В настоящее время широкое распространения получили компактные люминисцентные лампы, которые часто называют энергосберегающими. В корпусе, рядом с цоколем, у данного типа ламп расположена плата ЭПРА(электронный дроссель и стартер) которая производит запуск энергосберегающей лампы. Как правило лымпы данного типа выходят из строя из-за перегорания нитий накала, при этом само ЭПРА остается исправным. В данной статье будет описано как превратить ЭПРА от вышедшей из стороя энергосберегающей лампы в импульсный блок питания. Собранный блок питания выдавал напряжение 12Вольт при токе 0,5 Ампер и использовался для питания радиоприемника “Океан ” от сети 220 Вольт. В статье будет описано как перевести данный блок питание на другое напряжение и больший ток. Сначало рассмотрим типовую схему ЭПРА.
Номиналы деталей в схеме зависят от мощности лампы и её производителя. Так же могут быть и несущественные изменения в самой схеме ЭПРА. Все это не имеет значения, поскольку для превращения ЭПРА в блок питание переделка схемы не потребуется. Необходимо лиш установить перемычку между верхними выводами лампы EL1 (показано зеленой линией на схеме рис.1). Можно перемкнуть между собой перемычкой все четыре вывода шедшие к лампе, на работе схемы это ни как не скажется. Так же на дросель ДР1 потребуется намотать дополнительную обмотку, таким образом дроссель превратиться в трансформатор. Найти этот дроссель на плате ЭПРА не сложно, он намотон на Ш-образном магнитопроводе и расположен в центре платы.
Перед намоткой вторичной обмотки, поверх первичной обмотки наматывают несколько витков стеклоткани или изоленты. Поскольку первичная обмотка гальванически связана с сетью 220 Вольт. Вторичная обмотка для выходного напряжения 12Вольт содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. Точное количество витков подбирается эксперементально и зависит от типа лампы и напряжения которое следует получить на выходе блока питания. Диаметр провода для других выходных токов равен 0.8*I0.5, где I – необходимый выходной ток блока питания. Мощность лампы, от которой используется ЭПРА, должна быть равна или превышать мощность конструируемого блока питания. Можно использовать готовые трансформаторы от вышедших из строя импульсных блоков питания, которые впаиваются в плату ЭПРА вместо дросселя.
Эсли трансформатор не помещается на плате, его распологают рядом с платой и соединяют со схемой ЭПРА проводами. Переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора поступает на мостовой выпремитель, сглаживается конденсаторами С1 и С2 , и стабилизируется интегральным стабилизатором выполненным на микросхеме DA1. Указанные дополнительные компоненты(изображены синим цветом на схеме) монтируется на отдельной плате.
После чего, данная плата соединяется с платой ЭПРА проводами. При настройки данного блока питания следует учитывать, чтобы при максимальной нагрузки напряжение на конденсаторе С2 было выше напряжения чем на конденсаторе С1 на 2,5 Вольта. Это минимально допустимое напряжение падения на интегральном стабилизаторе DA1 при котором обеспечивается его работа. Если это напряжение ниже, то следует увеличить количество витков вторичной обмотки трансформатора. Марка самой микросхемы DA1, зависит от напряжения которое необходимо получить на выходе. При указанной на схеме, оно равно 12 Вольт. Эсли на выходе необходимо получить регулируемое выходное напряжение, то в качестве DA1 следует использовать микросхему кр142ен12. Она обеспечит регулировку выходного напряжения в пределах 1.2-37 Вольт. Получившийся блок питания распологают в корпусе подходящих размеров.
Схему блока питания можно упростить. Если не требуется стабилизация выходного напряжения, то микросхему DA1 исключают из схемы устройства. А если выпремление выходного напряжения не требуется, например для питания лампы накаливания или низковольтного паяльника, то исключают из схемы и мостовой выпрямитель вместе со сглаживающими конденсаторами. При первом включении устройства в сеть 220 Вольт, в разрыв одного из проводов следует включить лампу накаливани мощностью 40-100 Ватт. Если эта лампа не горит или слабо накаляется блок питания собран правильно. А если горить в полный накал, то схема собрана неверно или в ней есть неисправные компоненты.
Как отремонтировать и доработать импульсный блок питания китайского производства на 12 вольт
Хочу начать с того, что ко мне в руки попали несколько сгоревших и кем-то уже «поремонтированных» блоков питания 220/12 В. Все блоки были однотипными – HF55W-S-12, поэтому, забив в поисковике название, я надеялся найти схему. Но кроме фотографий внешнего вида, параметров и цен на них, ничего не нашел. Поэтому пришлось схему рисовать самому с платы. Схема рисовалась не для изучения принципа работы БП, а исключительно в ремонтных целях. Поэтому сетевой выпрямитель не нарисован, так-же я не распиливал импульсный трансформатор и не знаю в каком месте сделан отвод (начало-конец) на 2 обмотке трансформатора. Так же не надо считать опечаткой С14 -62 Ома, – на плате маркировка и разметка под электролитический конденсатор (+ показан на схеме), но везде на его месте стояли резисторы номиналом 62 Ома.
При ремонте подобных устройств их нужно подключать через лампочку (лампа накаливания 100-200 Вт, последовательно с нагрузкой), что-бы в случае КЗ в нагрузке, не вышел из строя выходной транзистор и не погорели дорожки на плате. Да и вашим домочадцам спокойнее, если вдруг внезапно не погаснет свет в квартире.
Основной неисправностью является пробой Q1 (FJP5027 – 3 А,800 В, 15 мГц) и как следствие – обрыв резисторов R9, R8 и выход из строя Q2 (2SC2655 50 В\2 А 100 мГц). На схеме они выделены цветом. Q1 можно заменить любым подходящим по току и напряжению транзистором. Я ставил BUT11, BU508. Если мощность нагрузки не будет превышать 20 Вт можно ставить даже J1003, которые можно найти на плате от перегоревшей энергосберегающей лампы. В одном блоке совсем отсутствовал VD-01 (диод шоттки STPR1020CT -140 В\2х10 А) я поставил вместо него MBR2545CT (45 В\30 А), что характерно, он вообще не греется на нагрузке 1,8 А (использовалась лампа автомобильная 21 Вт\12 В). А родной диод за минуту работы (без радиатора) разогревается так, что рукой невозможно дотронуться. Проверил потребляемый устройством (с лампой 21 Вт) ток с родным диодом и с MBR2545CT – ток (потребляемый из сети, у меня напряжение 230 В) понизился с 0,115 А до 0,11 А. Мощность снизилась на 1,15 Вт, я считаю, что именно столько рассеивалось на родном диоде.
Заменить Q2 было нечем, под рукой нашелся транзистор С945. Пришлось “умощнить” его схемой с транзистором КТ837 (рис 2) . Ток остался под контролем и при сравнении тока с родной схемой на 2SC2655, получилось ещё снижение потребляемой мощности c той же нагрузкой
на 1 Вт.
В результате, при нагрузке 21 Вт и при работе в течении 5 мин, выходной транзистор и выпрямительный диод (без радиатора) нагреваются градусов до 40 (чуть тёплые). В первоначальном варианте, через минуту работы без радиатора, до них нельзя было дотронуться. Следующим шагом к повышению надёжности блоков сделанных по этой схеме – это замена электролитического конденсатора С12 (склонного к высыханию электролита со временем) на обычный неполярный -неэлектролитический. Таким же номиналом 0,47 мкФ и напряжением не ниже 50 В.
С такими характеристиками БП, теперь можно смело подключать светодиодные ленты, не боясь что КПД блока питания ухудшит эффект экономичности светодиодного освещения.
Сфера применения импульсных блоков питания в быту постоянно расширяется. Такие источники применяются для питания всей современной бытовой и компьютерной аппаратуры, для реализации источников бесперебойного электропитания, зарядных устройств для аккумуляторов различного назначения, реализации низковольтных систем освещения и для других нужд.
В некоторых случаях покупка готового источника питания мало приемлема с экономической или технической точки зрения и сборка импульсного источника собственными руками является оптимальным выходом из такой ситуации. Упрощает такой вариант и широкая доступность современной элементной базы по низким ценам.
Наиболее востребованными в быту являются импульсные источники с питанием от стандартной сети переменного тока и мощным низковольтным выходом. Структурная схема такого источника показана на рисунке.
Сетевой выпрямитель СВ преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное и осуществляет сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на выходе. Высокочастотный преобразователь ВЧП осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в переменное или однополярное , имеющее форму прямоугольных импульсов необходимой амплитуды.
В дальнейшем такое напряжение либо непосредственно, либо после выпрямления (ВН) поступает на сглаживающий фильтр, к выходу которого подключается нагрузка. Управление ВЧП осуществляется системой управления, получающей сигнал обратной связи от выпрямителя нагрузки.
Такая структура устройства может быть подвергнута критике из-за наличия нескольких звеньев преобразования, что снижает КПД источника. Однако, при верном выборе полупроводниковых элементов и качественном расчете и изготовлении моточных узлов, уровень потерь мощности в схеме мал, что позволяет получать реальные значения КПД выше 90%.
Принципиальные схемы импульсных блоков питания
Решения структурных блоков включают не только обоснование выбора вариантов схемной реализации, но и практические рекомендации по выбору основных элементов.
Для выпрямления сетевого однофазного напряжения используют одну из трех классических схем изображенных на рисунке:
- однополупериодную;
- нулевую (двухполупериодную со средней точкой);
- двхполупериодную мостовую.
Каждой из них присущи достоинства и недостатки, которые определяют область применения.
Однополупериодная схема отличается простотой реализации и минимальным количеством полупроводниковых компонентов. Основными недостатками такого выпрямителя являются значительная величина пульсации выходного напряжения (в выпрямленном присутствует лишь одна полуволна сетевого напряжения) и малый коэффициент выпрямления.
Коэффициент выпрямления Кв определяется соотношением среднего значения напряжения на выходе выпрямителя Udк действующему значению фазного сетевого напряжения Uф .
Для однополупериодной схемы Кв=0.45.
Для сглаживания пульсации на выходе такого выпрямителя требуются мощные фильтры.
Нулевая, или двухполупериодная схема со средней точкой , хоть и требует удвоенного числа выпрямительных диодов, однако, этот недостаток в значительной мере компенсируется более низким уровнем пульсаций выпрямленного напряжения и ростом величины коэффициента выпрямления до 0.9.
Основным недостатком такой схемы для использования в бытовых условиях является необходимость организации средней точки сетевого напряжения, что подразумевает наличие сетевого трансформатора. Его габариты и масса оказываются несовместимыми с идеей малогабаритного самодельного импульсного источника.
Двухполупериодная мостовая схема выпрямления имеет те же показатели по уровню пульсации и коэффициенту выпрямления, что и нулевая схема,но не требует наличия сетевого . Это компенсирует и главный недостаток – удвоенное количество выпрямительных диодов как с точки зрения КПД, так и по стоимости.
Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения наилучшим решением является использование емкостного фильтра. Его применение позволяет поднять величину выпрямленного напряжения до амплитудного значения сетевого (при Uф=220В Uфм=314В). Недостатками такого фильтра принято считать большие величины импульсных токов выпрямительных элементов, но критичным этот недостаток не является.
Выбор диодов выпрямителя осуществляется по величине среднего прямого тока Ia и максимального обратного напряжения U BM .
Приняв величину коэффициента пульсации выходного напряжения Кп=10%, получим среднее значение выпрямленного напряжения Ud=300В. С учетом мощности нагрузки и КПД ВЧ преобразователя (для расчета принимается 80%, но на практике получится выше, это позволит получить некоторый запас).
Ia – средний ток диода выпрямителя, Рн- мощность нагрузки, η – КПД ВЧ преобразователя.
Максимальное обратное напряжение выпрямительного элемента не превышает амплитудного значения напряжения сети (314В), что позволяет использовать компоненты с величиной U BM =400В со значительным запасом. Использовать можно как дискретные диоды, так и готовые выпрямительные мосты от различных производителей.
Для обеспечения заданной (10%) пульсации на выходе выпрямителя емкость конденсаторов фильтра принимается из расчета 1мкФ на 1Вт выходной мощности. Используются электролитические конденсаторы с максимальным напряжением не менее 350В. Емкости фильтров для различных мощностей приведены в таблице.
Высокочастотный преобразователь: его функции и схемы
Высокочастотный преобразователь представляет собой однотактный или двухтактный ключевой преобразователь (инвертор) с импульсным трансформатором. Варианты схем ВЧ преобразователей приведены на рисунке.
Однотактная схема . При минимальном количестве силовых элементов и простоте реализации имеет несколько недостатков.
- Трансформатор в схеме работает по частной петле гистерезиса, что требует увеличения его размеров и габаритной мощности;
- Для обеспечения мощности на выходе необходимо получить значительную амплитуду импульсного тока, протекающего через полупроводниковый ключ.
Схема нашла наибольшее применение в маломощных устройствах, где влияние указанных недостатков не столь значительно.
Чтобы самостоятельно поменять или установить новый счетчик, не требуется особых навыков. Выбор правильной обеспечит корректный учет потребляемого тока и повысит безопасность домашней электросети.
В современных условиях обеспечения освещения как внутри помещений, так и на улице все чаще используют датчики движения. Это придает не только комфорт и удобства в наши жилища, но и позволяет существенно экономить. Узнать практические советы по выбору места установки, схем подключения можно .
Двухтактная схема со средней точкой трансформатора (пушпульная) . Получила свое второе название от английского варианта (push-pull) описания работы. Схема свободна от недостатков однотактного варианта, но имеет собственные – усложненная конструкция трансформатора (требуется изготовление идентичных секций первичной обмотки) и повышенные требования к максимальному напряжению ключей. В остальном решение заслуживает внимания и широко применяется в импульсных источниках питания, изготавливаемых своими руками и не только.
Двухтактная полумостовая схема . По параметрам схема аналогична схеме со средней точкой, но не требует сложной конфигурации обмоток трансформатора. Собственным недостатком схемы является необходимость организации средней точки фильтра выпрямителя, что влечет четырехкратное увеличение количества конденсаторов.
Благодаря простоте реализации схема наиболее широко используется в импульсных источниках питания мощностью до 3 кВт. При больших мощностях стоимость конденсаторов фильтра становится неприемлемо высокой по сравнению с полупроводниковыми ключами инвертора и наиболее выгодной оказывается мостовая схема.
Двухтактная мостовая схема . По параметрам аналогична другим двухтактным схемам, но лишена необходимости создания искусственных «средних точек». Платой за это становится удвоенное количество силовых ключей, что выгодно с экономической и технической точек зрения для построения мощных импульсных источников.
Выбор ключей инвертора осуществляется по амплитуде тока коллектора (стока) I КМАХ и максимальному напряжению коллектор-эмиттер U КЭМАХ. Для расчета используются мощность нагрузки и коэффициент трансформации импульсного трансформатора.
Однако, прежде необходимо рассчитать сам трансформатор. Импульсный трансформатор выполняется на сердечнике из феррита, пермаллоя или витого в кольцо трансформаторного железа. Для мощностей до единиц кВт вполне подойдут ферритовые сердечники кольцевого или Ш-образного типа. Расчет трансформатора ведется исходя из требуемой мощности и частоты преобразования. Для исключения появления акустического шума частоту преобразования желательно вынести за пределы звукового диапазона (сделать выше 20 кГц).
При этом необходимо помнить, что при частотах близких к 100 кГц значительно возрастают потери в ферритовых магнитопроводах. Сам расчет трансформатора не составляет труда и легко может быть найден в литературе. Некоторые результаты для различных мощностей источников и магнитопроводов приведены в таблице ниже.
Расчет произведен для частоты преобразования 50 кГц. Стоит обратить внимание, что при работе на высокой частоте имеет место эффект вытеснения тока к поверхности проводника, что приводит к снижению эффективной площади обмотки. Для предотвращения подобного рода неприятностей и снижения потерь в проводниках необходимо выполнять обмотку из нескольких жил меньшего сечения. При частоте 50 кГц допустимый диаметр провода обмотки не превышает 0.85 мм.
Зная мощность нагрузки и коэффициент трансформации можно рассчитать ток в первичной обмотке трансформатора и максимальный ток коллектора силового ключа. Напряжение на транзисторе в закрытом состоянии выбирается выше, чем выпрямленное напряжение, поступающее на вход ВЧ-преобразователя с некоторым запасом (U КЭМАХ >=400В). По этим данным производится выбор ключей. В настоящее время наилучшим вариантом является использование силовых транзисторов IGBT или MOSFET.
Для диодов выпрямителя на вторичной стороне необходимо соблюдать одно правило – их максимальная рабочая частота должна превышать частоту преобразования. В противном случае КПД выходного выпрямителя и преобразователя в целом значительно снизятся.
Видео о изготовлении простейшего импульсного питающего устройства
Изготовить блок питания 12В своими руками несложно, но для этого вам потребуется изучить немного теории. В частности, из каких узлов состоит блок, за что отвечает каждый элемент изделия, основные параметры каждого. Также важно знать, какие трансформаторы необходимо использовать. Если нет подходящего, то можно перемотать вторичную обмотку самостоятельно для получения нужного напряжения на выходе. Нелишним будет узнать о методах травления печатных плат, а также про изготовление корпуса блока питания.
Компоненты блока питания
Основной элемент любого блока питания - это При его помощи происходит снижение напряжения в сети (220 Вольт) до 12 В. В конструкциях, рассмотренных ниже, можно использовать как самодельные трансформаторы с перемотанной вторичной обмоткой, так и готовые изделия, без модернизации. Нужно только учитывать все особенности и проводить правильный расчет сечения провода и количества витков.
Второй элемент по важности - это выпрямитель. Изготовляется он из одного, двух либо четырех полупроводниковых диодов. Все зависит от типа схемы, по которой собирается самодельный блок питания. Например, для реализации нужно использовать два полупроводника. Для выпрямления без увеличения достаточно одного, но лучше применить мостовую схему (все пульсации тока сглаживаются). После выпрямителя обязательно наличие электролитического конденсатора. Желательна установка стабилитрона с подходящими параметрами, он позволяет на выходе сделать стабильное напряжение.
Что такое трансформатор
Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:
- Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
- Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
- Вторичную обмотку (понижающую). Служит для подключения выпрямителя.
Теперь обо всех элементах более подробно. Сердечник может иметь любую форму, но наиболее распространены Ш-образные и U-образные. Реже встречаются тороидальные, но у них специфика иная, чаще применяются в инверторах (преобразователях напряжения, например, из 12 в 220 Вольт), нежели в обычных выпрямительных устройствах. Блок питания 12В 2А целесообразнее делать с использованием трансформатора, имеющего Ш-образный или U-образный сердечник.
Обмотки могут располагаться как друг на друге (сначала первичная, а после вторичная), на одном каркасе, так и на двух катушках. В качестве примера можно привести трансформатор с U-образным сердечником, на котором имеются две катушки. На каждой из них произведена намотка половины первичной и вторичной обмоток. При подключении трансформатора требуется соединять выводы последовательно.
Как произвести расчет трансформатора
Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра - напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.
Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.
Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать (достаточно увеличить на 10%).
Диоды для блока питания
Выбор полупроводниковых диодов, используемых в выпрямителе блока питания, напрямую зависит от того, какие значения параметров трансформатора необходимо получить. Чем больше сила тока на вторичной обмотке, тем мощнее диоды необходимо использовать. Предпочтение стоит отдавать тем деталям, которые изготовлены на основе кремния. Но не стоит брать высокочастотные, так как они не предназначены для использования в выпрямительных устройствах. Их основное предназначение - детектирование высокочастотного сигнала в радиоприемных и передающих устройствах.
Идеальное решение для маломощных блоков питания - это применение диодных сборок, 12В 5А с их помощью можно разместить в гораздо меньшем корпусе. Диодные сборки - это набор из четырех полупроводниковых диодов. Используются они исключительно для выпрямления переменного тока. Работать с ними гораздо удобней, не нужно делать много соединений, достаточно на два вывода подать напряжение от вторичной обмотки трансформатора, а с оставшихся снять постоянное.
Стабилизация напряжения
После изготовления трансформатора обязательно проведите замер напряжения на выводах его вторичной обмотки. Если оно превышает значение 12 Вольт, то необходимо провести стабилизацию. Даже самый простой блок питания 12В плохо будет работать без этого. Следует учесть, что в питающей сети величина напряжения непостоянна. Подключите вольтметр к розетке и проведите замеры в разное время. Так, например, днем оно может подскочить до 240 Вольт, а вечером опуститься даже до 180. Все зависит от нагрузки на линию электропередач.
Если у вас в первичной обмотке трансформатора изменяется напряжение, то оно будет нестабильно и во вторичной. Чтобы компенсировать это, нужно применить устройства, называемые стабилизаторами напряжения. В нашем случае можно использовать стабилитроны с подходящей величиной параметров (тока и напряжения). Стабилитронов множество, подберите необходимые элементы до того, как делать 12В блок питания.
Существуют и более «продвинутые» элементы (типа КР142ЕН12), которые представляют собой комплект из нескольких стабилитронов и пассивных элементов. Их характеристики намного лучше. Также встречаются и зарубежные аналоги подобных устройств. Необходимо познакомиться с этими элементами до того, как сделать12В блок питания вы решите самостоятельно.
Особенности импульсных блоков питания
Блоки питания такого типа нашли широкое применение в персональных компьютерах. У них на выходе имеется два значения напряжения: 12 Вольт - для питания приводов дисководов, 5 Вольт - для функционирования микропроцессоров и иных устройств. Отличие от простых блоков питания состоит в том, что на выходе сигнал не постоянный, а импульсный - по форме похож на прямоугольники. В первый период времени сигнал появляется, во второй он равен нулю.
Также имеются отличия и в схеме устройства. Для нормального функционирования самодельный импульсный блок питания нуждается в выпрямлении сетевого напряжения без предварительного понижения его значения (на входе отсутствует трансформатор). Использовать импульсные блоки питания можно как самостоятельные устройства, так и их модернизированные аналоги - аккумуляторные батареи. В итоге можно получить простейший бесперебойник, причем его мощность будет зависеть от параметров блока питания и типа используемых батарей.
Как получить бесперебойное питание?
Блок питания достаточно подключить параллельно аккумуляторной батарее, чтобы при выключении электричества все устройства продолжили работать в нормальном режиме. При подключенной сети блок питания производит зарядку батареи, принцип схож с работой электроснабжения автомобиля. А когда бесперебойный блок питания 12В отключаете от сети, происходит подача напряжения на всю аппаратуру от аккумулятора.
Но бывают случаи, когда необходимо на выходе получить сетевое напряжение 220 Вольт, например, для питания персональных компьютеров. В этом случае потребуется внедрение в схему инвертора - устройства, которое преобразует постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220. Схема оказывается сложнее, нежели у простого блока питания, но собрать его можно.
Фильтрация и отсечение переменной составляющей
Важное место в выпрямительной технике занимают фильтры. Взгляните на блок питания 12В, схема которого наиболее распространена. Она состоит из конденсатора, сопротивления. Фильтры отсекают все лишние гармоники, оставляя на выходе блока питания постоянное напряжение. Например, простейший фильтр - это электролитический конденсатор с большой емкостью. Если взглянуть на его работу при постоянном и переменном напряжениях, то становится ясен его принцип функционирования.
В первом случае он имеет определенное сопротивление и в схеме замещения он может быть заменен на постоянный резистор. Актуально это для проведения расчетов по теоремам Кирхгофа.
Во втором случае (при протекании переменного тока) конденсатор становится проводником. Другими словами, его можно заменить перемычкой, у которой нет сопротивления. Она соединит оба выхода. При более подробном изучении можно увидеть, что переменная составляющая уйдет, ведь выходы замыкаются во время протекании тока. Останется только постоянное напряжение. Кроме того, для быстрого разряда конденсаторов собираемый блок питания 12В своими руками необходимо на выходе укомплектовать резистором с большим сопротивлением (3-5 МОм).
Изготовление корпуса
Для изготовления корпуса блока питания идеально подойдут алюминиевые уголки и пластины. Сначала необходимо сделать своеобразный скелет конструкции, который впоследствии можно обшить листами из алюминия подходящей формы. Для уменьшения веса блока питания можно в качестве обшивки использовать более тонкий металл. Изготовить блок питания 12В своими руками из таких подручных материалов несложно.
Идеально подойдет корпус от микроволновой печи. Во-первых, металл достаточно тонкий и легкий. Во-вторых, если сделать все аккуратно, то лакокрасочное покрытие не повредится, поэтому внешний вид останется привлекательным. В-третьих, размер обшивки микроволновой печи довольно большой, что позволяет сделать практически любой корпус.
Изготовление печатной платы
Подготовьте фольгированный текстолит, для этого обработайте металлический слой раствором соляной кислоты. Если такового нет, то можно использовать электролит, заливаемый в аккумуляторные батареи автомобилей. Эта процедура позволит обезжирить поверхность. Работайте в чтобы исключить попадание растворов на кожу, ведь можно получить сильнейший ожог. После этого промойте водой с добавлением соды (можно мыла, чтобы нейтрализовать кислоту). И можно наносить рисунок
Сделать рисунок можно как с помощью специальной программы для компьютеров, так и вручную. Если вы изготовляете обычный блок питания 12В 2А, а не импульсный, то количество элементов минимально. Тогда при нанесении рисунка можно обойтись без программ для моделирования, достаточно нанести его на поверхность фольги Желательно сделать два-три слоя, дав предыдущему высохнуть. Неплохие результаты может дать применение лака (например, для ногтей). Правда, рисунок может выйти неровным из-за кисти.
Как протравить плату
Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.
Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа - плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.
Монтаж компонентов
После процедуры травления вам потребуется ополоснуть плату, очистить от защитного слоя дорожки, обезжирить их. Наметьте расположение всех элементов, просверлите отверстия для них. Больше 1,2-мм сверло не стоит применять. Установите все элементы и припаяйте их к дорожкам. После этого необходимо все дорожки покрыть слоем олова, т. е. произвести их лужение. Изготовленный блок питания 12В своими руками с лужением монтажных дорожек прослужит вам намного дольше.
В рамках нашей статьи рассмотрим наиболее интересные схемы импульсных блоков питания с использование различных схемотехнических решений. Но сначала разберем принцип работы импульсного блока питания . (ИБП)
Практически все существующие сегодня импульсные источники импульсного питания незначительно отличаются по конструкционному исполнению и работают по одной, типичной схеме.
Устройство импульсного блока питания
В состав основных компонентов и блоков ИБП входят:
сетевой выпрямитель, типовой вариант состоит из: входных дросселей, электромеханического фильтра, обеспечивающего отстройку от помех и развязку статики с конденсаторами, диодного моста и сетевого предохранителя;
фильтрующей емкости;
силового транзистора работающего в ключевом режиме;
задающий генератор;
оптопары;
схема обратной связи, построенной обычно на транзисторах;
выпрямительные диоды или диодный мост выходной схемы;
Схемы управления выходным напряжением
фильтрующие емкости;
силовые дроссели, выполняют функцию коррекции напряжения и его диагностики в сети
Пример печатной платы типового импульсного блока питания с кратким обозначением радиоэлектронных узлов показан на рисунке ниже:
Как работает импульсный блок питания?
ИБП выдает стабилизированное напряжение за счет применения принципов взаимодействия компонентов инверторной схемы. Переменное сетевое напряжение 220 вольт идет по проводам на выпрямительное устройство. Его амплитуда сглаживается емкостным фильтром за счет применения конденсаторов, выдерживающих пики до 300 вольт, и отделяется помехоподавляющим фильтром.
Диодный мост выпрямляет проходящие через него переменное напряжение, которые затем преобразуются схемой реализованной на транзисторах. Далее высокочастотные импульсы прямоугольной формы следуют с заданной скважностью. Они могут преобразовываться:
с гальванической развязкой от питающей сети выходных цепей;
без развязки.
В первом случае ВЧ импульсы следуют на импульсный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку. За счет высокой частоты получается отличная эффективностьприменения трансформатора, снижаются габариты магнитопровода, а следовательно и вес конечного устройства.
В подобных схемах ИБП работают три взаимосвязанных цепочки: ШИМ-контроллер ; транзисторный каскад из силовых ключей; импульсный трансформатор
Каскад из силовых ключей обычно состоит из мощных полевых, биполярных или транзисторов. Для последних, как правило, создана отдельная система управления на других маломощных транзисторах либо ИМС (драйвера). Силовые ключи могут быть реализованы по различным схемам: полумостовой; мостовой; или со средней точкой.
Импульсный трансформатор его обмотки, размещены вокруг магнитопровода из альсифера или феррита. Они способны передавать ВЧ импульсы с частотой следования до сотен кГц. Их работу обычно дополняют цепочки из стабилизаторов, фильтров, диодов и других элементов.
В ИБП без гальванической развязки высокочастотный разделительный трансформатор не применяется, а сигнал следует сразу на фильтр нижних частот.
Особенности стабилизации выходного напряжения в ИБП
Все ИБП имеют в своем составе радио компоненты, реализующие отрицательную обратную связь (ООС) с выходными параметрами. Поэтому они обладают отличной стабилизацией выходного напряжения при плавающих нагрузках и колебаниях сети питания. Методы реализации ООС зависят от используемой схемы для работы ИБП. Она может реализоваться у ИБП, работающих с гальванической развязкой за следующий счет:
Промежуточного воздействия выходного напряжения на одну из обмоток ВЧ трансформатора;
Испоьзования оптрона.
В обоих вариантах эти сигналы управляют скважностью импульсов, подаваемых на выход ШИМ-контроллера. При применении схемы без гальванической развязки ООС обычно создается за счет подсоединения резистивного делителя.
Простой импульсный блок питания схема которого реализована на микросхеме HV-2405Е в своем внутреннем составе содержит предварительный импульсный стабилизатор напряжения и выходной линейный стабилизатор.
Величина тока, которую способен выдать импульсный блок питания, зависит от емкости C1. Конденсатор С2 адает временную задержку активации микросхемы для стабилизации переходных процессов. Емкость C3 используется для уменьшения пульсации выпрямленного выходного напряжения.
Термистор R1 защищает микросхему от пробоя током заряда конденсатора С1. В схеме был использован малогабаритный термистор марки MZ21-N151RM.
Для получения выходного напряжения в 18 В резистора R1 должен быть составлять 13 кОм, для 15 В - 10кОм,для 12 В - 6,8кОм, а для 9 В - 3,9 кОм.
Микросборка IR2153 это универсальный драйвер управления полевыми и IGBT транзисторами. Разрабатывалась она специально для использования в схемах электронного балласта энергосберегающих ламп, поэтому её функциональные возможности при конструирование блока питания немного ограничены. Микросхема позволяет создать на ее базе простой и надежный источник питания.
Делитель напряжения, собран на неполярном бумажном конденсаторе С1 и электролитических конденсаторах С2 и СЗ, которые создают неполярное плечо сумарной емкостью 100 микрофарад.
Два левых по отношению к схеме диода являются поляризующими к конденсаторной цепи. При указанных номиналах радиокомпонентов, ток короткого замыкания будет около 0,6А, а напряжение на выводах емкости С4 при отсутствие нагрузки приблизительно равно 27 В.
Первичная обмотка трансформатора Т2 преобразователя подсоединена в диагональ моста, образованного транзисторами VT1, VT2 и емкостями С9, С10. Базовые цепи транзисторов питаются от второй и третей обмоток трансформатора Т1, на первичную обмотку которого идет ступенчатое напряжение с формирователя, построенного на микросхемах DD1, DD2.
Задающий генератор формирователя выполнен на инверторах DD1.1, DD1.2 и генерирует колебания частотой 120 кГц. Импульсы с выходов триггеров DD2.1 с частотой 60 кГц и DD2.2 с частотой30 кГц идут на входы элементов DD1.3 я DD1.4, а уже на их выходах генерируются импульсные последовательности со скважностью 4.
Трансформатор Т1 предает это ступенчатое напряжени на базу транзисторов VT1, VT2 работающих в ключевом режиме и поочередно открывает их.
Два источника выходного напряжения выполнены на стабилизаторах напряжения серии К142. Так как, выпрямленное напряжение импульсное на входах фильтров установлены оксидные конденсаторы К52-1 небольшой емкости, хорошо работающие на данной частоте преобразования.
Схема импульсного блока питания собрана на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Со стороны радиокомпонентов фольга сохранена и является общим проводом.
Транзисторы устанавливаются на радиатор размерами 40 на 22 мм.
В схеме применены постоянные сопротивления С2-1 (R7) и МТ, подстроечный резистор СП3-196 (R9), емкости КТП-2а (С1, С2), К50-27 (С4, С5), К52-1 (С7, C11, C16, С20), K73-17 на номинальное напряжение 400 (С3) и 250 В (С9, С10), КМ-5 (С6, С14) и КМ-6 (остальные). Индуктивности L1, L2, L4 - ДМ-2,5 L3 - ДМ-0,4.
Первый трансформатор собран на кольцевом магнитопроводе К 10Х6Х5 из феррита 2000НМ. Его первичная обмотка состоит из 180 витков провода ПЭЛШО 0,1, 2 и 3 обмоткиимеют по 18 витков ПЭЛШО 0,27. Магнитопровод второго трансформатора К28Х16Х9 из феррита марки 2000НМ. Его первичная обмотка состоит из 105 витков провода ПЭЛШО 0,27, обмотки 2 и 4 из 14 и 8 витков монтажного провода МГТФ сечением 0,07 мм, 3-я обмотка из 2Х7 витков ПЭВ-2 диаметром 1 мм.
