Простой блок питания с регулировкой: Блок питания своими руками — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

от простейшего до мощного с легкой регулировкой

Все мастера, занимающиеся ремонтом электронной аппаратуры, знают о важности наличия лабораторного блока питания, с помощью которого можно получать различные значения напряжения и тока для использования при зарядке устройств, питании, тестировании схем и т. д. В продаже имеется много разновидностей таких аппаратов, но опытным радиолюбителям вполне по силам изготовить лабораторный блок питания своими руками. Использовать для этого можно бывшие в употреблении детали и корпуса, дополнив их новыми элементами.

Самостоятельная сборка БП

Простое устройство

Самый простой блок питания состоит всего из нескольких элементов. Начинающим радиолюбителям будет несложно разработать и собрать эти легкие схемы. Главный принцип – создать выпрямительную схему для получения постоянного тока. При этом уровень напряжения на выходе меняться не будет, он зависит от коэффициента трансформации.

Часть схемы простейшего БП без трансформатора

Основные компоненты для схемы простого блока питания:

Понижающий трансформатор;
Выпрямительные диоды. Можно включить их по схеме моста и получить полноволновое выпрямление либо использовать полуволновое устройство с одним диодом;
Конденсатор для сглаживания пульсаций. Выбирается электролитический тип емкостью 470-1000 мкФ;
Проводники для монтажа схемы. Их поперечное сечение определяется величиной нагрузочного тока.

Для конструирования 12-вольтового БП нужен трансформатор, который понижал бы напряжение с 220 до 16 В, так как после выпрямителя напряжение немного уменьшается. Такие трансформаторы можно найти в бывших в употреблении компьютерных блоках питания или приобрести новые. Можно встретить рекомендации о самостоятельной перемотке трансформаторов, но на первых порах лучше обойтись без этого.

Диоды подойдут кремниевые. Для устройств небольших по мощности есть в продаже уже готовые мосты. Важно их правильно подсоединить.

Это основная часть схемы, пока еще не совсем готовая к использованию. Надо поставить дополнительно после диодного моста стабилитрон для получения лучшего выходного сигнала.

Схема БП со стабилитроном

Получившееся устройство является обычным блоком питания без дополнительных функций и способно поддерживать небольшие нагрузочные токи, до 1 А. При этом возрастание тока может повредить компоненты схемы.

Чтобы получить мощный блок питания, достаточно в этой же конструкции установить один или более усилительных каскадов на транзисторных элементах TIP2955.

Важно! Для обеспечения температурного режима схемы на мощных транзисторах необходимо предусмотреть охлаждение: радиаторное или вентиляционное.

Регулируемый блок питания

Блоки питания с регулировкой по напряжению помогут решать более сложные задачи. Имеющиеся в продаже устройства различаются по параметрам регулирования, показателям мощности и др. и подбираются с учетом планируемого использования.

Простой регулируемый блок питания собирается по примерной схеме, представленной на рисунке.

Схема регулируемого БП

Первая часть схемы с трансформатором, диодным мостом и сглаживающим конденсатором похожа на схему обычного БП без регулирования. В качестве трансформатора также можно использовать аппарат из старого блока питания, главное, чтобы он соответствовал выбранным параметрам по напряжению. Этот показатель для вторичной обмотки ограничивает регулирующий предел.

Как работает схема:

Выпрямленное напряжение выходит к стабилитрону, который определяет максимальную величину U (можно взять на 15 В). Ограниченные параметры этих деталей по току требуют установки в схему транзисторного усилительного каскада;
Резистор R2 является переменным. Меняя его сопротивление, можно получить разные величины выходного напряжения;
Если регулировать также ток, то второй резистор устанавливается после транзисторного каскада. В данной схеме его нет.

Если требуется другой диапазон регулирования, надо установить трансформатор с соответствующими характеристиками, что потребует также включения другого стабилитрона и т. д. Для транзистора необходимо радиаторное охлаждение.

Измерительные приборы для простейшего регулируемого блока питания подойдут любые: аналоговые и цифровые.

Соорудив регулируемый блок питания своими руками, можно применять его для устройств, рассчитанных на различные значения рабочего и зарядного напряжения.

Двухполярный блок питания

Устройство двуполярного блока питания более сложное. Заниматься его конструированием могут опытные электронщики. В отличие от однополярных, такие БП на выходе обеспечивают напряжение со знаком «плюс» и «минус», что необходимо при питании усилителей.

Схема двухполярного блока питания

Хотя изображенная на рисунке схема является простой, ее исполнение потребует определенных навыков и знаний:

Потребуется трансформатор со вторичной обмоткой, разделенной на две половины;
Одними из главных элементов служат интегральные транзисторные стабилизаторы: КР142ЕН12А – для прямого напряжения; КР142ЕН18А – для обратного;
Для выпрямления напряжения используется диодный мост, можно его собрать на отдельных элементах или применить готовую сборку;
Резисторы с переменным сопротивлением участвуют в регулировании напряжения;
Для транзисторных элементов обязательно монтировать радиаторы охлаждения.

Двухполярный лабораторный блок питания потребует установки также контролирующих приборов. Сборка корпуса производится в зависимости от габаритов устройства.

Защита блока питания

Самый простой метод защиты БП – установка предохранителей с плавкими вставками. Есть предохранители с самостоятельным восстановлением, не требующие замены после перегорания (их ресурс ограничен). Но они не обеспечивают полноценной гарантии. Зачастую происходит повреждение транзистора до перегорания предохранителя. Радиолюбители разработали различные схемы с применением тиристоров и симисторов. Варианты можно найти в сети.

Советы по оформлению корпуса

Для изготовления кожуха устройства каждый мастер использует доступные ему способы. При достаточном везении можно найти готовое вместилище для прибора, но все равно придется менять конструкцию фронтальной стенки, чтобы поместить туда контролирующие приборы и регулирующие ручки.

Самодельный БП

Некоторые идеи для изготовления:

Измерить габариты всех компонентов и вырезать стенки из алюминиевых листов. На фронтальной поверхности нанести разметку и проделать необходимые отверстия;
Скрепить конструкцию уголком;
Нижнее основание БП с мощными трансформаторами должно быть усилено;
Для внешней обработки прогрунтовать поверхность, покрасить и закрепить лаком;
Схемные компоненты надежно изолируются от внешних стенок во избежание появления напряжения на корпусе при пробое. Для этого возможно проклеить стенки изнутри изолирующим материалом: толстым картоном, пластиком и т. д.

Многие устройства, особенно большой мощности, требуют установки охлаждающего вентилятора. Его можно сделать с функционированием в постоянном режиме либо изготовить схему автоматического включения и выключения по достижении заданных параметров.

Схема реализуется установкой термодатчика и микросхемы, обеспечивающей управление. Чтобы охлаждение было эффективным, необходим свободный доступ воздуха. Значит, задняя панель, около которой монтируют кулер и радиаторы, должна иметь отверстия.

Важно! Во время сборки и ремонта электротехнических устройств надо помнить об опасности поражения электрическим током. Конденсаторы, находившиеся под напряжением, разряжать обязательно.

Собрать качественный и надежный лабораторный блок питания своими руками возможно, если использовать исправные компоненты, четко просчитывать их параметры, пользоваться проверенными схемами и необходимыми приборами.

Видео

Оцените статью:

Регулируемый блок питания на транзисторах

Простой регулируемый блок питания радиолюбительских устройств на двух транзисторах.

Одним из основных приборов мастерской радиолюбителя является лабораторный блок питания. Собирая какую-либо схему, радиолюбителю для ее отладки, проверки необходим источник питания. В этой статье, на сайте Радиолюбитель, мы рассмотрим следующую радиолюбительскую схему: простой в сборке, не имеющий дефицитных деталей источник питания для радиолюбительских устройств.

Данный блок питания, в зависимости от примененных деталей, позволяет получить на выходе регулируемое напряжение 0-12V, при силе тока до 1,5 А.

Рассмотрим электрическую схему.

Трансформатор Tr1 понижает сетевое напряжение 220V до напряжения 15-18V которое поступает на выпрямитель VDS1 собранный по мостовой схеме из четырех диодов. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Далее напряжение поступает на стабилизатор напряжения выполненный на стабилитроне VD1 и составном эмиттерном повторители на транзисторах VT1 и VT2. С помощью переменного резистора R6 регулируется напряжение на выходе блока питания.

Применяемые детали:

Трансформатор – любой, со вторичной обмоткой рассчитанной на выходное напряжение 15-18 вольт и силу тока -2 – 3 ампера (т.е. мощность трансформатора должна быть около 40 ватт). Можно использовать трансформатор от старых советских телевизоров ТВК-110Л, но при этом ток нагрузки должен быть менее 1 ампера.
Стабилитрон — Д814Г. В принципе можно использовать любой стабилитрон из этой серии, что может повлиять только на максимальное выходное напряжение. Ниже приводится таблица с характеристиками стабилитронов серии Д814:

Внешний вид стабилитрона:

Транзистор VT1 – любой из серии КТ315 (А-Е). Ниже приводятся характеристики транзисторов этой серии:

Внешний вид транзистора:

Транзистор VT2 – КТ815. Для получения большего выходного тока можно применить транзисторы из серии КТ817. Транзистор обязательно должен располагаться на радиаторе не менее 10-15 кв.см. Ниже приведены характеристики транзисторов:

Внешний вид тразистора:

Диодный мост собран на диодах Д226:

Внешний вид диода:

Если в схеме будет использован более мощный транзистор VT2, то диоды можно заменить на КД202: Внешний вид диода:

Конденсатор С1 – электролитический емкостью не менее 2200 микрофарад и рабочее напряжение не менее 25 вольт. Можно использовать конденсаторы меньшей емкостью соединив их параллельно.

Данная схема не нуждается в налаживании, но надо иметь ввиду, что в схеме нет защиты от перегрузки и чтобы не спалить детали не подключайте к блоку питания схемы с током нагрузки более 1,5 ампера. Монтаж схемы можно выполнить навесным способом.

Как сделать лабораторный источник питания своими руками

Подборка рекомендаций и ссылок по сборке лабораторного источника питания (ЛБП) своими собственными руками из доступных комплектующих. Вариантов сделать для себя точный блок питания с регулировкой множество — начиная от простых и бюджетных, заканчивая серьезными устройствами с мощной стабилизацией, связью с компьютером и удаленным программированием.

Программируемые и управляемые модули для ЛБП

Простой способ собрать для себя лабораторный источник питания — это взять управляемый модуль-преобразователь со стабилизацией питания. Одни из самых мощных на Алиэкспресс — это модули RD DPS5015 и DPS5020, с выходными токами 15 и 20 Ампер соответственно. Для удаленного управления выбирайте версии «С» — communication для работы через USB/Bluetooth/Wi-Fi. Модули RD DPH5005 имеют встроенный Buck Boost конвертер для повышения напряжения (можно питать 12/24 вольта и получить на выходе, 30-40-50В. Один из самых продвинутых программируемых преобразователей питания — это модель RD 6006 (подробный обзор). Предыдущий список модулей с интересными вариантами.

Компактные преобразователи питания

Не всегда нужны громоздкие источники и приборы, но достаточно бывает компактного преобразователя для подключения и быстрого теста самоделок. На выбор могу предложить несколько вариантов. Например, простой карманный источник питания, который работает от USB зарядки или павербанка — DP3A, с поддержкой быстрой зарядки QC3.0 и возможностью выставить нужный ток или напряжение со стабилизацией до 15W. Подробный обзор DP3A по ссылке. Чуть мощнее и в отдельном корпусе под блочный монтаж — преобразователь 32В/4А с встроенными защитами (OVP/OСР/ОРР) и стабилизацией тока и напряжения CC/CV, а также возможностью поднять выходное напряжение (Buck Boost). Еще один полезный для домашних самоделок источник — простой блок питания наподобие ноутбучного, но со встроенным показометром и регулировкой. Заявлена стабилизация напряжения мощность до 72W (максимум 3А на выходе).

Стационарные источники питания все-в-одном

Для стационарной работы я бы рекомендовал иметь дома хотя бы один мощный источник типа KORAD. Цифры в названии подобных ЛБП обычно показывают максимальные режимы питания: 30/60 Вольт и 5/10 Ампер. То есть KORAD KA3005 — это 30В/5А, модели 6005 стабилизирует большее выходное напряжение, а типа 3010 — больший ток (до 10 А). Плюс подобных источников — встроенный сетевой преобразователь на 220В.

Модули сетевого питания для сборки ЛБП

Для питания управляемых модулей нужен сетевой преобразователь. Я бы не рекомендовал брать дешевые «народные» платы питания, а предложил бы посмотреть в сторону корпусных БП. В таких уже продумано охлаждение и монтаж, присутствует некоторая регулировка выхода. На выбор предлагаются источники с выходным напряжением на 5V, 12V, 24V, 36V, 48V, 60V и мощностью до 400 Вт. Конечно, можно использовать и компьютерные источники питания АТХ (с выходом 12В и преобразователем типа DPH5005, или с переделкой для повышения выходного напряжения), и другие от старой аппаратуры.

Таким образом, можно на базе готовых модулей и источников тока создать свой удобный и точный блок лабораторного питания. За основу можно взять как старую технику, так и полностью готовые комплектующие с Алиэкспресс и радиомагазинов. Цены варьируются от $5 за простой преобразователь с экраном и стабилизацией, и до $100 за мощное устройство. Из полезных функций — наличие Buck Boost конвертера, который помогает повышать напряжение при недостатке входного, функция заряда аккумуляторов (с наличием встроенной защиты и счетчиков емкости), функция стабилизации тока, функции удаленного управления.

Набор для сборки линейного регулируемого блока питания 35 Вольт 5 Ампер. Обзор комплекта для сборки блока питания, схема, тест

Честно говоря заказал я данный набор скорее по остаточному принципу, добить посылку, но в итоге оказалось что он может быть весьма полезен, особенно для начинающих радиолюбителей. Некоторое время назад я делал обзор простого регулируемого блока питания и как выяснилось, он оказался полезным, а теперь представьте что это примерно такой же БП но:
На большее напряжение
На больший ток
С переключением обмоток трансформатора
С управлением вентилятором

Интересно? Тогда думаю не прогадаете.

Начну я сегодняшний обзор с того, что расскажу сначала о продавце, а точнее о том, что случайно выяснилось что это уже четвертый обзор его товаров, предыдущие думаю также запомнились и в них были описаны:
1. LCR-метр
2. Простой осциллограф
3. Электронная нагрузка

Собственно потому могу посоветовать заказывать у этого продавца сразу несколько товаров, особенно выгодна комбинация нагрузка + БП.

Приходит от посредника это все в одном пакете, судя по информации от него же весит комплект 175 грамм, для покупок с Тао вес имеет значение.

В итоге вы должны получить печатную плату и большой пакет с деталями, коробок в комплект не входит и приведен для понимания размера 🙂

Как и в случае с электронной нагрузкой схема в комплект не входит, вся необходимая для сборки информация нанесена на плату в виде шелкографии. Здесь указаны номиналы каждого компонента, потому проблем со сборкой быть не должно.

Монтаж полностью односторонний, SMD компоненты отсутствуют, что на мой взгляд может быть важно для начинающего радиолюбителя.

