Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сделать импульсный блок питания своими руками

Сделать импульсный блок питания своими руками

Представляю самый простой миниатюрный импульсный блок питания, который может быть успешно повторён начинающим радиолюбителем. Он отличается надежностью, работает в широком диапазоне питающих напряжений, имеет компактные размеры.

Блок питания обладает относительно небольшой мощностью, в пределах 2-х ватт, зато он буквально неубиваемый, не боится даже долговремнных коротких замыканий.

Схема проще даже самых простых импульсных источников питания, к которым относятся зарядные устройства для мобильных телефонов.

Самый простой импульсный блок питания

Блок питания представляет собой маломощный импульсный источник питания автогенераторного типа, собранный всего на одном транзисторе. Автогенератор запитывается от сети через токоограничительный резистор R1 и однополупериодный выпрямитель в виде диода VD1.

Самый простой импульсный блок питания, трансформаторСамый простой импульсный блок питания, трансформатор

Импульсный трансформатор имеет три обмотки, коллекторная или первичная, базовая обмотка и вторичная.

Самый простой импульсный блок питания, трансформаторСамый простой импульсный блок питания, трансформатор

Важным моментом является намотка трансформатора, и на печатной плате и на схеме указаны начала обмоток, так что проблем возникнуть не должно. Расчетов не делал, а количество витков обмоток позаимствованы от трансформатора для зарядки сотовых телефонов, так как схематика почти та же, количество обмоток тоже. Первой мотается первичная обмотка, которая состоит из 200 витков, диаметр провода от 0,08 до 0,1 мм, затем ставиться изоляция и таким же проводом мотается базовая обмотка, которая содержит от 5 до 10 витков. Поверх мотаем выходную обмотку, количество ее витков зависит от того, какое напряжение вам нужно, по моим скромным подсчетам получается около 1 вольта на один виток.

Сердечник для трансформатора можно найти в нерабочих блоках питания от мобильных телефонов, светодиодных драйверов и прочих маломощных источников питания, которые как правило построены именно на базе однотактных схем, в состав которых входит нужный трансформатор.

Самый простой импульсный блок питания, сердечник трансформатораСамый простой импульсный блок питания, сердечник трансформатора

Один момент — блок однотактный и между половинками сердечника должен быть немагнитный зазор, такой зазор имеется у сердечников с зарядных устройств сотовых телефонов. Зазор относительно небольшой (пол миллиметра хватит сполна). Если не находите трансформаторов с зазором, его можно сделать искусственным образом, подложив между половинками сердечника один слой офисной бумаги.

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

Готовый трансформатор собирают обратно, половинки сердечника стягиваются скажем скотчем либо намертво склеиваются суперклеем.

Самый простой импульсный блок питания, собранная плата без трансформатора Самый простой импульсный блок питания, собранная плата без трансформатора

Схема не имеет стабилизации выходного напряжения и узлов защиты от коротких замыканий, но как не странно ей не страшны никакие короткие замыкания. При коротких замыканиях естественно повышается ток в первичной цепи, но он ограничивается ранее упомянутым резистором, и все лишнее рассеивается на резисторе в виде тепла, так что блок можно смело замыкать, даже долговременно. Такое решение снижает КПД источника питания в целом, но зато делает его буквально неубиваемым, в отличии от тех же самых зарядок для мобильных телефонов.

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Самый простой импульсный блок питанияСамый простой импульсный блок питания

Резистор указанного номинала ограничивает входной ток на уровне 14, 5 мА, по закону ома, зная напряжение в сети легко можно рассчитать мощность, которая составляет в районе 3,3 ватт, это мощность на входе, с учетом кпд преобразователя выходная мощность будет процентов на 20-30 меньше этого. Увеличить мощность можно, для этого достаточно снизить сопротивление указанного резистора.

Силовой транзистор — это маломощный высоковольтный биполярный транзистор обратной проводимости, подойдут ключи типа MJE13001, 13003, 13005, более мощные ставить нет смысла, первого варианта вполне хватает.

На выходе схемы установлен выпрямитель на базе импульсного диода, для снижения потерь советую использовать диод шоттки, рассчитанный на ток 1А. