Сетевой бестрансформаторный блок питания на 9В
Если сейчас в разных устройствах с батарейным питанием используются обычно батареи напряжением ЗВ из двух элементов. В советское время везде была «Крона» на 9В, и в пультах ДУ, и в настольных электронных часах с ЖКИ.
Кстати, насчет электронных часов, у автора именно такие, на ЖКИ и с питанием от «Кроны», с советскими мелодиями в будильнике. Но, к сожалению, ток они потребляют значительный, и современной «Кроны» (батарея 6F22) им хватает не более чем на месяц. Поэтому было принято решение поискать альтернативный источник питания для них, — сетевой
Сначала была сделана безрезультатная попытка питания напряжением 5,4V от «зарядки» для сотового телефона. Но, часы вроде заработали, но стали давать сбои, например, при переходе с «23-59» на «00-00» появлялось сразу число «08-00» после которого часы шли через две минуты, то есть, каждую минуту показание увеличивалось на две минуты.
Тогда было принято решение сделать компактный источник напряжения 9V и смонтировать его объемным способом в батарейном отсеке часов.
Принципиальная схема
Блок питания собран по схеме выпрямителя с понижающим стабилизатором напряжения на стабилитроне VD5 и конденсаторе С1. реактивное сопротивление которого берет на себя избыток напряжения.
Рис. 1. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на +9,5В.
Выходной ток блока питания не более 20 мА, но этого более чем достаточно для питания часов с ЖКИ. Конденсатор С2 взят относительно большой емкости не зря, — он несколько минут поддерживает питание часов, и поэтому кратковременные отключения от сети не нарушают хода часов.
В схеме можно стабилитрон Д814В заменить любым стабилитроном на напряжение 8-10V. Диоды 1 N4007 — любые выпрямительные маломощные. Конденсатор С2 — чем большей емкости, тем лучше. Но можно и всего 10-100 мкФ, — схема будет работать, но не будет держать напряжение при выключении из сети.
Рис. 2. Схема сетевого бестрансформаторного источника питания на напряжения 3В, 6В, 9В, 12В.
На основе этой же схемы был так же сделан и универсальный блок питания, от которого можно получить различные напряжения, для питания самой разной маломощной аппаратуры.
Схема этого блока питания показана на рисунке 2. От этого источника питания можно получить напряжения ЗV, 6V, 9V и 12V. Причем даже одновременно.
Суть в том, что стабилитрон в этой схеме заменен цепочкой последовательно включенных четырех стабилитронов по ЗV каждый. В сумме они дают 12V, поэтому если снимать напряжение со всех — будет именно 12V. Но, если взять напряжение только с одного стабилитрона, VD8, это напряжение будет равно ЗV.
С двух стабилитронов (VD8, VD7) уже получатся напряжение 6V, с трех стабилитронов (VD8, VD7, VD6) будет 9V, на а со всех четырех, как уже сказано, 12V.
Детали
Естественно, конденсатор С2 теперь должен быть на напряжение не ниже 12V (в данном случае, 16V).
В качестве стабилитронов VD5-VD8 можно использовать любые стабилитроны на напряжение стабилизации ЗV. Например, 1N5987B, 1N4683, BZX84C3V0LT1 и другие.
Можно использовать стабилитроны и на другое напряжение, например, если взять стабилитроны не на ЗV, а на 3,ЗV выходные напряжения получатся, соответственно 3,3V, 6,6V, 9 9V и 13,2V.
Стабилитроны могут быть и на разное напряжение стабилизации, и их совсем не обязательно должно быть именно четыре. Соответственно, будут другие выходные напряжения и другое количество выходов. В любом случае, конденсатор С2 должен быть на напряжение не ниже наибольшего из всех выходных.
Малков С. РК-03-18.
Простейший бестрансформаторный источник питания для светодиодной матрицы
Для питания многих светодиодных лампочек и прожекторов требуется 12 В, что вынуждает покупать или где-то доставать источник питания. На самом деле его можно сделать самому из недорогих запчастей.Материалы:
- Светодиодная матрица 12 В 5 Вт.
- 4 диода 1N4007;
- керамический конденсатор 1 мкФ, напряжение не ниже 400 В;
- 1 резистор в промежутке 300 кОм — МОм;
- конденсатор 220 мкФ 25 В;
- электрокабель с вилкой.
Сборка бестрансформаторного источника
Для начала нужно спаять между собой 4 диода 1N4007, по схеме как на фото. Обратите внимание на полярность. Важно, чтобы направление анода и катода были как на фотографии. Начинающим любителям радиотехники нужно просто ориентироваться по серой полоске по окружности корпуса диода. Как видно одна пара из них соединяются полоской к полоске, а вторая темными сторонами. Соответственно между собой пары спаяны полоса к однотонной стороне.
У конденсатора 220 мкФ 25 В нужно разогнуть контакты и припаять их к рамке из диодов. На его корпусе имеется продольная полоса. Противоположный к ней электрод паяется к контактам диодов соединенных полоска к полоске. Примыкающий до метки контакт скрепляется соответственно с диодами со стороны противоположной до полос.
Далее к имеющейся схеме припаивается одним усиком керамический конденсатор 1 мкФ (105J). Для этого его следует расположить по левую руку и повернуть маркировкой к себе.
Между усиками керамического конденсатора впаивается резистор 1 МОм. В нем нет полярности, поэтому его можно расположить любой стороной. Этот резистор нужен для разряда конденсатора, когда питание отключено от всей цепи.
К схеме подключается потребитель. В данном случае используется светодиодная матрица на 12 В и 5 Вт.
Чтобы он светил, нужно соблюсти полярность. Минус присоединяется к электродам со стороны полоски на конденсаторе 220 мкФ 25 В. Плюс паяется напротив.
Чтобы запитать схему от сети 220В нужно присоединить двухжильный кабель с вилкой. Одна жила паяется к электроду керамического конденсатора и резистора, а вторая к незадействованной противоположной части рамки из диодов.
Включаем в сеть.
Работает отлично.
Важно! Техника безопасности
Это очень дешевый в изготовлении источник для питания светодиодов и их матриц, но он имеет один очень существенный недостаток: к нему нельзя прикасаться, чтобы не получить разряд в 220 В, так как вся схема не имеет гальванической развязки. Поэтому не всем может подойти эта самоделка.
Готовый источник необходимо разместить в коробе из диэлектрического материала. Во время работы запрещается дотрагиваться даже до светодиодной матрицы, учтите это обязательно.
Смотрите видео
конденсаторный блок питания для выходного тока 1 Ампер
Неизолированный стабилитрон с КПД 5% или меньше
Подключаемые таймеры на основе микроконтроллеров обычно используют неизолированные источники питания, например:
Схема неизолированного источника постоянного тока
R1 существенно снижает разницу между стабилитроном и потенциалом сети переменного тока, поэтому он не будет эффективен ни для чего, кроме легких нагрузок. Кроме того, ваша нагрузка не может кардинально измениться, так как резистор должен быть такого размера, чтобы обеспечивать достаточный ток стабилитрона, чтобы заставить его обратить вспять лавину, не создавая слишком большого тока. Если ваша нагрузка начнет потреблять слишком большой ток, ее напряжение упадет. Если ваша нагрузка не потребляет достаточный ток, стабилитрон может быть поврежден.
Плюсы
Очень маленький
Очень дешево
Отлично подходит для очень легких нагрузок (MCU + переключающее устройство)
Минусы
Без изоляции
Ток нагрузки не является гибким; должен быть закреплен в небольшом окне
Питание через трансформатор с регулируемой частотой сети КПД 20-75%
Вы всегда можете использовать трансформатор (60: 1 или около того), мостовой выпрямитель и линейный регулятор, например: Схема регулируемого источника постоянного тока.
Это вводит в конструкцию громоздкий и дорогостоящий трансформатор, но он более эффективен, чем предыдущая конструкция, и ваша нагрузка может сильно отличаться.
Плюсы
Самый простой в реализации
Предназначен для средних нагрузок — например, радиочасов.
Полная изоляция
Относительно недорогой
Минусы
Громоздкий
Довольно неэффективный
Полностью изолированный импульсный преобразователь переменного тока в постоянный, КПД 75-95%
Наиболее эффективным (и наиболее сложным) является переключающий преобразователь переменного тока в постоянный. Они работают по принципу сначала преобразования переменного тока в постоянный, а затем переключения постоянного тока на очень высоких частотах, чтобы оптимально использовать характеристики трансформатора, а также минимизировать размер (и потери) сети фильтров на вторичной обмотке. Power Integrations создает ИС, которая выполняет все управление / обратную связь / управление — все, что вам нужно, это добавить трансформатор и оптоизоляторы. Вот пример дизайна: Пример схемы преобразователя LinkSwitch Power Integrations
Как видите, напряжение сети переменного тока немедленно выпрямляется и фильтруется для получения постоянного напряжения высокого напряжения. Устройство Power Integrations быстро переключает это напряжение на первичной обмотке трансформатора. Высокочастотный переменный ток наблюдается на вторичной обмотке, выпрямляется и фильтруется. Вы заметите, что значения компонентов довольно малы, даже с учетом текущего использования. Это связано с тем, что высокочастотный переменный ток требует гораздо меньших компонентов для фильтрации, чем переменный ток сетевой частоты. Большинство этих устройств имеют специальные режимы сверхнизкого энергопотребления, которые работают достаточно хорошо.
Эти преобразователи, как правило, обеспечивают высокий КПД, а также могут служить источником мощных нагрузок. Это всевозможные расходные материалы, которые можно встретить повсюду, от крошечных зарядных устройств для сотовых телефонов до блоков питания для ноутбуков и настольных компьютеров.
Чрезвычайно эффективный
Полная изоляция
Высокий выходной ток: довольно легко может подавать 50+ ампер постоянного тока низкого напряжения.
Маленький размер
Минусы
Большая спецификация (ведомость материалов)
Сложно спроектировать
Требуется продуманная компоновка печатной платы
Обычно требуется нестандартная конструкция трансформатора.
Дорогие
Бестрансформаторные блоки питания_окончание. — Блоки питания (бестрансформаторные) — Источники питания
Бестрансформаторные блоки питания
(окончание)
Бестрансформаторный блок питания с регулируемым выходным напряжением показан на рис.10а. Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода од-нокаскадного усилителя на VT2. Выходной сигнал VT2 зависит от разности напряжений, подаваемых с переменного резистора R7, включенного параллельно выходу блока питания, и источника опорного напряжения на диодах VD3, VD4. По существу, схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.
Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, а через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2 и VT1 отпираются. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение падает, что Приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает увеличение напряжения на С2, отпирание VT2, VT1 и повторение цикла.
За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) как при включенной нагрузке (R9), так и без нее (на холостом ходу). Его величина зависит от положения движка потенциометра R7. Верхнему (по схеме) положению движка соответствует большее выходное напряжение. Максимальная выходная мощность приведенного устройства равна 2 Вт. Пределы регулировки выходного напряжения — от 16 до 26 В, а при закороченном диоде VD4 — от 15 до 19,5 В, Уровень пульсаций на нагрузке — не более 70 мВ.
Транзистор VT1 работает в переменном режиме: при наличии нагрузки — в линейном режиме, на холостом ходу — в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 100 Гц. При этом импульсы напряжения на коллекторе VT1 имеют пологие фронты.
Критерием правильности выбора емкости С1 является получение на нагрузке требуемого максимального напряжения. Если его емкость уменьшена, то максимальное выходное напряжение на номинальной нагрузке не достигается. Другим критерием выбора С1 является неизменность осциллограммы напряжения на выходе диодного моста (рис.10 6). Осциллограмма напряжения имеет вид последовательности выпрямленных синусоидальных . полуволн сетевого напряжения с ограниченными (уплощенными) вершинами положительных полусинусоид. Амплитуда вершин является переменной величиной, зависящей от положения движка R7, и меняется линейно при его вращении. Но каждая полуволна должна обязательно доходить до нуля, наличие постоянной составляющей (как показано на рис. 10 б пунктиром) не допускается, т.к. при этом нарушается режим стабилизации.
Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора. Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка R7 (при минимальном выходном напряжении). На холостом ходу тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например, в виде «флажка» из алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 30 мм и толщиной 1…2 мм.
Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи. Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки, допустимое напряжение коллектор-эмиттер — не меньше максимального выходного напряжения блока питания, В качестве VT1 могут быть использованы транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.п. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р-транзистор — КТ203, КТ361 и пр.
Резисторы R1, R2 — защитные. Они предохраняют регулирующий транзистор VT1 от выхода из строя вследствие перегрузки по току при переходных процессах в момент включения блока в сеть.
Бестрансформаторный конденсаторный выпрямитель (рис.11) работает с автостабилизацией выходного напряжения. Это достигнуто за счет изменения времени подключения диодного моста к накопительному конденсатору. Параллельно выходу диодного моста включен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. База VT1 через стабилитрон VD3 соединена с накопительным конденсатором С2, отделенным по постоянному току от выхода моста диодом VD2 для исключения быстрого разряда при открытом VT1. Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает как обычно. При увеличении напряжения на С2 и открывании VD3 транзистор VT1 также открывается и шунтирует выход выпрямительного моста. Напряжение на выходе моста скачкообразно уменьшается практически до нуля, что приводит к уменьшению напряжения на С2 и выключению стабилитрона и ключевого транзистора.
Далее напряжение на конденсаторе С2 снова увеличивается до момента включения стабилитрона и транзистора и т.д. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на работу импульсного стабилизатора напряжения с широтно-им-пульсным регулированием. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсаций напряжения на С2. Ключевой транзистор VT1 для уменьшения потерь должен быть с большим коэффициентом усиления, например, КТ972А, КТ829А, КТ827А и др.
Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно, применив более высоковольтный стабилитрон (цепочку низковольтных, соединенных последовательно). При двух стабилитронах Д814В, Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может составлять 23.„24 В.
Аналогично можно стабилизировать выходное напряжение однопо-лупериодного диодно-конденсаторного выпрямителя (рис.12). Для выпрямителя с плюсовым выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен п-р-п-транзистор, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3. При достижении на конденсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открывания стабилитрона, транзистор VT1 тоже открывается. В результате, амплитуда положительной полуволны напряжения, поступающего на С2 через диод VD2, уменьшается почти до нуля. При уменьшении же напряжения на С2 транзистор VT1 благодаря стабилитрону закрывается, что приводит к увеличению выходного напряжения. Процесс сопровождается широтно-импульсным регулированием длительности импульсов на входе VD2, следовательно, напряжение на конденсаторе С2 стабилизировано,
В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением параллельно диоду VD1 нужно включить р-п-р-транзистор КТ973А или КТ825А. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом — около 11В, напряжение пульсаций — 0,3…0,4 В
В обоих вариантах стабилитрон работает в импульсном режиме при токе в единицы миллиампер, который никак не связан с током нагрузки выпрямителя, разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями напряжения сети. Поэтому потери в нем существенно уменьшены, и теплоотвод ему не требуется. Ключевому транзистору радиатор также не требуется.
Резисторы R1, R2 в этих схемах ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевой вилки процесс включения сопровождается серией кратковременных замыканий и разрывов цепи. При одном из таких замыканий гасящий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т.е. примерно до 300 В. После разрыва и последующего замыкания цепи из-за «дребезга» это и сетевое напряжения могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства
Другой вариант ключевой бестрансформаторной схемы источника питания представлен на рис.13. Сетевое напряжение, проходя через диодный мост на VD1.. .VD4, преобразуется в пульсирующее амплитудой около 300 В. Транзистор VT1 — компаратор, VT2 — ключ. Резисторы R1, R2 образуют делитель напряжения для VT1. Подстройкой R2 можно установить напряжение срабатывания компаратора. Пока напряжение на выходе диодного моста не достигнет.установленного порога, транзистор VT1 закрыт, на затворе VT2 — отпирающее напряжение и он открыт. ЧерезЛ/Т2 и диод VD5 заряжается конденсатор С1. При достижении установленного порога срабатывания транзистор VT1 открывается и шунтирует затвор VT2. Ключ закрывается и снова откроется тогда, когда напряжение на выходе моста станет меньше порога срабатывания компаратора. Таким образом, на С1 устанавливается напряжение, которое стабилизируется интегральным стабилизатором DA1.
С приведенными на схеме номиналами источник обеспечивает выходное напряжение 5 В при токе до 100 мА. Настройка заключается в установке порога срабатывания VT1. Вместо IRF730 можно использовать КП752А, IRF720, BUZ60, 2N6517 заменяется на КТ504А.
Миниатюрный бестрансформаторный блок питания для малопотребпя-ющих устройств можно построить на микросхеме HV-2405E (рис.14), которая осуществляет прямое преобразование переменного напряжения в постоянное. Диапазон входного напряжения ИМС—15…275 В, выходного — 5.. .24 В при максимальном выходном токе до 50 мА. Выпускается в плоском пластмассовом корпусе DIP-8. Структура микросхемы приведена на рис.15а, цоколевка — на рис.156.
В схеме источника (рис. 14) особое внимание нужно уделить резисторам R1 и R2. Их общее сопротивление должно быть в районе 150 Ом, а рассеиваемая мощность — не менее 3 Вт. Входной высоковольтный конденсатор С1 может иметь емкость от 0,033 до 0,1 мкФ. Варистор Rv можно применить практически любой с рабочим напряжением 230…250 В. Резистор R3 выбирается в зависимости от требуемого выходного на пряжения. При его отсутствии (выходы 5 и 6 замкнуты) выходное напряжение чуть более 5 В, при сопротивлении 20 кОм выходное напряжение — около 23 В. Вместо резистора можно включить стабилитрон с необходимым напряжением стабилизации (от 5 до 21 В). К остальным деталям особых требований нет, за исключением выбора рабочего напряжения электролитических конденсаторов (формулы для расчета приведены на схеме).
Учитывая потенциальную опасность бестрансформаторных источников, в ряде случаев может представлять интерес компромиссный вариант: с гасящим конденсатором и трансформатором (рис.16). Здесь подойдет трансформатор с высоковольтной вторичной обмоткой, поскольку необходимое выпрямленное напряжение устанавливается подбором емкости конденсатора С1. Главное, чтобы обмотки трансформатора обеспечивали требуемый ток.
Чтобы устройство не вышло из строя при отключении нагрузки, к выходу моста VD1…VD4 следует подключить стабилитрон Д815Г. В нормальном режиме он не работает, поскольку его напряжение стабилизации выше рабочего на выходе моста. Предохранитель FU1 защищает трансформатор и стабилизатор при пробое конденсатора С1
В источниках такого вида в цепи последовательно соединенных емкостного (конденсатор С1) и индуктивного (трансформатор Т1) сопротивлений , может возникать резонанс напряжения. Об этом следует помнить при их налаживании и контролировать напряжения осциллографом. ( В.Новиков )
⚡️Бестрансформаторный блок питания — простые схемы
На чтение 5 мин Опубликовано Обновлено
В последние годы вновь пробудился интерес радиолюбителей к бестрансформаторным блокам питания (БТБП). При надежной изоляции питаемого устройства (пластмассовый корпус, отсутствие наружных токонесущих деталей) такие БП можно применить взамен трансформаторных, причем по масса габаритным показателям бестрансформаторный блок питания имеют заметные преимущества.
Кроме экономической целесообразности, бестрансформаторным БП присущи и другие достоинства — большая надежность при правильном выборе элементов, нечувствительность к коротким замыканиям на выходе выпрямителя.
Описание работы бестрансформаторного блока питания и его инженерный расчет можно найти в [1…3]. Кроме ценных рекомендаций, в статье В.Банникова приведена очень полезная радиолюбителям таблица для выбора емкости гасящего конденсатора в зависимости от заданного тока нагрузки.
В дополнение к сведениям, изложенным в [1…5], из собственного опыта добавлю следующее:
- При выборе схемы бестрансформаторного блока питания следует отдавать безусловное предпочтение мостовому выпрямителю (рис.1). Эффективное значение переменного напряжения в данной схеме, приложенное к диодному мосту VD1, не превышает выпрямленного — Uo. Это позволяет использовать любые малогабаритные универсальные диоды с относительно низким максимально допустимым обратным напряжением — 50…100 В. например, широко распространенные Д219…Д223 с любыми буквенными индексами, а также многие другие.
- В качестве балластного (С1) мною используются бескорпусные полиэтилентерефталатные конденсаторы типа К73-17 и полипропиленовые К78-2, применяемые в схемах строчной развертки отечественных телевизоров и мониторов. Оба типа конденсаторов специально предназначены для работы в цепях переменного, пульсирующего и импульсного токов. Допустимая амплитуда переменного напряжения или переменная составляющая пульсирующего при частоте 50 Гц лежит в пределах 55…70% от номинального напряжения Uн (6). Таким образом, в схемах бестрансформаторного блока питания можно применять указанные конденсаторы с Uн = 400, 630 и 1000 В. Еще одно достоинство конденсаторов с пленочным (синтетическим) диэлектриком — весьма малые потери и, следовательно, ничтожный нагрев при работе в цепях переменного тока. Благодаря бескорпусному прямоугольному исполнению, они занимают небольшой объем при значительной емкости и высоком рабочем напряжении. Поэтому, в отличие от рекомендуемых в [2] бумажных конденсаторов МБГЧ и КГБ, пленочные К73-17, К78-2 легко помещаются в корпусах малогабаритных блоков питания — адаптерах.
- Рекомендую добавлять в фирменные и самодельные адаптеры (как трансформаторные, так и БТБП) плавкие предохранители. Если из-за малого объема корпуса в блоке питания невозможно установить держатель предохранителя, малогабаритные вставки ПМ и ВП следует впаивать на весу между штырем вилки и выводом первичной обмотки. Радиопромышленность выпускает также модификацию керамических предохранителей ВП с гибкими выводами для пайки. Как правило, для защиты БП малой мощности достаточно предохранителя на ток 0,25 А. Чтобы исключить возможность замыканий внутри адаптера, на припаянный с одной стороны предохранитель натягивается небольшой отрезок хлорвиниловой трубочки, а затем впаивается второй конец.
- На выходе выпрямителя бестрансформаторного блока питания, даже еспи он работает на постоянную (по силе тока) не отключаемую нагрузку, следует устанавливать стабилитрон или предложенный в [4] транзисторный стабилизатор напряжения. В этом случае при обрыве цепи нагрузки не произойдет аварийного повышения напряжения на диодах выпрямительного моста и конденсаторе фильтра С2. Чтобы повысить надежность БП, советую применять не маломощные стабилитроны Д808…Д813, Д814А…Д. а приборы средней мощности — Д815А…Ж, Д816А…Д, Д817А…Г. Выход из строя более мощных стабилитронов гораздо менее вероятен. Так как конденсатор С1 на переменном токе играет роль ограничительного сопротивления, дополнительного балластного резистора к стабилитрону VD2 не требуется.
- Если БП предназначен для работы с достаточно дорогим устройством, для которого опасно повышение питающего напряжения (например, пейджером), следует установить на выходе адаптера дополнительную ступень защиты. Такая мера применяется иногда в зарубежной РЭА для защиты ИМС процессоров и микроконтроллеров.
На рис.2 приведена схема простого тиристорного устройства, срабатывающего только при аварийном повышении напряжения на выходе выпрямителя или стабилизатора. При. этом по цепи управления открывается маломощный тиристор VS1, который шунтирует выход выпрямителя и вызывает форсированное сгорание плавкого предохранителя FU2.
Резистор R2 задает кратность перегрузки. При отношении аварийного тока перегрузки Iав к номинальному току Iн от 10 до 20, время плавления предохранителей ВП1-1 составляет 2…5 мс. Кроме бестрансформаторных выпрямителей, гасящие конденсаторы могут применяться в комбинированных блок питания [5], где первичная обмотка сетевого (разделительного) трансформатора не рассчитана на полное напряжение питающей электросети (рис.3).
На этом принципе основан успешно применяемый мною способ переделки маломощных блоков питания, предназначенных для 120-вольтовой сети, или ремонта перегоревших например, при обрыве одного из выводов первичной обмотки трансформатора на 220 В.
В подавляющем большинстве зарубежных, да и во многих отечественных адаптерах отсутствуют плавкие предохранители, защищающие первичную обмотку сетевого трансформатора. При аварийных замыканиях на выходе выпрямителя (в нагрузке), а также пробое диодов выпрямителя или конденсаторов фильтра, вместо дешевого, легко заменяемого предохранителя перегорает тонкий провод первичной обмотки.
Нередко из-за технологических нарушений, допущенных при изготовлении трансформатора, со временем происходит разрыв провода вследствие его окисления в месте пайки вывода. Если трансформатор был рассчитан на два питающих напряжения — 127/220 В, как правило, остается целой часть сетевой обмотки на напряжение 93…127 В.
В этом случае, а также при переделке 120-вольтового импортного адаптера, можно восстановить блок питания для сети 220 В без замены трансформатора. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включается гасящий конденсатор, и подбором его емкости добиваются необходимого распределения переменных напряжений на конденсаторе и первичной обмотке. Чем меньше емкость этого конденсатора, тем меньшая часть сетевого напряжения приложена к обмотке трансформатора.
Интересный вариант последней схемы с симметричным ограничением переменного напряжения на первичной обмотке трансформатора был описан Л. Пожаринским в журнале “Радио”. Стабилитроны-ограничители VD4. VD5 типа Д815Г показаны пунктиром на рис.3.
Все эксперименты по подбору емкости конденсатора и налаживанию бестрансформаторного блока питания должны проводиться от источника регулируемого переменного напряжения (лабораторного автотрансформатора — ЛАТРа), начиная от нуля и до Uc = 220 В с постоянным контролем тока, потребляемого блоком питания, и при строгом соблюдении правил электробезопасности.