Качество шелкографии очень хорошее, печать четкая, все отлично видно.

А вот трассировка не очень оптимальна, на торец платы вынесены места под силовые транзисторы и там же расположен разъем подключения трансформатора, потому что-то одно придется подключать проводами в плату, впрочем к этому я еще вернусь.

Существует четыре варианта комплектации лота:
1. Полный комплект, детали плюс плата, мой вариант, цена около $8.64
2. Все то же самое, но без пары выходных транзисторов, цена около $7.76
3. Все компоненты, но без печатной платы, цена около $6.73
4. Плата без компонентов, цена около $1.9 доллара.

Так как компонентов довольно много, то я бы рекомендовал первый вариант, но так как компоненты не все хорошего качества (например конденсаторы), то возможно подойдет и вариант 4, варианты 2 и 3 как по мне смысла особо не имеют.

А вот здесь проявился минус ТаоБао, у меня в комплекте забыли положить ручки переменных резисторов, стоят копейки, но жалко 🙁

На странице товара приведена схема блока питания, что также может помочь в сборке, мне все таки пару раз пришлось к ней обращаться, но о нюансах я напишу в разделе сборки. Качество схемы не очень высокое, продавец предлагает ее «в HD», но как скачать, а не понял.

В общем-то схема ничего принципиально нового не содержит, на одном ОУ собран сам БП, на втором переключатель обмоток, внизу виде узел управления питанием вентилятора. Немного смущает «кривое» питание ОУ и обмотка со средней точкой для питание внутренней электроники, которая в данном случае вообще смысла не имеет.

Также несколько непривычно включение переменных резисторов, двумя проводами, при чем увеличение напряжения/тока соответствует увеличению сопротивления резистора.

Основные узлы блока питания.
1. Зеленый — собственно регулируемый стабилизатор напряжения и тока, слаботочная часть плюс цепь питания
2. Красный — силовая часть регулятора, выпрямители и реле
3. Синий — Схема управления реле переключения обмоток
4. Фиолетовый — управление вентилятором.

Не буду ходить вокруг и перейду к сборке, но так как описание процесса нужно скорее в качестве дополнения, то спрячу эту часть под спойлер.

В комплекте идет 10 номиналов мелких резисторов. При монтаже проще было быстро измерить тестером, чем искать по маркировке.

Вот здесь вылезла мелкая проблемка, у двух резисторов маркировка на плате попала под лужение и пришлось искать их по схеме. В данном случае это пара резисторов 100 Ом, собственно с них я и начинал монтаж. Кроме того рекомендую немного приподнять их над платой, так как китайской краске на резисторах доверия у меня нет.

Вид платы с запаянными резисторами. Больше проблем у меня на этом этапе не возникло.

Также дали диоды и стабилитроны, с диодами и стабилитронами проблем не возникло, маркировка есть на них самих, при этом 1N5408 и 4007 внешне спутать крайне тяжело, а по стабилитронам есть даташит с вариантами маркировки.

Сложности возникли только с компонентом в мелком стеклянном корпусе, я сначала решил что это 4148 со стертой маркировкой, но это термистор и к диодам он отношения не имеет, будьте внимательны.

Маркировка есть, но местами найти место довольно сложно, диоды и стабилитроны стоят на плате вертикально.

У стабилитронов совсем мелкая маркировка на плате, ниже на фото показано как устанавливать компонент.
Все компоненты я обычно устанавливаю единообразно, часто катодом (полоска на корпусе), но в случае с диодом 5408 пришлось поступить наоборот, решил что так он меньше будет мешать подключениям к плате. Диод в работе не греется, потому конденсаторам также мешать не будет, он стоит параллельно выходу для защиты.

1. Дальше паяем конденсаторы, благо их на плате мало, а маркировка указана в том же формате что и на самих конденсаторах.
2. Слева на фото регулируемый стабилитрон TL431 и три транзистора SS8050, устанавливать их лучше после конденсаторов, перед монтажом габаритных компонентов.
3. С подстроечными резисторами также проблем не возникло, единственно маркировка на плате указана как 501 (500 Ом) у одного и 10к и 100к у остальных, на фото это резисторы с обозначением 103 и 104 соответственно.
4. Также есть шесть мощных резисторов, здесь можно ошибиться, у средних на плате написано 7.5 кОм, а резисторы дали 2.2 кОм, у продавца это написано, но кто там читает 🙂 Резисторы 2.2 кОм (средние) стоят параллельно входу питания и выходу БП.

Резисторы в работе могут нагреваться, потому чтобы они не грели плату я их немного поднял отформовав выводы.

В установленном виде.

В качестве источника опорного напряжения используется TL431, но расположен он совсем не оптимально, как раз между мощными резисторами, которые хоть и не сильно, но греются в работе, особенно правый.

Разъемы, клемники и панельки. Здесь меня немного запутало то, что разъемов дали как-то слишком много, а кроме того не совсем понятно как его планировал ставить производитель.
Кстати, клемники довольно хорошего качества, с «лифтовым» механизмом. На заявленном для БП токе проблем быть не должно.

В итоге у меня осталось два трехконтактных разъема, которые я не нашел куда пристроить, возможно производитель планировал сделать некий переходник для питания вентиляторов или еще что-то.
Двухконтактные разъемы можно установить в почти произвольном порядке, но я рекомендую это делать так, как показано на фото,.
Мелкие разъемы ставим для подключения светодиода, термистора и переменных резисторов, более крупные для вентилятора и ампервольтметра. Трехконтактный на плате один, потому здесь вариантов мало.

С разъемом подключения вентилятора возникла небольшая заминка. Если ставить как показано на фото, то цвета родного кабеля не будут соответствовать полярности, но будут соответствовать расположению контактов на разъеме стандартного вентилятора, ну а чтобы не путаться, разъем питания ампервольтметра был установлен также как разъем вентилятора.

Вот уже пошли и габаритные детали. В пакете нашлись конденсаторы:
2200 мкФ 50 Вольт, 3шт
2200 мкФ 25 Вольт, 2шт (на плате указан как 1000мкФ 25 Вольт)
680 мкФ 35 Вольт, 1шт (на плате указан как 470 мкФ 35 Вольт)
470 мкФ 25 Вольт, 1шт (на фото не попал, закатился).
220 мкФ 16 Вольт, 3шт
100 мкФ 50 Вольт, 1шт
4.7 мкФ 50 Вольт, 1шт.

Конденсаторы все «китайские», если хочется «как лучше», то можно заменить на фирменные.

Реле самые обычные, безымянные, по заявленному току подходят с запасом.

Свободного места на плате явно стало гораздо меньше, фактически она почти собрана.

Из того, что устанавливается еще на плату остались только мощные транзисторы и стабилизаторы. В комплекте к ним идут (неожиданно) изолирующие прокладки.
Прокладки ставить можно даже не пытаться, крайне неудобно, они больше чем место внутри радиатора, в итоге я их заменил на слюду, у кого ее нет, могут просто подрезать родные прокладки. Также можно сразу выкинуть родные винты, они имеют потайную шляпку и просто расколят изолирующие втулки, заменил их на винты от материнской платы с большой головкой.
У одного радиатора отверстие было чуть чуть смещено, из-за чего корпус микросхемы почти касался радиатора, но прозвонка показала что все в порядке. Думаю изоляторы нужны потому, что под радиаторами на плате есть дорожки и радиатор может процарапать маску над ними. Как вариант, можно не изолировать сам компонент, а обеспечить изоляцию под радиатором.

На этом же этапе сборки установил и операционные усилители, метки для установки есть на плате.

Собственно плата полностью собрана. по итогам сборки предварительно могу сказать, что особых каких-то проблем не возникло, но сама плата выглядит немного… неэстетично, нет в ней красоты.

Кроме того разъемы хорошо было бы вынести на край платы, а не размещать в середине. Ну и небольшой минус, выяснилось что выход БП подключается пайкой, а не клемником.

После пайки флюс лучше смыть, но не столько из-за влияния на электронику, сколько из-за внешнего вида. по желанию потом можно покрыть лаком Пластик-70

Паяется плата на отлично, я использовал припой с флюсом и самый обычный паяльник с контролем температуры.

А это судя по всему фото прототипа, найденное на странице товара, вид попроще, но вот радиаторы заметно больше.

И так, у меня остались провода, выходные транзисторы, диодный мост и прочая мелочь.

А вот теперь подключение и регулировки платы.
1. 0-15-25-35 Вольт — подключение силового трансформатора. Напряжения считаются относительно точки 0.
2. Диодный мост и транзисторы, думаю понятно и так
3. Рег реле 25 и 35 Вольт, регулировка напряжения при котором подключаются дополнительные соответствующие обмотки.
4. Рег температуры и термистор, соответственно регулировка включения вентилятора и разъем подключения термистора, полярность термистора значения не имеет.
5. 12-15 Вольт, вход дополнительного питания переменного тока 12-15 Вольт, можно использовать одну обмотку.
6. Пит Амперметра — подключение питания амперметра для измерения выходного тока, стабилизированные 12 Вольт
7. Вентилятор — разъем подключения вентилятора.
8. Корр тока — установка диапазона регулировки выходного тока
9. Уст тока — Регулировка выходного тока. (резистор 10к)
10. LED CC, светодиод индикации режима ограничения тока
11. Корр напряжения — установка диапазона регулировки выходного напряжения.
12. Уст напряжения — Регулировка выходного напряжения (резистор 10к)
13. Выход — Выходные площадки для подключения нагрузки к БП.
14. Амперметр — подключение амперметра, если не используется, то закоротить перемычкой.

Теперь о регулировках.
Напряжение переключения обмоток.
1. Крутим резисторы влево до крайнего положения или около того, как вариант до выключения обоих реле.
2. Выставляем на выходе напряжение около 9-10 Вольт и крутим резистор 25 Вольт вправо пока не включится первое реле.
3. Выставляем на выходе напряжение около 20-22 Вольт и крутим вправо резистор 35 Вольт пока не включится второе реле.
4. Всё.

Диапазон регулировки выходного напряжения/тока.
1. Крутим вправо до упора резистор регулировки напряжения.
2. Вращением соответствующего подстроечного резистора добиваемся на выходе требуемого нам напряжения, например 35 Вольт
3. Повторяем то же самое с регулировкой тока, в качестве нагрузки можно использовать мультиметр.

Для увеличения тока вращать подстроечный резистор влево, напряжения — вправо.

Включение вентилятора.
1. Под нагрузкой разогреваем радиатор до той температуры когда он начинает обжигать руку, это около 50-55 градусов
2. Вращаем влево резистор пока не включится вентилятор. Температуру можно поднять до 60-70 градусов, но уже с измерением при помощи термометра.
Кстати вентилятором управляет довольно мощный транзистор, который установлен скорее из-за большого корпуса, вентилятор имеет примитивную схему управления и у него нет четкого включения/выключения, переход плавный и он может работать на малой скорости, но диапазон температур от выкл до полной мощности довольно узкий.

Если у вас трансформатор только с двумя обмотками, например от БП усилителя где к примеру пара обмоток по 18 Вольт со средней точкой, то можно использовать и его, хотя нагрев конечно будет больше. В этом случае вместо второго реле ставится перемычка.

У переменных резисторов соединяются два левых вывода, а сам резистор подключается двумя проводами.
Термистор также имеет двухпроводное подключение, после припаивания изолируем термоусадкой.
Вход подключения дополнительного питания рассчитан на обмотку с отводом от середины, как по мне, то крайне неудобно, можно соединить крайние выводы разъема и питать от одной обмотки 12-15 Вольт, работать будет так же.

Провод подключения вентилятора и ампервольтметра я не использовал, остальные перед пайкой свил чтобы было аккуратнее и меньше наводилось помех. Черная термоусадка была в комплекте.

Здесь я сделаю небольшое отступление, на плате есть место под установку диодного моста, но при токе в 5 Ампер он быстро поджарится и я решил вынести его за пределы платы, потому на этом фото не только транзисторы, а и диодный мост.
Транзисторы TIP3055, 15 Ампер 60 Вольт 90 Ватт, при этом в БП каждый транзистор работает при токе 2.5 Ампера, напряжении до 50 Вольт и рассеивает мощность до 35-40 Ватт, потому небольшой запас еще есть.

Для тестов я использовал относительно небольшой радиатор, в реальной эксплуатации можно вполне применить компьютерный кулер от более-менее мощного процессора. Из-за того что есть переключение обмоток, то даже в самом худшем режиме (КЗ) на нем будет рассеиваться около 75-80 Ватт что вполне сопоставимо с процессором.
Транзисторы от радиатора изолированы, если этого не сделать, то тепловое сопротивление будет меньше, но на радиаторе будет плюс силового питания.

Можно сказать что к тестам готовы 🙂

В ходе тестов был применен вентилятор с трехконтактным разъемом, в этом случае он подключается контактами с красным и черным проводом так, как показано на фото.

Производитель на странице товара выложил вариант применения с не очень распространенным, но интересным ампервольтметром, но вот что-то он мне на момент написания обзора не попался, там вроде ток был до 5 Ампер и цена доступная.

Зато у другого продавца видел не менее интересный приборчик, давно хочу купить поиграться, тем более что он имеет диапазон измерения тока до 10 Ампер, напряжения до 95 Вольт и может подключаться к компьютеру для мониторинга. Но стоит 13 баксов — ссылка .

Ладно, что то я увлекся. Подключаю к плате проверенный комплект из двух трансформаторов + небольшой для вспомогательного питания. Трансформаторы дают в сумме три напряжения кратные 12 Вольт. Кстати, производитель платы рекомендует не комбинацию 12+12+12, а 15+10+10, как я примерно писал в обзоре платы для мощного регулируемого БП, такая комбинация напряжений более оптимальна.

А теперь проверим на что способна данная платка.
1. Минимально можно выставить -0.1 Вольта. Да, именно отрицательное, я с таким встречают не впервые.
2. Максимум 21 Вольт в минимально положении подстроечного резистора диапазона.
3. Дальше я попытался отрегулировать максимальное напряжение подстроечным резистором и получил всего 26 Вольт, маловато.
4. Сначала думал припаивать какие нибудь резисторы для проверки, но помня что резистор регулировки при увеличении сопротивления увеличивает значение напряжения или тока, то просто выдернул разъем и без проблем получил полное выходное.
5. По току минимум 0, при этом светодиод индикации СС светит, нагрузкой является выходной резистор БП.
6. Здесь проблем с калибровкой не было, выставил 5 Ампер.

Потом решил покрутить подстроечный резистор дальше и также без проблем получил и 6 Ампер.

Но мне не нравилась ситуация с ограничением по выходному напряжению и ее как-то надо было решать. Подозрение пало на вспомогательное питание, измерил напряжение на выходе трансформатора и выяснил что там всего 11 Вольт, взял другой трансформатор, с выходным около 24 Вольта, с ним легко выставил на выходе даже 42 Вольта.
Дело в том, что вспомогательное напряжение стабилизируется при помощи стабилизатора 12 Вольт, а ей на выходе надо хотя бы 15, кроме того на плате есть питание со стабилитроном на 15 Вольт. Но при входном 11 Вольт получить напряжение более 15-16 Вольт сложно и в итоге была просадка.

