Импульсные источники питания, теория и простые схемы

Импульсный источник питания — это инверторная система, в которой входное переменное напряжение выпрямляется, а потом полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсы высокой частоты и установленой скважности, которые как правило, подаются на импульсный трансформатор.

Импульсные трансформаторы изготавливаются по такому же принципу, как и низкочастотные трансформаторы, только в качестве сердечника используется не сталь (стальные пластины), а феромагнитные материалы — ферритовые сердечники.

Рис. Как работает импульсный источник питания.

Выходное напряжение импульсного источника питания стабилизировано, это осуществляется посредством отрицательной обратной связи, что позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне даже при изменении входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока.

Обратная отрицательная связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания. Использование оптрона или же одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения.

Основные плюсы импульсных источников питания (ИИП):

• малый вес конструкции;
• небольшие размеры;
• большая мощность;
• высокий КПД;
• низкая себестоимость;
• высокая стабильность работы;
• широкий диапазон питающих напряжений;
• множество готовых компонентных решений.

К недостаткам ИИП можно отнести то что такие блоки питания являются источниками помех, это связано с принципом работы схемы преобразователя. Для частичного устранения этого недостатка используют экранировку схемы. Также из-за этого недостатка в некоторых устройствах применение данного типа источников питания является невозможным.

Импульсные источники питания стали фактически непре­менным атрибутом любой современной бытовой техники, потреб­ляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, приме­няются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные тран­зисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени.

Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе вы­ходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходно­го напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Обычно для обеспечения надежности в импульсных ис­точниках питания используют вьюоковольтные транзисторы, ко­торые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в от­крытом состоянии).

Особенно это касается устаревших ныне мо­делей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы поя­вилась достойная замена биполярным транзисторам, традицион­но используемых в выходных каскадах импульсных источников питания.

Это специальные высоковольтные полевые транзисто­ры отечественного, и, главным образом, зарубежного производ­ства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Биполярные симметричные импульсы регулируемой ши­рины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис.1. Устройство может быть использовано в схемах авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) собран гене­ратор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2.

Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необхо­димости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Рис. 1. Схема формирователя биполярных симметричных импульсов регулируемой длительности.

На элементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) собраны компарато­ры напряжения; на DA1.2, DA1.4 — выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через форми­рующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, СЗ, VD5) пода­ются прямоугольные импульсы.

Заряд конденсаторов С2, СЗ происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответ­ственно; разряд — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или СЗ достигнет по­рога срабатывания компараторов-ключей DA1.1 или DA1.3, соот­ветственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.

Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой меж­ду импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1.2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов ис­пользуется в схеме импульсного источника питания.

Плавное ре­гулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компарато­ров (конденсаторы С2, СЗ) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных им­пульсов) устанавливают подбором резистора R4.

Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и кон­денсаторами Са, Сb. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.

При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного де­лителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент — поле­вой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулиро­вать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым вы­ходной мощностью преобразователя.

В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Схема испульсного источника питания

Импульсный источник питания (рис. 2) состоит из выпря­мителей сетевого напряжения, задающего генератора, формиро­вателя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения.

Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DDI .1, DDI .2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше — 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микро­схеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка дли­тельности осуществляется с помощью оптрона U1.

Выходной каскад формирователя коммутирующих импуль­сов собран на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт. Предва­рительный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT1, VT2 типа КТ645А, а оконечный — на транзисторах VT3, VT4 типа КТ828 или более современных. Выходная мощность каскадов — 2 и 60…65 Вт, соответственно.

На транзисторах VT5, VT6 и оптроне U1 собрана схема стабилизации выходного напряжения. Если напряжение на выхо­де источника питания ниже нормы (12 В), стабилитроны VD19, VD20 {КС182+КС139) закрыты, транзистор VT5 закрыт, транзи­стор VT6 открыт, через светодиод (U1.2) оптрона протекает ток, ограниченный сопротивлением R14; сопротивление фотодиода (U1.1) оптрона минимально.

Сигнал, снимаемый с выхода элемен­та DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадения DD2.2 на­прямую и через регулируемый элемент задержки (R3 — R5, С4, VD2, U1.1), в силу его малой постоянной времени поступает практически одновременно на входы схемы совпадения (элемент DD2.2).

На выходе этого элемента формируются широкие управ­ляющие импульсы. На первичной обмотке трансформатора Т1 (выходах элементов DD2.3, DD2.4) формируются двухполярные импульсы регулируемой длительности.

Рис. 2. Схема импульсного источника питания.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе источни­ка питания будет увеличиваться сверх нормы, через стабилитроны VD19, VD20 начнет протекать ток, транзистор VT5 приоткроется, VT6 — закроется, уменьшая ток через светодиод оптрона U1.2.

При этом возрастает сопротивление фотодиода оптрона U1.1. Длительность управляющих импульсов уменьшается, и происхо­дит уменьшение выходного напряжения (мощности). При коротком замыкании нагрузки светодиод оптрона гаснет, сопротивление фотодиода оптрона максимально, а длительность управляющих импульсов — минимальна. Кнопка SB1 предназначена для запус­ка схемы.

При максимальной длительности положительные и отрица­тельные управляющие импульсы не перекрываются во времени, поскольку между ними существует временная просечка, обу­словленная наличием резистора R3 в формирующей цепи.

Тем самым снижается вероятность протекания сквозных токов через выходные относительно низкочастотные транзисторы оконечного каскада усиления мощности, которые имеют большое время рас­сасывания избыточных носителей на базовом переходе.2, вторичная обмотка имеет 3×6 витков провода ПЭВ-2 1,28 мм (параллельное включение). При подключении обмоток трансформаторов необходимо правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.

Источник питания работоспособен в диапазоне измене­ния сетевого напряжения 130…250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60…65 Вт (ста­билизированное напряжение положительной и отрицательной по­лярности 12 S и стабилизированное напряжение переменного тока частотой 75 кГц, снимаемые,со вторичной обмотки транс­форматора Т3). Напряжение пульсаций на выходе источника пи­тания не превышает 0,6 В.

При налаживании источника питания сетевое напряжение на него подают через разделительный трансформатор или фер-рорезонансный стабилизатор с изолированным от сети выходом. Все перепайки в источнике допустимо производить только при полном отключении устройства от сети.

Последовательно с вы­ходным каскадом на время налаживания устройства рекоменду­ется включить лампу накаливания 60 Вт на 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок в монтаже. Оптрон U1 должен иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.

Сетевой импульсный источник питания

Сетевой импульсный источник питания (рис. 3) разрабо­тан для телефонных аппаратов с автоматическим определителем номера или для других устройств с потребляемой мощностью 3…5Вт, питаемых напряжением 5…24В.

Источник питания защищен от короткого замыкания на вы­ходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагруз­ки в пределах 20… 100% от номинального значения.

Управляемый генератор импульсов обеспечивает на базе транзистора VT3 сигнал частотой 25…30 кГц.

Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10x6x3 из пресспермаллоя МП140. Обмотки дросселя L1, L2 со­держат по 20 витков провода ПЭТВ 0,35 мм и расположены каж­дая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм.

Дроссель L3 наматывают проводом ПЭТВ 0,63 мм виток к витку в один слой по внутреннему периметру кольца. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Б22 из феррита М2000НМ1.

Рис. 3. Схема сетевого импульсного источника питания.

Его обмотки наматывают на разборном каркасе ви­ток к витку проводом ПЭТВ и пропитывают клеем. Первой нама­тывают в несколько слоев обмотку I, содержащую 260 витков провода 0,12 мм. Таким же проводом наматывают экранирующую обмотку с одним выводом (на рис. 3 показана пунктирной лини­ей), затем наносят клей БФ-2 и обматывают одним слоем лакот-кани.

Обмотку III наматывают проводом 0,56 мм. Для выходного напряжения 5В она содержит 13 витков. Последней наматывают обмотку II. Она содержит 22 витка провода 0,15…0,18 мм. Между чашками обеспечивают немагнитный зазор.

Высоковольтный источник постоянного напряжения

Для создания высокого напряжения (30…35 кВ при токе на­грузки до 1 мА) для питания электроэффлювиальной люстры (люстры А. Л. Чижевского) предназначен источник питания посто­янного тока на основе специализированной микросхемы типа К1182ГГЗ.

Источник питания состоит из выпрямителя сетевого напря­жения на диодном мосте VD1, конденсатора фильтра С1 и высоковольтного полумостового автогенератора на микросхеме DA1 типа К1182ГГЗ. Микросхема DA1 совместно с трансформатором Т1 преобразует постоянное выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотное (30…50 кГц) импульсное.

Выпрямленное сетевое напряжение поступает на микросхе­му DA1, а стартовая цепочка R2, С2 запускает автогенератор микросхемы. Цепочки R3, СЗ и R4, С4 задают частоту генерато­ра. Резисторы R3 и R4 стабилизируют длительность полуперио­дов генерируемых импульсов. Выходное напряжение повышается обмоткой L4 трансформатора и подается на умножитель напря­жения на диодах VD2 — VD7 и конденсаторах С7 — С12. Выпрям­ленное напряжение подается на нагрузку через ограничительный резистор R5.

Конденсатор сетевого фильтра С1 рассчитан на рабочее на­пряжение 450 В (К50-29), С2 — любого типа на напряжение 30 В. Конденсаторы С5, С6 выбирают в пределах 0,022…0,22 мкФ на напряжение не менее 250 В (К71-7, К73-17). Конденсаторы умно­жителя С7 — С12 типа КВИ-3 на напряжение 10 кВ. Возможна за­мена на конденсаторы типов К15-4, К73-4, ПОВ и другие на рабочее напряжение 10кB или выше.

Рис. 4. Схема высоковольтного источника питания постоянного тока.

Высоковольтные диоды VD2 — VD7 типа КЦ106Г (КЦ105Д). Ограничительный резистор R5 типа КЭВ-1. Его можно заменить тремя резисторами типа МЛТ-2 по 10 МОм.

В качестве трансфор­матора используется телевизионный строчный трансформатор, например, ТВС-110ЛА. ВЬюоковольтную обмотку оставляют, ос­тальные удаляют и на их месте размещают новые обмотки. Об­мотки L1, L3 содержат по 7 витков провода ПЭЛ 0,2 мм, а обмотка L2 — 90 витков такого же провода.

Цепочку резисторов R5, ограничивающих ток короткого замыкания, рекомендуется включить в «минусовой» провод, кото­рый подводится к люстре. Этот провод должен иметь вьюоко-вольтную изоляцию.

Корректор коэффициента мощ­ности

Устройство, именуемое корректором коэффициента мощ­ности (рис. 5), собрано на основе специализированной микро­схемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагруз­кой, к синусоидальной.

Рис. 5. Схема корректора коэффициента мощности на микро­схеме TOP202YA3.

Максимальное напряжение на входе — 265 В. Средняя час­тота преобразователя — 100 кГц. КПД корректора — 0,95.

Импульсный источник питания с микросхемой

Схема источника питания с микросхемой той же фирмы Po­wer Integration показана на рис. 6. В устройстве применен полупроводниковый ограничитель напряжения — 1,5КЕ250А.

Пре­образователь обеспечивает гальваническую развязку выходного напряжения от напряжения сети. При указанных на схеме номина­лах и элементах устройство позволяет подключать нагрузку, по­требляющую 20 Вт при напряжении 24 В. КПД преобразователя приближается к 90%. Частота преобразования — 100 Гц. Устрой­ство защищено от коротких замыканий в нагрузке.

Рис. 6. Схема импульсного источника питания 24В на микросхеме фирмы Power Integration.

Выходная мощность преобразователя определяется типом используемой микросхемы, основные характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики микросхем серии TOP221Y — TOP227Y.

Тип микросхемы	Рmax, Вт	Ток срабатывания защиты, А	Сопротивление открытого тран­зистора, Ом
TOP221Y	7	0,25	31,2
T0P222Y	15	0,5	15,6
T0P223Y	30	1	7,8
T0P224Y	45	1,5	5,2
T0P225Y	60	2	3,9
T0P226Y	75	2,5	3,1
T0P227Y	90	3	2,6

Простой и высокоэффек­тивный преобразователь напряжения

На основе одной из микросхем ТОР200/204/214 фирмы Power Integration может быть собран простой и высокоэффек­тивный преобразователь напряжения (рис. 7) с выходной мощ­ностью до 100 Вт.

Рис. 7. Схема импульсного Buck-Boost преобразователя на микросхеме ТОР200/204/214.

Преобразователь содержит сетевой фильтр (С1, L1, L2), мостовой выпрямитель (VD1 — VD4), собственно сам преобразо­ватель U1, схему стабилизации выходного напряжения, выпрями­тели и выходной LC-фильтр.

Входной фильтр L1, L2 намотан в два провода на феррито-вом кольце М2000 (2×8 витков). Индуктивность полученной катуш­ки — 18…40 мГн. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом сердечнике со стандартным каркасом ETD34 фирмы Siemens или Matsushita, хотя можно использовать и иные импортные сердечни­ки типа ЕР, ЕС, EF или отечественные Ш-образные ферритовые сердечники М2000.

Обмотка I имеет 4×90 витков ПЭВ-2 0,15 мм; II — 3×6 того же провода; III — 2×21 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Все об­мотки наматывают виток к витку. Между слоями должна быть обеспечена надежная изоляция.

Источник: Шустов М.А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения (2002).

Исправления: в схеме на рисунке 3 для катушки L2 изменена точка, указывающая начало намотки.

Импульсный источник тока схема

Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

• апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
• работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
• последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

• уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
• и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

• полумостовому;
• мостовому;
• или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.

Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.

Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора
в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной
выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

• апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
• работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
• последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из
резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

• уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
• и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

• полумостовому;
• мостовому;
• или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.

Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.

Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.

Импульсный блок питания светодиодов представляет собой выпрямитель с фильтром и понижающий преобразователь с обратной связью по току. Для построения источников тока для мощных светодиодов часто используются микросхемы ШИМ-контроллеры Supertex HV9910B, HV9961. Стандартные схемы включения этих микросхем мало отличаются, при некоторых условиях они взаимозаменяемы. HV9961 более дорогая, т.к. обеспечивает контроль среднего тока светодиодов, а не пикового. Есть другие отличия, о которых можно прочесть на сайте производителя, документ AN-H64. Я взял HV9961, говорят, она более живуча.
Расчет, изготовление и тестирование источника на микросхеме HV9961 под катом.

Мне нужен был блок, питающий током 750 мА 10 СИДов Cree XM-L. Оценим выходное напряжение блока: Vout = 10 * Vled при 750 мА = 29 В. Пусть пульсации тока будут меньше +-15% (я не знаю, как их величина влияет на работу светодиодов). Имелся корпус G1022BF, что накладывает ограничения на размер платы блока питания. Таким образом, исходные данные:
напряжение питания: 220 В, 50 Гц;
выходное напряжение: 30 В;
выходной ток: 750 мА;
пульсации тока: менее +-15%;
размер платы: менее 100х60 мм.

За основу берем стандартную схему включения:

Это понижающий преобразователь, для простоты ток измеряется в цепи истока переключающего транзистора и усредняется. На контакт Vin можно подавать высокое напряжение, которое питает встроенный регулятор напряжения 7,5 В, вывод регулятора – Vdd. PWMD и LD служат для плавной регулировки тока светодиодов. Резистор Rt задает частоту переключения (точнее, время паузы), Rcs – ток на СИДах. При питании от сети 220 нужно добавить выпрямитель и фильтр.

1. Частота переключения. Частота переключения в схеме не фиксированная, задается только время паузы. Для номинальных напряжений на входе (310 В после выпрямителя) и выходе коэффициент заполнения . С другой стороны, , где tu – время проводимости, tn – время паузы, f – частота переключения. Сопротивление резистора Rt определяется из выражения . Возьмем Rt = 330 кОм, это соответствует времени паузы 13,5 мкс и номинальной частоте 73 кГц. Чем выше частота, тем меньшего размера будет катушка и тем больше потери на переключение на транзисторе.

2. Регулировка тока. Токозадающий резистор. Rcs = 0.272 В / Iled = 0,363 Ом. Я решил взять Rcs = 0,33 Ом, т.е. 3 резистора по 1 Ом в параллель, что соответствует току 824 мА и сделать плавную регулировку тока с помощью вывода LD микросхемы. В описании сказано, что регулировка тока осуществляется, когда на выводе LD напряжение от 0 до 1,5 В. Подключаем делитель напряжения к напряжению 7,5 В. Необходимые сопротивления несложно посчитать, результат показан на окончательной схеме.
Можно проверить, сколько мощности выделяется на токозадающих резисторах: 824 Ма*272 мВ = 224 мВт, на каждом резисторе 75 мВт. Используем типоразмер 0805 (125 мВт).

3. Катушка индуктивности. Для пульсаций тока менее +-15% (полный размах 0,3*750 мА) индуктивность должна быть больше

Пиковый ток на катушке будет 750 мА +15% = 863 мА.2 = 1,62 мГн. Индуктивность получилась немного меньше, значит пульсации побольше +-15%, что меня устроило.
Теперь надо посчитать индукцию при максимальном токе и убедиться, что сердечник не насыщается. По формуле 8 из [2] и данным из программы (Al = 200 нГн, mui = 71) для тока 1 А (с запасом) получаем индукцию 183 мТл, что меньше 300 мТл и, значит, насыщения нет.
В итоге изготавливаем дроссель на сердечнике КВ10 М2500НМС1 с прокладками 0,3 мм с 90 витками эмальпроводом с внешним диаметром 0,7 мм. Желательно залить клеем или лаком после изготовления.

4. Транзистор. Транзистор должен с запасом выдерживать максимальное входное напряжение 310 В. Выберем транзистор с максимальным напряжением сток-исток 500 В. Максимальный среднеквадратичный ток через транзистор Iout*sqrt(Vout/Vin) = 240 мА. Ток небольшой, его выдержит любой мощный полевик. Главный параметр для выбора – емкость или заряд затвора. Производитель микросхемы рекомендует заряд менее 25 нКл. Я взял IRF830A с максимальным зарядом затвора 24 нКл. Мощность, выделяющуюся на полевике, посчитать непросто, но радиатор явно не помешает.

5. Диод. Для диода те же требования по напряжению, что и для транзистора. Средний ток через диод Iout*(1 – Vout/Vin) = 680 мА. Выбираем SF28 600 В, 2 А. Падение напряжения на нем 1,5 В, значит будет выделяться мощность 1,5 В* 0,68 А = 1 Вт. Я решил использовать диод без радиатора. Для диода еще важным считается параметр время обратного восстановления, от него зависят потери на переключение, но расчет их довольно сложный и я его не проводил.

6. Входной конденсатор. Емкость выбирается исходя из условия, что минимальное напряжение после входного фильтра должно быть больше 2*Vout. В AN-h58 есть формула для расчета:

Для частоты 50 Гц, Vdc = 60 В и КПД 90% получаем С1>6,5 мкФ. Был выбран конденсатор 47 мкФ, 400 В исходя из габаритов и доступности. Параллельно установлен пленочный 0,47 мкФ 450 В для уменьшения ESR.
Замечание от sanmigel:

если внимательно почитать документацию на 9910 то можно увидеть что условие Vout +5

15 мая 2011, 18:11

magnum16

Импульсный источник питания (787-612) | WAGO RU

Импульсный источник питания (787-612) | WAGO RU

{{ $wgi18n(‘product.color.label’) }}

{{ item.categoryNames[0] }} {{ item.familyCategory.name | decodeText }} {{ formattedCode }}

{{ plaintextShortName }}

{{ (index > 0) ? «; » : «» }}{{ text }}

{{ $wgi18n(‘product.stocktype’) }}

{{ productStatus.text }} {{ $wgi18n(‘product.status.cancelled.followup.text’) }}

{{ $wgi18n(‘product.status.announced.available’) }}: {{ item.purchasableFrom }}

{{ $wgi18n(‘product.status.announced.info’) }}

{{ $wgi18n(‘product.ready.for.despatch’) }}: {{ productAvailabilityValue }}

{{ $wgi18n(‘product.product.price.list.piece’) }}* {{listPrice}}

{{ $wgi18n(‘product.product.price.piece.your’) }}* {{ $wgi18n(‘product.volumePrices.log.for.price’) }} {{ priceValue }}

{{ $wgi18n(‘quickOrder.quantity.types’) }}: {{ item.numberPackageUnits }} ({{ item.numberContentUnits }}) {{ item.unit.name }}

{{ indicator }}

Теперь Вы можете добавить желаемое количество этого товара в свою корзину.

{{ TEXTS.counterpartsIntro }} {{ TEXTS.counterpartsAdditionally }}

{{ TEXTS.counterpartsOverline }}

{{ visibleCounterparts.length {{ selectedOption.label }} {{ variant.unit.symbol }} {{ $wgi18n(‘product.sort.done’) }}

• Источник питания с первичной синхронизацией
• Совместимы с оборудованием с защитой класса I
• Работа в параллельном режиме, возможность последовательного соединения
• Естественное конвекционное охлаждение при горизонтальной установке
• Заключены в кожух для использования в распределительных шкафах
• Электрически изолированное выходное напряжение (SELV) согласно EN 60950-1/UL 60950

Другие клиенты также приобрели

Программируемый одноканальный импульсный источник постоянного напряжения и тока (30 В, 20 А) MATRIX PDS-3020

Описание

Программируемый одноканальный  импульсный источник питания постоянного тока MATRIX PDS-3020 генерирует постоянное напряжение от 0 до 30 В с током отсечки от 0 до 20 ампер.

Прибор очень легкий и компактный.

Для связи с компьютером используется интерфейс RS-232

На двустрочном вакуумном флуоресцентном дисплее (VFD)  отображаются значения:

1 строка — действующие значения выходного напряжения, тока, мощности.

2 строка — установленные значения напряжения и тока.

Регулировки напряжения и тока осуществляются с помощью цифровой клавиатуры или универсального поворотного регулятора-джойстика. 

Прибор обладает высокой точностью и разрешением 1мВ/1мА

Память на 100 групп установок  (напряжение и ток).

Компенсация падения напряжения на нагрузке.

Защита от перегрузки по току, напряжению, защита от переполюсовки, защита от перегрева.

Блокировка от ошибочной работы пользователя.
Встроенный зуммер, предупреждающий об ошибке.

Температурный контроль регулирует скорость вентилятора, что обеспечивает снижение шума и увеличение его срока службы.

Значение сопротивления нагрузки может отображаться с помощью функции измерения низкого сопротивления.

Прибор имеет прекрасную стабильность и хорошие шумовые характеристики, соответствующие требованиям питания современных электронных устройств.

Комплектация определяется заводом изготовителем и может изменяться по его усмотрению.

Технические характеристики

 

Диапазон вых. напряжения		0~30 В
Диапазон тока		0~20 А
Защита от превышения напряжения		0.1 ~ 34 В
Защита от превышения тока		0.1 ~ 24 А
Разрешение по напряжению		1 мВ
Время отклика		≤1.5 мс
Разрешение по току		1 мА
Погрешность по напряжению		≤0.01%+4 мВ
Погрешность по току		≤0.2%+3 мА
Пульсации и шумы		≤2.0 мВ (действ.), ≤10 мА (действ.)
Память		100 групп установленных данных (напряжение и ток)
Индикация заряда аккумулятора		Показывает состояние аккумулятора процесс зарядки
Интерфейс		RS232
Рабочая температура		0 ~ 40°C
Относительная влажность воздуха при работе		≤80%
Температура хранения		-10 ~ 70°C
Относительная влажность воздуха при хранении		≤70%
Питание		220 В±10%, 50/60 Гц
Габариты		412 х 215 х 89 мм
Вес		4.5 кг

 

Прибор прошёл государственные испытания с целью установления соответствия требованиям ЕЗ ЕС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования» и получил Сертификат соответствия.
Сертификат соответствия

ТОО Test instruments является официальным дистрибьютором компании MATRIX и поставляет оригинальную продукцию напрямую от производителя.
Сертификат 

 

 

 

 

 

 

 

 

Импульсный источник питания для работы в 3-х фазной цепи

Промышленному оборудованию, работающему от трехфазного источника переменного тока, часто требуется вспомогательный блок питания, который может обеспечить напряжение постоянного тока в широком диапазоне входных напряжений. Примеры таких приложений – это промышленные приводы, системы ИБП и счетчики энергии.

Требования к таким источникам питания намного жёстче, чем к стандартным однофазным источникам. Такое оборудование предназначено для использования в промышленной среде, и должно допускать очень широкие изменения напряжения, включая расширенные провалы, скачки в сети и случайные обрывы одной или нескольких фаз. Кроме того, заданный диапазон входного напряжения вспомогательного источника питания должен быть в диапазоне от 57В до 580В.

Проектирование импульсного источника питания для такого широкого диапазона осложнено, в первую очередь, высокой стоимостью высоковольтных МОП-транзисторов и ограничением в цепях управления ШИМ конвертеров для широких значений входных напряжений. Технология StackFET позволяет использовать комбинацию недорогого низковольтного МОП-транзистора, рассчитанного на 600В, и конвертер питания от Power Integrations, для проектирования простого и недорогого импульсного источника питания, способного работать в широком диапазоне входного напряжения.

Рисунок 1. Трехфазный источник питания 3 Вт с использованием технологии StackFET

Схема работает следующим образом. Входное переменное напряжение выпрямляется мостом на диодах D1-D8. Резисторы R1-R4 ограничивают пусковой ток. Применение плавких резисторов позволяет безопасно разорвать цепь в случае фатальной аварии и устраняет необходимость в отдельных предохранителях. П-образный фильтр, состоящий из C5, C6, C7, C8, в связке с L1, фильтрует выпрямленное напряжение.

Резисторы R13 и R15 уравновешивают напряжение на конденсаторах входного фильтра.

Когда встроенный в U1 МОП-транзистор открывается, потенциал на стоке Q1 падает и начинает протекать ток через резисторы R6, R7 и R8, при этом, благодаря емкости стабилитронов VR1-VR3 открывается транзистор Q1. Диод Зеннера VR4 ограничивает напряжение, подаваемое на Q1. После закрытия МОП-транзистора в U1, при условии, что напряжение превысит значение 450В (напряжение на его стоке определяется цепью из VR1, VR2 и VR3), все излишнее напряжение падает на транзисторе Q1. Это ограничивает напряжение сток-исток на U1, в районе 450 В. Любое дополнительное приложенное напряжение будет гаситься транзистором Q1. Такая схема эффективно распределяет сумму выпрямленного входного и обратного напряжения между Q1 и U1. Резистор R9 ограничивает всплески напряжений во время переключения, а цепь фиксации VR5, D9 и R10 ограничивает пиковое напряжение во время обратного хода, возникающее из-за индуктивности рассеяния трансформатора.

Выпрямление напряжения вторичной обмотки трансформатора обеспечивается диодом D1. C2 — выходной конденсатор. L2 и C3 образуют фильтр второго порядка, который снижает высокочастотные пульсации выходного напряжения.

Стабилитрон VR6 открывается, когда выходное напряжение превышает общее падение диода оптопары и VR6. Изменение выходного напряжения вызывает изменение тока через диод оптопары U2, который, в свою очередь, меняет ток на транзисторе в U2B. Когда этот ток превышает пороговый ток вывода FB U1, следующий рабочий цикл блокируется. Регулирование выходного сигнала достигается путем управления количеством совершённых и пропущенных рабочих циклов. В активном режиме, при достижении лимита тока U1 происходит завершение цикла. Резистор R11 ограничивает ток оптопары во время переходной нагрузки, а также задает коэффициент усиления в петле обратной связи. Резистор R12 обеспечивает ток смещения для стабилитрона VR6.

Эта схема защищена от потери обратной связи, короткого замыкания на выходе и перегрузки благодаря встроенным функциям IC U1 (LNK 304). На трансформаторе не требуется дополнительной обмотки смещения, так как U1 получат питание непосредственно с истока интегрированного МОП транзистора. C4 поддерживает работу встроенного источника питания.

Статья Power Integrations. Перевод Макро Групп. Ссылка на оригинал статьи.

Импульсные источники питания… — Delta

Группа продуктов Язык: БългарскиČeskýDanskDeutschEestiΕλληνικάEnglishEspañolFrançaisItalianoLatviešu Lietuvių MagyarNederlandsNorskPolskiPortuguêsPусскийRomânăSlovenskiSlovenskýSuomiSvenska Валюта: 1 AUD — 2.7259 PLN1 BGN — 2.2333 PLN1 CAD — 2.9149 PLN1 CHF — 4.0238 PLN1 CZK — 0.1720 PLN1 DKK — 0.5874 PLN1 EUR — 4.3680 PLN1 GBP — 5.0895 PLN100 HUF — 1.2482 PLN1 NOK — 0.4263 PLN1 PLN — 1.0000 PLN1 SEK — 0.4277 PLN1 USD — 3.7162 PLN Меню Рекомендованная статья дБи — усиление изотропной антенны Бюллетень E-mail

TopТехнический словарьИмпульсные источники питания „SMPS” (Switched Mode Power Supplies) Импульсные источники питания практически вытеснили с рынка традиционные линейные источники питания и в настоящее время являются самой популярной и самой большой группой источников питания. Их преимуществом, по сравнению с линейными источниками питания, являются небольшие размеры, малый вес, высокая эффективность и производительность, а также хорошая цена. Минусом является сложность конструкции, а также более высокий уровень шума, генерируемого источником питания и повышенный уровень шума на выходе.   Наиболее распространенные типы импульсных источников питания:   A — рабочий стол B — модульные C — Индикатор D — вставной E — на рейке DIN Основной принцип действия импульсного источника питания  В импульсных источниках питания используются широтно-импульсные модуляции PWM (Pulse Width Modulation), то-есть выходное напряжение источника питания регулируется путем изменения коэффициента заполнения при постоянной, неизменной частоте.   На приведенном ниже рисунке показан принцип действия PWM.   U — напряжение t — время Uin — входное напряжение Uout — исходное напряжение T — период ( количество периодов в секунду — это частота, выраженная в Гц, КГц или МГц ) t1 — длительность импульса (высокое состояние) t2 — нет импульса Укорочение длительности импульса (t1 )приводит к уменьшению среднего значения выходного напряжения (Uout) и наоборот: расширение длительности импульса (t1) приводит к увеличению среднего выходного напряжения (Uout). Это можно видеть на графиках выше: слева — небольшой коэффициент заполнения — ниже значение выходного напряжения Uout, правой — большой коэффициент заполнения — выше значение выходного напряжения Uout.  Среднее значение выходного напряжения можно рассчитать по следующей формуле:   Диаграмма и описание, показывающие принцип действия источника питания:   1 — входное переменное напряжение 2 — предохранитель 3 — входной фильтр 4 — выпрямитель в виде моста Graetza 5 — транзистор манипуляций 6 — контролер PWM 7 — оптоизолятор (гальваническая изоляция) 8 — импульсный трансформатор 9 — выпрямитель 10 — выходной фильтр 11 — выходное постоянное напряжение Переменное напряжение сети, например, 230V(1) проходит через входной фильтр с элементами LC (3). Это очень важный элемент, который защищает энергосеть от сбоев, возникающих в подаче питания и защищает источник питания от помех, поступающих из энергосистемы. Напряжение переменного тока выпрямляется с помощью мостового выпрямителя (4) и после выпрямления напряжение постоянного тока достигает трансформатора (8), корорый манипулируется транзистором (5) иногда называемого переключатель. Транзистор включает и выключает ток квадратной волны с определенной частотой (возможный диапазон от 20 кГц до нескольких сотен кГц или даже МГц) и использованием широтно-импульсной модуляции PWM. Транзистор управляется схемой обратной связи (6,7), которая состоит из оптрона и контролера (драйвера) PWM. Система проверяет, каким является выходное напряжение и, в зависимости от того, повышается ли, уменьшается, изменяет длительность импульса (заливки), управляет транзистором и регулирует таким образом, чтобы на выходе всегда было постоянное напряжение. Эта система, проверяя напряжение на выходе, работает на высокой скорости, что позволянет сохранять постоянное выходное напряжение и в меру, если растет или уменьшается, немедленно исправляет изменения, чтобы удерживать его на постоянном уровне. Прямоугольное напряжение на выходе трансформатора (8) выпрямляется (9), а затем проходит через выходной фильтр (10), который должен «заблокировать» высшие гармоники и искажения, порожденные работой инвертора. На выходе (11) импульсного источника питания получаем стабилизированное постоянное напряжение.   Некоторые предложения, на какие параметры следует обратить внимание при выборе импульсного источника питания.  Входное напряжение (Input Voltage)  В Польше и Европейском Союзе напряжение в энергосети составляет 230 В переменного тока (исключением является Великобритания — 240 В переменного тока). Стандарты позволяют отклонение 10%, то есть напряжение питания может находиться в диапазоне от 207 В до 253 В переменного тока. Так что стоит выбрать источник птания с широким диапазоном входного напряжения, например, 100 — 264 В переменного тока.   Пусковой ток (Max Inrush Current)  После включения источника питания, появляется большой импульс тока, который может достигать высоких значений в зависимости от мощности источника питания, порядка несколько десятков амперов, продолжительностью до 1 периода или при частоте 50 Гц переменного тока до 20мс. Это явление вызвано зарядкой входных конденсаторов. Это может быть проблемой, например, при одновременном включении нескольких источников питания или использовании источника питания с более высокой мощностью. Большой пусковой ток может вызвать отключение защиты в энергосети ( предохранителей, силовых выключателей и т д.) Выходом из этой ситуации является замена предохранителей от перегрузки по току на тип С или D.   Эффективность (Efficiency)  Это отношение постоянного выходного тока ( отданного источником питания) к входной мощности переменного тока (побранной из сети), выраженное в процентах.   Эффективность обозначается буквой греческого алфавита «эта» η. В каждом устройстве, преобразовывающим энергию, часть потребляемой мощности идет на потери и именно эффективность позволяет оценить потери мощеости. На этот параметр следует обратить внимание, так как чем выше эффективность, тем меньше потери энергии, в результате чего внутри источника питания будет ниже температура, а это приводит к повышению надежности и увеличению срока службы устройства. В настоящее время производимые импульсные источники достигают даже > 90% ККД (силовые трансформаторы/линии имеют низкую эффективность использования энергии, не превышающую 50%).   Формула для эффективности:   η – эффективность, выраженная в процентах Pout – выходная мощность Pin — входная мощность Пример 1. Имеем источник питания с выходной мощностью 100 W, который берет из энергосети 117,6 W. Вычислим его эффективность.   Наиболее часто в данных источника питания подается выходная мощность и КПД. Производители в спецификации не указывают сколько берет мощности источнитк питания. Можем это легко вычислить, подставляя значения из переделанного рисунка.   Пример 2. Имеем источник питания с выходной мощностью 150 W и КПД 86%. Вычислим, какая мощность черпается из энергосети   Также легко можем вычислить, сколько энергии теряется на тепло в этом блоке питания (Pd – moc strat), используя простую формулу (вычесть от побранной мощности отданную мощность).   В этом случае 24,4 W теряется на тепло, конечно, при полной загрузке. Те 24,4 W повышают температуру внутри корпуса и нагревают внутренние компоненты.   MTBF — среднее время между неисправностями (Mean Time Between Failure)  Выражается в часах и это информация о надежности устройства.   Очень часто этот параметр неправильно интерпретирован. Например, MTBF источника питания выносит 700 000 часов или почти 80 лет. Это не означает, что блок питания будет безупречно работать все это время.   Пути и методы расчета MTBF были введены американскими военными в 1965г. вместе с публикацией модели MIL-HDBK-217. Она включает в себя частоту аварий для различных электронных компонентов ( конденсаторов, резисторов, транзисторов). В этой модели опубликованы методы расчета аварийности. Это должно было служить стандартизации оценки надежности электронных устройств и военной техники.   Кроме модели MIL-HDBK-217, используются также другие способы расчетов параметра MTBF, которые могут встретиться в технической спецификации электронных устройств. Все модели имеют различные алгоритмы для расчета надежности. Примерные методы: HRD5, Telcordia, RBD, модель Маркова, FVEA/FMECA, дерево повреждений, HALT.   Зная время MTBF, можем вычислить вероятность повреждения устройства до того, когда истечет время наработки на отказ. Это очень полезная информация, которая позволит оценить отказ системы. Как правило, все просто: чем выше MTBF, тем более надежное устройство.   Помните, что всегда MTBF- это время, по истечении которого, надежность устройства снижается до 36,8%.  Почему? Для расчета необходимо ввести формулу для надежности.   R(T) – надежность, выраженная в процентах в отношении до времени работы устройства T – продолжительность работы устройства MTBF – среднее врем между неисправностями 2,718 – число Эйлера (присутствует в формулах как буква «е») Дословно: 2,178 поднятые в отрицательной степени времени работы деленное на MTBF.   Рассчитываем неисправность устройства, MTBF которого віносит 50 000 часов по времени 50 000 часов.   То-есть устройство при MTBF = 50 000 часов имеет надежность 36,8% по времени 50 000 часов, иначе говоря по времени 50 000 часов вполне вероятно, что на 100 устройств — 37 будет работать эффективно, а 63 будут податливы неисправностям.   Посмотрим вероятность ошибки в течение 3-х лет для, например, двух источников питания с разными MTBF.   1. МTBF = 50 000 часов, 3 года = 3 года х 24 часа х365 дней = 26280 часов и подставляем в формулу:   Этот результат показывает вероятность, что после трех лет 59,1% источников питания будет работать без сбоев (например, на 100 устройств 59 будет исправных, а 41 будут неисправными).   2. MTBF = 700 000 часов, 3 года = 3 года х 24 часа х 365 дней = 26280 часов и подставляем в формулу.   Этот случай показывает вероятность того, что после 3-х лет, 97,1 источник питания будет работать без сбоев (например, на 100 устройств 97 будет эффективных, а 3 будут неисправные).   Наиболее часто параметр MTBF определяется изготовителем для работы устройства при температуре окружающей среды 25. При работе с более высокими температурами правило таково, что повышение температуры на 10 С приводит к двукратному уменьшению значения MTBF. Почему одни устройства имеют высокий, а другие низкий MTBF? Различия являются результатом качества используемых элементов и сложности устройства. Не все производители указывают этот параметр в технических данных.   Выходное напряжение (Output Voltage)  Выходное напряжение — это такое напряжение, которое должно быть стабилизировано при смене нагрузки питания от 0 до 100%. Надо осознавать, что во всех источниках питания на выходное напряжение накладываются шумы, пульсации и помехи. Они могут иметь амплитуду до нескольких сотен mVp-p. Иногда слишком большое значение пульсации выходного напряжения может стать причиной проблем, если питаемое устройство чувствительно к пульсации, напаример, помеха в изображении камеры в приложениях ССTV или частые перегрузки любого электронного устройства.   Ниже представлен снимок осциллограммы пульсации напряжения импульсного источника питания 12 V.   Динамический ответ на резкие изменения нагрузки (Dynamic Response)  Каждый источник питания должен обеспечивать загрузку выходного напряжения постоянной величины, которое не изменяется при изменении тока нагрузки, однако иногда бывают резкие изменения нагрузки (например, включение/выключение ИК-подсветки в камере CCTV или включение/выключение дополнительной нагрузки). При изменении нагрузки от 0 до 100% (или наоборот) появляются нарушения и колебания выходного напряжения, которое может повлиять на работу других устройств. подключенных к источнику питания.   На рисунке ниже видны изменения выходного напряжения по отношению к изменению нагрузки от 0 до 100% высокого качества источника питания, взятые из технической документации.   V — исходное напряжение L — нагрузка Большинство импульсных источников питания оснащены цепями защиты от коротких замыканий и перегрузок. Двигатели, лампочки, грузоподъемность и т.д., то-есть нагрузки нелинейной характеристики, могут нуждаться в большом импульсе тока при старте, что значительно превышает максимальный номинальный ток источника питания. Это может вызвать отключениеи не допустить активацию питания. На практике может оказаться, что источник питания, например, 12В 50Вт не сможет работать после переключения нагрузки 12В 30Вт (например, лампочка, двигатель).   Разработчики источников питания используют различные методы защиты от коротких замыканий и перегрузок. Защита должна обезопасить источник питания и нагрузку. Ниже рассматриваются наиболее распространенные.   Режим Hiccup (Hiccup mode)  Эта защита используется очень часто ( с англ. hiccup – икота), преимущество которой — низкие потери мощности в источниках питания в случае перегрузки или короткого замыкания и автоматический возврат к нормальному режиму работы после исчезновения причины короткого замыкания или перегрузки.   На графике ниже показан принцип режима работы hiccup.   Uout — исходное напряжение Iout — выходной ток t — время A – короткое замыкание ( перегрузка) B – установление причины короткого замыкания Во время A возникает перегрузка или короткое замыкание. Наступает отключение источника питания. На выходе появляется импульс тока очень короткой продолжительности (напр.100мс) и значения до 150% максимального тока. Блок питания высылает этот импульс каждые несколько секунд до разрешения причины перегрузки или короткого замвкания (B), затем переходит к нормальному режиму работы. Порог срабатываяния защиты (исключительно источника питания) устанавливается в большинстве случаев на 110-150% от номинального тока (Iout). Чаще всего этот режим интегрирован с тепловой защитой. Если нагрузка потребляет тока больше, чем номинальный, но меньше порога безопасности, то через короткий промежуток включится тепловая защита, отключая источник питания и питание переходит в режим hiccup aдо момента разрешения причины перегрузки.   Другие виды обеспечения, используемые против чрезмерного потребления мощности, показано на графике ниже (три кривые А, В и С).   Uout — исходное напряжение Iout — выходной ток Кривая А — ограничение тока (Foldback Current Limiting) Этот вид защиты применяется тпкже к линии электропитания. После превышения максимального тока (снижение нагрузки сопротивления), с последующим ее снижением (уменьшением). Иначе говоря, если сопротивление нагрузки уменьшается, наступает снижение тока. Преимуществом этого решения являются низкие потери мощности в источниках питания в случае перегрузки или короткого замыкания. Однако при этом решении блок питания не запускается при загрузке большим пусковым током (например, большая емкость).   Кривая В — стабилизирующая тока (Constant Current Limiting) После превышения максимального тока (уменьшение сопротивления нагрузки), источник питания поддерживает постоянный выходной ток, независимо от величины перегрузки, в то время, когда уменьшается выходное напряжение. Часто используется вторая защита, которая выключает источник питания, когда напряжение спадет до нескольких вольт. Большим недостатком этого метода являются большие потери мощности в самом источнике питания и высокий ток, протекающий через нагрузку, что может привести к повреждениям. Этот тип защиты позволяет начать электропитание при загрузках нелинейного характера.   Кривая С — предел мощности (Over Power Limiting) После превышения максимального тока (уменьшению сопротиволения нагрузки), выходная мощность источника питания остается постоянной. Вместе с ростом напряжения, напряжение и ток на выходе падают в соответствии с характеристикой С. Этот тип защиты позволяет начать электропитание при нагрузках нелинейной характеристики.   Температура работы (Working Temperature, Surrounding Air Temperature)  В зависимости от КПД источника питания, часть энергии, подводимой к источнику питания, теряется на тепло, температура внутри блока питания увеличивается по отношению к температуре наружного воздуха. Высококачественные источники питания, работая при температуре 25° С, могут нагреваться до 50 -70° С. При температуре окружающей среды 50° С, могут нагреваться до 75 — 95° С.   Очень важно понимать, что рабочая температура непосредственно влияет на срок службы и надежность устройства, импульсные источники питания имеют сложную конструкцию и состоят из большого числа электронных компонентов, которые могут быть расположены близко друг друга внутри корпуса блока. Слишком высокая внутренняя температура може привести к повреждениям источника питания и значительно сократить срок его службы. Обратите вниманеие, что существует сильная зависимость выходной мощности от температуры. Нужно обязательно избегать работы блока питания при температурах выше 50°С, несмотря на то, что производитель часто подает рабочую температуру выше этого значения. В этом случае следует внимательно ознакомиться с технической документацией.   Например, блок питания 150 W 12V — данная рабочая температура становит от -10°С до 70°С. Тем не менее, в документации производитель разместил график нагрузки в процентном выражении в зависимости от рабочей температуры.   L — Процент нагрузки T — Рабочая температура Как видно на рисунке, источник питания может обеспечить полную мощность нагрузки, но только до 50°С. Во время работы при температуре 70°С устройство может заряжаться на 50%, что составляет половину максимального тока.   Компонентами, наиболее чуствительными к повышению температуры, являются электролитические конденсаторы. Практически каждый блок питания включает в себя несолько штук. Производители конденсаторов подают важный параметр, то-есть срок службы при максимальной рабочей температуре. Снижение температуры на 10С приводит к двукратному увеличению срока службы электролитического конденсатора.Например, стандартные электролитические конденсаторы имеют срок службы 1 000 часов при температуре 105°С. или: 105С- 1 000 часов (41день) 95°C — 2 000 часов (83 дня) 85°С — 4 000 часов (166 дня) 75°C — 8 000 часов (333 дней) 65°C — 16 000(часов) (1,8 года) 55°C — 32 000часов (3,6 года) 45°C — 64 000часов (7,3 лет)  Эти времена не означают конец жизни конденсатора, только время, после которого наступит значительное ухудшение его параметров (емкости, последовательного сопротивления и т.д.), которые, как правило, приводят к аварии.   Как видно с примера выше, чем ниже температура = тем более длительный срок службы. Имеются конденсаторысо сроком службы в несколько раз больше, однако это приводит и к более высокой цене. Это от производителя зависит, какие будут применять компоненты. В дешевых источниках питания не используются дорогостоящие детали с большей продолжительностью жизни.

Нетто: 0.00  EUR Брутто: 0.00  EUR Вес: 0.00  kg Особенно рекомендуем ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-6U/450 Нетто: 84.98 EUR AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50PV2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm Нетто: 23.00 EUR IP-КАМЕРА APTI-54C4-27135WP-Z — 5 Mpx 2.7 … 13.5 mm — MOTOZOOM Нетто: 98.08 EUR ВИТАЯ ПАРА UTP/K5/305M/PE/MTC METACON Нетто: 0.39 EUR АНТИВАНДАЛЬНАЯ КАМЕРАIP IPC-HDBW2231E-S-0280B-S2 — 1080p 2.8 mm DAHUA Нетто: 125.00 EUR РЕГИСТРАТОР IP NVR4216-4KS2 16 КАНАЛОВ DAHUA Нетто: 256.64 EUR AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50PV2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm Нетто: 23.00 EUR AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50PV2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm Нетто: 23.00 EUR AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50C2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm Нетто: 28.46 EUR

Как выбрать импульсный источник питания для медицинского устройства

Импульсные источники питания широко используются в медицинских приборах, таких как аппарат искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ), детектор нуклеиновых кислот ПЦР, термометр для измерения температуры тела, рентгеновский аппарат, позитронно-эмиссионная/компьютерная томография, анализкрови, аппараты искусственного кровообращения, диагностические устройства. и т. д. Следуйте этим советам, чтобы выбрать наиболее подходящий безопасный источник питания с низким током утечки, надежной изоляцией и хорошими параметрами ЭМС для «сердца» медицинского прибора.

Ключевые слова: медицинский прибор, медицинские источники питания, аппарат искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ) 

Типы медицинского применения по уровню защиты

В медицинских приборах необходимо учитывать не только защиту оператора, например, доктора или медсестры, но и защиту пациента. Требования для защиты оператора и защиты пациента разные. Поскольку состояние здоровья пациента и оператора различно и пациент обычно находится в более слабом состоянии, таким образом, пациенту требуется более высокий уровень защиты. Медицинское оборудование подразделяется на три типа (см. рисунок ниже) в соответствии с тем, находится ли оно в электрическом контакте с пациентом и каким образом с ним контактирует.

Для тех медицинских приборов, которые не имеют прямого электрического контакта с пациентом (тип B), считается, что они обеспечивают защиту оператора, поэтому к таким медицинским приборам предъявляют более низкие требования по источникам питания. Однако если медицинские устройства контактируют с сердцем пациента (тип CF), которое является наиболее чувствительной частью человеческого тела, считается, что он обеспечивает самый высокий уровень защиты для пациента, в этом случае к медицинским устройствам предъявляют более высокие требования по источникам питания.

Советы по выбору источников питания для медицинского применения
Прежде всего, необходимо убедиться, имеет ли медицинское устройство электрический контакт или возможность такого контакта с пациентом. Если устройства, используемые в больницах, имеют прямой электрический контакт с пациентами, которые в некоторых случаях находятся в слабом состоянии, даже небольшое количество тока утечки может оказать негативное влияние на пациентов. Ток утечки источника питания для медицинского устройства должен быть ограничен допустимым значением. Медицинское устройство, как правило, более чувствительно к электромагнитным помехам, чем большинство промышленных устройств, поэтому источник питания для медицинского устройства должен соответствовать более строгим стандартам EMI (ЭМС). Ключевой особенностью источника питания для применения в медицинских устройствах является безопасность и надежная изоляция между входом и выходом, поскольку любой недостаток изоляции может привести к поражению электрическим током. Напряжение изоляции между первичной и вторичной сторонами трансформатора, безопасное расстояние (расстояние утечки и расстояние до токоведущих частей) обеспечивает меры изоляции. Поэтому при выборе источника питания для медицинского устройства необходимо учитывать ток утечки, электромагнитные помехи и надежную изоляцию.
Если медицинское устройство не имеет электрический контакт с пациентом, достаточно использовать медицинский или промышленный источник питания, способный обеспечить достаточную защиту оператора.
Мы можем следовать следующему процессу, чтобы судить о требованиях для выбора источника питания.

Рисунок — Идентификация СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ПАЦИЕНТОВ (MOPP) и СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА(MOOP) 
(Рисунок из страницы 263 IEC 60601-1 Edition 3.1 2012-08)

На рисунке выше показаны MOP (MOP（средства защиты） — это аббревиатура от “Means of Protection”), которые включают изоляцию, (расстояние утечки, расстояние до токоведущих частей, импедансы и соединения защитного заземления. MOPP （Means of Patient Protection） — это средство защиты пациента, а MOOP (Means of Operator Protection) — средство защиты оператора.
Для медицинских устройств типа BF / CF источник питания должен соответствовать 2x MOPP, в то время как для медицинских устройств типа B можно использовать источник питания медицинского класса, который соответствует 2x MOOP или источник питания, соответствующий промышленному стандарту.

Блок-схема аппарата искусственной вентиляции лёгких (аппарат ИВЛ) 
Аппарат ИВЛ — это аппарат, который обеспечивает механическую вентиляцию путем перемещения вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в легкие, чтобы обеспечить дыхание пациенту, который физически неспособен дышать или дышит недостаточно. Пациенты с тяжелой степенью заболевания пневмонией обычно используют аппарат ИВЛ во время процесса лечения, который считается жизненно важной спасительной соломинкой и стал незаменимым медицинским устройством в клиническом лечении. Он все шире используется в областях первой помощи, анестезии, интенсивной терапии и респираторной терапии.
Схема применения аппарат ИВЛ показана ниже, она контролирует воздух через клапан вдоха и выдоха и в то же время определяет поток воздуха, давление, плотность кислорода и т. д., чтобы своевременно подавать сигнал тревоги, когда у пациента нарушается дыхание.

Рисунок: Требования к источнику питания для аппарата ИВЛ

Требования к источнику питания для аппарата ИЛВ

Система питания аппарата ИЛВ включает в себя AC/DC, DC/DC преобразователи,  и внутренние резервные батареи. Надежная и безопасная система электропитания является одной из наиболее важных частей в аппарате ИВЛ, обеспечивающая стабильную, надежную и безопасную работу аппарата ИВЛ. Ниже приведен анализ требований к источнику питания для аппарата ИВЛ.
Сетевые AC/DC преобразователи должны соответствовать универсальному диапазону входного напряжения от 85 В до 264 В переменного тока и обеспечивать стабильное выходное напряжение 24 В постоянного тока с высокой точностью. В то же время источник питания должен быть высоконадежным, чьи электромагнитные помехи должны соответствовать стандарту EN55011 (CISPR11) CLASS B, чтобы избежать помех для других медицинских устройств. Можно использовать медицинские или промышленные AC/DC преобразователи, из-за того, что сам аппарат ИВЛ не имеет прямого электрического контакта с пациентом, поэтому здесь также допустимы промышленные  AC/DC преобразователи.
Для DC/DC преобразователей обычно требуется широкий диапазон входного напряжения от 10,8 до 33 В постоянного тока, чтобы быть совместимой с системой электропитания 12 В и 24 В постоянного тока. Резервные батареи внутри аппарата ИВЛ используются для обеспечения бесперебойной подачи питания на аппарат ИВЛ, в случае отключении электричества в больнице.
В системе управления аппаратом ИВЛ есть несколько подсистем, таких как нагнетатель, клапан, расходомер, вентилятор, и все они нуждаются в надежном источнике питания для обеспечения их работы.
Требования к источнику питания для нагнетателя: требуется 24 В пост. тока, защита, например, если вентилятор по какой-то причине перестанет работать, выход этого источника питания отключается и переходит в режим защиты от короткого замыкания. Кроме того, при выборе источника питания его выходная мощность должна соответствовать воздуходувке, которая используется в вентиляторе, от 1 А до 3 А или выше.
Подсистема клапанов включает в себя клапан вдоха, клапан выдоха и кислородный клапан, различные датчики сбора данных и для этих частей доступны неизолированные источники питания, поскольку входной AC/DC преобразователь  уже изолирован.
Функция расходомера заключается в обнаружении дыхания пациента. Система сбора данных включает в себя датчик температуры, датчик давления и т. д. Для обоих устройств требуется источник питания с высокой точностью выходного напряжения, низким уровнем пульсаций и шума. Здесь могут применяться неизолированные импульсные стабилизаторы, но если в системе есть большие помехи, лучше использовать изолированный источник питания.
Вентилятор в системе не предъявляет строгих требований к источнику питания, как правило, для этой части применяются неизолированные импульсные стабилизаторы с мощностью 5 Вт.

Решения в системе электропитания для аппарата ИВЛ 

В соответствии с указанными выше требованиями к источнику питания компания  MORNSUN предлагает свои надежные и безопасные решения по питанию, доступные в короткие сроки производства. Блок-схема решения электропитания приведена ниже.

Рисунок: Решение электропитания для аппарата ИВЛ

У компании MORNSUN имеется AC/DC преобразователь Lh35-20B24MU, который обладает универсальным диапазоном входного напряжения от 85 В до 264 В переменного тока, высоким КПД, высокой надежность и низким уровенем пульсаций и шума. Напряжение изоляции этого изделия до 4000 В переменного тока, соответствует IEC60601-1, EN60601-1, ANSI / AAMI ES60601-1, CAN / CSA-C22.2 № 60601-1, обеспечивает выполнение требований (2xMOPP), EMI соответствует EN55011 (CISPR11) КЛАСС B, который необходим в медицинских аппаратах ИВЛ.
Учитывая, что аппарат ИВЛ не имеет электрического контакта с пациентом, для этой части также возможно применение AC/DC преобразователя Mornsun  — LO30-10B24. Этот продукт имеет универсальный диапазон входного напряжения от 85 В до 264 В переменного тока, хорошие характеристики EMI и соответствует стандартам IEC / EN61000-4, CISPR32 / EN55032 класса B, UL / EN / IEC62368 и EN / UL60335.
MORNSUN может предоставить DC/DC преобразователь URh3424LP-20WR3, который имеет 20 Вт выходной мощности, широкий диапазон входного напряжения от 9 до 36 В постоянного тока, высокий КПД до 89%, напряжение изоляции до 5000 В переменного тока, защиту от превышения напряжения  и защиту от короткого замыкания. Кроме того, этот продукт соответствует двойной защите пациента (2x MOPP) и соответствует стандарту EN60601-1, а его ток утечки ниже 5 мкА, что делает его идеальным выбором.

MORNSUN медицинские источники питания
Медицинские источники питания MORNSUN не только соответствуют стандарту IEC / EN / UL60601-1, но также соответствуют требованиям по двойной защите пациента 2xMOPP, обеспечивая высокий уровень изоляции, которые подходят для различных медицинских устройств. Например, ниже представлены подобные источники питания с высокой безопасностью и надежностью для аппарата ИВЛ.

25 Вт AC / DC преобразователь Lh35-20B24MU

Особенности
●  Универсальный диапазон входного напряжения: 85-264 В переменного тока / 100-370 В постоянного тока
●  Напряжение изоляции 4000В переменного тока
●  Стабилизированный выход, низкий уровень пульсаций и шума
●  Низкое энергопотребление на холостом ходу <0,1 Вт
●  Высокий КПД до 89%
●  Защита от короткого замыкания, защита от перегрузки по току, защита от превышения напряжения
●  Медицинская безопасность соответствует (2x MOPP)
●  IEC / EN60601-1, ANSI / AAMI ES60601-1, CAN / CSA-C22.2 № 60601-1 сертифицирован
●  EMI соответствует EN55011 (CISPR11) КЛАССА B

20 Вт DC / DC преобразователь мощностью  URh3424LP-20WR3

Особенности

●  Ультра-широкий диапазон входного напряжения: 9-36 В пост.

●  КПД до 89%

●  Ток утечки на пациента <5 мкА, напряжение изоляции 5000 В переменного тока

●  Низкое энергопотребление на холостом ходу  0,12 Вт

●  Диапазон рабочих температур окружающей среды: от -40 ℃ до + 85 ℃

●  Защита от пониженного напряжения на входе, защита от короткого замыкания на выходе, защита от перегрузки по току,  защита от превышения напряжения 

●  Медицинская безопасность одобрена (2x MOPP) (ожидается)

●  EN60601-1 сертифицирован (в ожидании)

●  Для получения дополнительной информации, пожалуйста, посетите www.mornsun-power.com.

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока 10 А

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe ™ 10 А является частью семейства источников постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe. Этот программируемый источник тока отличается прецизионным импульсным режимом с минимальной шириной импульса 1 мкс и временем нарастания наносекунд. Этот источник тока поддерживает надежность VCSEL, светодиодов и лазерных диодов, приработку, IESNA LM-80 и другие тестовые приложения, требующие постоянного или импульсного тока. Он обеспечивает до 4 независимых каналов источника надежного и точного привода постоянного или непрерывного импульсного тока при согласованном напряжении до 200 В.Эта возможность высокого напряжения делает 10A идеальным выбором для питания последовательных цепей, содержащих несколько сильноточных устройств. Каждый канал источника обеспечивает выходную мощность до 1600 Вт при лучшей в отрасли эффективности преобразования мощности 96%. Высокая эффективность снижает потребность в электроэнергии и охлаждении помещений, снижая общую стоимость владения системами. Технология непрерывного преобразования энергии означает отсутствие ограничений рабочего цикла или ширины импульса.

Регулируемая настройка нагрузки позволяет SpikeSafe компенсировать условия нагрузки, сопротивление кабеля и длину.Результатом являются выходные импульсы с микросекундным временем нарастания и спада. Импульсы из нескольких каналов могут быть синхронизированы или смещены для балансировки нагрузки. Несколько пар выходных проводов поддерживают максимальный ток на проводник ниже 5А, что позволяет направлять выходной ток через стандартные соединительные устройства. Встроенная система сбора данных измеряет импульсное или постоянное напряжение и ток в соответствии с требованиями мониторинга LM-80. Тестируемые устройства защищены плавным включением во время разгона и защитой от нагрузки SpikeSafe во время работы.Защита нагрузки SpikeSafe непрерывно отслеживает параметры напряжения и тока и мгновенно отключает привод при обнаружении неисправностей устройства. Этот источник тока имеет максимальный ток 10 А с точностью выходного тока 0,04% + 350 мкА.

---

Формы импульсов источника 10 А

Прецизионная импульсная генерация — ключ к лучшим методам измерений. Прецизионный импульсный источник тока 10А предлагает гибкость программируемой ширины импульса. Он может работать с большой длительностью импульса (от мс до секунд) и с короткой длительностью импульса (длительность импульса 100 мкс и более).С источником импульсов доступна минимальная длительность импульса 10 мксек с обновлениями для высокоточной импульсной генерации (ширина импульса 1 мкс). Точность ширины импульса составляет 1 мксек с временами нарастания и спада наносекундного импульса. Время разгона регулируется.

Прецизионный импульсный источник тока Vektrex, 10 А, 44,8 В, импульс тока, 100 мкс, ширина импульса, 863,2 нс, время нарастания

---

Источник 10A SpikeSafe, 600 Вт, 100 В, внутреннее питание

Кривые производительности

Эта модель доступна для использования с внутренним источником питания (300 Вт или 600 Вт).Для полной выходной мощности по 4 независимым каналам источника (4 x 1,6 кВт = 6,4 кВт) требуется вспомогательный источник питания. Пожалуйста, проконсультируйтесь с Vektrex для получения рекомендаций по дополнительному источнику питания.

Узнайте больше о наших источниках постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe здесь.

Прецизионный импульсный источник на 10 А — серия Performance

Источник тока серии SpikeSafe ™ 10A Performance является частью семейства прецизионных импульсных источников тока серии SpikeSafe Performance. Он включает в себя непрерывное преобразование мощности, что означает отсутствие ограничений рабочего цикла или ширины импульса.Выходные импульсы имеют время нарастания и спада наносекунд, что является ключом к точным фотометрическим и электрическим измерениям светодиодов, VCSEL и LIDAR. Прецизионная система синхронизации с аппаратным управлением поддерживает длительность импульса от 1 мкс до 15000 с. Этот источник тока обеспечивает прецизионный постоянный, непрерывный импульсный и одиночный импульсный ток с превосходной точностью воспроизведения импульсов. Программируемая настройка нагрузки изменяет SpikeSafe для компенсации условий нагрузки, импеданса и длины кабеля. Аппаратный запуск обеспечивает повторяемость измерений. Несколько пар выходных проводов поддерживают максимальный ток / проводник ниже 5А, что позволяет направлять выходной ток через стандартные коммутационные и соединительные устройства.

Дополнительный модуль тока смещения поддерживает измерения температуры перехода (Tj), теплового сопротивления (RΘ) и динамического теплового импеданса.

Тестируемые устройства защищены плавным включением во время разгона и защитой от нагрузки SpikeSafe во время работы. Защита нагрузки SpikeSafe непрерывно отслеживает параметры напряжения и тока и мгновенно отключает ток привода при обнаружении неисправностей устройства.

Примечательные характеристики этого источника тока следующие: точность выходного тока нижнего диапазона равна 0.04% + 350 мкА. Точность выходного тока высокого диапазона составляет 0,08% + 2 мА. Диапазон ширины импульса составляет от 1 мкс до 15000 с, а точность ширины импульса составляет 1 мкс. Время нарастания / спада импульса составляет 200 нс-3 мкс, а типичный джиттер ширины импульса составляет 30 нс.

Программное обеспечение панели управления доступно из этого текущего источника. Узнайте больше о Панели управления здесь.

---

Формы импульсов источника 10 А

Прецизионная импульсная генерация — ключ к лучшим методам измерений. Прецизионный импульсный источник тока 10А предлагает гибкость программируемой ширины импульса.Он может работать с большой длительностью импульса (от мс до секунд) и с короткой длительностью импульса (длительность импульса 100 мкс и более). С источником импульсов доступна минимальная длительность импульса 10 мксек с обновлениями для высокоточной импульсной генерации (ширина импульса 1 мкс). Точность ширины импульса составляет 1 мксек с временами нарастания и спада наносекундного импульса. Время разгона регулируется.

Прецизионный импульсный источник тока Vektrex, 10 А, 44,8 В, импульс тока, 100 мкс, ширина импульса, 863,2 нс, время нарастания

---

Источник 10A SpikeSafe, 600 Вт, 100 В, внутреннее питание

Кривые производительности

Эта модель доступна для использования с внутренним источником питания (300 Вт или 600 Вт).Для полной выходной мощности по 4 независимым каналам источника (4 x 1,6 кВт = 6,4 кВт) требуется вспомогательный источник питания. Пожалуйста, проконсультируйтесь с Vektrex для получения рекомендаций по дополнительному источнику питания.

Узнайте больше о наших прецизионных импульсных источниках тока серии Performance здесь.

Выбор и использование импульсных источников постоянного тока и рекомендации по синим диодам

Введение

Обычный лабораторный генератор импульсов предназначен для подачи импульсов определенного напряжения на резистивный нагрузка.Однако во многих случаях инженеру требуется импульс определенного тока, который должен остаются неизменными по амплитуде, независимо от напряжения или сопротивления нагрузки. Это обычное требование в такие разнообразные приложения, как испытание сверхпроводников, пиропатронов и надувных устройств подушек безопасности, предохранителей, взрывчатых веществ, лазеров диоды и широкий спектр полупроводниковых приборов. Эти приложения часто требуют довольно больших токов в несколько усилители или больше. Avtech предлагает несколько семейств моделей, идеально подходящих для этих приложений с импульсным постоянным током (см. Таблица 1 ниже и страницы 66-73).

Таблица 1

Модель	I из , макс. (A)	Соответствие напряжения	Максимальное изменение тока	Ширина импульса	Время нарастания	Время осени	Макс. Рабочий цикл (%)	Макс. PRF (кГц)
AV-156A-B	5	от 0 до 15 В (25 В опц.)	<2%	10us-10ms	4us	4us	20	10
AV-156G-B	10	от 0 до 15 В (25 В опц.)	<2%	10us-10ms	4us	4us	10	10
AV-151F-B	± 2.5	от 0 до ± 5 В	<1%	func. ген.	10us	10us	100	20
AV-106A-B	30	от 0 до 30 В	<10%	0.5-50us	50нс	50нс	0,25	1
AV-106B-B	100	от 0 до 100 В	<10%	2-200us	1.0us	1.0us	0,1	0,1
AV-106C-B	15	от 0 до 20 В	<10%	1us-1ms	50нс	50нс	1	1
AV-106D-B	5	от 0 до 5 В	<10%	1us-1ms	0.5us	0,5us	50	1
AV-107B-B	2	от 0 до 60 В	<5%	2200 нс	10 нс	10 нс	0.4	20
AV-107C-B	10	от 0 до 60 В	<5%	50нс-1ус	20 нс	20 нс	0.5	5
AV-107D-B	20	от 0 до 60 В	<5%	0,1–5,0 мкс	30 нс	30 нс	0.25	0,5
AV-107E-B	2,5	от 0 до 60 В	<5%	0,2–200 мкс	30 нс	30 нс	20	1
AV-108E-1A-B	50	от 0 до 20 В	<5%	20us-1мс	10us	10us	4	1
AV-108F-1A-B	50	от 0 до 20 В	<5%	20us-10ms	10us	10us	40	1
AV-108E-2A-B	100	от 0 до 50 В	<5%	20us-1мс	10us	10us	0.8	1
AV-108F-2A-B	100	от 0 до 50 В	<5%	20us-1мс	10us	10us	8	1
AV-108E-3A-B	200	от 0 до 20 В	<5%	20us-1мс	10us	10us	1	1
AV-108F-3A-B	200	от 0 до 20 В	<5%	20us-1мс	10us	10us	10	1

Соответствие напряжения и максимальное изменение амплитуды

Помимо очевидных характеристик генератора тока, таких как максимальная амплитуда тока, повышение время и диапазон ширины импульса, есть два других ключевых параметра: напряжение согласования и максимальная амплитуда вариация.Напряжение согласования, В _C , — ​​это просто диапазоны напряжений нагрузки, которые импульсные источник постоянного тока будет нормально работать с. Например, импульсный генератор постоянного тока Avtech AV-108F-1A-B имеет максимальную амплитуду 50 Токи и согласованное напряжение 20 В. AV-108F-1A-B будет работают должным образом только в том случае, если напряжение нагрузки остается ниже 20 В. Например, если амплитуда AV-108F-1A-B была установлена ​​на 40 А, наибольшая резистивная нагрузка, которая мог бы быть 0.5 Ом, так как 40 А x 0,5 Ом = 20 В. (Наименьшая полезная резистивная нагрузка составляет 0 Ом. — источник тока не повреждается коротким замыканием, в отличие от некоторых генераторов напряжения.)

Второй ключевой параметр — максимальное изменение амплитуды тока при изменении напряжение нагрузки. Идеальный генератор тока не имеет изменения амплитуды тока при изменении напряжения нагрузки. Тем не мение, большинство токовых генераторов в действительности будут отображать небольшое изменение тока. Это изменение обычно обозначается как процентное изменение тока при изменении напряжения нагрузки с нуля вольт на напряжение согласования В _С .Это наихудший вариант. Например, если AV-108F-1A-B был установлен на 40 А, на короткое замыкание (ноль Ом) и сопротивление нагрузки затем повышается до 0,5 Ом (возможно, из-за тепловых эффектов или размыкания переключателя), где напряжение нагрузки равный V _C , то задано изменение тока не более чем на 5% — он будет лежать в диапазоне 38 до 40 А.

Емкостные нагрузки

Если нагрузка имеет большую шунтирующую емкость, время зарядки конденсатора будет увеличиваться. часто ограничиваются законами физики, а не временем нарастания генератора импульсов.Определяющее уравнение для конденсатор I = C dV / dt. Например, рассмотрим генератор импульсов AV-107E-B, который будет подавать импульсы до 2,5 А с заданным время нарастания менее 30 нс (см. верхнюю осциллограмму, рисунок 1). Однако если этот импульсный генератор постоянного тока установлен на низкую амплитуду 20 мА и используется для управления нагрузкой 1 кОм, наблюдается время нарастания напряжения около 1 мкс (см. нижнюю осциллограмму, рисунок 1). Время нарастания напряжения ограничено паразитной выходной емкостью (и нагрузкой). (которая может превышать несколько сотен пикофарад) через соотношение I = C dV / dt.Если бы нагрузкой был лазерный диод, эта паразитная емкость задерживает время, в течение которого напряжение на диоде достигает порогового напряжения генерации.

Время спада генератора импульсов может зависеть или не зависеть от наличия емкости, в зависимости от конкретной модели, которая используется. Для примера, описанного выше (см. Нижнюю осциллограмму, рисунок 1), время спада все еще очень короткое, потому что выход генератора закорочен на землю, когда выход не обеспечивает текущий импульс.Это очень быстро разряжает любую емкость. Другие модели не замыкают выход на землю, поэтому Время спада контролируется соотношением I = C dV / dt, как и время нарастания.

Рисунок 1

Индуктивные нагрузки

В то время как емкостные нагрузки могут ухудшать слабые импульсы тока, настоящий смертельный враг генераторов тока. — индуктивность нагрузки. При использовании генераторов импульсов тока, особенно сильноточных, следует соблюдать особую осторожность. высокоскоростные, с любой индуктивной нагрузкой или кабелем.Даже небольшая индуктивность может привести к значительному «индуктивный удар», который представляет собой скачок напряжения, предсказываемый законом Ленца: V = L dI / dt. В качестве примера рассмотрим ситуация, когда Avtech AV-107E-B используется для управления резистивная нагрузка 10 Ом, и нагрузка подключается на расстоянии 4 дюймов от генератора, используя провод 20 AWG для передачи сигнала. линии и заземления, всего 8 дюймов провода. AV-107E-B будет обеспечивать ток 2,5 А при времени нарастания 30 нс, а провод будет имеют индуктивность примерно 200 нГн.Закон Ленца предсказывает скачок индуктивного напряжения до 15 В! (См. Средний сигнал, рисунок 1). Даже если общая длина проводов уменьшится до 1 дюйма, индуктивный выброс все равно будет более 1 дюйма. V !! (1 дюйм провода №24 равен 20 нГн) !! Есть два взаимодополняющих подхода к борьбе с этой проблемой. Это первое подход заключается в размещении нагрузки как можно ближе к генераторам импульсов, избегая использования кабелей или разъемы. Для максимальной производительности и удобства установка нагрузки возможна на многих устройствах. модели.(Специально разработанное гнездо с низкой индуктивностью позволяет устанавливать диодную нагрузку непосредственно на импульсном выходной модуль генератора.) Второй подход, обсуждаемый ниже, заключается в использовании линии передачи с низким сопротивлением.

Линии передачи с низким сопротивлением

Линии передачи характеризуются параметром Z ₀ , характеристика » сопротивление »линии передачи. Когда линия передачи подключена к нагрузке, равной ее характеристическое сопротивление (R _L = Z ₀ ), тогда линия передачи действует как идеальный кабель: генератор импульсов не «видит» паразитную емкость или индуктивность в линии.Этот метод можно использовать для длиной до нескольких футов. Основная трудность заключается в получении линии передачи с правильным импедансом. — практически все имеющиеся в продаже кабели имеют импеданс 50 Ом или выше. Лазерные диоды и др. Сильноточные нагрузки, скорее всего, будут иметь сопротивление всего в несколько Ом. К счастью, Avtech выпускает линейку low-Z ₀ линий передачи (серия AV-LZ, см. стр. 77). Доступны со значениями Z ₀ . 1, 2, 3, 6 и 12 Ом.Линии AV-LZ доступны с опцией диодной розетки, чтобы обеспечить удобство использования. установка диодной нагрузки в конце ЛЭП.

Генераторы тока с потерями

Генераторы тока по своей природе имеют потери, то есть они рассеивают гораздо больше тепла, чем напряжение. генераторы импульсов. По этой причине генераторы импульсов тока часто ограничиваются работой с низким рабочим циклом и / или используют воду и вентилятор. охлаждение. (Рабочий цикл — это часть времени, в течение которого выходной сигнал генератора импульсов является высоким — i.е. 100% x ширина импульса / период). В наихудшем случае мгновенное рассеяние мощности в генераторах тока происходит при коротком замыкании нагрузки, и примерно равен напряжению податливости, умноженному на амплитуду тока. Например, Avtech AV-108F-3A-B будет подавать импульсы 200A с соблюдением напряжение 20 В, что в худшем случае приводит к мгновенному рассеянию мощности в 4 кВт! (Максимально допустимая средняя мощность рассеиваемая мощность в AV-108F-3A-B составляет 400 Вт, что дает в ограничениях рабочего цикла.)

Мониторы тока

Измерение и наблюдение импульсов тока может быть неудобным, поскольку осциллографы предназначены для измерить напряжения. Доступно несколько подходов. Например, пробники и трансформаторы тока можно приобрести в ряд источников, таких как Tektronix, Pearson или American Laser. Датчики и трансформаторы могут обеспечить отличные результаты, но учтите, что токоведущий провод должен проходить через трансформаторы в форме пончика или щупы, поэтому их нельзя использовать с линиями передачи, так как главный провод экранирован.Второй подход используются токочувствительные резисторы с низкой индуктивностью (например, доступные от Isotek и Caddock), которые размещаются последовательно с нагрузкой, и поэтому напряжение на резисторе будет пропорционально току. В сопротивление должно быть низким, чтобы избежать больших падений напряжения и рассеивания мощности. Третий метод относится к Дело в том, что многие генераторы импульсов тока Avtech доступны с удобными встроенными датчиками тока. Текущий монитор выход подает импульс напряжения, который пропорционален импульсу основного выходного тока (с одинаковой шириной импульса).В Кроме того, многие устройства с функцией -B GPIB обеспечивают отображение тока на ЖК-дисплее.

На рис. 2 показаны четыре формы сигнала для генератора импульсов тока Avtech. Верхняя осциллограмма показывает напряжение через нагрузку 5 Ом при подаче постоянного импульса 400 мА. Вторая осциллограмма показывает напряжение нагрузки, когда Вместо этого используется нагрузка 0,5 Ом с той же амплитудой тока. Естественно, напряжение нагрузки в десять раз больше. меньше, так как сопротивление в десять раз меньше, чем раньше. Третья и четвертая формы сигналов показывают выходной сигнал текущий монитор для этих двух случаев.Эти две формы сигналов идентичны, поскольку амплитуда тока не изменилась. изменилось, несмотря на разные сопротивления нагрузки и напряжения. (В этом примере текущий выход монитора обеспечивает V _{монитор} = I _OUT /5. Поскольку I _OUT = 0,4 А в обоих случаях, монитор V = 80 мВ, как показано на фото.)

Рисунок 2

Использование генератора импульсов напряжения в качестве генератора импульсов тока

Следует отметить, что если пользователю не требуется ток более одного или двух ампер и может выдерживать некоторое изменение амплитуды тока в зависимости от напряжения нагрузки, генератор импульсов Avtech 50 или 100 вольт может быть используется для аппроксимации импульсного источника постоянного тока путем добавления сопротивления последовательно с лазерным диодом нагрузка.Рисунок 3 иллюстрирует эту технику. Avtech AV-1010-B импульсный Генератор предназначен для подачи импульсов 100 В на нагрузку 50 Ом. Если нагрузку 50 Ом заменить на Резистор 49 Ом (R _СЕРИИ ), подключенный последовательно с лазерным диодом 1 Ом (R _D ), AV-1010-B может использоваться как источник тока 2 А (поскольку 100 В / R _СЕРИИ + R _D = 2A). Эта установка имеет то преимущество, что линия передачи 50 Ом может быть используется, так как линия передачи будет иметь оконечную нагрузку 50 Ом.По отношению к истинному источнику тока это подход гораздо менее подвержен индуктивным ударам (например, ЗАКОНУ ЛЕНЦА).

При длительном использовании AV-1010-B более низкие токи нагрузки (например, 10 мА) R _СЕРИИ можно значительно увеличить (например, до 10 кОм), но затем в схему необходимо добавить шунтирующий резистор (R _SHUNT ), как показано на рисунке 4. Этот резистор выбирается так что параллельная комбинация этого и R _СЕРИИ + R _D равна 50 Ом, чтобы правильно прекратить линию передачи.(Если линия передачи не завершена должным образом, вызовы и выбросы происходят на пульсе. См. Примечание по применению 1A, рис. 11). При использовании AV-1010-B в таких приложениях того же эффекта можно добиться, просто установив переключатель сопротивления источника в положение 50 Ом (т. е. шунтирующий резистор не требуется).

Рисунок 3
Рисунок 4
Рисунок 5
Рисунок 6

AV-1010-B имеет время нарастания и спада 10 нс, частота повторения от 10 Гц до 1 МГц, длительность импульса от 100 нс до 1 мс и высокие значения рабочего цикла.Эти широкий диапазон делает AV-1010-B более универсальным прибора, чем многие другие генераторы импульсного постоянного тока и драйверы лазерных диодов, рассмотренные выше.

Кроме того, при использовании дополнительных согласующих трансформаторов импульсы до 4А (см. Рисунок 5) или 8А (см. рисунок 6) может быть получен при максимальной длительности импульса менее 10 мкс. Повышенный ток наступает при за счет уменьшения выходного напряжения (максимум 50 В для установки на 4 А и 25 В для 8 А). Выходное напряжение должно быть поддерживается выше порогового напряжения лазерного диода для генерации диода.См. Стр. 52–65 для полной линейки Avtech драйверов лазерных диодов импульсного напряжения.

Драйверы импульсов для исследования синих лазерных диодов

Требования к испытаниям импульсного режима синего лазерного диода высоки, поскольку исследовательские прототипы демонстрируют высокие пороговые токи и высокие пороговые напряжения. Обычно напряжения в открытом состоянии для GaN лазеры имеют напряжение от 10 В до 30 В или даже выше, в зависимости от сложности контакта. (Диоды, построенные из Системы II-VI, такие как ZnSe, обычно имеют более низкие прямые падения напряжения, обычно от 4 В до 12 В).Пороговый ток во многом зависит от размера и мощности диода и может варьироваться от нескольких десятков миллиампер до нескольких ампер.

Avtech имеет несколько семейств импульсных генераторов постоянного тока, которые обеспечат эти большие токи и большие напряжения одновременно (см. Таблицу 1). Например, каждая из четырех моделей серии AV-107 имеет номинальное напряжение 60 В, что более чем достаточно для большинства приложений с синими лазерными диодами. Эти модели характеризуются умеренно быстрым нарастанием и спадом от 10 до 30 нс и номинальным пиковым током от 2 до 20 ампер.В Устройства серии AV-106 предлагают аналогичные номинальные значения тока и напряжения, но с более высоким временем нарастания и большей шириной импульса. Для еще более широких импульсов и меньшего времени нарастания (и более высоких значений рабочего цикла) серия AV-156 должна быть считается. Все инструменты в Таблице 1 обладают тем свойством, что они являются настоящими источниками тока. Это токовый выход практически не зависит от напряжения нагрузки или импеданса. Для синих диодов с меньшим включенным напряжением (и сопротивление), истинный источник тока может не потребоваться, и тогда можно рассмотреть импульсные драйверы напряжения, такие как серии AVO-2, AVO-5 и AVO-6 (см. стр. с 53 по 57), которые могут обеспечивать время нарастания до 1 нс и выходную мощность токи в диапазоне от 1 до 18 Ампер.Если время нарастания 10 нс является приемлемым, тогда модель общего назначения AV-1010-B следует рассматривать для приложения, требующие силы тока до 8 ампер. Для гораздо более высоких токов (до 14 А) АВР-4, АВР-5 и Следует рассмотреть серию AVR-7 (см. Страницы с 40 по 43).

Источник периодического прямоугольного тока

Описание

Блок Pulse Current Source представляет ток источник, значение выходного тока которого представляет собой периодический прямоугольный импульс как функцию времени и не зависит от напряжения на клеммах источника.Следующий уравнения описывают ток через источник как функцию времени:

Где:

• I ₁ — выходной ток в момент времени. нуль.

• I ₂ — выходной ток, когда выход высокий.

• TD — время начала импульса.

• TR — это время, в течение которого выходной ток увеличивается из I ₁ по Я ₂ .

• TF — время, за которое выходной ток падает с I ₂ к Я ₁ .

• PW — длительность выходного импульса.

• PER — период выходного импульса.

Блок определяет значения в промежуточные моменты времени по линейному интерполяция.

Указанные значения для PW и PER имеют следующий эффект на вывод блока:

• Если и PW , и PER бесконечны, блок производит переходную реакцию в момент времени TD .

• Если PER бесконечно, а PW равно конечно, блок выдает одиночный импульс шириной PW и бесконечный период.

• Если PW бесконечно, а PER конечно, блок выдает ступенчатую характеристику с импульсами шириной т.р. на стоимость I ₁ каждые НА секунд.

• Если PW > PER , блок создает переходная характеристика с импульсами шириной TR до значения I ₁ каждые НА секунд.

Блок использует небольшую внутреннюю проводимость для предотвращения проблем численного моделирования. Проводимость соединяет порты + и — устройства и имеет проводимость. ГМИН :

• По умолчанию GMIN соответствует GMIN параметр параметров среды блок, значение по умолчанию 1e – 12 1 / Ом .

• Чтобы изменить GMIN , добавьте среду Блок параметров к вашей модели и установите GMIN на желаемое значение.

Simscape Electrical Документация

Страница, которую вы искали, не существует. Воспользуйтесь окном поиска или просмотрите темы ниже, чтобы найти страницу, которую вы искали.

Моделирование и имитация электронных, мехатронных и электрических систем

Simscape ™ Electrical ™ (ранее SimPowerSystems ™ и SimElectronics ^® ) предоставляет библиотеки компонентов для моделирования и имитации электронных, мехатроника и электроэнергетические системы.Он включает модели полупроводников, двигателей и компоненты для таких приложений, как электромеханический привод, интеллектуальные сети и возобновляемые источники энергии. энергетические системы. Вы можете использовать эти компоненты для оценки архитектур аналоговых схем, разрабатывать мехатронные системы с электроприводами и анализировать генерацию, преобразование, передача и потребление электроэнергии на уровне сети.

Simscape Электрооборудование помогает разрабатывать системы управления и тестировать производительность на уровне системы.Вы можете параметризуйте свои модели с помощью переменных и выражений MATLAB ^® , а также проектируйте системы управления для электрических систем. в Simulink ^® . Вы можете интегрировать механические, гидравлические, тепловые и другие физические системы в вашу модель, используя компоненты из семейства продуктов Simscape. Чтобы развернуть модели в других средах моделирования, включая системы аппаратного обеспечения (HIL), Simscape Electrical поддерживает генерацию C-кода.

Simscape Электрооборудование было разработано в сотрудничестве с Hydro-Québec в Монреале.

Изучите основы Simscape Electrical

Примеры устройств и систем для электроники, мехатроники и электроснабжения системные приложения

Методы построения моделей, передовой опыт и параметризация методы

Электронные, мехатронные и электрические блоки системы совместимые с другими блоками Simscape

Построение систем управления сетью с использованием контроллеров, математических преобразование и широтно-импульсная модуляция

Улучшение производительности, инструменты и методы анализа

Simulink В реальном времени ™ Проверки Simscape, Simscape HDL Workflow Advisor

Моделирование систем электроснабжения с использованием специализированных компонентов и алгоритмов

Simscape Electrical Документация

Страница, которую вы искали, не существует.Воспользуйтесь окном поиска или просмотрите темы ниже, чтобы найти страницу, которую вы искали.

Моделирование и имитация электронных, мехатронных и электрических систем

Simscape ™ Electrical ™ (ранее SimPowerSystems ™ и SimElectronics ^® ) предоставляет библиотеки компонентов для моделирования и имитации электронных, мехатроника и электроэнергетические системы. Он включает модели полупроводников, двигателей и компоненты для таких приложений, как электромеханический привод, интеллектуальные сети и возобновляемые источники энергии. энергетические системы.Вы можете использовать эти компоненты для оценки архитектур аналоговых схем, разрабатывать мехатронные системы с электроприводами и анализировать генерацию, преобразование, передача и потребление электроэнергии на уровне сети.

Simscape Электрооборудование помогает разрабатывать системы управления и тестировать производительность на уровне системы. Вы можете параметризуйте свои модели с помощью переменных и выражений MATLAB ^® , а также проектируйте системы управления для электрических систем. в Simulink ^® .Вы можете интегрировать механические, гидравлические, тепловые и другие физические системы в вашу модель, используя компоненты из семейства продуктов Simscape. Чтобы развернуть модели в других средах моделирования, включая системы аппаратного обеспечения (HIL), Simscape Electrical поддерживает генерацию C-кода.

Simscape Электрооборудование было разработано в сотрудничестве с Hydro-Québec в Монреале.

Изучите основы Simscape Electrical

Примеры устройств и систем для электроники, мехатроники и электроснабжения системные приложения

Методы построения моделей, передовой опыт и параметризация методы

Электронные, мехатронные и электрические блоки системы совместимые с другими блоками Simscape

Построение систем управления сетью с использованием контроллеров, математических преобразование и широтно-импульсная модуляция

Улучшение производительности, инструменты и методы анализа

Simulink В реальном времени ™ Проверки Simscape, Simscape HDL Workflow Advisor

Моделирование систем электроснабжения с использованием специализированных компонентов и алгоритмов

Simscape Electrical Документация

Страница, которую вы искали, не существует.Воспользуйтесь окном поиска или просмотрите темы ниже, чтобы найти страницу, которую вы искали.

Моделирование и имитация электронных, мехатронных и электрических систем

Simscape ™ Electrical ™ (ранее SimPowerSystems ™ и SimElectronics ^® ) предоставляет библиотеки компонентов для моделирования и имитации электронных, мехатроника и электроэнергетические системы. Он включает модели полупроводников, двигателей и компоненты для таких приложений, как электромеханический привод, интеллектуальные сети и возобновляемые источники энергии. энергетические системы.Вы можете использовать эти компоненты для оценки архитектур аналоговых схем, разрабатывать мехатронные системы с электроприводами и анализировать генерацию, преобразование, передача и потребление электроэнергии на уровне сети.

Simscape Электрооборудование помогает разрабатывать системы управления и тестировать производительность на уровне системы. Вы можете параметризуйте свои модели с помощью переменных и выражений MATLAB ^® , а также проектируйте системы управления для электрических систем. в Simulink ^® .Вы можете интегрировать механические, гидравлические, тепловые и другие физические системы в вашу модель, используя компоненты из семейства продуктов Simscape. Чтобы развернуть модели в других средах моделирования, включая системы аппаратного обеспечения (HIL), Simscape Electrical поддерживает генерацию C-кода.

Simscape Электрооборудование было разработано в сотрудничестве с Hydro-Québec в Монреале.

Изучите основы Simscape Electrical

Примеры устройств и систем для электроники, мехатроники и электроснабжения системные приложения

Методы построения моделей, передовой опыт и параметризация методы

Электронные, мехатронные и электрические блоки системы совместимые с другими блоками Simscape

Построение систем управления сетью с использованием контроллеров, математических преобразование и широтно-импульсная модуляция

Улучшение производительности, инструменты и методы анализа

Simulink В реальном времени ™ Проверки Simscape, Simscape HDL Workflow Advisor

Моделируйте системы электроснабжения с использованием специализированных компонентов и алгоритмов

.