Мощный бестрансформаторный блок питания — PDF Free Download
Режим Standby в усилителе мощности
Режим Standby в усилителе мощности Ламповые усилители мощности любительской радиостанции переводят в режим передачи специальными цепями. Через эти цепи либо подают высокое анодное напряжение, либо, при
Подробнее3 Моноблок MB Общие сведенья
3.1 Общие сведенья 3 Моноблок MB01 В состав рентгеновского питающего устройства IEC-F7 входит моноблок, включающий в себя высоковольтный трансформаторно-выпрямительный блок, накальный трансформатор и рентгеновскую
ПодробнееУсилитель мощности на лампах ГУ-46
RU9AJ «КВ и УКВ» 5 2001г. Усилитель мощности на лампах ГУ-46 У коротковолновиков приобретает все большую популярность стеклянный пентод ГУ-46, на которых RU9AJ построил мощный усилитель на все любительские
ПодробнееИнвертор реактивной мощности
Инвертор реактивной мощности Устройство предназначено для питания бытовых потребителей переменным током. Номинальное напряжение 220 В, мощность потребления 1-5 квт. Устройство может использоваться с любыми
Подробнеедвойной триод с отдельными катодами
6Н9С двойной триод с отдельными катодами Основные размеры лампы 6Н9С. Общие данные Двойной триод 6Н9С предназначен для усиления напряжения низкой частоты. Применяется в предварительных каскадах усилителей
ПодробнееУЗЧ на регуляторе громкости
УЗЧ на регуляторе громкости Этот усилитель имеет минимум навесных элементов, небольшие габариты, поэтому есть возможность размещения его прямо на переменном резисторе регуляторе громкости. Конденсатор
ПодробнееКонструктор TLM-07 Ver 1.0
1. Назначение Конструктор TLM-07 предназначен для самостоятельного изготовления транзисторного усилителя для наушников. Предназначен для радиолюбителей имеющих опыт монтажа радиоэлементов на печатных платах,
ПодробнееЛАМПЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ МАЛОМОЩНЫЕ
Elec.ru Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С Т А Н Д А Р Т С О Ю З А С С Р ЛАМПЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ МАЛОМОЩНЫЕ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ГУДЕНИЯ ГОСТ 19438-11 75 Издание официальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СТАНДАРТОВ
ПодробнееПаспорт Руководство по эксплуатации
О О О «Н П Ф Т е х э н е р г о к о м п л е к с» Блок питания от токовых цепей и управления высоковольтным выключателем БП-ТЭК-220-5-2 У4 Паспорт Руководство по эксплуатации 2013г. 22 Блок питания от токовых
ПодробнееДрайвер шагового двигателя ADR810/ADR812
Драйвер шагового двигателя ADR810/ADR812 ИНСТРУКЦИЯ по эксплуатации Апрель-2010 1 СОДЕРЖАНИЕ 1. НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА…3 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ…3 3. ЧЕРТЕЖ КОРПУСА…3 4. КРАТКИЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТОГО,
ПодробнееПаспорт Руководство по эксплуатации
ООО «НПФ Техэнергокомплекс» Блок питания от токовых цепей и управления высоковольтным выключателем БП-ТЭК-220-5-1 Паспорт Руководство по эксплуатации 2006г. 22 Блок питания от токовых цепей и управления
Подробнееруководство по эксплуатации
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИПС-500-220В/220В-2А-D ИПС-500-220В/110В-4А-D ИПС-500-220В/60В-8А-D ИПС-500-220В/48В-10А-D ИПС-500-220В/24В-15А-D AC(DC)/DC руководство по эксплуатации СОДЕРЖАНИЕ 1.
ПодробнееДИОДНЫЙ МОСТ ОДНОФАЗНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ
Диодные мосты Диодные мосты однофазные KBPC Диодные мосты однофазные QL Диодные мосты трёхфазные SQL Диодные мосты однофазные MDQ Диодные мосты трёхфазные MDS Диодные мосты однофазные DF10M Однофазный
ПодробнееИЛТ Драйвер управления тиристором
ИЛТ Драйвер управления тиристором Схемы преобразователей на тиристорах требуют изолированного управления. Логические изоляторы потенциала типа ИЛТ совместно с диодным распределителем допускают простое
ПодробнееQRP Вестник. 10 July 2018 Club 72. (Reporter)
QRP Вестник (Reporter) 10 July 2018 Club 72 Я строю QRP-X передатчик В традиционных октябрьских Днях активности «Sputnik QRPp Days» я обычно участвую в категории «Авангард». Это подразумевает использование
ПодробнееУсилитель 2 x 25 Вт на TDA8561Q
Усилитель 2 x 25 Вт на TDA8561Q Сердцем усилителя является микросхема TDA8561Q. Статью с подробным техническим описанием я написал сразу в момент знакомства с этим усилителем и находится она тут: Микросхема
ПодробнееА. Груздев (RV3DPD) Переключатель RX/ТХ
А. Груздев (RV3DPD) Переключатель RX/ТХ Электромагнитные реле широко применяют для коммутации цепей трансивера. Но как грамотно организовать порядок их переключения в аппарате? Как исключить пригорание
ПодробнееОдноканальные AC/DC ИВЭП Серия МПC
Предназначены для применения в аппаратуре специального назначения наземного и морского базирования, авиационной, ракетной и космической техники. Пример обозначения: МП С 3И1 1,5 027,0 ОВ МП модуль питания
ПодробнееШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ТОКУ
НТЦ СИТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР СХЕМОТЕХНИКИ И ИНТЕГРАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. РОССИЯ, БРЯНСК ШИМ-КОНТРОЛЛЕРЫ С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПО ТОКУ К1033ЕУ15хх К1033ЕУ16хх РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ Микросхема
ПодробнееДиодный мост Минск, тел
Диодный мост Минск, тел.+375447584780 www.fotorele.net www.tiristor.by радиодетали, электронные компоненты email [email protected] tel.+375 29 758 47 80 мтс Мы не работаем с частными (физическими ) лицами.
ПодробнееРуководство пользователя
MA 60 МА 120 MA 240 Микшер-усилитель Руководство пользователя IMLIGHT-SHOWTECHNIC. 121170, Москва, Кутузовский пр-т, 36, стр. 11, офис 1, телефон: (495) 748-3032, факс: (495) 748-4636 Инструкции по технике
ПодробнееОсновные типономиналы
Предназначены для применения в аппаратуре специального назначения наземного и морского базирования, авиационной, ракетной и космической техники классы 1-5 по ГОСТ РВ 20.39.304. Пример обозначения: МП С
ПодробнееФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ
На рисунке показана цепь постоянного тока. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (
ПодробнееЛекция 2 ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
109 Лекция ЦЕПИ С ДИОДАМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ План 1. Анализ цепей с диодами.. Источники вторичного электропитания. 3. Выпрямители. 4. Сглаживающие фильтры. 5. Стабилизаторы напряжения. 6. Выводы. 1. Анализ
ПодробнееГенератор 20Гц 100 кгц 2кВт
Генератор 20Гц 100 кгц 2кВт Схемы 201г. Технические характеристики Генератор предназначен для работы на активную и /или индуктивную нагрузку и обеспечивает следующие параметры: — выходное напряжение 20
ПодробнееССC СЕРТИФИКАТ ОС/1-СП-1010
ССC СЕРТИФИКАТ ОС/1-СП-1010 Источник бесперебойного питания. Блок ИБП-01. СМ3.090.031 РЭ (ред. 1 /апрель 2009) СИМОС г. Пермь СОДЕРЖАНИЕ Стр. 1. Назначение.4 2. Технические данные..5 3. Устройство блока..6
ПодробнееПрочие компоненты системы питания
Прочие компоненты системы питания МИК-ЭН 300-С4Д28-8 электронная нагрузка с управлением от ПК Измеряемое входное напряжение, В до 350 В Количество каналов нагрузки 11 Количество каналов с 3-мя уровня нагрузки
Подробнее2. Область применения
4ОУОСT Четырехканальный быстродействующий операционный усилитель с обратной связью по току 1. Общие положения 4ОУОСТ четырехканальный операционный усилитель (ОУ) с обратной связью по току предназначен
ПодробнееКонденсаторный блок питания на 12 вольт схема. Бестрансформаторный блок питания
Статьи мы с вами начали знакомиться с искусством врачевания компьютерных блоков питания. Продолжим же это увлекательно дело и посмотрим внимательно на высоковольтную их часть.
Проверка высоковольтной части блока питания
После осмотра платы и восстановления паек следует проверить мультиметром (в режиме измерения сопротивления) предохранитель.
Надеюсь, вы хорошо уяснили и запомнили правила техники безопасности , изложенные ранее!
Если он перегорел, то это свидетельствует, как правило, о неисправностях в высоковольтной части.
Чаще всего неисправность предохранителя видна (если стеклянный) визуально: он внутри «грязный» («грязь» — это испарившаяся свинцовая нить).
Иногда стеклянная трубка разлетается на куски.
В этом случае надо проверить (тем же тестером) исправность высоковольтных диодов, силовых ключевых транзисторов и силового транзистора источника дежурного напряжения. Силовые транзисторы высоковольтной части находятся, как правило, на общем радиаторе.
При сгоревшем предохранителе нередко выводы коллектор-эмиттер «звонятся» накоротко, и удостовериться в этом можно и не выпаивая транзистор. С полевыми же транзисторами дело обстоит несколько сложнее.
Как проверять полевые и биполярные транзисторы, можно почитать и .
Высоковольтная часть находится в той части платы, где расположены высоковольтные конденсаторы (они больше по объему, чем низковольтные). На этих конденсаторах указывается их емкость (330 – 820 мкФ) и рабочее напряжение (200 – 400 В).
Пусть вас не удивляет, что рабочее напряжение может быть равным 200 В. В большинстве схем эти конденсаторы включены последовательно, так что их общее рабочее напряжение будет равным 400 В. Но существуют и схемы с одним конденсатором на рабочее напряжение 400 В (или даже больше).
Нередко бывает, что вместе с силовыми элементами выходят из строя электролитические конденсаторы – как низковольтные, так и высоковольтные (высоковольтные – реже).
В большинстве случаев это видно явно – конденсаторы вздуваются, верхняя крышка их лопается.
В наиболее тяжелых случаях из них вытекает электролит. Лопается она не просто так, а по местам, где ее толщина меньше.
Это сделано специально, чтобы обойтись «малой кровью». Раньше так не делали, и конденсатор при взрыве разбрасывал свои внутренности далеко вокруг. А монолитной алюминиевой оболочкой можно было и сильно в лоб получить.
Все такие конденсаторы надо заменить аналогичными. Следы электролита на плате следует тщательно удалить.
Электролитические конденсаторы блока питания и ESR
Напоминаем, что в блоках питания используются специальные низковольтные конденсаторы с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением, ЭПС).
Подобные устанавливают и на материнских платах компьютеров.
Узнать их можно по маркировке.
Например, конденсатор с низким ESR фирмы «СapXon» имеет маркировку «LZ». У «обычного» конденсатора букв LZ нет. Каждой фирмой выпускается большое количество различных типов конденсаторов. Точное значение ESR конкретного типа конденсатора можно узнать на сайте фирмы-производителя.
Производители блоков питания часто экономят на конденсаторах, ставя обычные, у которых ЭПС выше (и стоят они дешевле). Иногда даже пишут на корпусах конденсаторов «Low ESR» (низкое ЭПС).
Это обман, и такие лучше конденсаторы лучше сразу заменить .
В наиболее тяжелом режиме работают конденсаторы фильтра по шинам +3,3 В, +5 В, +12 В, так как по ним циркулируют большие токи.
Встречаются еще «подлые» случаи, когда со временем подсыхает конденсаторы небольшой емкости в источнике дежурного напряжения. При этом их емкость падает, а ESR растет.
Или емкость падает незначительно, а ESR растет сильно. При этом никаких внешних изменений формы может и не быть, так как их габариты и емкость невелики.
Это может привести к тому, что изменится величина напряжения дежурного источника. Если оно будет меньше нормы, основной инвертор блока питания вообще не включится.
Если оно будет больше, компьютер будет сбоить и «подвисать», так как часть компонентов материнской платы находится под именно этим напряжением.
Емкость можно измерить .
Впрочем, большинство тестеров может измерять емкости только до 20 мкФ, чего явно недостаточно .
Отметим, что ESR измерить штатным тестером невозможно.
Нужен специальный измеритель ESR!
У конденсаторов большой емкости ESR может иметь величину десятых и сотых долей Ома, у конденсаторов малой емкости – десятых долей или единиц Ом.
Если оно больше – такой конденсатор необходимо заменить.
Если такого измерителя нет, «подозрительный» конденсатор необходимо заменить новым (или заведомо исправным).
Отсюда мораль – не оставлять включенным источник дежурного напряжения в блоке питания. Чем меньшее время он будет работать, тем дольше будут подсыхать конденсаторы в нем.
Необходимо после окончания работы либо снимать напряжение выключателем фильтра, либо вынимать вилку кабеля питания из сетевой розетки.
В заключение скажем еще несколько слов
Об элементах высоковольтной части блока питания
В недорогих небольшой мощности (до 400 Вт) в качестве ключевых часто применяют силовые биполярные транзисторы 13007 или 13009 с токами коллектора соответственно 8 и 12 А и напряжением между эмиттером и коллектором 400 В.
В источнике дежурного напряжения может быть использован силовой полевой транзистор 2N60 с током стока 2А и напряжением сток-исток 600 В.
Впрочем, в качестве ключевых могут быть использованы полевые транзисторы, а в источнике дежурного режима – биполярный.
При отсутствии необходимых транзисторов их можно заменить аналогами.
Аналоги биполярных транзисторов должны иметь рабочее напряжение между эмиттером и коллектором и ток коллектора не ниже, чем у заменяемых.
Аналоги полевых транзисторов должны иметь рабочее напряжение сток-исток и ток стока не ниже, чем у заменяемого, а сопротивление открытого канала «сток-исток» не выше , чем у заменяемого.
Внимательный читатель может спросить: «А почему это сопротивление канала должно быть не выше? Ведь чем больше значения параметров, тем, как бы, лучше?»
Отвечаю – при одном и том же рабочем токе на канале с бОльшим сопротивлением будет, в соответствии с законом Джоуля-Ленца, рассеиваться бОльшая мощность. И, значит, он (т.е. и весь транзистор) будет сильнее греться.
Лишний нагрев нам ни к чему!
У нас блок питания, а не отопительный радиатор!
На этом, друзья, мы сегодня закончим. Нам осталось еще ознакомиться с лечением низковольтной части, чем мы займемся в следующей статье.
До встречи на блоге!
Для любых радиоэлектронных схем требуются источники питания . И если одно устройство может работать непосредственно от сети то для других необходимы другие напряжения: для цифровых микросхем как правило +5V (для ТТЛ логики) или +7..9V (для КМОП технологий).
Кстати, что это такое: ТТЛ и КМОП можно почитать
Для различных игрушек требуется обычно +5…12V. для питания светодиодов +3..+5V, для усилителей вообще многообразно..
В общем так или иначе возникает вопрос о изготовлении источника питания , причем не просто источника а такого чтобы он отвечал соответствующим требованиям: необходимые напряжение и ток на выходе, наличие защиты и так далее.
Источникам питания у нас посвящен отдельная категория, которая так и называется Источники питания (материалы в категории), здесь-же мы рассмотрим самый простейший вариант бестрансформаторного источника питания для простых изделий, который можно изготовить буквально за пару минут. Вот его схема:
Конечно мощность такого источника невелика и его можно использовать лишь для самых простых схем, но самое главное то что он стабилизированный.
Именно «+», микросхемы для отрицательного напряжения имеют маркировку 79XX.
На схеме указанной выше выходное напряжение составляет +5V (по типу примененной КРЕНки), но при необходимости его можно и изменить установив другую микросхему.
Только вот при этом потребуется обратить внимание и на стабилитрон на входе: его нужно выбирать таким чтобы напряжение на входе и выходе КРЕН имело разницу минимум в 2V.
Ну это еще не все: даже используя микросхему со стандартным выходным напряжением все равно при необходимости можно напряжение на выходе немного изменять (например получить 7,5V или 6,5). Для этого к микросхеме необходимо добавить дополнительный цепи из диодов или стабилитронов и как это сделать можно почитать .
Даже такой простой источник питания можно немного «умощнить», то есть добиться более высокого тока в нагрузке. Но тогда потребуется введение дополнительных балластных резисторов на входе. Так, к примеру, вот схема бестрансформаторного источника питания с выходным напряжением +12V
Устройства на микроконтроллерах требуют для своей работы постоянного стабилизированного напряжения величиной 3.3 — 5 Вольт. Как правило, такое напряжение получают из переменного сетевого напряжения с помощью трансформаторного источника питания и в простейшем случае он представляет собой следующую схему.
Понижающий трансформатор, диодный мост, сглаживающий конденсатор и линейный/импульсный стабилизатор. Дополнительно такой источник может содержать в себе предохранитель, цепи фильтрации, схему плавного включения, схему защиты от перегрузки и т.д.
Данный источник питания (при соответствующем выборе компонентов) позволяет получать большие токи и имеет гальваническую развязку от сети переменного тока, что немаловажно для безопасной работы с устройством. Однако, такой источник может иметь большие габариты, благодаря трансформатору и фильтрующим конденсаторам.
В некоторых устройствах на микроконтроллерах гальванической развязки от сети не требуется. Например, если устройство представляет собой герметичный блок, с которым конечный пользователь никак не контактирует. В этом случае, если схема потребляет относительно невысокий ток (десятки миллиампер), ее можно запитать от сети 220 В с помощью бестрансформаторного источника питания.
В этой статье мы рассмотрим принцип работы такого источника питания, последовательность его расчета и практический пример использования.
Принцип работы бестрансформаторного источника питания
Резистор R1 разряжает конденсатор C1, когда схема отключена от сети. Это нужно для того, чтобы источник питания не ударил тебя током при прикосновении к входным контактам.
При подключении источника питания к сети, разряженный конденсатор C1 представляет из себя, грубо говоря, проводник и через стабилитрон VD1 кратковременно протекает огромный ток, способный вывести его из строя. Резистор R2 ограничивает бросок тока в момент включения устройства.
«Бросок тока» в начальный момент включения схемы. Синим цветом нарисовано сетевое напряжение, красным ток потребляемый источником питания. Для наглядности график тока увеличен в несколько раз.
Если ты подключишь схему к сети в момент перехода напряжения через ноль, броска тока не будет. Но какова вероятность, что у тебя это получится?
Любой конденсатор оказывает сопротивление протеканию переменного тока. (По постоянному току конденсатор представляет собой обрыв.) Величина этого сопротивления зависит от частоты входного напряжения и емкости конденсатора и может быть вычислена по формуле. Конденсатор С1 выполняет роль балластного сопротивления, на котором будет падать большая часть входного напряжения сети.
У тебя может возникнуть резонный вопрос: а почему нельзя поставить вместо C1 обычный резистор? Можно, но на нем будет рассеиваться мощность, в результате чего он будет греться. С конденсатором этого не происходит — активная мощность выделяемая на нем за один период сетевого напряжения равна нулю. В расчетах мы коснемся этого момента.
Итак, на конденсаторе C1 упадет часть входного напряжения. (Падение напряжения на резисторе R2 можно не учитывать, так как он имеет маленькое сопротивление.) Оставшееся напряжение окажется приложенным к стабилитрону VD1.
В положительный полупериод входное напряжение будет ограничиваться стабилитроном на уровне его номинального напряжения стабилизации. В отрицательный полупериод входное напряжение будет прикладываться к стабилитрону в прямом направлении и на стабилитроне будет напряжение примерно минус 0.7 Вольт.
Естественно такое пульсирующее напряжение не годится для запитывания микроконтроллера, поэтому после стабилитрона стоит цепочка из полупроводникового диода VD2 и электролитического конденсатора C2. Когда напряжение на стабилитроне положительное, через диод VD2 протекает ток. В этот момент заряжается конденсатор C2 и запитывается нагрузка. Когда напряжение на стабилитроне падает, диод VD2 запирается и конденсатор C2 отдает запасенную энергию в нагрузку.
Напряжение на конденсаторе C2 будет колебаться (пульсировать). В положительный полупериод сетевого напряжения оно будет расти до значения Uст минус напряжение на VD2, в отрицательный полупериод падать вследствие разряда на нагрузку. Амплитуда колебаний напряжения на C2 будет зависеть от его емкости и тока потребляемого нагрузкой. Чем больше емкость конденсатора C2 и чем меньше ток нагрузки, тем меньшей величины будут эти пульсации.
Если ток нагрузки и пульсации небольшие, то после конденсатора C2 уже можно ставить нагрузку, но для устройств на микроконтроллерах лучше все-таки использовать схему со стабилизатором. Если мы правильно рассчитаем номиналы всех компонентов, то на выходе стабилизатора получим постоянное напряжение.
Схему можно улучшить, добавив в нее диодный мост. Тогда источник питания будет использовать оба полупериода входного напряжения – и положительный, и отрицательный. Это позволит при меньшей емкости конденсатора C2 получить лучшие параметры по пульсациям. Диод между стабилитроном и конденсатором из этой схеме можно исключить.
Продолжение следует…
Конденсаторы
— learn.sparkfun.com
Добавлено в избранное Любимый 76Примеры применения
Существует множество приложений для этого изящного маленького (на самом деле, обычно они довольно большие) пассивного компонента. Чтобы дать вам представление об их широком диапазоне использования, вот несколько примеров:
Конденсаторы развязки (байпаса)
Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно те, которые имеют интегральную схему, развязывают.Задача развязывающего конденсатора — подавить высокочастотный шум в сигналах источника питания. Они снимают с источника напряжения крошечные колебания напряжения, которые в противном случае могли бы нанести вред чувствительным микросхемам.
В каком-то смысле развязывающие конденсаторы действуют как очень маленький локальный источник питания для микросхем (почти как источник бесперебойного питания для компьютеров). Если в источнике питания очень быстро падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), разделительный конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением.Вот почему эти конденсаторы также называются шунтирующими конденсаторами ; они могут временно действовать как источник питания, обходя источник питания.
Разделительные конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. Д.) И землей. Нередко использование двух или более конденсаторов разного номинала, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что некоторые номиналы конденсаторов будут лучше, чем другие при фильтрации определенных частот шума.
На этой схеме три развязывающих конденсатора используются для уменьшения шума в источнике напряжения акселерометра.Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ разделенные функции развязки.Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, только высокочастотные сигналы могут проходить через конденсатор на землю. Сигнал постоянного тока поступит на ИС, как и нужно. Другая причина, по которой они называются шунтирующими конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят ИС, а не проходят через конденсатор, чтобы добраться до земли.
При физическом размещении развязывающих конденсаторов они всегда должны располагаться как можно ближе к ИС.Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.
Вот схема физической схемы из схемы выше. Крошечная черная ИС окружена двумя конденсаторами по 0,1 мкФ (коричневые крышки) и одним электролитическим танталовым конденсатором 10 мкФ (высокая прямоугольная крышка черного / серого цвета).
В соответствии с передовой инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой ИС. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ или даже дополнительные конденсаторы на 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается сильным провалам или скачкам напряжения.
Фильтрация источника питания
Диодные выпрямителимогут использоваться для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но сами по себе диоды не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал выглядит следующим образом:
Может быть преобразован в сигнал постоянного тока близкого к уровню, например:
Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут пытаться противостоять резким перепадам напряжения.Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее в конденсатор, начинает быстро снижаться, конденсатор получит доступ к своему банку накопленной энергии, и он будет очень медленно разряжаться, передавая энергию нагрузке. Конденсатор не должен полностью разрядиться, пока входной выпрямленный сигнал не начнет снова увеличиваться, заряжая конденсатор. Этот танец разыгрывается много раз в секунду, многократно, пока используется источник питания.
Цепь питания переменного тока в постоянный.Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.
Если вы разорвите любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете хотя бы один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там конденсаторы?
Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических крышки, похожие на жестяную банку, в диапазоне от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — это высоковольтный 0.Крышка из полипропиленовой пленки 1 мкФ. И синяя дискообразная крышка, и маленькая зеленая посередине — керамические.
Хранение и поставка энергии
Кажется очевидным, что если конденсатор накапливает энергию, одно из множества его применений будет подавать эту энергию в цепь, как аккумулятор. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут вместить столько же энергии, как химическая батарея того же размера (но этот разрыв сокращается!).
Плюс конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их лучшим выбором с экологической точки зрения. Они также способны выдавать энергию намного быстрее, чем аккумулятор, что делает их подходящими для приложений, которым требуется короткий, но большой всплеск мощности. Вспышка камеры может получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от аккумулятора).
Батарея или конденсатор?| Батарея | Конденсатор | |
|---|---|---|
| Емкость | ✓ | |
| Плотность энергии | ✓ | |
| Скорость заряда / разряда | ✓ | |
| Срок службы | ✓ |
Фильтрация сигналов
Конденсаторыобладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты.Они могут блокировать низкочастотные компоненты или составляющие сигнала постоянного тока, позволяя при этом проходить более высоким частотам. Они как вышибалы в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.
Фильтрация сигналов может быть полезна во всех видах приложений обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для отключения нежелательных частот.
Другой пример фильтрации сигнала конденсатора — это пассивные схемы кроссовера внутри громкоговорителей, которые разделяют один аудиосигнал на множество.Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут идти на твитер динамика. При прохождении низких частот в цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.
Очень простой пример схемы кроссовера аудио. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них может использоваться для доставки нужного сигнала настроенным аудиодрайверам.
Понижение рейтинга
При работе с конденсаторами важно проектировать свои схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.
Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не можете снизить номинальные характеристики конденсаторов и превысить их максимальное напряжение. Вы можете прочитать больше о его экспериментах здесь.
← Предыдущая страница
Конденсаторы последовательно / параллельно
Снижение требований к источникам питания для керамических конденсаторов с помощью высокоэффективного, высокочастотного преобразователя постоянного тока с низким уровнем электромагнитных помех
Цена на многослойные керамические конденсаторы (MLCC) резко выросла за последние несколько лет, отслеживая рост количество источников питания, используемых в автомобилестроении, промышленности, центрах обработки данных и телекоммуникациях.Керамические конденсаторы используются в источниках питания на выходе для снижения пульсаций на выходе, а также для управления перерегулированием и занижением выходного напряжения из-за переходных процессов нагрузки с высокой скоростью нарастания. На входной стороне требуются керамические конденсаторы для развязки и фильтрации электромагнитных помех из-за их низкого ESR и низкого ESL на высоких частотах.
Стремление к повышению производительности промышленных и автомобильных систем требует увеличения скорости обработки данных на несколько порядков с увеличением количества энергоемких устройств, втиснутых в микропроцессоры, процессоры, системы на кристаллах (SoC), ASIC и ПЛИС.Для каждого из этих сложных типов устройств требуется ряд шин с регулируемым напряжением: обычно 0,8 В для ядер, 1,2 В и 1,1 В для DDR3 и LPDDR4 соответственно и 5 В, 3,3 В и 1,8 В для периферийных и вспомогательных компонентов. Понижающие (понижающие) преобразователи широко используются для производства регулируемых источников питания от батареи или шины постоянного тока.
Например, распространение передовых систем помощи водителю (ADAS) в автомобилях резко увеличило уровень использования керамических конденсаторов.С развитием технологии 5G в телекоммуникациях, где требуются высокопроизводительные источники питания, использование керамических конденсаторов также значительно возрастет. Токи питания сердечника увеличились с нескольких ампер до десятков ампер с очень жестким контролем пульсаций питания, переходного превышения / недостаточного значения нагрузки и электромагнитных помех (EMI) — функций, которые требуют дополнительной емкости.
Во многих случаях традиционные подходы к источникам питания не успевают за темпами изменений.Общий размер решения слишком велик, эффективность слишком мала, схемотехника слишком сложна, а ведомость материалов (BOM) слишком дорогостоящая. Например, чтобы соответствовать жестким требованиям по регулированию напряжения для быстрых переходных процессов нагрузки, на выходе требуется большое количество керамических конденсаторов для хранения и источника значительных токов, возникающих при переходных процессах нагрузки. Общая стоимость выходных керамических конденсаторов может в несколько раз превышать стоимость силовой ИС.
Более высокие рабочие частоты (коммутации) источника питания могут уменьшить влияние переходных процессов на выходное напряжение и уменьшить требования к емкости и общий размер решения, но более высокие частоты коммутации обычно приводят к увеличению коммутационных потерь, снижая общую эффективность.Можно ли избежать этого компромисса и удовлетворить переходные требования на очень высоких уровнях тока, которые требуются передовыми микропроцессорами, ЦП, SoC, ASIC и FPGA?
Analog Devices ’Power от Linear ™ монолитный бесшумный коммутатор Семейство ® 2 понижающих стабилизатора обеспечивает компактный размер решения, возможность работы с большими токами, высокую эффективность и, что более важно, превосходные характеристики электромагнитных помех. В монолитном понижающем стабилизаторе LTC7151S используется архитектура Silent Switcher 2 для упрощения конструкции фильтра электромагнитных помех.Режим минимального тока снижает требования к выходной емкости. Давайте посмотрим на входное напряжение 20 В на выход 1 В при выходе 15 А для SoC.
Решение на 15 А от входа 20 В для SoC
На рисунке 1 показано решение 1 МГц, 1,0 В, 15 A для приложений питания SoC и CPU, где входное напряжение обычно составляет 12 В или 5 В и может изменяться от 3,1 В до 20 В. Только входные и выходные конденсаторы, катушка индуктивности и Несколько небольших резисторов и конденсаторов необходимы для завершения блока питания. Эту схему можно легко изменить для получения других выходных напряжений, например 1.8 В, 1,1 В и 0,85 В, вплоть до 0,6 В. Отрицательный возврат (к контакту V — ) выходной шины позволяет дистанционно определять выходное напряжение с обратной связью близко к нагрузке, сводя к минимуму ошибки обратной связи, вызванные напряжением. падает по бортовым следам.
В решении, показанном на рис. 1, используется стабилизатор LTC7151S Silent Switcher 2 с высокопроизводительными интегрированными полевыми МОП-транзисторами в 28-выводном корпусе LQFN размером 4 мм × 5 мм × 0,74 мм с термическим усилением. Управление осуществляется через режим тока впадины. Встроенные функции защиты сводят к минимуму количество внешних компонентов защиты.
Минимальное время включения верхнего переключателя составляет всего 20 нс (типичное значение), что обеспечивает прямое понижение напряжения сердечника на очень высокой частоте. Функции управления температурой обеспечивают надежную и непрерывную подачу тока до 15 А при входном напряжении до 20 В без радиатора или воздушного потока, что делает его популярным выбором для SOC, FPGA, DSP, графических процессоров и микропроцессоров в телекоммуникациях, промышленности, транспорте и автомобилестроении. Приложения.
Широкий входной диапазон LTC7151S позволяет использовать его в качестве промежуточного преобразователя первой ступени, поддерживающего до 15 А при 5 В или 3.3 В к нескольким выходным точкам нагрузки или стабилизаторам LDO.
Рис. 1. Схема и эффективность понижающего стабилизатора 1 МГц, 15 А для SoC и CPU.
Соответствует жестким требованиям к переходным процессам с минимальным выходным конденсатором
Обычно выходной конденсатор масштабируется в соответствии с требованиями к стабильности контура и переходной характеристике нагрузки. Эти спецификации особенно жестки для источников питания, которые обслуживают напряжения ядра процессора, где переходные выбросы нагрузки и недопустимые значения должны хорошо контролироваться.Например, во время скачка нагрузки выходной конденсатор должен сработать, мгновенно обеспечивая ток для поддержки нагрузки, пока контур обратной связи не поднимет ток переключения, достаточный для того, чтобы взять его на себя. Обычно перерегулирование и недорегулирование подавляются путем установки значительного количества многослойных керамических конденсаторов на выходной стороне, удовлетворяющих требованиям к накоплению заряда во время быстрых переходных процессов нагрузки.
Дополнительно или альтернативно, увеличение частоты переключения может улучшить быстрый отклик контура, но за счет увеличения потерь переключения.
Существует третий вариант: регуляторы с управлением в режиме минимального тока могут динамически переключать переключатель регулятора T ON и T OFF раз, чтобы почти мгновенно удовлетворить требования переходных процессов нагрузки. Это позволяет значительно снизить выходную емкость и сократить время отклика. На рис. 2 показаны результаты работы регулятора бесшумного переключателя LTC7151S, мгновенно реагирующего на скачок нагрузки от 4 до 12 А со скоростью нарастания 8 А / мкс. Архитектура LTC7151S с управляемым по времени (COT) минимальным током позволяет сжимать импульсы коммутационного узла во время скачкообразного изменения нагрузки от 4 А до 12 А.Примерно через 1 мкс после начала нарастающего фронта выходное напряжение начинает восстанавливаться с выбросом и понижением, ограниченным размахом 46 мВ. Трех керамических конденсаторов емкостью 100 мкФ, показанных на рисунке 2a, достаточно для соответствия типичным характеристикам переходных процессов, как показано на рисунке 2b. На рисунке 2c показаны типичные формы сигналов переключения во время скачка нагрузки.
Рис. 2. (a) Это приложение входа 5 В на выход 1 В работает на частоте 2 МГц, требуя минимальной емкости на выходе, чтобы быстро и четко реагировать на (b) скачки нагрузки, а также (c) формы сигналов переключения во время скачка нагрузки. .
Высокоэффективный понижающий преобразователь на частоте 3 МГц подходит для ограниченного пространства
В корпусе 4 мм × 5 мм × 0,74 мм LTC7151S встроены полевые МОП-транзисторы, драйверы и конденсаторы с контуром нагрева. Если держать эти компоненты близко друг к другу, паразитные эффекты уменьшаются, что позволяет быстро включать / выключать переключатели с очень коротким мертвым временем. Потери проводимости встречно-параллельного диода переключателей значительно уменьшены. Встроенный развязывающий конденсатор горячего контура и встроенная схема компенсации также исключают сложность конструкции, сводя к минимуму общий размер решения.
Как упоминалось ранее, минимум 20 нс (типичный) на верхнем переключателе обеспечивает преобразование очень низкой продолжительности включения на высокой частоте, что позволяет разработчику использовать преимущества работы на очень высоких частотах (например, 3 МГц) для уменьшения размера и стоимости. индуктивности, входного и выходного конденсаторов. Возможны чрезвычайно компактные решения для приложений с ограниченным пространством, таких как портативные устройства или инструменты в автомобилях и медицине. При использовании LTC7151S нет необходимости в громоздких компонентах защиты от перегрева, таких как вентиляторы и радиаторы, благодаря его высокопроизводительному преобразованию мощности даже на очень высоких частотах.
На рисунке 3 показано решение от 5 В до 1 В, работающее при частоте переключения 3 МГц. Катушка индуктивности небольшого размера 100 нГн от Eaton вместе с тремя керамическими конденсаторами 100 мкФ / 1210 представляет собой очень низкопрофильное компактное решение для приложений FPGA и микропроцессоров. Кривая эффективности показана на рисунке 3b. Повышение температуры при комнатной температуре составляет около 15 ° C при полной нагрузке.
Рисунок 3. Схема и КПД для входа от 5 В до 1 В / 15 А с f SW = 3 МГц.
Технология Silent Switcher 2 обеспечивает отличные характеристики электромагнитного излучения
Meeting опубликовал спецификации EMI, такие как ограничения пикового уровня кондуктивных и излучаемых электромагнитных помех CISPR 22 / CISPR 32 для приложения на 15 А, что может означать несколько итеративных вращений платы, включая многочисленные компромиссы между размером решения, общей эффективностью, надежностью и сложностью. .Традиционные подходы управляют электромагнитными помехами, замедляя фронты переключения и / или понижая частоту переключения. Оба имеют нежелательные эффекты, такие как снижение эффективности, увеличение минимального времени включения и выключения и больший размер решения. Снижение уровня электромагнитных помех методом грубой силы — например, сложные и громоздкие фильтры электромагнитных помех или металлическое экранирование — значительно увеличивает затраты на необходимое пространство на плате, компоненты и сборку, одновременно усложняя управление температурным режимом и тестирование.
Запатентованная архитектура Silent Switcher 2 компании Analog Devices использует ряд технологий снижения электромагнитных помех, включая встроенные конденсаторы горячего контура, чтобы минимизировать размер зашумленной антенны.LTC7151S поддерживает низкий уровень электромагнитных помех за счет включения высокопроизводительных полевых МОП-транзисторов и драйверов, что позволяет разработчикам микросхем создавать устройства со встроенными минимизированными вызывными сигналами коммутирующих узлов. Результатом является то, что соответствующая энергия, запасенная в горячем контуре, строго контролируется, даже если фронты переключения имеют высокую скорость нарастания, что обеспечивает исключительную эффективность EMI при минимизации потерь переключения переменного тока на высоких рабочих частотах.
LTC7151S был протестирован в испытательной камере EMI и прошел ограничение пикового уровня кондуктивных и излучаемых электромагнитных помех CISPR 22 / CISPR 32 с простым фильтром электромагнитных помех спереди.На рисунке 4 показана схема цепи 1 МГц, 1,2 В / 15 А, а на рисунке 5 показан результат теста EMI CISPR 22 в ячейке с поперечным электромагнитным излучением гигагерцового диапазона (GTEM).
Рисунок 4. Схема стабилизатора 1,2 В с частотой переключения 1 МГц.
Рис. 5. Излучаемые электромагнитные помехи в GTEM превышают предел CISPR 22 класса B.
Заключение
Распространение интеллектуальной электроники, средств автоматизации и датчиков в промышленности и автомобилестроении привело к увеличению необходимого количества и требований к характеристикам источников питания.В частности, низкий уровень электромагнитных помех стал приоритетным в качестве ключевого параметрического параметра источника питания, наряду с обычными требованиями к небольшому размеру решения, высокой эффективности, термической устойчивости, надежности и простоте использования.
LTC7151S отвечает строгим требованиям к электромагнитным помехам при очень компактном размере с использованием технологии Silent Switcher 2 от подразделения Power by Linear компании Analog Devices. Благодаря управлению в режиме минимального тока и работе на высоких частотах, LTC7151S динамически изменяет T ON и T OFF раз, чтобы активно поддерживать переходные процессы нагрузки почти мгновенно, что обеспечивает гораздо меньшую выходную емкость и быстрый отклик.Его интегрированные полевые МОП-транзисторы и управление температурой обеспечивают надежную и надежную подачу тока до 15 А непрерывно из входных диапазонов до 20 В.
Почему конденсатор в фильтре источника питания слишком большой
Для всех преобразователей переменного тока в постоянный, независимо от того, являются ли они линейными источниками питания или имеют какой-либо переключающий элемент, требуется механизм, принимающий переменную мощность на стороне переменного тока и обеспечивающий постоянную мощность на стороне постоянного тока. Обычно большой конденсатор фильтра используется для поглощения и хранения энергии, когда мощность переменного тока выше, чем требуется для нагрузки постоянного тока, и для подачи энергии на нагрузку, когда мощность переменного тока ниже, чем требуется.На рисунке 1 представлена блок-схема входной и выходной мощности стандартного преобразователя переменного тока в постоянный с частотой сети переменного тока \ [\ omega \]. Независимо от специфики того, что находится внутри блока преобразователя, все преобразователи будут иметь переменную входную мощность и требовать постоянной выходной мощности.
Рис. 1. Блок-схема преобразователя переменного тока в постоянный с графиком входной и выходной мощности(Примечание: на этой иллюстрации предполагается, что коэффициент мощности на стороне переменного тока равен 1, поэтому преобразователь должен включать коррекцию коэффициента мощности.В конце этой статьи вы можете увидеть, как было получено уравнение для мощности переменного тока)
Входная мощность на стороне переменного тока равна \ [p_ {ac} (t) = P_ {o} + P_ {o} cos (2 \ omega t) \], а выходная мощность на стороне постоянного тока равна \ [P_ { о} \]. Часть мощности пульсаций (\ [P_ {o} cos (2 \ omega t) \] — которая также выделена на графике диаграммы) должна быть устранена фильтром в преобразователе. Наиболее распространенный способ реализации этого фильтра — разместить на выходе большой конденсатор, как показано на рисунке 2.Это простое и экономичное решение, но, как мы увидим, конденсатор фильтра хранит гораздо больше энергии, чем фактически требуется для процесса фильтрации.
Рис. 2. Преобразователь переменного тока в постоянный с фильтрующим конденсатором на выходеРазмер выходного фильтра (т.е. требуемая емкость) определяется тем, сколько мощности должно быть обработано системой (\ [P_ {o} \]), частотой переменного напряжения (\ [\ omega \] радиан в секунду), выходное напряжение (\ [V_ {o} \]) и допустимая амплитуда размаха напряжения (\ [V_ {r} \]).Конкретное уравнение, связывающее все эти факторы с емкостью:
\ [C_ {filter} = \ frac {P_ {o}} {\ omega V_ {o} V_ {r}} \]
Пример системы с частотой сети 60 Гц, выходной мощностью 700 Вт при 390 В и максимальная пульсация 8 В, требуется емкость 595 мкФ. Если бы вы измерили выходное напряжение этой системы, это выглядело бы примерно так (обратите внимание, что пульсации на этом рисунке преувеличены для целей иллюстрации):
Рисунок 3.Пример выходного напряжения с пульсациямиКонденсатор выполняет свою работу, поглощая энергию от источника переменного тока, когда предоставленная мощность переменного тока превышает необходимую мощность постоянного тока, и возвращая энергию в нагрузку постоянного тока, когда предоставленная мощность переменного тока меньше, чем требуется мощность постоянного тока. Проблема в том, что большая часть энергии, хранящейся в конденсаторе, не используется. Только небольшой поток мощности генерирует пульсации напряжения, которые фактически обрабатываются конденсатором. Однако вся эта неиспользованная накопленная энергия должна находиться в конденсаторе, чтобы довести напряжение конденсатора до напряжения, требуемого на выходе.Это похоже на бочку с водой на 10 000 литров с краном, расположенным в нескольких сантиметрах от верха: бочка должна быть почти полной, чтобы вывести воду, и вы можете выливать воду только до тех пор, пока она не окажется чуть ниже уровня воды. кран, то вам нужно снова его долить. Вся вода под краном непригодна для использования. В конденсаторе фильтра вся запасенная энергия — за исключением небольшого количества энергии, поглощенной и высвобождаемой во время пульсации напряжения — также непригодна для использования, потому что вам нужно поддерживать выходное напряжение как можно более постоянным.
Если бы вы могли спроектировать схему, в которой вы могли бы управлять пульсациями мощности на конденсаторе, чтобы соответствовать пульсациям мощности на стороне переменного тока преобразователя и позволять колебаниям напряжения сколь угодно сильно, у вас был бы эффективный фильтр, который значительно уменьшить двойную пульсацию частоты линии. Лучшая часть этой схемы будет заключаться в том, что конденсатору не нужно будет накапливать дополнительную энергию, чтобы работать. Сигналы напряжения, тока и мощности для такого конденсатора будут выглядеть примерно так:
Рисунок 4.Формы сигналов напряжения, тока и мощности для гипотетической схемы фильтраПроектирование такой схемы возможно. Один из способов создания такой схемы — это добавить порт обработки мощности или пульсации, отдельный от входа переменного тока и выхода постоянного тока. Для этого порта пульсации потребуется запоминающий компонент (то есть конденсатор) и система управления для управления питанием порта. Порт должен будет накапливать энергию, когда мощность переменного тока слишком высока, и выделять энергию, когда мощность переменного тока слишком низкая, как показано на рисунке 4.Блок-схема порта пульсаций показана ниже на рисунке 5. Поскольку порт пульсаций отделен от входных и выходных портов, ни один из портов не накладывает никаких ограничений на напряжение порта пульсаций. Как вы увидите, вы можете уменьшить емкость до произвольно низкого значения, позволив пиковому напряжению на конденсаторе быть действительно высоким.
Рис. 5. Порт пульсации в преобразователе переменного тока в постоянныйНесколько различных конструкций порта пульсации были исследованы и описаны в академической литературе.Одна конструкция, которая выделяется своей простотой, а также продемонстрированным потенциалом на реальном мировом рынке благодаря патенту, — это конструкция Керина и др., Обсуждаемая здесь.
Общая идея конструкции состоит в том, что мы хотим, чтобы вся мощность пульсаций (\ [P_ {o} cos (2 \ omega t) \]) передавалась назад и вперед к конденсатору порта пульсации. Чтобы это произошло, нам нужно, чтобы уравнение мощности пульсаций соответствовало уравнению мощности конденсатора. Уравнение мощности конденсатора в цепи переменного тока синусоидальной формы равно
\ [P_ {c} (t) = v_ {c} (t) i_ {c} (t) = [V_ {c} cos (\ omega t + \ theta)] \ times C \ frac {dv_ {c }} {dt} \]
Следует отметить, что \ [\ theta \] представляет собой фазовый сдвиг между напряжением на стороне переменного тока системы и напряжением на конденсаторе порта пульсации.{2}} {2} \]
Два элемента, которые вы контролируете в этом уравнении, — это конденсатор и пиковое напряжение на конденсаторе (\ [V_ {c} \]). Вернемся к примеру 700 Вт, 390 В, который мы рассмотрели ранее, и обрисовываем, как вы будете определять пиковое напряжение и емкость для порта пульсации. Сначала вы должны выбрать пиковое напряжение для порта пульсации. Теоретически вы можете выбрать любое напряжение, которое хотите, и чем выше напряжение, тем ниже может быть емкость, но из соображений безопасности вы, вероятно, захотите выбрать что-то меньшее или равное выходному напряжению.2} \]
Подключение \ [P_ {o} = 700 Вт \], \ [\ omega = 2 \ pi \ times 60 \] и \ [V_ {c} = 300V \] в приведенное выше уравнение дает нам 41 мкФ. Эта новая емкость уменьшена в 14,5 раз по сравнению с конденсатором в оригинальной конструкции. Если бы мы использовали \ [V_ {c} = 390V \], емкость можно было бы уменьшить еще до 25 мкФ.
Мы еще не закончили, все, что мы определили, — это пиковое напряжение и емкость, которые нужно использовать. Затем нам нужно определить фазовый сдвиг напряжения на конденсаторе по сравнению с входным переменным напряжением.Чтобы определить требуемую разность фаз, исследуйте части, относящиеся к фазовому сдвигу в уравнениях мощности, и установите фазовый сдвиг стороны пульсации мощности уравнения равным фазовому сдвигу стороны мощности конденсатора в уравнении:
\ [- sin (2 \ omega t + 2 \ theta) = cos (2 \ omega t) \]
С помощью простой тригонометрии это уравнение может быть решено для \ [\ theta \]:
\ [= cos (2 \ omega t + 2 \ theta + \ frac {\ pi} {2}) = cos (2 \ omega t) \]
\ [2 \ omega t + 2 \ theta + \ frac {\ pi} {2} = 2 \ omega t \]
Наконец, если вы решите \ [\ theta \], который снова является разностью фаз между напряжением источника переменного тока и напряжением порта пульсации, вы получите
\ [\ theta = — \ frac {\ pi} {4} \]
Если сложить амплитуду и фазовый сдвиг вместе, то суть в том, что если вы управляете напряжением на порте пульсации, чтобы оно было
\ [v_ {c} (t) = \ sqrt {\ frac {2P_ {o}} {\ omega C}} sin (\ omega t — \ frac {\ pi} {4}) \]
, то порт пульсаций будет поглощать мощность пульсаций двойной частоты линии в системе.
В нашем примере система 700 Вт, 390 В это означает, что нам нужно будет контролировать напряжение на порте пульсации (при максимальной мощности), чтобы оно составляло:
\ [v_ {c} (t) = 300sin (\ omega t — \ frac {\ pi} {4}) \]
Это, вероятно, кажется большим трудом, учитывая, что альтернатива — просто добавить большой электролитический конденсатор. Проблема в том, что у электролитических конденсаторов небольшой срок службы. Как правило, их ожидаемый срок службы короче, чем у любого другого компонента в электронной системе, поэтому в системах, где требуется ожидаемый срок службы десятилетиями или более, электролитические колпачки не являются хорошим решением.Пленочные конденсаторы имеют гораздо больший срок службы, но, к сожалению, намного дороже электролитических при той же емкости. Например, быстрый поиск в онлайн-каталоге электронных компонентов показывает, что электролитический конденсатор 600 мкФ, 600 В стоит около 20 долларов, а пленочный конденсатор с такими же номиналами стоит около 200 долларов. В системе, использующей этот вид пульсирующего порта, можно было бы экономически эффективно использовать пленочный конденсатор вместо электролитического, поскольку требования к емкости будут значительно снижены.Конечно, перед использованием такой системы анализ затрат на систему управления портом пульсации должен быть сравнен со стоимостью простого использования большого (и дорогого) пленочного конденсатора.
В заключение отметим, что такая же система может использоваться для инверторов, когда вам нужно генерировать переменное напряжение из источника постоянного тока. Проблема надежности электролитических конденсаторов действительно становится проблемой для фотоэлектрических панелей со встроенными микро-инверторами, потому что на эти микро-инверторы должна быть гарантия в течение 20-25 лет.2 (\ omega t) \]
\ [= V_ {ac} I_ {ac} [\ frac {1} {2} (1 + cos (2 \ omega t))] \]
\ [= \ frac {V_ {ac} I_ {ac}} {2} + \ frac {V_ {ac} I_ {ac}} {2} cos (2 \ omega t) \]
\ [= P_ {o} + P_ {o} cos (2 \ omega t) \], где \ [P_ {o} = \ frac {V_ {ac} I_ {ac}} {2} \]
Конденсатор источника питания, вопросы и ответы
Вопрос: Какую цель конденсаторы служат в источнике питания?
A: Конденсаторы в источнике питания могут располагаться в двух разных местах: на «первичной» и «вторичной» стороне.Первичная сторона — это то место, где переменный ток входит в источник питания. Вторичная сторона находится после регулирования выходных напряжений постоянного тока. Большие конденсаторы на первичной стороне принимают относительно нерегулируемое напряжение, которое преобразовано с входа переменного тока в постоянный, и пытаются поддерживать постоянное напряжение постоянного тока для остальной части источника питания. Конденсаторы на стороне постоянного тока являются частью процесса фильтрации, который помогает устранить любые остаточные пульсации переменного тока на выходе постоянного тока.
На приведенной выше схеме показано разделение первичной и вторичной стороны блока питания Corsair RM850.
Q: Как Corsair рассчитывает ожидаемый срок службы конденсатора, решая, что использовать в конкретном блоке питания?
A: Конденсаторы имеют несколько характеристик и номиналов. Конечно, напряжение и емкость — две наиболее известные характеристики. Но для расчета срока службы конденсатора существует номинальная температура, которая обычно составляет 85 или 105 ° C. Также существует максимально допустимый пульсирующий ток. Если все вышеперечисленное работает до предела, 24/7, это когда вы столкнетесь с номинальным сроком службы конденсатора.Этот рейтинг обычно находится в диапазоне от 2000 до 6000 часов; это эквивалентно от 83 до 250 дней. К счастью, взаимосвязь между жизнью и температурой следует формуле химической реакции, называемой «законом химической активности Аррениуса». Закон просто говорит, что срок службы конденсатора удваивается на каждые 10 градусов Цельсия понижения температуры. Так, если конденсатор номиналом 105 ° C работает при температуре 85 ° C, например, ваш срок службы с 2000 часов увеличился до 8000 часов, и это все еще при условии, что он фильтрует максимальное количество тока пульсаций, на которое он рассчитан.Полная формула, используемая для расчета срока службы конденсатора, выглядит следующим образом:
Давайте посмотрим на RM850 в качестве примера. Для фильтрации напряжения +12 В используется набор из шести конденсаторов серии Ltec LXY. Три — 3300 мкФ, 16 В, а три других — 2200 мкФ, 16 В.
Конденсаторы Ltec на вторичной стороне блока питания Corsair RM850.
Первые рассчитаны на ток пульсаций 3,4 А RMS, а вторые — на 2,375 А. Первые имеют срок службы 3000 часов, а вторые — 4000 часов.Все они рассчитаны на 105 ° C. Но поскольку они должны выдерживать ток пульсаций менее 1 А и работают при температурах примерно в два раза ниже номинальных (от 44 до 53 ° C против 105 ° C), расчетный срок их службы превышает 15. годы.
В: Почему кажется, что в лучших источниках питания используется меньше японских конденсаторов, чем в прошлом?
A: Ответ здесь простой. Потому что блоки питания лучше! Более эффективные компоненты в блоке питания — причина того, что блок питания более эффективен.Лучшая эффективность означает меньше тепла. Кроме того, современные технологии коммутации позволяют уменьшить колебания вторичных конденсаторов. Сочетание этих двух вещей означает, что конденсаторы могут работать намного дольше, поэтому японские конденсаторы не всегда требуются.
В: Действительно ли японские конденсаторы лучше китайских?
A: Японские конденсаторы славятся отличным контролем качества. Так что для экстремальных условий желательнее использовать конденсаторы японского бренда.На бумаге часто встречаются китайские конденсаторы с теми же характеристиками, что и эквивалентные японские конденсаторы, включая модели с низким ESR (эквивалентное последовательное сопротивление). В японских конденсаторах также используется электролит высшего качества, более устойчивый к более высоким температурам. Известно, что в японских конденсаторах используется самый чистый алюминий. Тем не менее, многие китайские производители покупают японские формулы электролитов, а компании, которые очищают алюминий для японских производителей конденсаторов, открывают предприятия в Китае, чтобы быть ближе к своим китайским покупателям конденсаторов.
Showa Denko завершает строительство завода по производству алюминиевой фольги высокой чистоты в Китае: http://www.sdk.co.jp/english/news/13382/13769.html
В: Почему возникает недоверие к китайским конденсаторам?
A: В дополнение к мнению, что китайское производство уступает, большая часть недоверия к китайским конденсаторам возникла в 2002 году, когда формула электролита была украдена у японской компании по производству конденсаторов и передана компании по производству конденсаторов на Тайване. Формула была записана неправильно, что привело к множеству преждевременных отказов:
http: // Spectrum.ieee.org/computing/hardware/leaking-capacitors-muck-up-motherboards
Помимо этого инцидента, были сообщения о преждевременных отказах компонентов, использующих китайские конденсаторы, но большинство этих отказов было результатом плохой конструкции. Конденсаторы либо подвергались воздействию высоких температур, либо от них требовалось выдерживать слишком большие пульсации тока… или того хуже; оба.
В: Значит, японские конденсаторы никогда не выходят из строя преждевременно?
A: Абсолютно нет. Между 2003 и 2005 годами Dell, HP и Apple, среди других производителей, столкнулись с проблемой неисправных японских конденсаторов, которая затронула миллионы компьютеров:
http: // бит.blogs.nytimes.com/2010/07/01/dell-speaks-about-its-struggles-with-faulty-pc-components/
В: Всегда ли конденсаторы японской марки производятся в Японии?
A: Из-за высоких затрат на рабочую силу в Японии обычно нет. Обычно их делают по всей Азии. К сожалению, многие люди предполагают, что конденсатор японской марки произведен в Японии. Обычно не видно страну происхождения, если они не покупают конденсаторы для себя в розничной торговой точке.
Конденсаторы United Chemi-Con производства Индонезии.
Конденсаторы Panasonic производства Малайзии.
В: Когда компания Corsair решает использовать японские конденсаторы?
В устройствах более высокого класса используются японские конденсаторы для повышения общей надежности, даже если для этого нет увеличения расчетного срока службы. Компания Corsair, как правило, по возможности использует японские первичные конденсаторы из-за экстремальных условий, которым подвержен первичный конденсатор. Эти конденсаторы имеют большие размеры и поэтому имеют большую площадь поверхности для рассеивания тепла, но они все равно довольно сильно нагреваются из-за более высоких температур теплоотвода первичной стороны, расположенного поблизости.Кроме того, нерегулируемое постоянное напряжение, заряжающее первичный конденсатор на первичной стороне, потенциально может иметь большое количество пульсаций.
Конденсатор первичной стороны в Corsair RM850 в основном окружен радиаторами.
Еще раз используя RM850 в качестве примера, мы видим, что на первичной стороне используется конденсатор марки Nichicon, GL Series 560uF, 420V. Он рассчитан на температуру 105 ° C и может выдерживать пульсирующий ток 1,5 А в течение 2000 часов работы в режиме 24/7. Но поскольку он находится как можно ближе к первичному радиатору, где компоненты рассеивают температуру до 76 ° C при полной нагрузке, температура поверхности этого конденсатора может достигать 44 ° C.Кроме того, этот конденсатор потенциально может столкнуться с током пульсаций до 3,2 А. Это более чем вдвое больше, чем он рассчитан. Даже с учетом этих условий срок службы данного конденсатора по-прежнему составляет более 15 лет. Но поскольку условия потенциально могут быть очень суровыми, компания Corsair приняла решение использовать здесь японский конденсатор, чтобы предотвратить любую возможность преждевременного выхода из строя.
В: Что такое «твердотельные» конденсаторы и почему их так мало в источниках питания?
A: Все конденсаторы, показанные на фотографиях выше, являются, в частности, «алюминиевыми электролитическими» конденсаторами.В этих конденсаторах используется бумага, пропитанная жидким электролитом. Иногда используются твердотельные конденсаторы, но не исключительно и только на вторичной стороне.
На фотографии выше показаны некоторые твердотельные конденсаторы, используемые в AX1200i.
«Твердые конденсаторы» по-прежнему используют внутри алюминиевую фольгу, но в качестве электролита вместо жидкости используют твердый полимер. Это делает конденсатор менее восприимчивым к изменениям окружающей среды, таким как жара и влажность. Твердотельные конденсаторы также имеют более низкое последовательное сопротивление (эквивалентное последовательное сопротивление), что делает их более эффективными.Звучит здорово, правда? Проблема в том, что твердотельные конденсаторы очень малы и выпускаются в ограниченном количестве. Например: я могу получить сплошную крышку на 2700 мкФ… но это будет только 2,5 В! Я могу получить сплошной конденсатор на 16 В… но только до 1000 мкФ. Мы действительно находим твердые конденсаторы кое-где внутри блока питания компьютера, но они просто не имеют достаточно большой емкости (достаточно высокого напряжения или достаточно большой емкости) для использования в любом большом объеме в блоке питания компьютера.
Другими конденсаторами, используемыми в источниках питания компьютеров, являются конденсаторы из «металлизированного полипропилена» или «пленочные конденсаторы».Обычно они используются для фильтрации электромагнитных помех на входе переменного тока источника питания.
Заключение
Последние улучшения в технологиях источников питания, которые помогают уменьшить пульсации и повысить общую эффективность, значительно увеличили срок службы компьютерных источников питания. Несмотря на то, что Corsair ценит более высокие стандарты качества конденсаторов японских брендов и будет продолжать использовать их в продуктах для энтузиастов (HX и выше) и в качестве первичных конденсаторов в большинстве серий блоков питания Corsair начального уровня, мы хотим гарантировать нашим клиентам, что мы проводить очень тщательные испытания и постоянно работать над улучшением технологий источников питания, и выбор компонентов является очень важной частью процесса разработки источника питания для компьютеров Corsair.
Общие сведения о источниках питания для зарядки конденсаторов
Способы и формулы зарядки конденсаторов
Источники питания для зарядки конденсаторов Lumina Power специально разработаны в качестве источников тока для использования в импульсных системах питания. Наиболее часто используемые методы зарядки конденсаторов в импульсных приложениях — это полный разряд и частичный разряд. Полный разряд, как следует из названия, позволяет конденсатору разряжаться до нуля при каждом выстреле. Затем включается питание, конденсатор заряжается до установленного напряжения, и цикл разряда повторяется.Переключатель высокого напряжения обычно представляет собой SCR или в приложениях с более высоким напряжением используется Thyratron.
В методах частичного разряда используются полупроводниковые переключатели для включения и выключения разряда конденсатора в нагрузку, что позволяет разработчику изменять ширину импульса вместе с доставляемой энергией. Указанный конденсатор обычно достаточно большой, так что при каждом выстреле у него отбирается лишь небольшой процент энергии, отсюда и название «частичный разряд». В обоих случаях можно использовать стандартные формулы для определения размера источника питания и расчета времени зарядки.
Самый простой способ оценить количество энергии, необходимое для приложения, — использовать формулу:
энергия / импульс (джоули) = 0,5 x C x скорость заряда V2 = энергия / импульс x частота повторения Где C — емкость конденсатора в фарадах, а V — требуемое напряжение заряда. Частота повторения в герцах
.Пример : Конденсатор емкостью 75 мкФ заряжается до 1500 В с частотой 20 Гц.
скорость заряда = 0,5 x 1500 x 1500 x 75 мкФ x 20 Гц = 1687,5 Дж / сек. Эта формула не учитывает какое-либо мертвое время (время установления), которое обычно требуется в большинстве систем, поэтому в большинстве приложений с низкой частотой повторения лучшим выбором является выбор немного большего источника.В этом случае хорошей моделью будет источник питания 2000 Дж / с. (Свяжитесь с нами для получения более подробной информации о количестве повторений и времени урегулирования)
В случае применения частичного разряда продолжительность разряда конденсатора определяет количество энергии, необходимое для перезарядки крышки до установленного напряжения. Ширина импульса может варьироваться от нескольких сотен микросекунд до десятков миллисекунд с соответствующим падением напряжения. В общем, расчет энергии перезарядки можно произвести по формуле:
E = 0.5x C нагрузка x (В м 2 - Vd 2) Где Vm — максимальное напряжение, Vd — наименьшее падение напряжения.
(Для получения помощи в проектировании систем частичного разряда и выборе источника питания обратитесь в службу поддержки клиентов по телефону 978-241-8260.)
Использование номинальной мощности
Блок питания для зарядки конденсаторов имеет два номинальных значения мощности, выраженных в джоулях в секунду (Дж / с), пиковую мощность и среднюю мощность. Пиковая мощность используется при расчете времени зарядки Lumina Power, Inc.стр. 1 Введение в источники питания для зарядки конденсаторов и средняя мощность используется для определения максимальной частоты повторения. На рисунке 1 показана разница между средней и пиковой мощностью.
Расчет времени зарядки (Tc)
Используя пиковую мощность источника питания, время зарядки можно рассчитать с помощью следующего уравнения. Tc = 0,5 x Cload x Vcharge x Vrated / Ppeak Где: Tc — время зарядки (секунды). Ppeak — пиковая мощность блока (Дж / с).Cload — емкость нагрузки (фарады) Vcharge — необходимое напряжение заряда Vrated — номинальное напряжение источника питания
Чтобы обеспечить наиболее доступную мощность для приложения, обычно лучше всего выбирать источник питания с тем же номинальным выходным напряжением, что и требования к нагрузке.
Пример : Источник питания рассчитан на выходное напряжение 1500 В, пиковое значение 2200 Дж / с. Сколько времени требуется для зарядки конденсатора емкостью 50 мкФ до 1000 вольт?
Tc = 0,5 x 50-6x 1000 x 1500 = 17 мс./ 2200 Расчет пиковой мощности
Просто изменив эту формулу, можно рассчитать требуемую пиковую мощность источника питания: Ppeak = 0,5 x Cload x Vcharge x Vrated / Tc Выходной ток зарядного устройства
Текущие измерения обычно не публикуются в наших спецификациях, но могут использоваться для расчета времени зарядки. Конденсаторные зарядные устройства традиционно имеют фиксированные выходные токи, которые можно рассчитать по следующей формуле: (Свяжитесь с нами, чтобы узнать о более высокой частоте повторения и времени установления.) I вых = 2 x Ppeak / Vrated Пример : Пиковая скорость заряда источника питания составляет 2200 Дж / с. Сила тока для источника питания 1000 В (номинальное):
I вых = 2 x 2200/1000 = 4,4 А Используя те же параметры, время зарядки можно рассчитать по формуле:
Tc = C нагрузка x Vcharge / Iout Формулы тока предполагают постоянный ток от 0 вольт до требуемого напряжения. Все наши блоки питания для зарядки конденсаторов обеспечивают отличную повторяемость импульсов.
Важность фильтрации для источников питания
Импульсные источники питания (SMPS) могут генерировать синфазные и дифференциальные шумовые токи, которые проходят к нагрузке и обратно к источнику питания, создавая как кондуктивные, так и излучаемые излучения. Поэтому важно фильтровать не только сторону нагрузки, но и линии электропередач и сам ИИП. Высокопроизводительные импульсные источники питания и другое электрическое или электронное оборудование (например, частотно-регулируемые приводы, солнечные инверторы) значительно выигрывают от конденсаторов для подавления (безопасности) электромагнитных помех и фильтров электромагнитных помех.Защитная пленка и фильтр электромагнитных помех KEMET предлагают надежные решения для энергетики, автомобилестроения, промышленности, потребительского и медицинского применения и многого другого.
Использование X- и Y-конденсаторов для безопасности и подавления электромагнитных помех
Шум в дифференциальном режиме можно изучить и понять, взглянув на схему, компоновку печатной платы или электрическую схему цепи SMPS. Синфазный шум нежелателен, труден для понимания и часто связан с физикой токов, протекающих вокруг паразитной емкости или другого, казалось бы, случайного источника, который становится более сложным в электронике большой мощности.
Синфазный шум может возвращаться в линию электропередачи, когда оборудование подключено к местной электросети или сети переменного тока. Чтобы предотвратить распространение шума на другое оборудование, подключенное к линии переменного тока (питания), между линией переменного тока и выпрямителем в SMPS помещается фильтр электромагнитных помех (EMI). Конденсаторы фильтруют линию питания, отделяя ее от любого синфазного шума, который может генерироваться SMPS, и подавляют электромагнитные помехи.
Конденсаторыкласса X и Y обычно предназначены для фильтрации шума от линии питания переменного тока (сети), которая питает электрическое и электронное оборудование.Они обозначаются как X-конденсаторы (C X ) или Y-конденсаторы (C Y ) в зависимости от типа шума, который они помогают фильтровать. C X , расположенный между линией и нейтралью, запрещает SMPS создавать помехи в дифференциальном режиме. C Y -конденсаторы подключаются между линией питания и основной заземляющей пластиной или шасси SMPS и фильтруют синфазный шум. X- и Y-конденсаторы расположены в фильтре электромагнитных помех перед выпрямительным каскадом в SMPS.Защита SMPS от сети переменного тока и наоборот добавляет как фильтрацию электромагнитных помех, так и безопасность.
Рис. 1. Технология KEMET Film предлагает полное семейство конденсаторных решений, отвечающих всем требованиям, предъявляемым к каждой ступени ИИП. Для получения более подробной информации посетите https://www.kemet.com/en/us/applications/filtering.html
. Y-конденсаторыобычно изготавливаются из металлизированной полипропиленовой пленки, пропитанной бумаги или керамической диэлектрической технологии. Металлизированные пленочные и бумажные конденсаторы обладают превосходными свойствами самовосстановления и могут восстанавливаться после коротких замыканий и избегать более критических катастрофических отказов, обычно выходя из строя в цепи с разомкнутым режимом.Напротив, керамические конденсаторы могут стать нестабильными в зависимости от температуры и времени и не обладают свойствами самовосстановления. Керамические конденсаторы также склонны к короткому замыканию. Поскольку электромагнитные помехи всегда были фундаментальной трудностью при преобразовании мощности или интеграции различных систем, фильтрация является основным инструментом в наборе инструментов дизайнера.
Рисунок 2: Фильтр электромагнитных помех (вверху) имеет пленочные конденсаторы C X и C Y . Внизу показан сигнал до и после фильтрации конденсаторами для подавления электромагнитных помех или фильтром электромагнитных помех.
После выпрямления переменного напряжения конденсаторы являются еще одним ключевым компонентом ИИП. «Идеальная» конструкция имеет коэффициент мощности 1,0 и, следовательно, может потреблять всю энергию, которая может быть передана в нее. Предварительные регуляторы коррекции коэффициента мощности (PFC) повышают эффективность за счет увеличения коэффициента мощности и помогают снизить содержание гармоник на токовом входе. Конденсаторы компенсируют потери реальной мощности из-за индуктивных нагрузок. Схема PFC компенсирует всякий раз, когда формы волны напряжения и тока не совпадают по фазе, снижая уровень гармонических искажений.Поскольку PFC также требует использования полупроводниковых переключающих устройств, вместе с входным фильтром электромагнитных помех необходимо использовать дополнительные конденсаторы (предохранительные), фильтрующие электромагнитные помехи.
Преимущества внешней фильтрации
Схема переключения или переключаемого режима — это сердце SMPS. Транзисторы включаются и выключаются на высоких частотах, создавая чистую форму волны переменного тока с желаемой частотой и уровнями напряжения и тока. SMPS обеспечивает высокую эффективность с низким уровнем рассеивания тепла.Однако при переключении возникают пульсации, переходные процессы и шум в целом. Еще один каскад фильтра на выходе ИИП необходим для качественного питания нагрузки.
Высококачественный SMPS будет иметь выходной каскад, поскольку пульсации выходного напряжения схемы переключения являются неотъемлемой частью. В других областях также могут возникать помехи (например, паразитная емкость), влияние которых можно увидеть на формах выходных сигналов SMPS.
Емкостной фильтр сглаживает дополнительные импульсы в выходном каскаде, так что на нагрузку подается почти постоянное напряжение постоянного тока.Выходной фильтр заряжается до пика входного напряжения, как видно на CF (положительная часть входа). Когда входное напряжение выходного каскада опускается ниже 0 В, конденсатор разряжается в нагрузку. Скорость его разряда зависит от постоянной времени RC, которая формируется сопротивлением нагрузки и конденсатором.
Некоторые приложения требуют точности и менее устойчивы к шуму, например, в медицинских, промышленных и бытовых приложениях. Шум, передаваемый по шине напряжения питания чувствительного оборудования, может вызвать неожиданные результаты в случайные моменты.В некоторых случаях это может стоить жизни или огромных денежных потерь продукции при производстве, например, если шум влияет на оборудование в критический момент. Перед покупкой всего нового оборудования или заменой источника питания простой в установке и предварительно спроектированный фильтр электромагнитных помех может помочь решить проблемы электромагнитных помех при гораздо меньшей стоимости и более быстрой конструкции. KEMET предлагает множество фильтров EMI / RFI.
Новый сертифицированный cUL / ENEC / CQC, F862-V054 X2 Конденсатор подавления электромагнитных помех
КонденсаторKEMET F862-V054 идеально подходит как для входной фильтрации электромагнитных помех, так и для каскадов PFC SMPS или любых конструкций с аналогичными требованиями.F862-V054 также соответствует критериям для приложений, требующих более высокого уровня безопасности и долговременной стабильности в суровых условиях. Этот конденсатор обладает превосходными тепловыми преимуществами благодаря исключительно высоким характеристикам самовосстановления и устойчивости к ионизации из-за его специальной конструкции, защищающей от условий смещения при высокой температуре и влажности.
Превосходные результаты испытаний на погрешность температуры-влажности (THB) имеют решающее значение для определения адекватных характеристик в реальной жизни в суровых условиях окружающей среды.Пленочные конденсаторы, такие как KEMET F862-V054, идеально подходят для того, чтобы выдерживать различные суровые условия, которые используются экзонами в бортовых системах зарядки автомобильных гибридных / электромобилей, микроинверторах солнечной энергии и интеллектуальных измерителях мощности.
Рисунок 3: F862-V054 Внутренняя конструкция X2
КонденсаторыF862-V054 класса X2 изготовлены из металлизированной полипропиленовой пленки, залитой самозатухающей смолой (см. Рисунок 3 выше). Они соответствуют стандарту AEC – Q200 Совета автомобильной электроники и имеют оценку IIB (по тесту THB при 85 ° C, 85% R.H. 310 В переменного тока, 500 часов) в соответствии с последним стандартом IEC. Они рассчитаны на 310 В переменного тока / 630 В постоянного тока и имеют диапазон рабочих температур от -40 ° C до + 110 ° C.
Новый сертификат cUL / ENEC, SMP253 Y2, SMD EMI Suppressor, бумажный конденсатор с пропиткой
SMP253 — единственный в отрасли бумажный конденсатор SMD с сертифицированным классом безопасности Y2. Y-конденсаторы в каскаде входного фильтра ослабляют синфазный шум, излучаемый устройством в сеть / линию электропередачи, или наоборот.
SMP253 обеспечивает высочайшую производительность и надежность из существующих конденсаторных технологий в корпусе для поверхностного монтажа (SMD) и идеально подходит для массовой сборки небольших портативных продуктов. Y-конденсаторы, подключенные от одной ветви линии питания к земле (подключенной к шасси), должны выдерживать переходные процессы без сбоев, которые могут вызвать короткое замыкание или высокий ток утечки. Удары молнии — прекрасный пример того, почему перезаряжаемой бытовой электронике нужны фильтры, которые защищают ее от грязного электричества, ударов молнии или чего-то еще, что переносится в общедоступную сеть переменного тока.
Рисунок 4: Внутренняя конструкция SMP253 Y2
КонденсаторыSMP253 изготовлены из пропитанной эпоксидной смолой бумаги в качестве диэлектрического материала (см. Рисунок 4 выше). Такая конструкция сводит к минимуму риск образования внутренних воздушных карманов. Такие карманы могут начать ионизацию, которая со временем приведет к окислению металлизации конденсатора, что приведет к потере емкости. Во влажных условиях водяной пар может усилить процесс окисления и ускорить потерю емкости.Однако этот тип конденсаторной технологии не демонстрирует такого явления. Напротив, поглощение воды приведет к увеличению емкости из-за вклада более высокой диэлектрической проницаемости воды.
Рисунок 5: Ускоренный срок службы, испытание на погрешность температуры и влажности (85 ° C / относительная влажность 85%) с использованием различных технологий пленок для подавления электромагнитных помех. Пример: Бумага: SMP253 Y2; Heavy Duty: полипропилен F862-V054 X2; Стандарт: полипропилен R46 X2.
Во время ускоренного испытания срока службы (рис. 5) бумажный диэлектрик SMP253 поглощает водяной пар с более высокой диэлектрической проницаемостью, чем другие конденсаторные технологии, что приводит к увеличению значения емкости.Напротив, конструкция для тяжелых условий эксплуатации (синяя тенденция на рис. 5) наглядно демонстрирует характеристики технологии F862-V054 X2 PP, обеспечивая очень стабильное падение значения низкой емкости в аналогичных жестких условиях испытаний в течение продолжительных часов.
KEMET SMP253 Y2 поддерживает функции безопасности, фильтрации и обработки переходных процессов для снижения электромагнитных помех в низкопрофильном корпусе. SMP253 является лучшим по характеристикам безопасности для Y-конденсаторов благодаря превосходным свойствам самовосстановления, которые могут предотвратить катастрофические отказы.Для критических и требовательных приложений, таких как военные и медицинские, которые также требуют высокой производительности, значение емкости должно оставаться постоянным, независимо от того, как долго он должен непрерывно работать. SMP253 очень стабилен при импульсных переходных процессах напряжения, рассчитан на максимальную надежность и безопасность, и он начинает терять минимальное значение емкости только после более чем 11 лет непрерывной работы.
Новые сертифицированные cUL и ENEC, фильтр электромагнитных помех FLLE2- (P, Q, R, S, U)
KEMET FLLE2 пяти серий (P, Q, R, S, U) — это внешние фильтры электромагнитных помех, которые были разработаны специально для развязки синфазных и дифференциальных шумов от оборудования, загрязняющего общие соединения.Внешний фильтр FLLE2 очищает шумы, создаваемые импульсным источником питания, от влияния на другое оборудование через линию электропитания переменного тока. Серия FLLE2- (P, .., U) — это универсальные внешние однофазные фильтры с высоким затуханием, что увеличивает запас для производственных различий между системами. Характеристики FLLE2 делают их идеальными для промышленного или медицинского применения.
Рисунок 6: Пример конфигурации цепи для серий FLLE2-P и FLLE2-U (наименьшее и наибольшее затухание)
Серия FLLE2 рассчитана на 300 В переменного / постоянного тока со стандартным номинальным током от 1 до 32 А (при 40 ° C).Линейка из пяти серий фильтров предлагает повышенные характеристики вносимых потерь, выбор из средних, высоких и сверхвысоких уровней затухания, а также версии медицинского класса для обеспечения нулевого тока утечки. Также есть вариант с гибкими проводными соединениями.
Фильтрыпохожи на предоплаченную страховку на случай устранения неполадок оборудования в будущем. Однако качество компонентов фильтра может повлиять на фактические результаты. Высокопроизводительную фильтрацию можно решить с помощью качественных компонентов от KEMET.
Фильтр FLLE2- (P, Q, R, S, U), конденсаторы SMP253 и F862-V054 обеспечивают определяющее в отрасли качество для множества приложений, требующих безопасных вариантов фильтрации. Узнайте больше, посетив https://www.kemet.com/en/us/applications/filtering.html.
Источники питания для зарядки высоковольтных конденсаторов
Продукты
TDK-Lambda — глобальный поставщик программируемых зарядных устройств для высоковольтных конденсаторов и источников питания постоянного и переменного тока. Серия ALE — это источники питания постоянного тока для зарядки конденсаторов, которые специально разработаны для периодической зарядки конденсаторов в импульсных разрядных цепях, таких как модуляторы и PFN.Эти блоки питания обеспечивают уровни мощности от 500Дж / сек до 30кДж / сек при напряжении от 1кВ до 50кВ в одном блоке. Установки могут просто работать параллельно для более высокой мощности.
ALE-OEM серии — от 500 Вт до 2000 Вт — Один выход- Уменьшенный размер упаковки
- Новый запатентованный инвертор
- Встроенный PFC
- Уменьшенное количество деталей
- Пульт дистанционного управления
- Высокая невосприимчивость к электромагнитным и радиопомехам
- Сертификаты медицинской безопасности
- Компактная, легкая конструкция
- Простая параллельная работа для большей мощности
- Входное напряжение / частота по всему миру
- Полностью регулируемое выходное напряжение
- Интерфейс полного дистанционного управления
- Одобрения агентства по безопасности
- 100% модульная / масштабируемая конструкция
- Компактная механическая компоновка
- Высокая эффективность
- Водяное охлаждение
- Превосходный коэффициент мощности
- Низкая пульсация
