЕРВИННОЇ З 3-Х ВІТКІВ І 20...22 ДЛЯ ПЕРВИННОЇ З 5-ТИ ВІТКІВ

Набагато зручніший транформатор намотати СЕКЦІЙНО - ПЕРВИННА ОБМОТКА НЕ ПЕРЕХЛЕСТУЄТЬСЯ З ВТОРИНОЮ. В ЦЬОМУ РАЗІ ВІДМОТАТИ-ДОМОТАТИ ВИТОК ДО ПЕРВИННОЇ ОБМОТКИ НЕ ПРЕДСТАВЛЯЄ ПРАЦІ. У ФІНАЛІ ПРИ НАВАНТАЖЕННІ В 60% ВІД МАКСИМАЛЬНОЇ НА ВЕРХНОМУ ВИСНОВКУ R27 ПОВИННО БУТИ ПОРЯДКУ 12...15 В
Первинна обмотка трансформатора мотається тим самим, що й первинна обмотка силового трансформатора TV2, вторинна подвійним дротом діаметром 0,15...0,3 мм.

Для виготовлення силового трансформатора імпульсного блоку птання слід скористатися програмою для розрахунку імпульсних трансформаторів. Конструктив сердечника принципового значення немає - то, можливо і тороїдальним і Ш-образным. Друковані плати дозволяють без проблем використовувати і той і інший. Якщо габаритної потужності Ш-подібного средечника бракує його можна так само скласти в пакет, як кільця (рисунок 12).

Малюнок 12

Ш-подібними феритами можна розжитися в телемайстернях - не чато, але трансформатори живлення в телевізорах виходять з ладу. Найлегше знайти блоки живлення від вітчизняних телевізорів 3...5-го. Не слід забувати, що у разі, якщо потрібен трансформатор із двох-трьох середників, то всі середники повинні бути однієї марки, тобто. Для розбирання необхідно використовувати трансформатори одного типу.
Якщо силовий трансформатор буде виготовлений з кілець 2000, можна скористатися таблицею 4.

РЕАЛІЗАЦІЯ	РЕАЛЬНИЙ ТИПОРАЗМІР	ПАРАМЕТРІВ	ЧАСТОТА ПЕРЕТВОРЕННЯ
			МОЖНА БІЛЬШ		ОПТИМАЛЬНО			СИЛЬНИЙ НАГРІВ
1 КІЛЬЦЕ К40х25х11		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
2 КІЛЬЦЯ К40х25х11		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
1 КІЛЬЦЕ К45х28х8		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
2 КІЛЬЦЯ К45х28х8		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
3 КІЛЬЦЯ К45х28х8		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
4 КІЛЬЦЯ К45х28х8		ГАБАРИТНА ПОТУЖНІСТЬ
		ВІТКОВ НА ПЕРШ ОБМОТКУ
КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ ВТОРИННОЇ ОБМОТКИ РОЗРАХУВАЄТЬСЯ ЧЕРЕЗ ПРОПОРЦІЮ, Враховуючи ТЕ, ЩО НАПРУЖЕННЯ НА ПЕРВИННОЮ ОБМОТКУ РІВНЕ 155 В АБО ЗА ДОПОМОГИ ТАБЛИЦІ ЗМІНЯТИ ТІЛЬКИ ЖОВТІ осередки)

Зверніть увагу, що стабілізація напруги здійснюється за допомогою ШІМ, отже вихідна розрахункова напруга вторинних обмоток має бути щонайменше на 30 % більше, ніж вам необхідно. Оптимальні параметри виходять, коли розрахункова напруга становить на 50...60% більше, ніж необхідно стабілізувати. Наприклад, Вам необхідне джерело з вихідною напругою 50 В, отже вторинна обмотка силового трансформатора повинна розраховуватися на вихідну напругу 75...80 В. У таблиці розрахунків вторинної обмотки цей коефіцієнт враховано.
Залежність частоти перетворення від номіналів С5 та R5 показана на графіку:

Використовувати досить великий опір R5 не рекомендується - занадто велике магнітне поле зовсім не далеко і можливі наведення. Тому зупинимося на "середньому" номіналі R5 10 кОм. При такому опорі частотозадаючого резистора виходять такі частоти перетворення:

Параметри отримані у цього виробника			Частота перетворення

(!) Тут слід сказати кілька слів про намотування трансформатора. Досить часто приходять обурення, мовляв, при самостійному виготовленні джерело або не віддає необхідної потужності, або силові транзистори сильно гріються навіть без навантаження.
Відверто кажучи з такою проблемою ми теж зіштовхнулися використовуючи кільця 2000, але нам було простіше - наявність вимірювальної апартури дозволило з'ясувати в чому причина таких казусів, а вона виявилася досить очікуваною - магнітна проникність фериту не відповідає маркуванню. Тобто на "слабких" трансформаторах довелося відмотувати первинну обмотку, на "силових транзисторах, що гріються" навпаки - домотувати.
Трохи пізніше ми відмовилися від використання кілець, проте той ферит який ми використовуємо взагалі був не макірований, тому пішли на радикальні заходи. До зібраної та налагодженої плати підключається трансформатор з розрахунковою кількістю витків первинної обмотки та змінюється частота перетворення встановленим на плату підстроювальним резистором (замість R5 встановлюється підстроєчник на 22 кОм). У момент включення частота перетворення встановлюється в межах 110 кГц і починає знижуватися обертанням движка підстроювального резистора. Отже з'ясовується частота коли він сердечник починає входити у насичення, тобто. коли силові транзистори починають грітися без навантаження. Якщо частота знижується нижче 60 кГц, то первинна обмотка відмотується, якщо температура починає підвищуватися на 80 кГц, то первинна обмотка домотується. Таким чином з'ясовується кількість витків саме для цього сердечника і тільки після цього намотується вторинна обмотка з використанням пропонованої вище таблички і на упаковках проставляється кількість витків первинки для того чи іншого середника.
Якщо якість вашого сердечника викликає сумніви, то краще виготовити плату, перевірити її на працездатність і тільки після цього виготовляти силовий трансформатор, використовуючи описану вище методику.

Дросель групової стабілізації. Де-не-де навіть майнула думка, що він ну ніяк не може працювати, оскільки через нього протікає постійна напруга. З одного боку подібні судження вірні - напруга дійсно однієї полярності, отже може бути пізнана як постійна. Однак автор подібного судження не врахував той факт, що хоч і постійна напруга, але вона пульсуюча і під час роботи в даному вузлі відбувається далеко не один процес (протікання струму), а безліч, оскільки дросель містить не одну обмотку, а мінімум дві (якщо вихідна напруга потрібна двополярна) або 4 обмотки, якщо необхідно дві двополярні напруги (рисунок 13).

Малюнок 13

Виготовити дросель можна і на кільці та на Ш-подібному фериті. Габарити, звичайно ж, залежать від потужності. Для потужностей до 400-500 Вт вистачає середника від мережевого фільтра живлення телевізорів з 54 см діагоналлю і вище (рисунок 14). Конструктив осердя не важливий

Малюнок 14

Мотається так само як і силовий трансформатор - з кількох тонких провідників, звитих у джгут або склеєних у стрічку з розрахунку 4-5 А/мм кв. Теоретично - чим більше витків - тим краще, тому обмотка укладається до заповнення вікна, причому відразу в 2 (якщо потрібне двополярне джерело) або в 4 дроти (якщо потрібне джерело з двома двополярними напругами).
Після конденсаторів, що згладжують, стоять вихідні дроселі. Особливих вимог до них не пред'являється, габарити... Плати розраховані на встановлення сердечників від фільтрів живлення телевізорів. Намотують до заповнення вікна, переріз із розрахунку 4-5 А/мм кв (рисунок 15).

Малюнок 15

Вище згадувалася стрічка в якості обмотки. Тут слід зупинитися дещо докладніше.
Що краще? Джгут чи стрічка?І той і інший спосіб має свої переваги і недоліки. Виготовлення джгута найбільш простий спосіб - розтягнув необхідну кількість дротів, а потім скрутив їх у джгут за допомогою дриля. Однак такий спосіб збільшує сумарну довжину провідників за рахунок внутрішнього кручення, а так само не дозволяє домогтися ідентичності магнітного поля у всіх провідниках джгута, а це, нехай і не великі, але все ж таки втрати на тепло.
Виготовлення стрічки трудомісткіше і трохи дорожче обходиться, оскільки необхідна кількість провідників розтягується і потім, за допомогою поліуританового клею (ТОП-ТОП, ФАХІВНИК, МОМЕНТ-КРИСТАЛ) склеюється в стрічку. Клей наносять на провід невеликими порціями - по 15 ... 20 см довжини провідника і потім затиснувши джгут між пальцями як би втирають його стежачи за тим, щоб дроти уклалися в стрічку, на кшталт стрічкових джгутів, що використовуються для з'єднання дискових носіїв з материнською платою IBM комп'ютерів. Після того, як клей прихопився, наноситься нова порція на 15...20 см довжини проводів і знову розгладжується пальцями до отримання стрічки. І так у всій довжині провідника (рисунок 16).

Малюнок 16

Після повного висихання клею роблять намотування стрічки на сердечник, причому першою намотується обмотка з великою кількістю витків (як правило і меншим перетином), а зверху вже більш сильноточні обмотки. Після намотування першого шару необхідно стрічку "укласти" всередині кільця скориставшись виструганим з дерева конусоподібним кілочком. Максимальний діаметр кілочка дорівнює внутрішньому діаметру кільця, що використовується, а мінімальний - 8…10 мм. Довжина конуса повинна бути не менше 20 см і зміна діаметра має бути рівномірною. Після намотування першого шару кільце просто одягають на кілочок і з насиллям натискають таким чином, щоб кільце досить сильно заклинило на кілочку. Потім кільце знімають, перевертають і знову одягають на кілочок з тим самим зусиллям. Кільець повинен бути досить м'яким, щоб не пошкодити ізоляцію обмотувального дроту, тому тверді породи дерева для цих цілей не підійдуть. Таким чином провідники укладають строго формою внутрішнього діаметра сердечника. Після намотування наступного шару провід знову "укладають" за допомогою кілочка і так роблять після намотування кожного наступного шару.
Після намотування всіх обмоток (не забуваючи використовувати міжобмотувальну ізоляцію) трансформатор бажано прогріти до 80...90°С протягом 30-40 хв (можна скористатися духовкою газової або електричної печі на кухні, але не слід перегрівати). При цій температурі поліуритановий клей робиться еластичним і знову набуває клеючих властивостей, склеюючи між собою вже не тільки провідники розташовані паралельно самій стрічці, але і зверху, що знаходяться. відбувається склеювання шарів обмоток між собою, що додає механічної жорсткості обмоткам і виключає якісь звукові ефекти, поява яких іноді трапляється при поганій стяжці провідників силового трансформатора (рисунок 17).

Малюнок 17

Плюсами такого намотування є отримання ідентичного магнітного поля у всіх проводах стрічкового джгута, оскільки геометрично вони розташовуються однаково по відношенню до магнітного поля. Такий стрічковий провідник набагато легше рівномірно розподіляти по всьому периметру сердечника, що дуже актуально навіть для типових трансформаторів, а для імпульсних є обов'язковою умовою. Використовуючи стрічку можна досягти досить щільного намотування, причому збільшивши доступ охолоджуючого повітря до витків, розташованих безпосередньо всередині обмотки. Для цього достатньо кількість необхідних проводів розділити на два і зробити дві однакові стрічки, які намотуватимуться один на одного. Таким чином, збільшиться товщина намотування, але з'явиться велика відстань між витками стрічки, забезпечуючи доступ повітря всередину трансформатора.
Як міжшарової ізоляції найкраще використовувати фторопластовую плівку - дуже еластична, що компенсує напруженість одного краю, що виникає при намотуванні на кільце, має досить велику пробивну напругу, не чутлива до температур до 200 ° С і дуже тонка, тобто. не займатиме багато місця у вікні сердечника. Але вона не завжди є під рукою. Використовувати вінілову ізоленту можна, але вона чутлива до температур вище 80°С. Ізолента на основі матерії до температур стійка, але має маленьку пробивну напругу, тому при її використанні необхідно намотувати щонайменше 2 шари.
Яким би провідником і в якій би послідовності Ви не намотували дроселі та силовий трансформатор слід пам'ятати про довжину висновків
Якщо Дроселі та силовий трансформатор виготовляються з використанням феритових кілець, то не треба забувати, що перед намотуванням краю феритового кільця слід заокруглити, оскільки вони досить гострі, а ферит матеріал досить міцний і може пошкодити ізоляцію на обмотувальному дроті. Після обробки ферит обмотується фторопластової стрічкою або матер'яною ізолентою і намотується перша обмотка.
Для повної ідентичності однакових обмоток обмотки мотаються відразу в два дроти (мається на увазі відразу в два джгути) які після намотування продзвонюються і початок однієї обмотки з'єднується з кінцем іншої.
Після намотування трансформатора необхідно видалити лакову ізоляцію на дротах. Це найнеприємніший момент, оскільки ДУЖЕ трудомісткий.
Насамперед необхідно зафіксувати виведення на самому трансформаторі та виключити витягування окремих проводів їх джгута при механічних впливах. Якщо джгут стрічковий, тобто. клеєний і після намотування прогрітий, то досить намотати на відводи кілька витків тим самим обмотувальним проводом безпосередньо біля тіла трансформатора. Якщо ж використовується кручений джгут, то його необхідно додатково звити у снування виведення і так само зафіксувати, намотавши кілька витків дроту. Далі виведення або обпалюються за допомогою газового пальника відразу всі, або зачищаються по одному за допомогою канцелярського різака. Якщо лак відпалювався, то після остигання дроти захищаються наждачним папером і звиваються.
Після видалення лаку, зачистки та звивки виведення необхідно захистити від окиснення, тобто. покрити каніфольним флюсом. Потім трансформатор встановлюють на плату, всі висновки, крім виведення первинної обмотки, що підключається до силових транзисторів, вставляються у відповідні отвори, про всяк випадок слід "продзвонити" обмотки. Особливу увагу слід привернути до себе фазування обмоток, тобто. на відповідність початку обмотки із принциповою схемою. Після того, як виведення трансформатора вставлені в отвори, слід їх укоротити так, щоб від кінця виведення до друкованої плати було 3...4 мм. Потім свитий висновок "розкручується" і місце паяння поміщається АКТИВНИЙ флюс, тобто. це або гашена соляна кислота, на кінчик сірника береться крапелька і переноситься на місце паяння. Або в гліцерин додається ацетил-саліцилова кислота кристалічна (аспірин) до отримання кашеподібної консистенції (і те й інше можна придбати в аптеці, рецептурному відділі). Після цього висновок припаюється до друкованої плати, ретельно прогріваючи та домагаючись рівномірного розташування припою навколо ВСІХ провідників відведення. Потім висновок коротшає по висоті пайки і плата ретельно миється або спиртом (90% мінімум), або очищеним бензином, або сумішшю бензину з розчинником 647 (1:1).

ПЕРШЕ ВКЛЮЧЕННЯ
Увімкнення, перевірка працездатності проводиться в кілька етапів, що дозволяють уникнути неприємностей, які однозначно виникнуть при помилці в монтажі.
1 . Для перевірки даної конструкції потрібно окреме джерело живлення з двополярною напругою ±15...20 В і потужність 15...20 Вт. Перше включення здійснюють підключивши МІНУСОВИЙ ВИСНОВОК додаткового джерела живлення до мінусової первинної шини живлення перетворювача, а ЗАГАЛЬНИЙ підключають у плюсовому виведенні конденсатора С1 (рисунок 18). Таким чином симмулюється живлення модуля управління і він перевіряється на працездатність без силової частини. Тут бажано використовувати осцилограф і частотомір, але якщо їх немає, то можна обійтися і мультиметром, бажано стрілочні (цифрові не адекватно реагують на пульсуючу напругу).

Малюнок 18

На висновках 9 і 10 контролера TL494 стрілочний прилад, включений на вимірювання постійної напруги, повинен показати майже половину напруги живлення, що говорить про те, що на мікросхемі є прямокутні імпульси
Так само має спрацювати реле К1
2 . Якщо модуль працює нормально, то слід перевірити силову частину, але знову ж таки не від високої напруги, а використовуючи додаткове джерело живлення (рисунок 19).

Малюнок 19

При такій послідовності перевірки спалити дуже важко навіть при серйозних помилках монтажу (замикання між доріжками плати, не пропаювання елементів) оскільки потужності додаткового блоку не вистачить. Після включення перевіряється наявність вихідних напруги перетворювача - звичайно ж воно буде значно нижчим за розрахунковий (при використанні додаткового джерела ±15В вихідні напруги будуть занижені приблизно в 10 разів, оскільки первинне харчування становить не 310 В а 30 В), проте наявність вихідних напруг говорить про те, що в силовій частині немає помилок і можна переходити до частини тертя проврки.
3 . Перше включення від мережі необхідно проводити з обмеженням струму, в якості якого може виступити звичайна лампа розжарювання на 40-60 Вт, яку підключають замість запобіжника. Радіатори вже мають бути встановлені. Таким чином, у разі надмірного споживання з якоїсь причини лампа загориться, а ймовірність виходу з ладу зведеться до мінімуму. Якщо все нормально, то проводять регулювання вихідної напруги резисторів R26 і перевіряють здатність навантаження джерела підключивши до виходу таку ж лампу розжарювання. Увімкнена замість запобіжника лампа повинна загорятися (яскравість залежить від вихідної напруги, тобто від того, яку потужність джерело віддаватиме. Вихідна напруга регулюється резистором R26, однак може потібуватися підбір R36.
4 . Перевірка працездатності проводиться із встановленим на місце запобіжником. Як навантаження можна використовувати ніхромову спіраль для електропечок потужність 2-3 кВт. Два відрізки дроту підпаюють до виходу джерела живлення, для початку до плеча, з якого здійснюється контроль вихідної напруги. Один провід прикручується до кінця спіралі, другий встановлюється "крокодил". Тепер, встановлюючи "крокодил" по довжині спіралі, можна оперативно змінювати опір навантаження (рисунок 20).

Малюнок 20

Буде не зайвим на спіралі зробити "розтяжки" у місцях з певним опором, наприклад, кожні 5 Ом. Підключаючись до "розтяжок" Вже заздалегідь буде відомо яке навантаження і яка вихідна потужність зараз. Ну а потужність можна визначити за законом Ома (використовується в табличці).
Все це необхідно для регулювання порога спрацьовування захисту від перевантаження, яке має стійко спрацьовувати при перевищенні реальної потужності на 10-15% розрахункову. Також перевіряється як стійко джерело живлення тримає навантаження.

Якщо джерело живлення не віддає розрахункову потужність значить якась помилка закралася при виготовленні трансформатора - дивимося вище як розрахувати витки під реальний сердечник.
Залишилося уважно вивчити як виготовити друковану плату, а це можна приступати до збірки. Необхідні креслення друкованої плати з першоджерелом у форматі LAY лежать у

Перша
цифра

Друга
цифра

Третя
цифра

Багато-
тель

Допуск
+/- %

Сріблястий

-

-

-

10^-2

10

Золотистий

-

-

-

10^-1

5

Чорний

-

0

-

1

-

Коричневий

1

1

1

10

1

червоний

2

2

2

10^2

2

Помаранчевий

3

3

3

10^3

-

Жовтий

4

4

4

10^4

-

Зелений

5

5

5

10^5

0,5

Блакитний

6

6

6

10^6

0,25

Фіолетовий

7

7

7

10^7

0,1

Сірий

8

8

8

10^8

Або створювати намотування, можна своїми руками зібрати блок живлення імпульсного типу, який вимагає трансформатора всього з кількома витками.

При цьому потрібно невелику кількість деталей, а роботу можна виконати за 1 годину. В даному випадку основою для блоку живлення використовується мікросхема IR2151.

Для роботи знадобляться такі матеріали та деталі:

1. PTC термісторбудь-якого типу.
2. Пара конденсаторів, що вибираються з розрахунком 1мкф. на 1 Вт. Під час створення конструкції підбираємо конденсатори так, щоб вони витягли 220 Вт.
3. Діодне складаннятипу "вертикалка".
4. Драйвератипу IR2152, IR2153, IR2153D.
5. Польові транзисторитипу IRF740, IRF840. Можна вибрати й інші, якщо вони мають хороший показник опору.
6. Трансформаторможна взяти із старих комп'ютерних системних блоків.
7. Діоди, що встановлюються на виході, рекомендується брати із сімейства HER.

Крім цього, знадобляться такі інструменти:

1. Паяльникта витратні матеріали.
2. Викрутката плоскогубці.
3. Пінцет.

Також не варто забувати і про необхідність хорошого освітлення на місці роботи.

Покрокова інструкція

принципова схема
структурна схема

Складання проводиться відповідно до складеної схеми ланцюга. Мікросхема була підібрана згідно з особливостями ланцюга.

Складання проводиться наступним чином:

1. На входівстановлюємо PTC термістор та діодні мости.
2. Потім, встановлюється пара конденсаторів
3. Драйверанеобхідні регулювання роботи затворів польових транзисторів. За наявності драйверів індекс D в кінці маркування встановлювати FR107 не потрібно.
4. Польові транзисторивстановлюються без закорочування фланців. При проведенні кріплення до радіатора використовують спеціальні ізоляційні прокладки та шайби.
5. Трансформаторивстановлюються із закороченими висновками.
6. На виході діоди.

Всі елементи встановлюються у відведені місця на платі та припаюються зі зворотного боку.

Перевірка

Щоб правильно зібрати блок живлення, потрібно уважно поставитися до встановлення полярних елементів, а також слід бути обережним при роботі з мережевою напругою. Після відключення блоку від джерела живлення, в ланцюзі не повинно залишатися небезпечної напруги. При правильному збиранні, наступне налагодження не проводиться.

Перевірити правильність роботи блока живлення можна так:

1. Включаємо в ланцюг,на виході лампочка, наприклад, 12 Вольт. При першому короткочасному пуску лампочка повинна горіти. Крім цього, слід звернути увагу, що всі елементи не повинні нагріватися. Якщо щось гріється, то схема зібрана неправильно.
2. При другому пускузаміряємо значення струму за допомогою тестера. Даємо пропрацювати блоку достатню кількість часу для того, щоб переконатися у відсутності елементів, що нагріваються.

Крім цього, незайвим буде перевірка всіх елементів за допомогою тестера на наявність високого струму після вимкнення живлення.

1. Як раніше було зазначеноробота імпульсного блоку живлення заснована на зворотному зв'язку. Розглянута схема не вимагає спеціальної організації зворотного зв'язку та різних фільтрів харчування.
2. Особливу увагу слід приділити вибору польових транзисторів.В даному випадку рекомендуються польові транзистори IR, які славляться стійкістю до теплового дозволу. За даними виробника, вони можуть стабільно працювати до 150 градусів за Цельсієм. Однак у цій схемі вони не сильно нагріваються, що можна назвати дуже важливою особливістю.
3. Якщо нагрівання транзисторів відбувається постійнослід встановлювати активне охолодження. Як правило, воно представлене вентилятором.

Гідності й недоліки

Імпульсний перетворювач має такі переваги:

1. Високий показниккоефіцієнта стабілізації дозволяє забезпечити умови харчування, які не шкодитимуть чутливій електроніці.
2. Розглянуті конструкціїмають високий показник ККД. Сучасні варіанти виконання мають цей показник лише на рівні 98%. Це пов'язано з тим, що втрати знижено до мінімуму, про що свідчить мале нагрівання блоку.
3. Великий діапазон вхідної напруги- Одна з якостей, через яку поширилася подібна конструкція. При цьому ККД не залежить від вхідних показників струму. Саме несприйнятливість до показника напруги струму дозволяє продовжити термін служби електроніки, тому що у вітчизняній мережі електропостачання стрибки показника напруги – часто явище.
4. Частота вхідного струмувпливає працювати лише вхідних елементів конструкції.
5. Малі габарити та вага, також зумовлюють популярність через поширення портативного та переносного обладнання. Адже при використанні лінійного блоку вага та габарити збільшуються у кілька разів.
6. Організація дистанційного керування.
7. Найменша вартість.

Є й недоліки:

1. Наявністьімпульсних перешкод.
2. Необхідністьвключення до ланцюга компенсаторів коефіцієнта потужності.
3. Складністьсамостійного регулювання.
4. Найменша надійністьчерез ускладнення ланцюга.
5. Важкі наслідкипри виході одного чи кількох елементів ланцюга.

При самостійному створенні подібної конструкції слід враховувати те, що допущені помилки можуть призвести до виходу з ладу електроспоживача. Тому потрібно передбачити наявність захисту у системі.

Пристрій та особливості роботи

При розгляді особливостей роботи імпульсного блоку можна відзначити такі:

1. Спочаткувідбувається випрямлення вхідної напруги.
2. Випрямлена напругав залежності від призначення та особливостей всієї конструкції, перенаправляється у вигляді прямокутного імпульсу високої частоти та подається на встановлений трансформатор або фільтр, що працює з низькими частотами.
3. Трансформаторимають невеликі розміри та вагу при використанні імпульсного блоку через те, що підвищення частоти дозволяє підвищити ефективність їх роботи, а також зменшити товщину сердечника. Крім цього, при виготовленні осердя може використовуватися феромагнітний матеріал. При низькій частоті можна використовувати тільки електротехнічну сталь.
4. Стабілізація напругивідбувається за допомогою негативного зворотного зв'язку. Завдяки використанню даного методу, напруга, що подається до споживача, залишається незмінною, незважаючи на коливання вхідної напруги, і створюваного навантаження.

Зворотний зв'язок може бути організований наступним чином:

1. При гальванічній розв'язці, використовується оптрон або вихід трансформатора обмотки.
2. Якщо не потрібно створювати розв'язкувикористовується резисторний дільник напруги.

Подібними методами витримується вихідна напруга з потрібними параметрами.

Стандартні блоки імпульсного живлення, який може використовуватися, наприклад, для регулювання вихідної напруги під час живлення , Складається з наступних елементів:

1. Частина вхідна високовольтна.Вона, зазвичай, представлена ​​генератором імпульсів. Ширина імпульсу – основний показник, який впливає на вихідний струм: що ширше показник, то більше вписувалося напруга, і навпаки. Імпульсний трансформатор стоїть на розділі вхідної та вихідної частини, проводить виділення імпульсу.
2. На вихідній частині стоїть PTC термістор. Він виготовляється із напівпровідника, має позитивний показник коефіцієнта температури. Ця особливість означає, що при підвищенні температури елемента вище за певне значення, значно піднімається показник опору. Використовується як захисний механізм ключа.
3. Низьковольтна частина.З низьковольтної обмотки проводиться зняття імпульсу, випрямлення відбувається за допомогою діода, а конденсатор виступає як фільтруючий елемент. Діодне складання може провести випрямлення струму до значення 10А. Слід враховувати, що конденсатори можуть бути розраховані на різне навантаження. Конденсатор проводить зняття піків імпульсу, що залишилися.
4. Драйверапроводять гасіння опору в ланцюгу живлення. Драйвера під час роботи проводять послідовне відкриття затворів встановлених транзисторів. Робота відбувається з певною частотою
5. Польові транзисторивибирають з урахуванням показників опору та максимальної напруги при відкритому стані. При мінімальному значенні опору значно підвищується ККД і зменшується нагрівання під час роботи.
6. Трансформатор типовийдля зниження.

З урахуванням обраної схеми, можна приступати до створення блоку живлення типу, що розглядається.