После этого захотелось проверить максимальную выходную мощность, которую можно получить в таком варианте, но примерно через 20 секунд теста раздался громкий хлопок и я получил такое чудо….
Да, когда я заменил трансформатор, то как-то совсем забыл об этих конденсаторах и потому получил вполне закономерный результат, на них было около 32 Вольт.

Но «шоу должно продолжаться» и пострадавшие были заменены на более фирменные Samwha 1000мкФ 35 Вольт.

В итоге я получил на выходе более 200 Ватт, при токе нагрузки 5 Ампер и напряжении 41 Вольт. По моему совсем неплохо.

Далее тест проверки стабильности поддержания выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки. Здесь также довольно неплохо, хотя напряжение все таки немного плыло, но возможно это было из-за контакта между нагрузкой и платой так как нагрузка была подключена к щупам мультиметра, а те в свою очередь были просто вставлены в отверстия платы.
Тест с током 1, 2, 3.5 и 5 Ампер.

В процессе работы плата заметно греется. Наиболее всего греются мощные резисторы.
1. При низких напряжениях греются резисторы вспомогательного питания, которые включены совместно со стабилитронами 6.2 и 15 Вольт, особенно греется ближний к краю платы, через который питается стабилитрон 6.2 Вольта.
2. Если на выходе выставить напряжение более 20-30 Вольт, то начинают сильно греться резисторы 2.2 кОм, расположенные в правом верхнем углу. Нагрев одного зависит от выходного напряжения, а нагрев второго от входного которое максимально когда выходное более 20-22 Вольт. Думаю что лучше их заменить на что нибудь около 3.3-4.7 кОм.

Температура резисторов в обоих случаях порядка 100-110 градусов.

И последний тест, оценка размаха пульсаций на выходе. К сожалению они есть, с частотой 100 Гц. В обоих случаях нагрузка была около 4 Ампер (автомобильная лампа), но в первом стоят только родные входные конденсаторы, во втором я параллельно им подключил еще один, емкостью 10000мкФ, правда на проводах длиной около 10см.
В первом случае размах 50 мВ, во втором 25 мВ.

На мой взгляд пульсации на выходе являются следствием не столько недостатка входной емкости, здесь я считаю как раз все в порядке, сколько несколько странной схемой обратной связи (отмечена красным).
Кроме того мне не нравится что по выходу стоит конденсатор емкостью целых 100 мкФ (помечено зеленым), думаю что лучше его уменьшить до 10-22 мкФ. На пульсации он по сути не влияет, но влияет на бросок тока при переходе с режима CV к режиму СС.

Видеоверсия обзора

И конечно некоторые выводы основанные на результатах процесса сборки и тестов.
Для начала о самом конструкторе.
Нареканий не очень много, но они есть. Забыли положить ручки к резисторам, неудобные изолирующие прокладки, диодный мост надо выносить на радиатор, конденсаторы посредственного качества.
Но есть и достоинства, все собирается без особых сложностей, мало того, оно потом еще и работает обеспечивая даже больше заявленных 35 Вольт 5 Ампер, я смог получить напряжение до 42 Вольт, а ток до 6 Ампер и не думаю что это предел.

По результатам тестов можно реально придраться только к повышенному уровню пульсаций, но думаю что есть шанс это доработать.

В общем и целом набор немного сыроват, но на мой взгляд интереснее чем известная плата 30 Вольт 3 Ампера, обзор которой я как-то делал. Ключевые отличия:
1. Напряжение до 35 Вольт, реально можно поднять и больше.
2. Ток до 5 Ампер, но также можно увеличить.
3. Емкость входного конденсатора 6600 мкФ против 3300 у 3 Ампера варианта
4. В 3 Ампера БП был один силовой транзистор, здесь два.
5. Есть переключение обмоток трансформатора, три ступени.
6. Добавлено управление вентилятором в зависимости от температуры.
7. Шунт измерения тока стоит в положительном полюсе, а не земляном.

Существенный недостаток только один, у обозреваемого варианта выше уровень пульсаций, скорее всего обусловленный схемными недоработками.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки.
Стоимость комплекта с учетом доставки к посреднику вышла $11.09, вес комплекта 175 грамм, стоимость доставки от посредника зависит от разных факторов, например количества, а также наличия других товаров в заказе.
Товар на Алиэкспресс — ссылка

Проектирование простых схем питания

В статье подробно рассказывается, как спроектировать и построить простую схему источника питания, начиная с базовой конструкции и заканчивая достаточно сложным источником питания с расширенными функциями.

Источник питания незаменим

Будь то новичок в области электроники или опытный инженер, всем необходим этот незаменимый элемент оборудования, называемый блоком питания.

Это связано с тем, что никакая электроника не может работать без питания, а точнее — с низковольтным источником постоянного тока, а блок питания — это устройство, специально предназначенное для выполнения этой цели.

Если это оборудование так важно, всем в этой области необходимо изучить все мельчайшие подробности этого важного члена электронного семейства.

Давайте начнем и узнаем, как спроектировать схему источника питания, сначала простейшую, вероятно, для новичков, которые сочтут эту информацию чрезвычайно полезной.
Базовая схема источника питания требует трех основных компонентов для обеспечения желаемых результатов.
Трансформатор, диод и конденсатор.Трансформатор — это устройство, которое имеет два набора обмоток, одна первичная, а другая вторичная.

Сеть 220 В или 120 В подается на первичную обмотку, которая передается на вторичную обмотку, чтобы создать там более низкое наведенное напряжение.

Низкое пониженное напряжение, доступное на вторичной обмотке трансформатора, используется для предполагаемого применения в электронных схемах, однако, прежде чем это вторичное напряжение может быть использовано, его необходимо сначала выпрямить, что означает, что напряжение должно быть преобразовано в постоянный ток. первый.

Например, если вторичная обмотка трансформатора рассчитана на 12 вольт, то полученные 12 вольт от вторичной обмотки трансформатора будут 12 вольт переменного тока через соответствующие провода.

Электронная схема никогда не может работать с переменным током, поэтому это напряжение должно быть преобразовано в постоянное.

Диод — это одно устройство, которое эффективно преобразует переменный ток в постоянный, существует три конфигурации, с помощью которых могут быть сконфигурированы основные конструкции источника питания.

Вы также можете узнать, как спроектировать стендовый источник питания

Использование одного диода:

Самая простая и грубая форма конструкции источника питания — это тот, который использует один диод и конденсатор.Поскольку один диод будет выпрямлять только один полупериод сигнала переменного тока, для этого типа конфигурации требуется большой конденсатор выходного фильтра для компенсации вышеуказанного ограничения.

Фильтрующий конденсатор гарантирует, что после выпрямления на участках спада или убывания результирующей схемы постоянного тока, где напряжение имеет тенденцию к падению, эти участки заполняются и покрываются накопленной энергией внутри конденсатора.

Вышеупомянутая компенсация за счет накопленной энергии конденсаторов помогает поддерживать чистый и свободный от пульсаций выход постоянного тока, что было бы невозможно только с помощью диодов.

Для конструкции источника питания с одним диодом вторичная обмотка трансформатора должна иметь только одну обмотку с двумя концами.

Однако вышеупомянутая конфигурация не может считаться эффективной конструкцией источника питания из-за ее грубого полуволнового выпрямления и ограниченных возможностей формирования выходного сигнала.

Использование двух диодов:

Использование пары диодов для создания источника питания требует трансформатора с центральной вторичной обмоткой с ответвлениями. На схеме показано, как диоды подключаются к трансформатору.

Хотя два диода работают в тандеме и обрабатывают обе половины сигнала переменного тока и производят двухполупериодное выпрямление, используемый метод неэффективен, потому что в любой момент используется только одна половина обмотки трансформатора. Это приводит к плохому насыщению сердечника и ненужному нагреву трансформатора, что делает этот тип конфигурации источника питания менее эффективной и обычной конструкцией.

Использование четырех диодов:

Это лучшая и общепринятая форма конфигурации источника питания с точки зрения процесса выпрямления.

Продуманное использование четырех диодов делает работу очень простой, достаточно только одной вторичной обмотки, насыщение сердечника идеально оптимизировано, что приводит к эффективному преобразованию переменного тока в постоянный.

На рисунке показано, как создается двухполупериодный выпрямленный источник питания с использованием четырех диодов и конденсатора фильтра с относительно низким номиналом.

Этот тип диодной конфигурации широко известен как мостовая сеть. Возможно, вы захотите узнать, как построить мостовой выпрямитель.

Все вышеперечисленные конструкции источников питания обеспечивают выходы с обычным регулированием и поэтому не могут считаться идеальными, они не обеспечивают идеальных выходов постоянного тока и поэтому нежелательны для многих сложных электронных схем. Кроме того, эти конфигурации не включают в себя функции управления переменным напряжением и током.

Однако вышеупомянутые функции могут быть просто интегрированы в вышеуказанные конструкции, а не в последнюю двухполупериодную конфигурацию источника питания за счет введения одной ИС и нескольких других пассивных компонентов.

Использование IC LM317 или LM338:

IC LM 317 — универсальное устройство, которое обычно объединяется с источниками питания для получения хорошо регулируемых и регулируемых выходов напряжения / тока. Несколько примеров схем источника питания с использованием этой ИС

Поскольку указанная выше ИС может поддерживать максимум 1,5 А, для более высоких выходных токов можно использовать другое аналогичное устройство, но с более высокими номиналами. IC LM 338 работает точно так же, как LM 317, но может выдерживать ток до 5 ампер.Ниже показан простой дизайн.

Для получения фиксированных уровней напряжения ИС серии 78ХХ могут использоваться с описанными выше схемами питания. ИС 78XX подробно описаны для вашего обращения.

В настоящее время бестрансформаторные источники питания SMPS становятся фаворитами среди пользователей благодаря их высокой эффективности, высокой мощности, обеспечивающей функции при удивительно компактных размерах.
Хотя создание схемы источника питания SMPS в домашних условиях, безусловно, не для новичков в этой области, инженеры и энтузиасты, обладающие всесторонними знаниями в этой области, могут заняться построением таких схем в домашних условиях.

Вы также можете узнать об аккуратной конструкции блока питания с переключателем режимов.

Есть несколько других форм источников питания, которые могут быть построены даже начинающими любителями электроники и не требуют трансформаторов. Хотя эти типы цепей питания очень дешевы и просты в изготовлении, они не могут поддерживать большой ток и обычно ограничиваются 200 мА или около того.

Конструкция бестрансформаторного источника питания

Две концепции вышеупомянутых схем безтрансформаторного источника питания обсуждаются в следующих парах сообщений:

С использованием высоковольтных конденсаторов,

С помощью Hi-End ICs и FET

Обратная связь от одного из преданных читателей этого блога

Уважаемый Swagatam Majumdar,

Я хочу сделать блок питания для микроконтроллера и его зависимых компонентов…

Я хочу получить стабильный выход + 5В и + 3,3В от блока питания, я не уверен в возрасте усилителя, но я думаю, что всего 5А должно быть достаточно, также будет 5V Mouse и 5V Клавиатура, 3 микросхемы SN74HC595 и 2 модуля SRAM по 512 Кб … Так что я действительно не знаю, к какому возрасту усилителя нужно стремиться ….

Полагаю, 5 ампер достаточно? …. Мой ГЛАВНЫЙ вопрос — какой ТРАНСФОРМАТОР использовать использовать и какие ДИОДЫ использовать? Я выбрал трансформатор после того, как прочитал где-то в Интернете, что мостовой выпрямитель вызывает ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ на 1.4V в целом и в вашем блоге выше вы заявляете, что мостовой чтец вызовет повышение напряжения? …

ТАК Я не уверен (в любом случае не уверен, что я новичок в электронике) ….. ПЕРВЫЙ трансформатор, который я выбрал был этот. Пожалуйста, посоветуйте мне, какой из них ЛУЧШЕ для моих нужд и какие ДИОДЫ тоже использовать …. Я хотел бы использовать блок питания для платы, очень похожей на эту ….

Пожалуйста, помогите мне и подскажите лучший способ сделать подходящий сетевой блок питания 220/240 В, который дает мне СТАБИЛЬНЫЕ 5 В и 3,3 В для использования с моим дизайном.Заранее спасибо.

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи источника питания

Здравствуйте, вы можете добиться этого просто с помощью микросхемы 7805 для получения 5 В и добавления пары диодов 1N4007 к этим 5 В для получения примерно 3,3 В.

5 ампер выглядит слишком высоко, и я не думаю, что вам потребуется такой высокий ток, если только вы не используете этот источник питания с внешним каскадом драйвера, несущим более высокие нагрузки, такие как светодиод высокой мощности или двигатель и т. Д.

Итак, я Я уверен, что ваше требование может быть легко выполнено с помощью вышеупомянутых процедур.

для питания MCU с помощью описанной выше процедуры вы можете использовать 0-9 В или 0-12 В с током 1 ампер, диоды могут быть 1N 4007 x 4 контакта

Диоды упадут на 1,4 В, когда на входе будет постоянный ток, но когда это будет AC как от трафарета, то выход будет увеличен в 1,21 раза.

Обязательно используйте конденсатор 2200 мкФ / 25 В после моста для фильтрации.

Надеюсь, эта информация просветит вас и ответит на ваши вопросы.

На изображении выше показано, как получить 5 В и 3.Постоянная 3В от заданной цепи питания.

Как получить переменное напряжение 9 В от IC 7805

Обычно IC 7805 рассматривается как фиксированный стабилизатор напряжения 5 В. Однако с помощью простого обходного пути ИС можно превратить в схему переменного регулятора напряжения от 5 В до 9 В, как показано выше.

Здесь мы видим, что предустановка на 500 Ом добавлена к центральному контакту заземления ИС, что позволяет ИС выдавать повышенное выходное значение до 9 В с током 850 мА.Предустановку можно отрегулировать для получения выходных сигналов в диапазоне от 5 В до 9 В.

Чтобы получить повышенное выходное напряжение от микросхемы 7812, вы можете обратиться к этому сообщению!

Создание фиксированной схемы регулятора 12 В

На приведенной выше диаграмме мы можем увидеть, как можно использовать обычную микросхему регулятора 7805 для создания фиксированного регулируемого выхода 5 В.

Если вы хотите получить фиксированный регулируемый источник питания 12 В, ту же конфигурацию можно применить для получения требуемых результатов, как показано ниже:

Источник питания 12 В, 5 В с регулируемым напряжением

Теперь предположим, что у вас есть схемы, которым требуется двойное питание в диапазоне фиксированных напряжений 12 В и регулируемых источников питания 5 В.

Для таких приложений описанная выше конструкция может быть просто изменена путем использования микросхемы 7812, а затем микросхемы 7805 для получения вместе требуемых выходных регулируемых источников питания 12 В и 5 В, как показано ниже:

Проектирование простого двойного источника питания

Во многих схемных приложениях, особенно в тех, которые используют операционные усилители, двойной источник питания становится обязательным для включения питания +/- и заземления в цепи.

Проектирование простого двойного источника питания на самом деле включает только источник питания с центральным отводом и мостовой выпрямитель, а также пару конденсаторов фильтров высокой емкости, как показано ниже:

Однако для достижения регулируемого двойного источника питания с желаемым уровнем двойное напряжение на выходе — это то, что обычно требует сложной конструкции с использованием дорогостоящих ИС.

Следующая конструкция показывает, насколько просто и дискретно можно сконфигурировать двойной источник питания с использованием нескольких BJT и нескольких резисторов.

Здесь Q1 и Q3 настроены как проходные транзисторы эмиттерного повторителя, которые определяют величину тока, которая может проходить через соответствующие выходы +/-. Здесь оно составляет около 2 ампер.

Выходное напряжение на соответствующих двойных шинах питания определяется транзисторами Q2 и Q4 вместе с их базовым резистивным делителем.

Уровни выходного напряжения можно соответствующим образом регулировать и настраивать, регулируя значения делителей потенциала, образованных резисторами R2, R3 и R5, R6.

Двойной источник питания с одним операционным усилителем

Если в вашей цепи остался дополнительный операционный усилитель, который требует двойного источника питания от одного источника, то, возможно, можно попробовать следующий простой двойной источник питания из конфигурации с одним операционным усилителем.

Резисторы R1 и R2 работают как высокоомные, и, следовательно, экономичный делитель напряжения.Операционный усилитель гарантирует, что искусственный потенциал земли всегда идентичен потенциалу между переходом R1 и R2. Соединение между R1 и R2 устанавливает взаимосвязь между парой выходных напряжений; если R1 и R2 имеют одинаковое значение, точно такое же будет обеспечено для обоих выходных напряжений, которые будут совершенно симметричными.

Это позволяет нам получить наиболее желаемую особенность схемы, а именно то, что соединение R1 / R2 не зависит от напряжения батареи! Дополнительным преимуществом этого активного делителя потенциала является то, что (в отличие от основной цепи резисторного делителя) он хорошо подстраивается к изменяющимся токам нагрузки, движущимся к линии заземления и от нее, особенно в отношении ситуаций с несимметричным током нагрузки.Вероятно, вы можете подумать об использовании разных вариантов операционных усилителей для этой схемы. 3140 и 324, как правило, являются фантастическим выбором, несмотря на то, что напряжение батареи составляет всего 4,5 В. Имейте в виду, что максимальное напряжение, которое могут выдерживать эти микросхемы, составляет не более 30 В, а максимальный ток нагрузки, который может быть переносимость операционного усилителя также будет зависеть от типа операционного усилителя.

Проектирование источника питания LM317 с фиксированными резисторами

Чрезвычайно простой источник напряжения / тока на основе LM317T, который можно использовать для зарядки никель-кадмиевых элементов или в любое время, когда необходим практический источник питания, показан ниже.

Это несложное предприятие для новичка, которое может быть сконструировано для использования со съемным сетевым адаптером, обеспечивающим нерегулируемый постоянный ток. выход. IC1 на самом деле представляет собой регулируемый регулятор типа LM317T.

Поворотный переключатель S1 выбирает настройку (постоянный ток или постоянное напряжение) вместе со значением тока или напряжения. Регулируемое напряжение может быть получено в SK3, а ток в SK4.

Обратите внимание на наличие регулируемой настройки (положение 12), которая позволяет настраивать переменное напряжение с помощью потенциометра VR1.

Номиналы резисторов должны быть изготовлены из ближайших возможных фиксированных значений, при необходимости размещенных последовательно.

Резистор R6 рассчитан на 1 Вт, а R7 на 2 Вт, хотя оставшаяся часть может составлять 0,25 Вт. Регулятор напряжения IC1 317 необходимо установить на какой-нибудь радиатор, размер которого определяется необходимыми входными и выходными напряжениями и токами.

Регулировка выходного напряжения источника питания

В технических описаниях источников питания постоянного тока могут быть спецификации, касающиеся возможности регулировки выходного напряжения.Это часто вызывает вопросы, связанные с тем, почему необходимо регулировать выходное напряжение, как внешняя цепь регулирует напряжение и почему ограничен диапазон регулировки напряжения? В этом блоге будут обсуждаться некоторые основы конструкции блока питания и их связь с операцией регулировки выходного напряжения и техническими характеристиками.

Что такое обрезка и как она используется?

Подрезка выходного напряжения источника питания означает просто небольшую регулировку напряжения. По соглашению, термин «подстройка» используется для приложений, в которых источник питания имеет заданное номинальное выходное напряжение, и пользователь может изменить выходное напряжение примерно на десять процентов или меньше.Чаще всего пользователи могут регулировать выходное напряжение источника питания, добавляя внешние компоненты, регулируя потенциометр, установленный на печатной плате, или применяя аналоговый или цифровой сигнал.

Блоки питания

с возможностью регулировки выходного напряжения обычно используются по двум причинам:

Performance — Приложения, в которых небольшое изменение выходного напряжения может повысить производительность продукта
Нестандартные напряжения — Требуется нестандартное выходное напряжение, и изменение выходного напряжения стандартного источника питания является наиболее эффективным средством для получения необходимого выходного напряжения

Одним из примеров повышения производительности за счет подстройки является падение напряжения вдоль силовых проводов в приложении.В этом случае выходное напряжение на клеммах источника питания может быть увеличено, чтобы компенсировать падение напряжения вдоль проводников. Применение подстройки выходного напряжения в этом приложении позволит напряжению на нагрузке быть на желаемом уровне, даже если в проводниках подачи энергии произошло падение напряжения.

Рисунок 1: Выходное напряжение источника питания подстроено таким образом, что напряжение источника питания
= требуемое напряжение нагрузки + падение напряжения полного сопротивления проводника

Некоторые источники питания доступны с выходным напряжением, указанным в виде диапазона, а не номинального значения, и выходное напряжение может быть изменено. регулируется в соотношении 1: 100.Эти типы источников питания часто обозначаются как регулируемые, регулируемые или лабораторные источники питания. Метод управления выходным напряжением в этих источниках питания обычно представляет собой аналоговый или цифровой сигнал, ручку или клавиатуру, установленную на панели. Этот класс источников питания часто используется, когда пользователь желает иметь один источник питания, который можно использовать во многих различных приложениях, и они не являются предметом внимания этого сообщения в блоге.

Методы обрезки

В регулируемом источнике питания масштабированное значение выходного напряжения приводится в соответствие с опорным напряжением с помощью контура обратной связи.Выходное напряжение источника питания может быть изменено путем изменения коэффициента масштабирования напряжения обратной связи, подачи сигнала подстройки в узел обратной связи или изменения опорного напряжения. Наиболее распространенные методы подстройки выходного напряжения источников питания — это подача тока (источник напряжения с высоким выходным сопротивлением) в узел обратной связи или изменение значения элемента импеданса в цепи обратной связи. Ниже приведены методы подстройки выходного напряжения в источниках питания.

Прикладное внешнее сопротивление

Группа разработчиков источника питания предоставляет контакт для внутреннего узла обратной связи. Источник напряжения с высоким выходным импедансом может быть сконструирован пользователем, помещая сеть резисторов с высоким импедансом между выходным напряжением источника питания и землей. Затем узел этой сети внешних резисторов подключается к выводу внутреннего узла обратной связи и, таким образом, вводит соответствующий ток для подстройки выходного напряжения источника питания.

Потенциометр

Группа разработчиков источников питания размещает потенциометр, установленный на печатной плате, в цепи обратной связи.«Горшок» доступен пользователю для регулировки выходного напряжения источника питания.

Прикладное внешнее напряжение

Группа разработчиков источника питания предоставляет контакт, подключенный к внутренней схеме формирования сигнала, которая управляет внутренним узлом обратной связи. Пользователь прикладывает напряжение подстройки к внешнему выводу, и схема преобразования сигнала вводит требуемый ток в узел обратной связи для подстройки выходного напряжения.

Цифровой интерфейс

Группа разработчиков источников питания предоставляет пользователю цифровой интерфейс для регулировки выходного напряжения.Внутренний ЦАП и преобразователь сигнала преобразуют код цифровой подстройки в соответствующее аналоговое напряжение или ток для подстройки выходного напряжения.

Рисунок 2: Блок-схема топологии источника питания

Ограничения обрезки

Существует множество возможных причин, по которым диапазон подстройки выходного напряжения может быть ограничен. Некоторые общие причины для ограничения диапазона подстройки включают ограничения выходной мощности, стабильность контура обратной связи и пределы рабочего цикла. Регулировка выходного напряжения также может повлиять на ограничение тока на выходе блока питания, в зависимости от топологии конструкции блока питания.Изменения выходного напряжения и выходного тока могут повлиять на требуемые характеристики входного конденсатора большой емкости, переключателя первичной стороны, изолирующих магнитов, вторичных выпрямительных полупроводников и компонентов выходного фильтра. Стоимость, размер и сложность этих компонентов в конструкции источника питания могут быть увеличены, если диапазон подстройки выходного сигнала будет больше.

Рисунок 3: Элементы преобразователя, на которые может повлиять изменение выходного напряжения или тока.

Как упоминалось ранее, блоки питания имеют внутренний контур обратной связи.Изменение выходного напряжения источника питания может повлиять на стабильность контура источника питания. Нестабильный контур источника питания может колебаться или фиксироваться, а чрезмерно стабильный контур может иметь медленное время отклика и, таким образом, обеспечивать плохое регулирование выходного напряжения при наличии переходных процессов нагрузки. Почти во всех современных конструкциях источников питания используется топология переключения для снижения стоимости и размера, а также повышения производительности. Во многих архитектурах импульсных источников питания изменение выходного напряжения влияет на рабочий цикл формы сигнала переключения.Как минимальные, так и максимальные пределы рабочего цикла формы сигнала переключения могут быть обнаружены, если выходное напряжение слишком сильно урезано.

Заключение

Выходное напряжение источника питания можно регулировать, чтобы обеспечить преимущества во многих приложениях. В большинстве случаев правильная подстройка выходного напряжения источника питания не является проблемой. Однако, если есть сомнения или вопросы, команда технической поддержки CUI готова помочь нашим клиентам.

Категории: Основы , Выбор продукта

Дополнительные ресурсы

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком

Источник питания

— обзор

4.1 Первичный источник питания

Хотя источник питания может означать трансформатор, аккумулятор или выпрямительный фильтр с или без схемы зарядки, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), инженеры по аварийной сигнализации обычно применяют этот термин к компонентам как группе. В большинстве резервных источников питания в качестве вторичного источника питания используются аккумуляторные батареи.

Источник питания начинается с понижающего трансформатора, который преобразует его 240 В переменного тока в напряжение 12–18 В переменного тока, используемое в большинстве систем охранной сигнализации. Трансформатор — это устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой, то есть без прямого соединения между ними. В своей простейшей форме трансформатор состоит из отдельных первичной и вторичной обмоток на общем сердечнике из ферромагнитного материала, такого как железо. Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, результирующий магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке; индуцированное напряжение, вызывающее протекание тока во внешней цепи.В случае понижающего трансформатора вторичная сторона будет иметь меньшее количество обмоток. От этого трансформатора питание по двухпроводному кабелю поступает в схему выпрямителя и фильтра, где переменный ток преобразуется в постоянный. Цепь зарядки будет содержаться в блоке питания, так что резервная батарея может постоянно заряжаться, пока присутствует переменный ток.

Источник питания всегда должен быть регулируемым по напряжению и поддерживать фиксированное выходное напряжение в диапазоне нагрузок и зарядных токов.Компоненты микропроцессора, особенно интегральные схемы, предназначены для работы при определенных напряжениях и не особенно устойчивы к колебаниям. Низкое напряжение заставляет компоненты пытаться потреблять избыточную мощность, что еще больше снижает их допуск, в то время как более высокое напряжение может их разрушить. По этим причинам напряжение следует измерять на источнике и еще раз на входных клеммах точки оборудования.

Решающим фактором при выборе источника питания является определение нагрузки, которую он должен поддерживать.Первым делом необходимо установить, сколько мощности потребуют все энергопотребляющие устройства, подключенные к источнику питания. Затем рассчитывается промежуток времени, в течение которого резервный источник питания должен обеспечивать систему в случае потери основного питания.

Основным источником электроэнергии является подача электроэнергии в здание, которая будет поддерживать систему в течение большей части времени. Вторичный источник питания — это система поддержки в случае отказа основного источника питания, то есть батарей. Системы, которые нас интересуют, будут, как правило, питаться от трансформаторной / выпрямленной сети и перезаряжаемых вторичных ячеек через блок питания или источник бесперебойного питания (ИБП).Другие системы электропитания могут включать трансформатор / выпрямленный источник питания плюс неперезаряжаемые (первичные) элементы или только первичные элементы, но эти два типа менее широко используются. Отсюда следует, что сигнализация вторжения в значительной степени зависит от электросети, которая должна быть источником, который:

•: не будет легко отключен;
•: никогда не изолирован;
•: от некоммутируемой ответвления с предохранителем;
•: без скачков напряжения или тока;
•: подается непосредственно на панель управления, а не через выключатель, вилку и розетку или удаленный ответвитель, который может выйти из строя или отключиться.

Трансформатор должен быть установлен в закрытом положении и вентилироваться, и его нельзя ставить на легковоспламеняющиеся поверхности. Трансформаторы находятся внутри самой панели управления или на конечной станции, если в системе используются независимые удаленные клавиатуры. В тех же пределах находятся выпрямитель и зарядное устройство. В системе будет либо зарядное устройство (BCU), либо ИБП.

ИБП обладает большей способностью подавлять помехи и скачки напряжения в электросети, и он, как правило, широко используется в компьютерных источниках питания с резервными системами.Основные требования к зарядному устройству:

•: оно может полностью зарядить все батареи в течение 24 часов, сохраняя при этом нагрузку на систему;
•: с внутренними предохранителями, как первичными, так и вторичными;
•: свободно плавающий и включает звуковые и видимые признаки неисправности.
•: включает триггер напряжения для активации дистанционной сигнализации отказа;
•: предусмотрена тамперная защита крышки;
•: имеет защиту от короткого замыкания с заземленным минусом на вторичной обмотке постоянного тока.

Как указывалось ранее, ИБП имеет лучшую защиту от помех с усилением записи и мониторинга. Он также должен иметь безопасный изолирующий трансформатор и иметь указанную мощность плюс требования к перезарядке при любой комбинации номинального напряжения питания и частоты питания при температурах от –10 до 40 ° C.

ИБП дополнительно будет иметь полностью выпрямленный трансформатор с низкой тепловой мощностью, твердотельный регулятор напряжения, линейный регулятор тока и высокотемпературный выключатель с непрерывным мониторингом цепи аварийной сигнализации низкого напряжения.Сетевые фильтры подавления используются для устранения кратковременных скачков высокого напряжения. BS 4737 требует следующих ИБП:

•: , чтобы они имели достаточную мощность и скорость перезарядки, чтобы справиться с любой длительной сетевой изоляцией основного источника питания, связанной с работами, выполняемыми для пожарной безопасности, нормальной изоляцией или нормальной работой на электрические услуги;
•: , что они расположены там, где обслуживание может быть легко выполнено;
•: , чтобы была обеспечена достаточная вентиляция, чтобы предотвратить накопление газа на вентилируемой батарее, которое может вызвать повреждение или травму;
•: , чтобы они не подвергались воздействию коррозионных условий и чтобы элементы были полностью закреплены, чтобы предотвратить их падение или разливание;
•: , что на агрегатах должна быть указана дата установки.

Прежде чем рассматривать типы вторичного источника питания, используемые в зоне охранной сигнализации, учащийся может пожелать уделить некоторое внимание проверке сетевого питания и испытаниям, которые необходимо провести, чтобы подтвердить его приемлемость. Эти испытания варьируются от визуальных проверок повреждений кабеля до требований к электрической проверке и рассматриваются в главе 8.

Конструкция источника питания переменного / постоянного тока за 7 шагов

С тех пор, как Никола Тесла выиграл текущую войну и установил переменный ток (AC) в качестве системы передачи и распределения, источников питания с преобразованием высокого напряжения переменного тока в постоянный ток (DC) низкого напряжения, предназначенного для электронных компоненты были в наличии.До настоящего времени источники питания сначала развивались от громоздких линейных трансформаторов до различных импульсных источников питания с различной топологией. Помимо уменьшенных размеров, они стали более эффективными и надежными.

Выходная мощность обычного источника питания с линейным трансформатором пропорциональна его объему и весу. Линейный трансформатор мощностью около 10 Вт весит около 300 г, но если выходная мощность увеличится до 100 Вт, его вес увеличится в несколько раз до примерно 3-5 кг.Даже перемещение его дома похоже на силовую тренировку, не говоря уже о том, чтобы брать его с собой во время путешествий. Не только это, если требуется базовая функция обратной связи по напряжению, но также необходимо установить линейный регулятор. Этот регулятор потребляет напряжение, превышающее спецификацию, из-за потери тепла. Следовательно, чтобы разумно контролировать повышение температуры, необходимо установить большой радиатор, который увеличивает габариты всего блока питания и, следовательно, увеличивает его вес в два раза. Тем не менее, за исключением некоторых аудиофилов, которые придерживаются чрезвычайно высоких стандартов шума пульсаций, линейные источники питания почти не востребованы.

В настоящее время существует множество сценариев применения и категорий источников питания. Помимо привычных нам домов и офисов, существуют определенные потребности в определенных сферах применения, таких как медицинское обслуживание, тяжелая промышленность, автомобили, лабораторное оборудование, центры обработки данных, приложения 5G, железные дороги, навигация и т. Д. В то же время, в ответ на различные применения были разработаны источники питания, электрические свойства, внешний вид, атмосферостойкость и резервирование которых отвечают конкретным задачам.

Источник питания переменного / постоянного тока

: разработать и изготовить или просто купить?

Что нужно для разработки хорошего источника питания в различных сценариях применения? Используя адаптер питания, который чаще всего используется в портативных компьютерах (ноутбуках) в качестве примера ниже, давайте посмотрим, как разработан адаптер для ноутбуков, чтобы соответствовать поставленным задачам. Давайте также сравним, покупать ли готовый продукт или пытаться спроектировать его и сделать продукт самостоятельно.

Ниже приведен процесс проектирования источников питания переменного / постоянного тока:

Планирование и определение основных характеристик электрических свойств
Завершите компоновку печатной платы
Отбор проб
Приварите компоненты из списка BOM к печатной плате
Электронная проверка и корректировка свойств
Опытное производство и повторная проверка
Получите сертификат безопасности для продажи на месте

Возьмем, к примеру, адаптер 120 Вт для ноутбуков, чтобы шаг за шагом объяснить, как проектировать блоки питания переменного / постоянного тока.

Процесс проектирования источника питания переменного / постоянного тока: в качестве примера возьмем адаптер на 120 Вт.

Шаг 1: Планирование и определение основных характеристик электрических свойств

Вообще говоря, на ранней стадии проектирования источника питания необходимо сначала определить основные электрические характеристики. Ниже адаптер 120 Вт для ноутбуков используется в качестве примера для просмотра элементов, которые необходимо определить, и общих параметров. Они включают в себя входное напряжение и частоту, внешний вид и размеры, рабочую температуру и влажность, входную розетку переменного тока, общую эффективность, энергопотребление в режиме ожидания, выходное напряжение, выходной ток, пиковую нагрузку, защиту (включая OCP / OVP / OTP), различные потребности в ЭМС, и т.п.

Вышеупомянутое сведено в таблицу, чтобы сделать их ясными и легкими для понимания.

Арт.	Характеристики
Входное напряжение и частота	90 ~ 264 В переменного тока (50/60 Гц)
Внешний вид и размеры	123 * 45 * 67 мм
Рабочая температура и влажность	-10 ℃ ~ 40 ℃
Входная розетка переменного тока	C14
Выходное напряжение	19 В ± 5%
Выходной ток	6.3A
Общий КПД	Следуйте DoE уровня VI и CoC Ver. 5 уровень2
Энергопотребление в режиме ожидания	0,15 Вт
Пиковая нагрузка	x 2 (50 мс с периодом 1 с)
Защита (включая OCP / OVP / OTP)	Защелка / икота
Различные потребности в ЭМС	IEC62368-1

После приблизительного определения электрических характеристик пришло время выбрать подходящую топологию.Для адаптера мощностью 120 Вт доступны для выбора топологии, как правило, включают обратный ход, ACF (обратный ход с активным зажимом) и HB-LLC. При этом, ввиду ужесточения нормативных требований, Flyback, характеризующийся чрезмерно низкой эффективностью, может не подходить. Хотя остальные (ACF и HB-LLC) достижимы, учитывая, что регулировать эффективность легкой нагрузки ACF сложнее, на этот раз в качестве топологии была выбрана HB-LLC.

После выбора топологии, чтобы обеспечить плавный процесс проектирования, обычно выбирают блок-схему.Сначала примерно различаются схемные структуры различных блоков и названия основной ИС или выбранных компонентов. Кроме того, с учетом входной мощности> 75 Вт, в соответствии с требованиями ЕС по общему гармоническому искажению, следует добавить схему PFC для удовлетворения требований ЕС.

Схема ниже представляет собой блок-схему, построенную в соответствии с вышеупомянутыми электрическими характеристиками и в соответствии с соответствующими компонентами на основе структуры HB-LLC.

Пока еще продолжается фаза планирования, и проектировщики, знакомые со структурой источника питания, могут не показать очевидных различий в выборе между покупкой готового продукта или созданием его самостоятельно. Однако разница между ними постепенно становится очевидной при последующем переходе к фазе реализации.

Шаг 2: Завершите компоновку печатной платы
Как правило, этап компоновки печатной платы следует после подтверждения структуры схемы и выбора компонентов.Что касается того, как разместить все компоненты в соответствии со спецификациями, указанными клиентами, с учетом электрических характеристик и безопасного расстояния, уменьшения трудностей производства и сборки, автоматизации производства, тепловой конвекции и других условий, потребуется профессиональный инженер-компоновщик и подходящее программное обеспечение для работы. Возьмем, к примеру, этот адаптер мощностью 120 Вт. Опытному инженеру-компоновщику потребуется около недели, чтобы завершить первую редакцию печатной платы с нуля.
Шаг 3: Отбор проб
Готовый файл печатной платы затем будет отправлен поставщику печатных плат, специализирующемуся на отборе образцов, для планирования производства образца. Обычно для получения 10-15 образцов печатных плат требуется около 3–5 рабочих дней при затратах на отбор образцов в размере 200 долларов США. Чтобы сократить расходы, игроки, занимающиеся самостоятельным проектированием, могут, конечно, попытаться выполнить травление и промывку, используя плату PCB без покрытия с медной фольгой, которую они приобрели. Тем не менее, учитывая низкую точность, медная проволока легко ломается, и готовый продукт имеет только слой медной фольги (см. Рисунок 1 ниже) без шелкографии верхнего / нижнего слоя (см. Рисунки 2 и 3) в качестве справочного материала для сборки, не говоря уже о необходимость покупать кучу жидкостей для химического травления и задача точно просверливать отверстия в печатной плате одно за другим.В условиях, когда экономится не так много денег и высокая частота отказов, самостоятельное производство печатных плат не рекомендуется.
Рисунок 1: слой медной фольги
Рисунок 2: шелкография верхнего слоя
Рисунок 3: шелкография нижнего слоя
Шаг 4: Приварите компоненты из списка BOM к печатной плате
После того, как печатная плата завершена, все компоненты в списке спецификаций, подготовленном на ранней стадии, вручную привариваются к печатной плате.Обычно последовательность сборки — сначала SMD, а затем DIP. Сначала соберите небольшие компоненты, а затем — большие. Таким образом, вероятность столкновения сборки и отсутствия компонентов в сборке снижается. Однако ручная сборка не может быть полностью безошибочной. Более того, поскольку несколько прототипов собираются вручную, проблемы, возникающие в каждом прототипе, могут различаться. Отсутствующие детали, несовпадение, неправильная полярность и т. Д. — все это усложняет создание прототипов. В конечном итоге от отбора проб до запуска пройдет не менее недели, не считая времени на подготовку материала на ранней стадии для всех компонентов в списке спецификации.На этом этапе, если игроки, занимающиеся самостоятельным проектированием, производят только один прототип, это займет меньше времени, при условии, что время и стоимость подготовки материала на ранней стадии не включены в расчет. Поскольку отдельные игроки имеют ограниченный доступ к ресурсам, они должны покупать все компоненты один за другим в магазине электронных материалов. Подготовка всех материалов для одного прототипа определенно в 2–3 раза дороже, чем покупка готового блока питания.
Шаг 5: Электронная проверка и корректировка свойств
После завершения этапов запуска следует этап проверки и корректировки электронных свойств.Чтобы смоделировать питание систем в разных странах и при различных условиях нагрузки, необходимо множество связанных инструментов и устройств для завершения проверки электронных свойств, включая программируемые источники питания переменного тока и аналоговые электронные фиктивные нагрузки. Конечно, также необходимы высокоточные осциллографы и соответствующие пробники (пробники напряжения / пробники тока / дифференциальные пробники), цифровые измерители, измерители мощности и паяльники с регулируемой температурой. В определенных ситуациях требуется подтверждение слабых сигналов в цепях.В этом случае необходим источник питания постоянного тока. Тем не менее, средний игрок не может себе позволить перечисленные выше инструменты. Чтобы продвинуться дальше, набор анализаторов частотных характеристик стоимостью 1 миллион тайваньских долларов также является необходимым оборудованием для достижения высокой стабильности обратной связи и адекватного запаса по фазе и запасу усиления.
Если вы до сих пор не переключили канал, значит, у вас есть страсть к источникам питания! Чтобы соответствовать вашему усердию, продолжим…
Что касается первого издания образцов, персонал отдела исследований и разработок обычно выполняет проверки, связанные с основными электрическими характеристиками, повышением температуры, электромагнитными помехами и EMS.Однако, поскольку источники питания относятся к аналоговым схемам, часто определенные меры противодействия изменению электрических параметров могут вызвать побочные эффекты. Это приведет к превышению технических характеристик другого электрического свойства или элемента проверки, что может иметь волновой эффект и время и снова и снова создавать проблемы для разработчиков (это явление известно как эффект качелей, при котором предположительно переданный параметр B снова выходит из строя после противодействие параметру A. изменено.Следовательно, то, как правильно справиться с ситуацией, будет зависеть от кропотливой настройки опытным инженером). Следовательно, в дополнение к предварительному тестированию, проводимому персоналом НИОКР, FSP создал отдел проверки, работающий на полную ставку, для проведения проверки одна за другой с точки зрения третьей стороны. Это, в свою очередь, обеспечит качество продукции.
В таблице ниже показаны стандартные блоки питания FSP, требующие проверки.
ОТЧЕТ О КВАЛИФИКАЦИОННОМ ИСПЫТАНИИ
Заказчик: Название режима: FSP120-AAAN3 Проверено: XXX
Версия отчета: 01 Этап: B-TEST Проверено: XXX
Спец.Ред.: 1.00 Дата: XXX Утверждено: XXX
Серийный номер: S7510030032
Товар Подпозиция Результаты Страница Комментарии
Входные характеристики
КПД Пройд 1-3
Входной ток Пройд 1-2
Коэффициент мощности Пройд 1-2
Пусковой ток Пройд 4
Время включения Арт. 24
Время поддержки Пройд 25
Выходные характеристики
Регулировка выходного напряжения Пройд 5-6
Пульсация и шум Пройд 7-8
Динамическая нагрузка Пройд 9-13
Перебег Пройд 14-18
П.Время задержки G Пройд 26
Время сбоя P.G Пройд 27
Время подъема Пройд 28
Защиты
Короткое замыкание Пройд 19-20
Перегрузка по току Пройд 21
Перенапряжение Пройд 22-23
Безопасность
Ток утечки Пройд 37
Хай-пот Пройд 38
Сопротивление изоляции Пройд 39
Заземление Пройд 40 IEC60068-2-2
Окружающая среда / надежность
Тепловой Пройд 32-36
Гореть Пройд 41
Акустическая эмиссия Пройд 53-55
Циклическое включение / выключение Пройд 56
Низкотемпературное хранение Пройд 57 IEC60068-2-1
Высокотемпературное хранение Пройд 58 IEC60068-2-2
Циклическое изменение температуры и влажности Пройд 59 IEC60068-2-14
Холодный старт Пройд 60 IEC60068-2-1
Напряжение напряжения Пройд 61-74
Вибрация Пройд 75-77 IEC60068-2-64
E.M.C.
Гармоника тока Пройд 29-31 EN61000-3-2
Всплеск освещения Пройд 42-43 EN61000-4-5
ESD Пройд 44-45 EN61000-4-2
EFT Пройд 46-47 EN61000-4-4
Электропроводность Пройд 48-52 EN55032
Падения переменного напряжения Пройд 78-79 EN61000-4-11
Проигрыватели с собственной разработкой, как правило, не имеют полных тестовых инструментов и устройств.Поэтому после включения первого выпуска образцов они могут использовать только простой мультиметр для проверки правильности напряжения. В лучших сценариях игроки с самостоятельной конструкцией могут иметь сопротивление нагрузке, которое можно применять для основных тестов на старение и повышение температуры. Однако без более сложных устройств могут возникнуть более сложные проблемы, из-за которых игроки могут застрять и сделать дальнейшую проверку невозможной. Даже при нормальном включении стабильность и срок службы остаются неопределенными. При этом, если все процессы работают и проблемы будут решены, стоит иметь возможность самостоятельно укомплектовать источник питания, даже если это может быть более затратным, чем прямая покупка имеющегося в продаже источника питания.В конце концов, чувство достижения бесценно.
При этом блоки питания собственной разработки подвержены более высокому риску и не рекомендуются для использования с более дорогими продуктами. Если в работе что-то пойдет не так, может выйти из строя блок питания; в тяжелых случаях внутренние электрические устройства будут повреждены, что является скорее потерей, чем прибылью. На данный момент это, вероятно, будет для обычных источников питания собственной разработки, но каждый из сертифицированных FSP источников питания все равно должен будет пройти следующие этапы.
Шаг 6: Пробное производство и повторная проверка
После первоначальной проверки электрических свойств научно-исследовательским персоналом на заводе будет организовано пробное производство. Это делается в надежде найти проблемные области производства до официального начала массового производства. Это снизит количество брака при массовом производстве. С другой стороны, поскольку образцы пробной продукции более полны, чем образцы, полученные вручную, и их количество больше, отдел проверки FSP будет использовать образцы для выполнения проверки.В дополнение к элементам, проверенным вышеупомянутым персоналом, занимающимся исследованиями и разработками, также выполняются дополнительные компоненты, снижающие номинальные характеристики, и открытые короткие проверки. Снижение характеристик компонентов в основном предназначено для определения того, соответствуют ли излишки всех компонентов техническим характеристикам компонентов во время работы на мощности. Если есть избыток, он будет доведен до сведения персонала НИОКР для внесения улучшений. Открытое короткое замыкание в основном предназначено для проверки того, какие реакции возникают в источнике питания при выходе из строя какого-либо компонента, возникновении разомкнутой цепи или короткого замыкания в отдельном устройстве.Поскольку блоки питания подключены к сети, теоретически энергия неисчерпаема. Отказ источника питания, вызывающий выделение тепла, дыма или даже искр, может привести к серьезным несчастным случаям, связанным с безопасностью. Такие исходы совершенно недопустимы. Таким образом, открытое короткое замыкание имитирует все возможные неблагоприятные результаты, чтобы исключить возможные опасности до того, как они произойдут. Поскольку два вышеупомянутых теста предназначены для проверки каждого компонента источника питания, проверка занимает очень много времени. Кроме того, имитация открытого короткого состояния часто приводит к повреждению источника питания.Таким образом, требуются многочисленные образцы, которые не могут быть заполнены только персоналом НИОКР, а специализированным подразделением по проверке.
Шаг 7: Получите сертификат безопасности для продажи на местном рынке
Как упоминалось выше, при отказе источника питания могут возникнуть серьезные проблемы с безопасностью. Источники питания также могут иметь разные соображения безопасности при использовании в разных местах. Хотя многие международные организации, такие как IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике), установили рекомендуемые спецификации, учитывая различное сетевое напряжение в разных странах, розетка переменного тока и определение безопасности различаются от страны к стране.В конце концов, страны по всему миру разработали свои собственные наборы критериев. Таким образом, адаптеры для ноутбуков, которые могут быть проданы и использованы в любой стране мира, должны быть протестированы с помощью профессиональной лаборатории и в соответствии с требованиями страны, в которой они находятся. Наконец, необходимо наличие сертификата безопасности, выданного этой страной. быть полученными для продуктов, которые будут разрешены для продажи на местном уровне, и это всего лишь одна страна. Если необходимо принять во внимание универсальное использование, нам нужно будет подавать заявки на сертификат безопасности от каждой страны по очереди.Безусловно, это будет стоить немалых денег. Кроме того, такая сертификация безопасности является обязательным требованием с юридической силой. Несоблюдение приведет к штрафу, и продукт больше не будет продаваться.
Заключение
В настоящее время можно описать основные этапы квалифицированного источника питания с нуля. Конечно, многие детали невозможно описать подробно. Многочисленные формы сигналов и подтверждения данных испытаний, альтернативные проверки материалов, особые правила, особые требования к окружающей среде, корректировки новых материалов и т. Д.добавить непреодолимые неизвестности к сложности, связанной с проектированием мощности.
Возвращаясь к вопросу индивидуально разработанных источников питания, помимо их более высокой стоимости по сравнению с коммерчески доступными источниками питания, личные усилия в формулировании спецификации / выборе структуры схемы / выборе модели трансформатора / конструкции обмотки / чертеже схемы / компоновке печатной платы / закупке материалов / сборка прототипа / и, наконец, отладка электрических свойств не только будет стоить денег, но также потребует много времени и энергии для завершения всего процесса.В дополнение к личной компетентности необходим значительный энтузиазм, не говоря уже об отсутствии возможности позволить себе дорогостоящие инструменты и устройства для проверки электрических свойств и сложных процессов проверки качества. Это, в свою очередь, приведет к высокой ненадежности готовой продукции.
Ясно, что блок питания DIY, который имеет низкое соотношение цены и качества, в конце концов, не такая уж и хорошая идея. С таким же успехом это может быть вызов для студентов или самореализующихся.
Статьи по теме: < Введение в источники питания переменного и постоянного тока >
Как умный инженер по аппаратному обеспечению может легко спроектировать блоки питания: мини-учебник
Аннотация
Это мини-руководство дает обзор возможностей проектирования источников питания. В нем будут рассмотрены основные и часто используемые топологии изолированных и неизолированных источников питания, а также их преимущества и недостатки. Мы также рассмотрим электромагнитные помехи (EMI) и вопросы фильтрации.Это мини-руководство призвано обеспечить упрощенное понимание и новое понимание искусства проектирования источников питания.
Введение
Для большинства электронных систем требуется какое-то преобразование напряжения между напряжением источника энергии и напряжением схемы, которая должна быть запитана. По мере того, как батареи теряют заряд, напряжение падает. Некоторое преобразование постоянного тока в постоянный может гарантировать, что гораздо больше энергии, накопленной в батарее, будет использоваться для питания схемы. Также, например, с линией переменного тока 110 В мы не можем напрямую запитать полупроводник, такой как микроконтроллер.Поскольку преобразователи напряжения, также называемые источниками питания, используются почти во всех электронных системах, за эти годы они были оптимизированы для различных целей. Конечно, некоторые из обычных целей оптимизации — это размер решения, эффективность преобразования, EMI и стоимость.
Самый простой блок питания: LDO
Одной из простейших форм источника питания является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO). LDO — это линейные регуляторы, в отличие от импульсных регуляторов. Линейные регуляторы помещают перестраиваемый резистор между входным напряжением и выходным напряжением, что означает, что выходное напряжение фиксируется независимо от того, как изменяется входное напряжение и какой ток нагрузки проходит через устройство.На рисунке 1 показан основной принцип работы этого простого преобразователя напряжения.
Рисунок 1. Линейный регулятор преобразует одно напряжение в другое.
В течение многих лет типичный преобразователь мощности состоял из трансформатора 50 Гц или 60 Гц, подключенного к электросети, с определенным соотношением обмоток для генерирования нерегулируемого выходного напряжения, на несколько вольт выше необходимого напряжения питания в системе. Затем был использован линейный регулятор, чтобы преобразовать это напряжение в хорошо регулируемое по мере необходимости для электроники.На рисунке 2 показана блок-схема этой концепции.
Рисунок 2. Сетевой трансформатор, за которым следует линейный регулятор.
Проблема с базовой схемой, показанной на Рисунке 2, заключается в том, что трансформатор 50/60 Гц является относительно громоздким и дорогим. Кроме того, линейный регулятор рассеивает довольно много тепла, поэтому общая эффективность системы низкая, а избавление от выделяемого тепла затруднено при высокой мощности системы.
Импульсные источники питания на помощь
Чтобы избежать недостатков источника питания, показанного на рисунке 2, были изобретены импульсные источники питания.Они не полагаются на напряжение переменного тока 50 или 60 Гц. Они принимают постоянное напряжение, иногда выпрямленное переменное напряжение, и генерируют переменное напряжение гораздо более высокой частоты для использования трансформатора гораздо меньшего размера или, в неизолированных системах, для выпрямления напряжения с помощью LC-фильтра для генерации выходного постоянного напряжения. Преимущества — небольшой размер решения и относительно невысокая стоимость. Генерируемое переменное напряжение не обязательно должно быть синусоидальным. Простая форма сигнала ШИМ будет работать нормально, и ее легко сгенерировать с помощью генератора ШИМ и переключателя.
Вплоть до 2000 года биполярные транзисторы были наиболее часто используемыми переключателями. Они работали бы хорошо, но имели относительно низкую скорость переключения. Они были не очень энергоэффективны, ограничивая частоту переключения до 50 кГц или, может быть, 100 кГц. Сегодня мы используем переключаемые полевые МОП-транзисторы вместо биполярных транзисторов, что обеспечивает гораздо более быструю коммутацию переходов. Это, в свою очередь, снижает потери на переключение, позволяя переключать частоты до 5 МГц. Такие высокие частоты переключения позволяют использовать в силовом каскаде катушки индуктивности и конденсаторы очень небольшого размера.
Импульсные регуляторы имеют много преимуществ. Обычно они обеспечивают энергоэффективное преобразование напряжения, позволяют повышать и понижать напряжение и предлагают относительно компактные и недорогие конструкции. Недостатки в том, что их не так просто спроектировать и оптимизировать, и они создают электромагнитные помехи из-за переходов переключения и частоты переключения. Наличие импульсных регуляторов источников питания, а также инструментов проектирования источников питания, таких как LTpowerCAD ^® и LTspice ^®, значительно упростили этот сложный процесс проектирования.С помощью таких инструментов процесс проектирования схемы импульсного источника питания может быть полуавтоматизирован.
Изоляция в источниках питания
При проектировании источника питания первый вопрос, на который нужно ответить, — требуется ли гальваническая развязка. Гальваническая развязка используется по нескольким причинам. Он может сделать цепи более безопасными, он позволяет работать с плавающей системой и предотвращает распространение зашумленных токов заземления через различные электронные устройства в одной цепи. Две наиболее распространенные изолированные топологии — это обратный и прямой преобразователи.Однако для более высокой мощности используются другие изолированные топологии, такие как двухтактная, полумостовая и полномостовая.
Если гальваническая развязка не требуется, в большинстве случаев используется неизолированная топология. Изолированные топологии всегда требуют трансформатора, и такое устройство, как правило, дорогое, громоздкое, и зачастую его сложно получить в готовом виде с точными требованиями, предъявляемыми к индивидуальному источнику питания.
Наиболее распространенные топологии, когда изоляция не требуется
Наиболее распространенной неизолированной топологией импульсного источника питания является понижающий преобразователь.Он также известен как понижающий преобразователь. Он принимает положительное входное напряжение и генерирует выходное напряжение ниже входного. Это одна из трех основных топологий импульсных источников питания, для которых требуются только два переключателя, катушка индуктивности и два конденсатора. На рисунке 3 показан основной принцип этой топологии. Переключатель верхнего плеча подает импульс тока со входа и генерирует напряжение коммутационного узла, чередующееся между входным напряжением и напряжением заземления. LC-фильтр принимает это импульсное напряжение на коммутационном узле и генерирует выходное напряжение постоянного тока.В зависимости от рабочего цикла сигнала ШИМ, управляющего переключателем верхнего плеча, генерируется другой уровень выходного напряжения постоянного тока. Этот понижающий преобразователь постоянного тока очень энергоэффективен, относительно прост в сборке и требует небольшого количества компонентов.
Рисунок 3. Концепция простого понижающего понижающего преобразователя.
Понижающий преобразователь подает импульсный ток на входной стороне, в то время как выходная сторона имеет постоянный ток, идущий от катушки индуктивности. По этой причине понижающий стабилизатор очень шумит на входе и не так шумит на выходе.Понимание этого важно при проектировании систем с низким уровнем шума.
Помимо понижающей топологии, второй базовой топологией является повышающая или повышающая топология. В нем используются те же пять основных компонентов питания, что и в понижающем преобразователе, но с измененной компоновкой, так что катушка индуктивности размещается на стороне входа, а переключатель высокого уровня — на стороне выхода. Топология повышения используется для повышения определенного входного напряжения до выходного напряжения, которое выше входного напряжения.
Рисунок 4.Концепция простого повышающего преобразователя.
При выборе повышающего преобразователя важно отметить, что повышающие преобразователи всегда указывают в своих технических паспортах максимальный номинальный ток переключения, а не максимальный выходной ток. В понижающем преобразователе максимальный ток переключения напрямую связан с максимально достижимым выходным током, независимо от соотношения напряжений между входным и выходным напряжением. В повышающем стабилизаторе соотношение напряжений напрямую влияет на возможный максимальный выходной ток на основе фиксированного максимального тока переключения.При выборе подходящей ИС повышающего регулятора вам необходимо знать не только желаемый выходной ток, но также входное и выходное напряжение разрабатываемой конструкции.
Повышающий преобразователь имеет очень низкий уровень шума на входе, поскольку катушка индуктивности, установленная на входе, предотвращает быстрые изменения тока. Однако на выходе такая топология довольно шумная. Мы видим только импульсный ток, протекающий через внешний переключатель, и, таким образом, пульсации на выходе вызывают большую озабоченность по сравнению с топологией понижающего преобразователя.
Третья базовая топология, состоящая только из пяти основных компонентов, — это повышающий инвертирующий преобразователь. Название происходит от того факта, что этот преобразователь принимает положительное входное напряжение и преобразует его в отрицательное выходное напряжение. Кроме того, входное напряжение может быть выше или ниже абсолютного значения инвертированного выходного напряжения. Например, выходное напряжение –12 В может генерироваться из 5 В или 24 В на входе. Это возможно без каких-либо специальных модификаций схемы.На рисунке 5 показана принципиальная схема инвертирующего повышающего преобразователя.
Рис. 5. Концепция простого инвертирующего повышающе-понижающего преобразователя.
В инвертирующей повышающе-понижающей топологии катушка индуктивности подключается от коммутирующего узла к земле. Как на входе, так и на выходе преобразователя наблюдается импульсный ток, что делает эту топологию относительно шумной как на стороне входа, так и на стороне выхода. В приложениях с низким уровнем шума этот характер компенсируется добавлением дополнительной входной и выходной фильтрации.
Одним из весьма положительных аспектов топологии инвертирующего повышающего-понижающего преобразователя является тот факт, что для такого преобразователя можно использовать любую микросхему понижающего импульсного стабилизатора. Это так же просто, как присоединить выходное напряжение понижающей цепи к заземлению системы. Заземление цепи понижающей ИС станет отрегулированным отрицательным напряжением. Эта черта дает очень большой выбор ИС импульсных стабилизаторов на рынке.
Специализированные топологии
Помимо трех основных неизолированных топологий импульсного источника питания, рассмотренных ранее, существует еще много доступных топологий.Однако все они требуют дополнительных компонентов питания. Обычно это увеличивает их стоимость при более низкой эффективности преобразования энергии. Хотя есть определенные исключения, как правило, добавление дополнительных компонентов в тракт питания увеличивает потери. Некоторые из наиболее популярных топологий — это SEPIC, Zeta, uk и повышающий-повышающий уровень с 4 переключателями. Каждая из них предлагает функции, которых нет в трех основных топологиях. Ниже приводится список наиболее важных функций каждой топологии:
XSEPIC SEPIC может генерировать положительное выходное напряжение из положительного входного напряжения, которое может быть выше или ниже выходного напряжения.ИС повышающего регулятора могут быть использованы для разработки источника питания SEPIC. Недостатком этой топологии является необходимость во второй катушке индуктивности или одной связанной катушке индуктивности, а также в конденсаторе SEPIC. XZeta Конвертер Zeta похож на SEPIC, но он способен генерировать положительное или отрицательное выходное напряжение. Кроме того, он не имеет нулевой точки в правой полуплоскости (RHPZ), что упрощает контур регулирования. Для такой топологии может использоваться микросхема понижающего преобразователя. Преобразователь uk предлагает преобразование положительного входного напряжения в отрицательное выходное напряжение.В нем используются две катушки индуктивности, одна на входной стороне и одна на выходной стороне, что делает его довольно низким уровнем шума на входной и выходной сторонах. Недостатком является то, что существует не очень много ИС импульсного преобразования мощности, поддерживающих эту топологию, поскольку для контура регулирования требуется вывод отрицательной обратной связи по напряжению. X4-Switch Buck-Boost Этот тип преобразователя стал довольно популярным в последние годы. Он предлагает положительное выходное напряжение от положительного входного напряжения. Входное напряжение может быть выше или ниже установленного выходного напряжения.Этот преобразователь заменяет многие конструкции SEPIC, поскольку он обеспечивает более высокую эффективность преобразования мощности и требует только одного индуктора.
Наиболее распространенные изолированные топологии
Помимо неизолированной топологии, для некоторых приложений требуются преобразователи мощности с гальванической развязкой. Причины могут заключаться в соображениях безопасности, в необходимости иметь плавающие заземления в более крупных системах, в которых различные цепи соединены между собой, или в предотвращении образования контуров тока заземления в чувствительных к шуму приложениях. Наиболее распространенными топологиями изолированных преобразователей являются преобразователи прямого и обратного хода.
Обратный преобразователь обычно используется для уровней мощности до 60 Вт. Схема работает таким образом, что во время включения энергия накапливается в трансформаторе. Во время простоя эта энергия передается вторичной обмотке преобразователя, запитывая выход. Этот преобразователь прост в сборке, но для него требуются относительно большие трансформаторы для хранения всей энергии, необходимой для правильной работы. Этот аспект ограничивает топологию более низкими уровнями мощности. На рисунке 6 показан обратноходовой преобразователь вверху и прямой преобразователь внизу.
Рисунок 6. Обратный преобразователь (вверху) и прямой преобразователь (внизу).
Помимо обратноходового преобразователя, большой популярностью пользуется прямой преобразователь. Он использует трансформатор иначе, чем обратный ход. Во время включения, пока есть ток через обмотку первичной стороны, также есть ток через вторичную обмотку. Энергия не должна накапливаться в сердечнике трансформатора. После каждого цикла переключения мы должны убедиться, что вся намагниченность сердечника сбрасывается до нуля, чтобы трансформатор не перешел в насыщение после нескольких циклов переключения.Это выделение энергии из ядра может быть достигнуто с помощью нескольких различных технологий. Один из популярных способов — использовать активный зажим с небольшим дополнительным переключателем и конденсатором.
На рисунке 7 показана схема среды моделирования LTspice для конструкции прямого активного зажима с использованием ADP1074. В прямом преобразователе есть дополнительная катушка индуктивности на выходном тракте по сравнению с обратным ходом, как показано на рисунке 6. Хотя это еще один дополнительный компонент, занимающий пространство и требующий затрат, он помогает генерировать более низкое выходное напряжение шума по сравнению с выходным напряжением. обратный преобразователь.Кроме того, размер трансформатора, необходимый для прямого преобразователя на том же уровне мощности, что и обратный преобразователь, может быть намного меньше.
Рис. 7. Схема прямого активного фиксатора, использующая ADP1074 для генерации изолированного выходного напряжения, как смоделировано в LTspice.
Расширенные изолированные топологии
Помимо обратной и прямой топологий, существует очень много различных концепций трансформаторных гальванически развязанных преобразователей. В следующем списке даны очень простые объяснения наиболее распространенных преобразователей:
XPush-Pull Двухтактная топология аналогична прямому преобразователю.Однако вместо одного переключателя нижнего плеча для этой топологии требуются два активных переключателя нижнего плеча. Также требуется первичная обмотка трансформатора с центральным отводом. Преимущество двухтактного преобразователя заключается в том, что он работает с меньшим шумом по сравнению с прямым преобразователем, а также необходим трансформатор меньшего размера. Гистерезис кривой BH трансформатора используется в двух квадрантах, а не только в одном. X Half-Bridge / Full-Bridge Эти две топологии обычно используются для более мощных схем от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт.Для них требуются переключатели на верхней стороне, помимо переключателей на нижней стороне, но они обеспечивают передачу очень высокой мощности с относительно небольшими трансформаторами. Этот термин часто используется при обсуждении изолированных преобразователей большой мощности. Это означает переключение при нулевом напряжении. Другой термин для таких преобразователей — это преобразователи LLC (индуктор-индуктор-конденсатор). Эти архитектуры нацелены на преобразование с очень высокой эффективностью. Они генерируют резонансный контур и переключают силовые переключатели, когда напряжение или ток на переключателях близки к нулю.Таким образом, потери переключения сводятся к минимуму. Однако такие конструкции могут быть трудными в разработке, а частота переключения не фиксирована, что иногда приводит к проблемам с электромагнитными помехами.
Преобразователи импульсных конденсаторов
Помимо линейных регуляторов и импульсных источников питания, существует еще третья группа преобразователей мощности: преобразователи на переключаемых конденсаторах. Их также называют нагнетательными насосами. Они используют переключатели и конденсаторы для умножения или инвертирования напряжений. Они предлагают большое преимущество в том, что они не нуждаются в индукторе.Обычно такие преобразователи используются для низких уровней мощности ниже 5 Вт. Однако в последнее время были сделаны значительные улучшения, позволяющие создавать преобразователи с переключаемыми конденсаторами гораздо большей мощности. На рисунке 8 показан LTC7820 в конструкции мощностью 120 Вт при КПД 98,5%, преобразующем 48 В в 24 В.
Рис. 8. Контроллер постоянного тока высокой мощности с постоянным соотношением мощности зарядного насоса LTC7820.
Цифровые блоки питания
Все блоки питания, обсуждаемые в этой статье, могут быть реализованы как аналоговые или цифровые блоки питания.Что такое цифровые блоки питания на самом деле? Питание всегда должно проходить через аналоговый силовой каскад с переключателями, катушками индуктивности, трансформаторами и конденсаторами. Цифровой аспект представлен двумя цифровыми строительными блоками. Первый — это цифровой интерфейс, который позволяет электронной системе «разговаривать» и «слушать» источник питания. Различные параметры могут быть установлены на лету, чтобы оптимизировать источник питания для различных условий эксплуатации. Кроме того, источник питания может связываться с главным процессором и поднимать флажки предупреждения или неисправности.Например, ток нагрузки, превышение заданного порогового значения или чрезмерная температура источника питания могут легко контролироваться системой.
Второй цифровой строительный блок заменяет аналоговый контур регулирования на цифровой. Это может работать успешно, но для большинства приложений оптимальным вариантом является стандартный аналоговый контур обратной связи с некоторым цифровым влиянием на некоторые параметры, например, регулировка усиления усилителя ошибки на лету или динамическая установка параметров компенсации контура для включения стабильная, но быстрая обратная связь.Примером устройства с чисто цифровым контуром управления является ADP1046A от Analog Devices. Одним из примеров понижающего стабилизатора с цифровым интерфейсом и аналоговым контуром управления, оптимизированным за счет цифровых воздействий, является LTC3883.
Соображения по электромагнитным помехам
Электромагнитные помехи (EMI) — это всегда тема, на которую следует обращать внимание при разработке импульсных источников питания. Причина в том, что импульсные источники питания включают и выключают сильный ток за очень короткие промежутки времени.Чем быстрее переключение, тем выше общая эффективность системы. Более быстрые переходы переключения сокращают время, в течение которого переключатель частично включен. Во время этого частичного включения генерируется большинство коммутационных потерь. На рисунке 9 показана форма сигнала коммутирующего узла импульсного источника питания. Представим себе понижающий регулятор. Высокое напряжение определяется током, протекающим через переключатель на стороне высокого напряжения, а низкое напряжение определяется отсутствием тока, протекающего через переключатель на стороне высокого давления.
Рисунок 9.Скорость переключения, а также частота переключения импульсного источника питания.
На рисунке 9 мы видим, что импульсный источник питания генерирует шум не только из-за настроенной частоты переключения, но также из-за скорости переключения, которая намного выше по частоте. Хотя частота переключения обычно составляет от 500 кГц до 3 МГц, время переключения может составлять несколько наносекунд. При времени переключения 1 нс мы увидим в спектре соответствующую частоту 1 ГГц.По крайней мере, обе эти частоты будут рассматриваться как излучаемые и кондуктивные излучения. Другие частоты также могут возникать из-за колебаний контура регулирования или взаимодействия между источником питания и фильтрами.
Есть две причины, по которым следует уменьшить электромагнитные помехи. Первая причина — защитить функциональность электронной системы, питаемой конкретным источником питания. Например, 16-битный АЦП, который используется на пути прохождения сигнала в системе, не должен улавливать коммутационный шум, исходящий от источника питания.Вторая причина заключается в соблюдении определенных правил EMI, которые вводятся правительствами во всем мире для одновременной защиты надежной работы различных электронных систем.
EMI бывает двух видов: излучаемые электромагнитные помехи и кондуктивные электромагнитные помехи. Наиболее эффективные способы снижения излучаемых электромагнитных помех — это оптимизация компоновки печатной платы и использование таких технологий, как технология Silent Switcher ^® от Analog Devices. Конечно, также эффективно поместить схему в экранированный металлический ящик.Однако это может быть непрактично и в большинстве случаев очень дорого.
Кондуктивные электромагнитные помехи обычно ослабляются дополнительной фильтрацией. В следующем разделе будет обсуждаться дополнительная фильтрация для уменьшения кондуктивных выбросов.
Фильтрация
RC-фильтры — это базовые фильтры нижних частот. Однако в конструкции источника питания каждый фильтр представляет собой не что иное, как LC-фильтр. Часто достаточно последовательного добавления некоторой индуктивности, так как это сформирует LC- или CLC-фильтр вместе с входными или выходными конденсаторами импульсного источника питания.Иногда в качестве фильтров используются только конденсаторы, но, учитывая паразитную индуктивность силовых кабелей или проводов, вместе с конденсатором мы также формируем LC-фильтр. Индуктор L может быть индуктором с сердечником или ферритовым валиком. Назначение LC-фильтра на самом деле — эффект нижних частот, так что мощность постоянного тока может проходить через него, а высокочастотные помехи в значительной степени ослабляются. LC-фильтр имеет двойной полюс, поэтому мы получаем затухание высоких частот 40 дБ на декаду. Этот фильтр имеет относительно резкий спад.Разработка фильтра — это не ракетостроение; однако, поскольку паразитные компоненты схемы, такие как индуктивность следа, оказывают влияние, моделирование фильтра также требует моделирования основных паразитных эффектов. Это может сделать моделирование фильтра довольно трудоемким. Многие дизайнеры, имеющие опыт проектирования фильтров, знают, какие фильтры работали раньше, и могут итеративно оптимизировать определенный фильтр для нового дизайна.
При проектировании любого фильтра необходимо не только учитывать поведение слабого сигнала, например передаточную функцию фильтра на графике Боде, но также необходимо учитывать эффект сильного сигнала.В любом LC-фильтре мощность проходит через катушку индуктивности. Если эта мощность больше не нужна на выходе из-за внезапного переходного процесса нагрузки, энергия, накопленная в катушке индуктивности, должна куда-то уйти. Он заряжает емкость фильтра. Если фильтр не предназначен для таких наихудших условий, эта накопленная мощность может вызвать выбросы напряжения, которые могут повредить схему.
Наконец, фильтры имеют определенный импеданс. Этот импеданс взаимодействует с импедансами преобразователей мощности, прикрепленных к фильтру.Это взаимодействие может привести к нестабильности и колебаниям. Инструменты моделирования, такие как LTspice и LTpowerCAD от Analog Devices, могут оказать большую помощь в ответе на все эти вопросы и разработке идеального фильтра. На рисунке 10 показан графический пользовательский интерфейс разработчика фильтров в среде проектирования LTpowerCAD. С помощью этого инструмента дизайн фильтра очень прост.
Рис. 10. Проектирование входного фильтра для понижающего стабилизатора с LTpowerCAD.
Бесшумные переключатели
Излучение трудно заблокировать.Требуется специальное экранирование из какого-либо металлического материала. Это может стоить очень дорого. В течение долгого времени инженеры искали способы снизить уровень излучения, создаваемого импульсными источниками питания. Несколько лет назад в технологии Silent Switcher был сделан большой прорыв. За счет уменьшения паразитных индуктивностей в контурах нагрева импульсного источника питания, а также путем разделения контуров нагрева на два и установки их очень симметричным образом излучаемые излучения в основном компенсируют друг друга.Сегодня доступно множество устройств Silent Switcher с гораздо меньшим уровнем излучения, чем у традиционных продуктов. Уменьшение излучаемых излучений позволяет увеличить скорость переключения без серьезных потерь EMI. Ускорение коммутационных переходов снижает коммутационные потери и, таким образом, позволяет использовать гораздо более высокие частоты коммутации. Одним из примеров этой инновации является LTC3310S, который может работать с частотой коммутации 5 МГц, что позволяет создавать чрезвычайно компактные конструкции с очень дешевыми внешними компонентами.
Рис. 11. Бесшумный коммутатор LTC3310S с минимальным уровнем излучения.
Управление питанием — необходимость, но может доставлять удовольствие
В этом руководстве мы рассмотрели многие аспекты проектирования источников питания, включая различные топологии источников питания, а также их преимущества и недостатки. Для инженеров по источникам питания эта информация может быть очень простой, но как для экспертов, так и для неспециалистов полезно иметь программные инструменты, такие как LTpowerCAD и LTspice, которые помогут в процессе проектирования.С помощью этих инструментов преобразователи мощности можно проектировать и оптимизировать за очень короткое время. Надеюсь, это руководство вдохновило вас на решение следующей задачи по проектированию источников питания.
Как сделать схему переменного источника питания с цифровым управлением
Блок питания — это аппаратный компонент, который подает питание на электрическое устройство. Источник питания может подаваться от батареи или от аппаратной схемы, которая преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока или понижающий переменный ток в повышающий переменный ток и наоборот.Источник переменного тока — это источник, который позволяет пользователю изменять и регулировать желаемое выходное напряжение и выходной ток. Обычно для регулировки напряжения используется потенциометр.

Цепь переменного источника питания
Схема регулируемого источника питания оснащена регулируемым регулятором напряжения для регулировки выходной мощности в соответствии с выходной мощностью. Регулируемый регулятор напряжения имеет линейное регулирование и регулировку нагрузки.
Блок-схема цепи переменного тока
На этой блок-схеме показано, как в цепи регулируется напряжение переменного тока.
Блок-схема источника питания
Принципиальная схема
Схема переменного источника питания
Эта принципиальная схема приведена ниже. Основное питание 220 В подается непосредственно на центральный ответвительный трансформатор. Эта ступень трансформатора снижает напряжение 220 В до 24 В, которое затем выпрямляется через мостовой выпрямитель.
Схема источника питания
Мостовой выпрямитель выдает непрерывный пульсирующий сигнал постоянного тока. Затем конденсаторы используются для фильтрации пульсирующего сигнала в плавный непульсирующий постоянный ток.Наконец, напряжение регулируется с помощью регулятора IC.
рабочий
Напряжение от понижающего трансформатора затем подается на мостовой выпрямитель, который генерирует непрерывный пульсирующий сигнал постоянного тока.
Пульсирующий сигнал выходного напряжения постоянного тока
Полярность выходного сигнала не может быть изменена, и на нем наблюдаются большие колебания. Этот пульсирующий постоянный ток также имеет некоторый нежелательный ток (пульсации), что делает невозможным его использование в системах электропитания.
Сглаживающий конденсатор, который действует как фильтр, используется для удаления нежелательного тока (пульсации).Теперь выходной сигнал с емкостью будет таким, как показано на рисунке ниже, и подвергнут дальнейшей фильтрации, чтобы получить чистый постоянный ток.
Выход после сглаживающего конденсатора
Плавный непульсирующий сигнал постоянного тока подается на регулятор напряжения. LM317 используется как регулятор напряжения. Конденсаторы C2 и C4 используются для устранения пульсаций, если процесс фильтрации выполняется вне регулятора. Конденсатор C4 также предотвращает работу регулятора напряжения LM317 в качестве генератора.
Конденсатор C3 соединяет вывод ADJUST регулятора напряжения с землей, чтобы улучшить способность подавления пульсаций.Диоды используются для защиты регулятора от избыточного протекания, если какой-либо источник напряжения подключен к выходным клеммам регулятора. Переменное сопротивление подключено к выводу ADJ регулятора.
LM317 Регулятор положительного напряжения
Регулятор напряжения представляет собой интегральную схему, которая обеспечивает постоянное регулируемое выходное напряжение независимо от изменения входного напряжения. LM317 — это стабилизатор переменного напряжения с 3-контактной монолитной интегральной схемой, показанной ниже.
LM317
Он способен обеспечить 1,5 А при напряжении от 1,25 вольт до 30 вольт. Соотношение двух сопротивлений, подключенных к регулятору напряжения LM317, можно использовать для установки желаемого уровня напряжения.
LM317 Схема
Распиновка
INPUT — Нерегулируемый вход
OUTPUT — Регулируемый выход
ADJUST — Переменный резистор, подключенный к этому выводу, регулирует выходное напряжение
Характеристики
Регулятор положительного напряжения
Имеет внутреннее ограничение тока
Тепловое отключение
Компенсация безопасной зоны
Приложения
Регулятор напряжения LM317 имеет множество электрических применений.Вот несколько приложений
Сбор энергии
Холодильник
Измеритель качества электроэнергии
Управление подстанцией
HVAC (Отопление, вентиляция, кондиционер)
Генерация сигналов и волн
Коммутатор Ethernet
Источник переменного тока с цифровым управлением
Схема регулируемого источника питания состоит из регулируемого стабилизатора положительного напряжения LM317, декадного счетчика КМОП IC CD4017, микросхемы таймера NE555 и стабилизатора постоянного отрицательного напряжения LM7912.
Источник переменного тока подается на трансформатор, который понижен до 12 В переменного тока. Выходной сигнал трансформатора выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя для обхода нежелательных всплесков и обеспечения плавной подачи мощности без колебаний.
Конденсаторы используются для фильтрации пульсаций. И положительные, и отрицательные полупериоды используются для получения положительного и отрицательного выходного сигнала постоянного тока. Светодиод используется для индикации включения.
Микросхема таймера NE555 подключена как нестабильный мультивибратор для генерации тактовых импульсов. Выход микросхемы таймера соединен с микросхемой счетчика CD4017.IC CD4017 — это счетчик декадных колец. Каждый из его выходов переходит в высокий уровень один за другим, когда принимается тактовый импульс.
Выходы микросхемы CD4017 подключены к базе транзистора T1 — T10. LED3 — LED11 используются здесь для индикации уровней напряжения. Регулируемый стабилизатор напряжения IC LM317 вырабатывает опорное напряжение 1,25 В. Предварительные настройки VR1 — VR9 настраиваются для получения желаемого выходного напряжения.
Регулируемый источник питания с цифровым управлением
Рабочий
Когда переключатель S2 нажат, выход IC1 становится ВЫСОКИМ, а на выходах IC2 один за другим становится ВЫСОКИЙ, как счетчик звонков.
Поскольку предустановки VR1 – VR9 подключены к коллекторам транзисторов T2 – T10, между регулируемым выводом и выводом заземления IC4 появляются разные выходные сопротивления, что вызывает разные выходные напряжения.
IC LM7912 обеспечивает фиксированное отрицательное напряжение постоянного тока 12 В. Таким образом, блок питания можно использовать в цепях, требующих как отрицательного, так и положительного напряжения.
LED2 используется для индикации отрицательного напряжения 12 В постоянного тока. Когда CD4017 сбрасывается нажатием переключателя S3, выходное напряжение изменяется на 1.2 В и, таким образом, светодиоды индикации напряжения погаснут.
Регулятор отрицательного напряжения
Регулятор напряжения представляет собой интегральную схему, которая обеспечивает постоянное регулируемое выходное напряжение независимо от изменения входного напряжения. LM7912 обычно используется в электронных схемах с 3-х полюсным стабилизатором отрицательного напряжения.
LM7912 IC
Эта микросхема обеспечивает постоянное отрицательное выходное напряжение, несмотря на изменения входного напряжения. Число 79 указывает на то, что ИС является регулятором отрицательного напряжения, а число 12 указывает на выходное напряжение.
Распиновка
Контакт 1 — клемма заземления (0 В)
Контакт 2 — входной разъем (от 5 В до 24 В)
Контакт 3 — выходной терминал
Характеристики
Подавление сильной пульсации
Выходной ток 1,5 А
Погрешность заданного выходного напряжения 4%
Тепловая защита и защита от короткого замыкания
Внутренняя токоограничивающая защита безопасной зоны
Универсальный блок питания
Универсальный блок питания чаще всего используется в электронных лабораториях.Он обеспечивает разнообразный и свободный от колебаний выходной сигнал.
Универсальный источник питания
Вышеупомянутая универсальная схема источника питания обеспечивает переменное напряжение от 3 до 30 В, максимальный ток 1,5 А, а добавление модулей может обеспечить более высокий ток. Регулируемый регулятор напряжения LM317 (U1) обеспечивает короткое замыкание.
Универсальный источник питания должен работать от сети переменного тока напряжением от 90 до 264 В, 50 или 60 Гц. Выпрямленное входное напряжение с конденсатора фильтра диодного моста заряжается до 120 В.Эта схема работает в паре с мощным аудиоусилителем 1500 Вт.
Схема разработана для зарядного устройства ноутбука с выходом 20 В и использует TOP 246Y за счет интеграции питания. TOP 246Y устраняет половину дискретных компонентов по сравнению с UC3842.
Цифровой мультиметр
Цифровой мультиметр — это устройство, используемое для измерения таких электрических величин, как напряжение, ток и сопротивление. Цифровой мультиметр пришел на смену аналоговым из-за своей высокой точности, надежности и повышенного сопротивления.
Это все о цепи переменного тока. Мы надеемся, что вы лучше поняли концепцию этой темы. Кроме того, любые вопросы по этой теме или проектам электроники, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, каковы применения LM317?
Как установить предел тока для источника питания Mastech или Volteq CC CV?
Установить ограничение тока для блока питания постоянного тока Volteq очень просто.
Вы просто включаете блок питания без нагрузки, вращаете ручку тока против часовой стрелки до упора. Замкните выходные клеммы (между клеммами + и -) проводом подходящего размера и отрегулируйте ручку тока до желаемого уровня (вам может потребоваться поднять предел напряжения, если вы перешли в режим CV). Теперь вы можете уменьшить настройки регулятора напряжения так, чтобы выходной сигнал стал нулевым, и отключите короткое замыкание и подключите нагрузку по вашему выбору. Если повернуть ручку напряжения на достаточно высокое значение, источник питания перейдет в режим CC с правильным значением тока, которое вы установили.
Установка ограничения тока для источника постоянного тока Mastech немного сложнее, поскольку он имеет защиту от короткого замыкания. Будьте особенно осторожны, если у вас есть одна из следующих ситуаций:

