Регулируемый блок питания своими руками

Сборка блока питания с регулировкой тока/напряжения своими руками

Вот очередная версия лабораторного блока питания с напряжением от 0 до 30 В и регулировкой потребляемого тока 0-2 А, что всегда бывает полезно, когда используется БП для настройки самодельных схем или когда они неизвестные приборы запускаются в первый раз.

Схема ИП с регулировкой тока и напряжения

Сама схема питания — это популярный комплект из таких элементов:

1. Сам регулируемый стабилизатор, в котором заменен T1 — BC337 на BD139, T2 — BD243 на BD911
2. D1-D4 — диоды 1N4001 заменены на RL-207
3. C1 — 1000 мкФ / 40 В заменен на 4700 мкФ / 50 В
4. D6, D7 — 1N4148 на 1N4001

У используемого трансформатора есть напряжения: 25 В, 2 А и 12 В, которое полезно для управления вентилятором, охлаждающим радиатор и силовые диоды на панели. Для этого была создана небольшая плата с мостовым выпрямителем, фильтрующими конденсаторами и стабилизатором LM7812 (с радиатором).

Внутри корпуса лабораторного источника питания размещены трансформатор, плата самого регулируемого блока питания, платы стабилизаторов — 12 В и 24 В, радиатор с охлаждающим вентилятором (запускается при 50 С).

На передней части корпуса установлены выключатель, три светодиода, информирующих о состоянии блока питания (сеть 220 В, включение вентилятора и защита — ограничение тока или короткое замыкание), синие и красные LED дисплеи с наклеенной на них затемняющей пленкой. Рядом с дисплеями расположены регулирующие потенциометры, а справа выводы питания. На задней части корпуса имеется разъем для сети, предохранитель и охлаждающий вентилятор 60×60 мм.

Полезное:  Cхема высоковольтного преобразователя напряжения

Что касается индикаторных дисплеев, они показывают:

• синий — текущее напряжение в вольтах V
• красный — текущий ток в амперах A

Источник питания получился реально удобный и надёжный. Вся сборка заняла несколько дней. Что касается охлаждения, оно включается только при высокой нагрузке и то на короткое время, примерно на пару минут.

С этим БП удобно работать даже при слабом освещении, так как яркости индикаторов хватает с головой. Если хотите повысить ток до 3-4 ампера, выбирайте трансформатор по-мощнее и транзисторы регулятора, с хорошим запасам по току. Ещё пару неплохих схем источников питания смотрите по ссылкам:

6— 4,50

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Как собрать лабораторный блок из китайских модулей

На торговых площадках в интернете можно приобрести готовые китайские модули, на основе которых можно построить неплохой лабораторный источник питания.

ЛБП строится по структуре линейного источника, но составляющие имеют совершенно другой принцип работы. Так, вместо обмоточного трансформатора можно применить плату WX-DC2416 36V-5, которая при питании от сети 220 вольт переменного тока на выходе выдает 36 вольт постоянного при токе до 5 А.

Плата импульсного преобразователя 220VAC/26VDC.

В качестве стабилизатора можно применить плату на базе микросхемы LM2596. В продаже имеется несколько вариантов таких плат, удобнее всего использовать модуль с готовым техническим решением по регулировке максимального тока. Отличить такой модуль можно по наличию трех (а не одного) подстроечных резисторов на плате.

Плата на базе LM2596 с регулировкой максимального тока, расположение выводов и потенциометров.

При подаче на вход 35 вольт путем регулировки на выходе можно получить 1,5..30 вольт постоянного напряжения. Производитель декларирует наибольший ток в 3 ампера, но на практике уже при токах, превышающих 1 А микросхема начинает греться. Для отдачи максимальной мощности нужен дополнительный радиатор достаточной площади. Есть сведения, что микросхема комфортно работает и при нагрузке до 4 А при условии организации принудительного обдува теплоотвода.

Для оперативной регулировки надо выпаять два крайних подстроечных резистора и заменить их потенциометрами, которые надо вывести на переднюю панель блока питания. Чтобы получился полноценный блок питания надо добавить еще прибор для измерения тока и напряжения. Его также можно приобрести через интернет. Удобнее применять измеритель в едином блоке, чем два прибора отдельно.

Цифровой блок вольтметр-амперметр.

Осталось только добавить тумблер питания, клеммник для подключения потребителя, связать модули в единую систему и поместить в корпус. По габаритам неплохо подойдет корпус от неисправного компьютерного блока питания.

Соединение китайских модулей в БП.

Некоторые пользователи жалуются, что выходное напряжение грязновато. Это не удивительно, ведь блок питания импульсный. Если это не устраивает владельца БП, можно попробовать исправить проблему установкой дополнительных конденсаторов (показаны на схеме). Емкость подбирается экспериментально, но не менее 1000 мкФ.

Для наглядности рекомендуем к просмотру серию тематических видеороликов.

https://youtube.com/watch?v=bPTIpgNMNJM

https://youtube.com/watch?v=ptBgjMhqe9U

https://youtube.com/watch?v=CiHJFrrc8Yc

Лабораторный источник питания при самостоятельном изготовлении обходится совсем недорого. Многие комплектующие могут быть извлечены из куч радиохлама, имеющегося у каждого любителя электронных самоделок. Но служить ЛБП будет долго и принесет большую пользу.

Преобразователь с промежуточным звеном постоянного напряжения

Здесь все немного сложнее. Чтоб получить постоянное напряжение необходимой величины применяют еще вспомогательные устройства, а именно инвертор, трансформатор, выпрямитель:

Здесь постоянный ток преобразуют в переменный с помощью инвертора тока, потом с помощью трансформатора понижают или повышают (в зависимости от надобности), а потом снова выпрямляют. Значительно удорожает установку наличие трансформатора и инвертора, укрупняет систему, чем снижает КПД. Но есть и плюс – гальваническая развязка между сетью и нагрузкой из – за наличия трансформатора. На практике такие устройства встречаются крайне редко.

Схема

Импульсный БП состоит из следующих функциональных блоков:

• фильтр. Не пропускает помехи из сети и обратно (генерируются самим БП);
• выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Обычный диодный мост, дает на выходе почти ровное (с низким коэффициентом пульсаций) постоянное напряжение, равное действующему значению переменного селевого напряжения — 311 В;
• инвертор. Состоит из быстро переключающихся силовых ключевых транзисторов и управляющей ими микросхемы. На выходе дает прямоугольный переменный ток. Процесс преобразования в инверторе называют широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а микросхему — ШИМ-контроллером. В рабочем режиме реализована обратная связь, потому в зависимости от мощности подключенной к БП загрузки, контроллер регулирует продолжительность открытия транзисторов, то есть ширину импульсов. Также благодаря обратной связи, компенсируются скачки напряжения на входе и броски, обусловленные коммутацией мощных потребителей. Это обеспечивает высокое качество выходного напряжения;
• импульсный высокочастотный трансформатор. Понижает напряжение до требуемых 12 или 24 В;
• выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Преобразует высокочастотное переменное напряжение в постоянное.

Дроссель переменного тока

Основной элемент сетевого фильтра — дроссель. Его сопротивление (индуктивное) возрастает с увеличением частоты тока, потому высокочастотные помехи нейтрализуются, а ток частотой 50 Гц проходит свободно. Дроссель работает тем эффективнее, чем больше размеры магнитопровода, толщина проволоки и больше витков. Дополнительно установленные конденсаторы улучшают фильтрацию, закорачивая высокочастотные помехи и отводя их на «землю».

Также емкостные сопротивления не позволяют в/ч помехам, генерируемым БП, поступать в сеть. Высокочастотный трансформатор отличается от обычного материалом магнитопровода: используются ферриты или альсифер. Выпрямитель после трансформатора собирается на диодах Шоттки, отличающихся высоким быстродействием.

Существует два способа генерации высокочастотного переменного тока:

1. однотактная схема. Применяется в БП небольшой мощности — до 50 Вт (зарядки телефонов, планшетов и т.п.). Конструкция простая, но у нее велика амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора (защищается резисторами и конденсаторами);
2. двухтактная схема. Сложнее в устройстве, но выигрывает в экономичности (выше КПД). Двухтактная схема делится на три разновидности:
   1. двухполупериодная. Самый простой вариант;
3. двухполярная. Отличается от предыдущей присутствием 2-х дополнительных диодов и сглаживающего конденсатора. Реализован обратноходовый принцип работы. Такие схемы широко применяются в усилителях мощности. Важная особенность: продлевается срок службы конденсаторов за счет того, что через них протекают меньшие токи;
4. прямоходовая. Используется в БП большой мощности (В ПК и т.п. устройствах). Выделяется наличием габаритного дросселя, накапливающего энергию импульсов ШИМ (направляются на него через два диода, обеспечивающих одинаковую полярность).

2-тактные БП отличаются схемой силового каскада, есть три модификации:

1. полумостовая: чувствительна к перегрузкам, потому требуется сложная защита;
2. мостовая: более экономична, но сложна в наладке;
3. пушпульная. Наиболее экономична и потому весьма востребована, особенно в мощных БП. Отличается присутствием среднего вывода у первичной и вторичной обмоток трансформатора. В течение периода работает то одна, то другая полуобмотка, подключаемая соответствующим ключевым транзистором.

Стабилизации выходного напряжения добиваются следующими способами:

• применением дополнительной обмотки на трансформаторе. Это самый простой способ, но и наименее действенный. Снимаемое с нее напряжение корректирует сигнал на первичной обмотке;
• применением оптопары. Это более эффективный способ. Основные элементы оптопары — светодиод и фототранзистор. Схема устроена так, что протекающий через светодиод ток пропорционален выходному напряжению. Свечение диода управляет работой фототранзистора, подающего сигналы ШИМ-контроллеру.

Таким образом, в данной методике контролируется непосредственно напряжение на вторичной обмотке, при этом отсутствует гальваническая связь с генератором ключевого каскада.

При подключении последовательно с оптопарой стабилитрона качество стабилизации становится еще выше.

Структурная и принципиальная схема основных частей блока

Обобщенная структурная схема импульсного БП.

На входе блока питания устанавливается сетевой фильтр. Принципиально на работу самодельного или промышленного импульсного блока питания он не влияет – все будет функционировать без него. Но отказываться от схемы фильтрации нельзя – из-за крайне нелинейной формы потребляемого тока импульсные источники интенсивно «сыплют» помехами в бытовую сеть 220 вольт. По этой причине работающие от этой же сети устройства на микропроцессорах и микроконтроллерах – от электронных часов до компьютеров – будут работать со сбоями.

Схема сетевого фильтра.

Назначение входного устройства — защита от двух видов помех:

• синфазной (несимметричной) – возникает между любым проводом и землей (корпусом) БП;
• дифференциальной (симметричной) – между проводами (полюсами) питания.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищен предохранителем F (плавким или самовосстанавливающимся). После предохранителя стоит варистор – резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Пока входное напряжение в норме, сопротивление варистора велико и он не оказывает никакого действия на работу схемы. Если напряжение повышается, сопротивление варистора резко просаживается, что вызывает увеличение тока и сгорание предохранителя.

Конденсаторы Cx блокируют дифференциальные помехи на входе и выходе фильтра в диапазоне до 30 МГц. На частоте 50 Гц их сопротивление велико, поэтому влияния на сетевое напряжение они не оказывают. Их емкость может быть выбрана от 10 до 330 нФ. Резистор Rd устанавливается для безопасности – через него разряжаются конденсаторы после отключения питания.

Синфазные помехи подавляет фильтр на Cy и L. Их значения для частоты среза f связаны формулой Томпсона:

f=1/(2*π*√L*C), где:

• f – частота среза в кГц (берется частота преобразования импульсника);
• L – индуктивность дросселя, мкГн;
• С – емкость Cy, мкФ.

Синфазный дроссель наматывается на ферритовом кольце. Обмотки одинаковые, мотаются на противоположных сторонах.

Конструктив синфазного дросселя.

После фильтра сетевое напряжение выпрямляется. В большинстве случаев используется стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Особенности регулировки

Речь о том или ином регуляторе 12 вольт имеет смысл вести только при указании дополнительных данных:

• постоянное или переменное напряжение надо регулировать;
• какова максимальная величина тока в нагрузке;
• величина разности потенциалов перед регулятором;
• параметры напряжения на нагрузке в диапазоне регулирования.

Каждый из перечисленных параметров связан с определенными техническими решениями, которые отражаются в схеме. Общая схема регулятора – это нагрузка, которая соединена с некоторым устройством. Оно условно обозначено прямоугольником на схеме, показанной далее. Внутри этого прямоугольника может быть та или иная схема, которая соответствует дополнительным данным, упомянутым выше. Простейшим регулятором является переменный резистор. Он позволяет без искажений регулировать переменное напряжение. Также такой резистор применим и при постоянном токе.

Схема с переменным резистором.

Элементарная схема регулятора

Схема с переменным резистором

Если разность потенциалов на входе значительно больше 12 вольт на выходе, в регуляторе будет теряться энергия. На переменном резисторе будет выделяться тепло. Чтобы избежать потерь тепла, на переменном токе надо применить переменную индуктивность, которой может стать ЛАТР. Его пропускная способность ограничивается, как и в переменном резисторе, конструкцией подвижного контакта. Но если допустимо переключение путем переставления между витками перемычки с надежными контактами, можно получать значительную силу тока.

Индуктивный регулятор

Другим способом регулирования своими руками переменного напряжения 12 вольт может быть изменение индуктивности регулятора. Для этого вручную изменяется либо зазор, либо число витков, специально предназначенных для этого. По такому принципу устроен регулируемый сварочный трансформатор, используемый для электропитания вольтовой дуги. Если регулятор напряжения 12 вольт не обладает свойствами стабилизатора и управляется своими руками, разность потенциалов на нагрузке необходимо контролировать вольтметром.

Переменный резистор и переменная индуктивность могут быть использованы и как регулятор тока. В этом случае необходимо контролировать ток в нагрузке амперметром. Если параметры напряжения на нагрузке не оговорены, за исключением его величины в 12 В, регулировать можно диммером. Это может быть мощный регулятор, поскольку он обычно выполнен на основе тиристора. А современные тиристоры выпускаются для очень широкого диапазона разности потенциалов и тока.

Схемы блоков питания

Напряжение лабораторного БП располагается в интервале от 0 до 35 вольт. Для этой цели подходят схемы, по которым можно собрать следующие БП:

• однополярный;
• двуполярный;
• лабораторный импульсный.

Конструкции подобных устройств обычно собраны либо на обычных трансформаторах напряжения (ТН), либо на импульсных трансформаторах (ИТ).

Внимание! Отличие ИТ от ТН в том, что на обмотки ТН подается синусоидальное переменное напряжение, а на обмотки ИТ приходят однополярные импульсы. Схема включения обоих абсолютно идентична

Импульсный трансформатор

Простой лабораторный

Однополярный БП с возможностью регулировать выходное напряжение можно собрать по схеме, в которую входят:

• понижающий трансформатор Tr ( 220/12…30 В);
• диодный мост Dr для выпрямления пониженного переменного напряжения;
• электролитический конденсатор С1 (4700 мкФ*50В) для сглаживания пульсации переменной составляющей;
• потенциометр для регулировки выходного напряжения Р1 5 кОм;
• сопротивления R1, R2, R3 номиналом 1кОм, 5,1 кОм и 10 кОм, соответственно;
• два транзистора: Т1 КТ815 и Т2 КТ805, которые желательно установить на теплоотводы;
• для контроля напряжения на выходе устанавливают цифровой вольтамперметр, с интервалом измерений от 1,5 до 30 В.

В коллекторную цепь транзистора Т2 включены: С2 10 мкф * 50 В и диод Д1.

Схема простого БП

К сведению. Диод устанавливают для защиты С2 от переполюсовки при подключении к аккумуляторам для подзарядки. Если такая процедура не предусмотрена, можно заменить его перемычкой. Все диоды должны выдерживать ток не менее 3 А.

Печатная плата простого БП

Двухполярный источник питания

Для питания усилителей низкой частоты (УНЧ), имеющих два “плеча” усиления возникает необходимость в применении двухполярного БП.

Важно! Если монтировать лабораторный БП, стоит остановить внимание именно на аналогичной схеме. Источник питания должен поддерживать любые форматы выдаваемого постоянного напряжения

Двухполярный ИП на транзисторах

Для такой схемы допустимо применять трансформатор с двумя обмотками на 28 В и одной на 12 В. Первые две – для усилителя, третья – для питания охлаждающего вентилятора. Если таковой не окажется, то достаточно двух обмоток равного напряжения.

Для регулировки выходного тока применены наборы резисторов R6-R9, подключаемые с помощью сдвоенного галетного переключателя (5 положений). Резисторы подбирают такой мощности, чтобы они выдерживали ток более 3 А.

Переменный резистор R нужно брать сдвоенный номиналом 4.7 Ом. Так проще осуществлять регулировку по обоим плечам. Стабилитроны VD1 Д814 соединены последовательно для получения 28 В (14+14).

Для диодного моста можно взять диоды подходящей мощности, рассчитанные на ток до 8 А. Допустимо устанавливать диодную сборку типа KBU 808 или аналогичную. Транзисторы КТ818 и КТ819 необходимо установить на радиаторы.

Подбираемые транзисторы должны иметь коэффициент усиления от 90 до 340. БП после сборки не требует специальной наладки.

Лабораторный импульсный бп

Отличительной чертой ИПБ является рабочая частота, которая в сто раз выше частоты сети. Это дает возможность получить большее напряжение при меньшем количестве витков обмотки.

Информация. Чтобы получить 12 В на выходе ИПБ с током 1 А для сетевого трансформатора достаточно 5 витков при сечении провода 0,6-0,7 мм.

Простой полярный ИП можно собрать, используя импульсные трансформаторы от компьютерного БП.

Лабораторный блок питания своими руками можно собрать по схеме приведенной ниже.

Схема импульсного блока питания

Данный источник питания собран на микросхеме TL494.

Важно! Для управления Т3 и Т4 используется схема, в которую входит управляющий Тr2. Это связано с тем, что встроенные ключевые элементы микросхемы не имеют достаточной мощности

Трансформатор Тr1 (управляющий) берут от компьютерного БП, он «раскачивается» при помощи транзисторов Т1 и Т2.

Особенности сборки схемы:

• для минимизации потерь при выпрямлении используют диоды Шоттки;
• ESR электролитов в фильтрах на выходе должен быть как можно ниже;
• дроссель L6 от старых БП применяют без изменения обмоток;
• дроссель L5 перематывают, намотав на ферритовое кольцо медный провод диаметром 1,5 мм, набрав 50 витков;
• Т3, Т4 и D15 крепят на радиаторы, предварительно отформатировав выводы;
• для питания микросхемы, управления током и напряжением применяют отдельную схему на Tr3 BV EI 382 1189.

Вторичная обмотка выдает 12 В, которые выпрямляются и сглаживаются при помощи конденсатора. Микросхема линейного стабилизатора 7805 стабилизирует его до 5 В для питания схемы индикации.

Внимание! Допустимо использовать в этом БП любую схему вольтамперметра. В таком случае микросхема для стабилизации 5 В не понадобится

Общее описание

Особенность блока питания (БП) в том, что он сделан как отдельный внешний узел. Лабораторный БП — это корпус с лицевой панелью, регуляторами-переключателями, вольтметром, амперметром, выходными клеммами и сетевым шнуром. Далее расскажем нашим читателям о том, что необходимо учесть при самостоятельном изготовлении регулируемого блока питания и как получить оптимальный результат при минимальных затратах.

Для начала остановимся на более широком толковании критериев, которые перечислены выше. Начинаем по списку и рассматриваем напряжение необходимой величины и знака. Это самый важный момент, который в целом определяет схему и конструкцию источника питания. Первое, что необходимо учитывать — это соответствие решаемым задачам. Их число всегда ограничено мощностью БП и, как следствие этого, качеством выходного напряжения.

Пульсации выходного напряжения — это нежелательный параметр, который состоит из низкочастотной составляющей, кратной частоте питающего напряжения и дополнительных более высоких частот. Чтобы влиять теми или иными способами на этот параметр в широком спектре частот, потребуется осциллограф. Иначе его сложно будет оценить.

Стабилизация выходного напряжения — важнейшая характеристика блока питания. Она уменьшает до минимальной величины низкочастотные пульсации и улучшает качество работы нагрузки. Поскольку стабилизатор содержит управляемый элемент, появляется возможность управления выходным напряжением.

Максимальные токи определяют потребительские свойства БП. Чем они больше, тем шире область применения БП. Дополнительно можно упомянуть и напряжения. Падение напряжения на управляемом элементе стабилизатора приводит к его нагреву и ограничивает область применения БП. Поэтому нужны поддиапазоны напряжения, которое подается на вход стабилизатора. Переключение между ними позволяет уменьшить нагрев управляемого элемента стабилизатора при необходимом выходном напряжении.

Защита от перегрузки и короткого замыкания предохраняет управляемый элемент от повреждения током недопустимо большой силы.

Что нужно учитывать

Детали

Регулируемый блок питания представляет собой универсальный преобразователь, который может использоваться для подключения любой бытовой или вычислительной аппаратуры. Без него ни один домашний прибор не сможет функционировать нормально.
Такой БП состоит из следующих составных частей:

• трансформатор;
• преобразователь;
• индикатор (вольтметр и амперметр).
• транзисторы и прочие детали, необходимые для создания качественной электрической сети.

Схема, приведенная выше, отражает все компоненты прибора.
Кроме этого, данный тип блока питания должен обладать защитой на сильный и слабый ток. В противном случае любая внештатная ситуация может привести к тому, что преобразователь и подключенный к нему электрический прибор просто перегорит. К этому результату также может привести неправильная спайка компонентов платы, неправильное подключение или монтаж.
Если вы новичок, то для того чтобы сделать регулируемый тип блока питания своими руками лучше выбирать простой вариант сборки. Одним из простых видов преобразователя является 0-15В БП. Он имеет защиту от превышения показателя тока в подключенной нагрузке. Схема для его сборки размещена ниже.

Простая схема сборки

Это, так сказать, универсальный тип сборки. Схема здесь доступна для понимания любому человеку, который хотя бы раз держал в руках паяльник. К преимуществам этой схемы можно отнести следующие моменты:

• она состоит из простых и доступных деталей, которые можно отыскать либо на радиорынке, либо в специализированных магазинах радиоэлектроники;
• простой тип сборки и дальнейшей настройки;
• здесь нижний предел для напряжения составляет 0,05 вольт;
• двухдиапазонная защита для показателя тока (на 0,05 и 1А);
• обширный диапазон для выходных напряжений;
• высокая стабильность в функционировании преобразователя.

Диодный мост

В этой ситуации с помощью трансформатора напряжение будет обеспечиваться в диапазоне на 3В больше, чем имеется максимальное требуемое напряжение для выхода. Из этого следует, что блок питания, способный регулировать напряжение в пределах до 20В, нуждается в трансформаторе минимум на 23 В.

Конденсатор для фильтра 4700мкф позволит чувствительной к помехам по питанию техники не давать фон

Для этого потребуется компенсационный стабилизатор, имеющий коэффициент подавления для пульсаций более 1000.
Теперь, когда с основными аспектами сборки мы разобрались, необходимо обратить внимание на требования

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Основные узлы регулируемого блока питания

Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.

Узлы трансформаторного БП.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема. Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.

Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.

После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.

Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.

Обобщенная блок-схема импульсного БП.

Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.

Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.

Похожие записи:

Ремонт оборотов болгарок своими руками Как сделать багажник-палатку на автомобиль своими руками Изготавливаем плоскорез фокина Как сделать клетку для перепелов своими руками Поделки из гипса для сада и дома своими руками Осциллограф на ардуино для компьютера