Основа конструкции полумостовой драйвер на микросхеме IR2151. Сигнал с генератора усиливается каскадом на мощных полевых транзисторах. Резистор 47к должен быть с мощностью от 2 ватт. Диод FR107 можно заменить на FR207 и т.п. Электролитические конденсаторы необходимы для сглаживании пульсаций и снижения уровня сетевых помех, их емкость от 22 до 470 мкф. Предохранитель на 3 ампера. Импульсный трансформатор позволяет получить двухполярное напряжение 12 или 2 вольт, поэтому на выходе можно получить 5, 10, 12 и 24 вольта.
Таким БП можно запитать мощные УНЧ или же приспособить его под 12 вольтовый усилитель из серии TDA. Если БП дополнить регулятором напряжения, то можно собрать полноценный импульсный лабораторный блок питания.
Выпрямитель лучше всего собрать на ультрабыстрых диодах на 4-10 ампер их можно позаимствовать из того же компьютерного блока питания. Этот блок питания можно применить еще в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, так как выходной ток более 10 ампер.
Помните были такие популярные в свое время телефоны наподобие Русь 26. К каждому из них шел не плохой сетевой адаптер имеющий на выходе два стабилизированных напряжения +5В и +8 В при токе нагрузки до 0,5 А его можно использовать для питания множества радиолюбительских самоделок и сегодня.
Рассмотрим схему этого БП:
Напряжение сети 220 В через замкнутые контакты тумблера SA1 и защитное сопротивление R1 идет на первичную обмотку трансформатора Т1. Со вторичной обмотки оно пониженое до 11 В переменного тока, выпрямляется выпрямителем, на диодах Шотки VD1 - VD4. Использование таких диодов снижает потери мощности на выпрямителе примерно на 1 В повышает напряжение на конденсаторе фильтра С7.
Импульсный блок питания содержит два линейных стабилизатора DA1 и DA2. Первый выдает стабилизированное выходное напряжение +5 В, а второй +8 В.
Тумблером SB1 можно выбирать напряжение +5 В или + 8 В. При этом, если тумблер находится в положении «+5 В», загорается светодиод HL2, если в положении «+8 В», то HL3.
Для удобства, на выход канала «+5 В» можно добавить USB-розетку и использовать для наладки устройств с питанием от .
Подробная инструкция для изготовления самодельных импульсных блоков питания разной мощности на основе электронного балласта старой люминесцентной лампы. Электронный балласт это почти готовый импульсный Блок Питания, но в ней отсутствует разделительный трансформатор и выпрямитель.
Плюсы ИБП над стандартными аналоговыми
При сравнении конструкций БП с одинаковыми показателями выходных мощностей ИБП обладают следующими преимуществами:
Cниженный вес и габариты ИБП можно объяснить переходом от преобразований НЧ энергии мощными и тяжелыми силовыми трансформаторами с управляющими системами, расположенными на огромных радиаторахи работающими в линейном режиме, к технологиям импульсного преобразования. За счет роста частоты обрабатываемого сигнала снижается емкость конденсаторов у фильтров и, поэтому, их габариты. Также упрощается схемотехника выпрямления.
Повышенный КПД - У НЧ трансформаторов существенная доля потерь возникаеи за счет рассеивания тепла при электромагнитных преобразованиях. В ИБП максимальные потери энергии возникают во время протекания переходных процессов при коммутациях каскадов. А в остальное время ключевые транзисторы находятся в строго устойчивом состоянии: открыты или закрыты. При этом создаются все условия для минимума потер, при этом КПД может доходить до 90-98%.
Более низкая стоимость;
Расширенный диапазон питающих напряжений - импульсные технологии позволяют запитывать БП от источников с разной амплитудой и частотой. Это расширяет область применения с различными электростандартами.
Встроенная защита. Благодаря применению малогабаритных полупроводниковых модулей, в конструкцию ИБП удается встроить защиту, контролирующую возникновение токов коротких замыканий (КЗ), отключения нагрузок на выходе устройства и другие аварийные ситуации.
Недостатки ИБП
Высокочастотные помехи, т.к они работают по принципу преобразования ВЧ импульсов, то они в любом исполнении генерируют помехи, транслируемые в пространство. Это создает дополнительное требование связанное с их подавлением различными методами.
В некоторых случаях помехоподавление может быть неэффективным, что исключает применении ИБП для отдельных типов точной цифровой техники.
Ограничения по мощности ИБП имеют противопоказание к работе не только на повышенных, но и при пониженных нагрузках. Если в выходной цепи случится резкое падение тока за пределы критического значения, то схема запуска может сглючить или ИБП станет выдавать напряжение с искаженными свойствами.