1) ваша нагрузка имеет внутренний источник ЭДС, включая аккумулятор, двигатели постоянного тока, радиоуправляемые автомобили и поезда, любые электрохимические системы, включая покрытие, травление, электролиз и т. Д.
2) ваша нагрузка может быть чувствительной или поврежденной перенапряжением , д.g., LED
В первом случае мы настоятельно рекомендуем вам приобрести регулируемый источник питания Volteq с защитой от перенапряжения. Вы можете быть уверены, что источник питания не будет поврежден обратной ЭДС вашей нагрузки.

Во втором сценарии, если вы можете найти простую нагрузку, такую как силовой резистор или галогенную лампу, которая может выдерживать ток, который вы хотите пропустить, вы можете установить ток, как в первом сценарии (Внимание: силовой резистор или лампа могут быть очень горячим, если вы пропускаете большой ток).Как только вы закончите с установкой ограничения тока, уменьшите напряжение до минимума, отключите нагрузку резистора или лампы, затем подключите фактическую нагрузку. Теперь вы можете медленно увеличивать напряжение, оставляя текущую настройку неизменной, просто не забывайте всегда останавливаться, прежде чем поднимите напряжение слишком высоко для вашей нагрузки. Если ваш расчет верен, вы сможете остановить ручку регулировки напряжения до того, как действительно повредите нагрузку.
Если вы не можете найти силовой резистор или лампу, вы все равно можете установить желаемый предел тока, выполнив следующие шаги:
Шаг 1: перед подключением нагрузки установите предел напряжения на максимальный уровень, разрешенный вашей нагрузкой ( источник питания должен быть в режиме CV, при необходимости поверните ручку тока вверх).Теперь поверните ручку тока в положение чуть выше минимума, чтобы источник питания оставался в режиме «CV».
Шаг 2: подключите нагрузку; блок питания должен перейти в режим «CC». Медленно увеличивайте предел тока, и вы сможете достичь желаемого выходного тока, если ваши расчеты верны.
Шаг 3: когда вы закончите тест, убедитесь, что снизили ток до минимального значения, прежде чем отключать нагрузку. Теперь вы можете безопасно отключить питание.
.

Заказчик:	Название режима: FSP120-AAAN3	Проверено: XXX
Версия отчета: 01	Этап: B-TEST	Проверено: XXX
Спец.Ред.: 1.00	Дата: XXX	Утверждено: XXX
Серийный номер: S7510030032

Товар	Подпозиция	Результаты	Страница	Комментарии
Входные характеристики	КПД	Пройд	1-3
	Входной ток	Пройд	1-2
	Коэффициент мощности	Пройд	1-2
	Пусковой ток	Пройд	4
	Время включения	Арт.	24
	Время поддержки	Пройд	25
Выходные характеристики	Регулировка выходного напряжения	Пройд	5-6
	Пульсация и шум	Пройд	7-8
	Динамическая нагрузка	Пройд	9-13
	Перебег	Пройд	14-18
	П.Время задержки G	Пройд	26
	Время сбоя P.G	Пройд	27
	Время подъема	Пройд	28
Защиты	Короткое замыкание	Пройд	19-20
	Перегрузка по току	Пройд	21
	Перенапряжение	Пройд	22-23
Безопасность	Ток утечки	Пройд	37
	Хай-пот	Пройд	38
	Сопротивление изоляции	Пройд	39
	Заземление	Пройд	40	IEC60068-2-2
Окружающая среда / надежность	Тепловой	Пройд	32-36
	Гореть	Пройд	41
	Акустическая эмиссия	Пройд	53-55
	Циклическое включение / выключение	Пройд	56
	Низкотемпературное хранение	Пройд	57	IEC60068-2-1
	Высокотемпературное хранение	Пройд	58	IEC60068-2-2
	Циклическое изменение температуры и влажности	Пройд	59	IEC60068-2-14
	Холодный старт	Пройд	60	IEC60068-2-1
	Напряжение напряжения	Пройд	61-74
	Вибрация	Пройд	75-77	IEC60068-2-64
E.M.C.	Гармоника тока	Пройд	29-31	EN61000-3-2
	Всплеск освещения	Пройд	42-43	EN61000-4-5
	ESD	Пройд	44-45	EN61000-4-2
	EFT	Пройд	46-47	EN61000-4-4
	Электропроводность	Пройд	48-52	EN55032
	Падения переменного напряжения	Пройд	78-79	EN61000-4-11

от простейшего до мощного с легкой регулировкой

Простое устройство

Регулируемый блок питания

Двухполярный блок питания

Защита блока питания

Советы по оформлению корпуса

Видео

Регулируемый блок питания на транзисторах

Как сделать лабораторный источник питания своими руками

Программируемые и управляемые модули для ЛБП

Компактные преобразователи питания

Стационарные источники питания все-в-одном

Модули сетевого питания для сборки ЛБП

Набор для сборки линейного регулируемого блока питания 35 Вольт 5 Ампер. Обзор комплекта для сборки блока питания, схема, тест

Проектирование простых схем питания

Источник питания незаменим

Использование одного диода:

Использование двух диодов:

Использование четырех диодов:

Использование IC LM317 или LM338:

Конструкция бестрансформаторного источника питания

Обратная связь от одного из преданных читателей этого блога

Как получить постоянные 5 В и 3 В от цепи источника питания

Как получить переменное напряжение 9 В от IC 7805

Создание фиксированной схемы регулятора 12 В

Источник питания 12 В, 5 В с регулируемым напряжением

Проектирование простого двойного источника питания

Двойной источник питания с одним операционным усилителем

Проектирование источника питания LM317 с фиксированными резисторами

Регулировка выходного напряжения источника питания

Что такое обрезка и как она используется?

Методы обрезки

Прикладное внешнее сопротивление

Потенциометр

Прикладное внешнее напряжение

Цифровой интерфейс

Ограничения обрезки

Заключение

Дополнительные ресурсы

— обзор

4.1 Первичный источник питания

Конструкция источника питания переменного / постоянного тока за 7 шагов

: разработать и изготовить или просто купить?

Процесс проектирования источника питания переменного / постоянного тока: в качестве примера возьмем адаптер на 120 Вт.

Как умный инженер по аппаратному обеспечению может легко спроектировать блоки питания: мини-учебник

Аннотация

Введение

Самый простой блок питания: LDO

Импульсные источники питания на помощь

Изоляция в источниках питания

Наиболее распространенные топологии, когда изоляция не требуется

Специализированные топологии

Наиболее распространенные изолированные топологии

Расширенные изолированные топологии

Преобразователи импульсных конденсаторов

Цифровые блоки питания

Соображения по электромагнитным помехам

Фильтрация

Бесшумные переключатели

Управление питанием — необходимость, но может доставлять удовольствие

Как сделать схему переменного источника питания с цифровым управлением

Цепь переменного источника питания

Принципиальная схема

рабочий

LM317 Регулятор положительного напряжения

Приложения

Источник переменного тока с цифровым управлением

Рабочий

Регулятор отрицательного напряжения

Универсальный блок питания

Цифровой мультиметр

Как установить предел тока для источника питания Mastech или Volteq CC CV?

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики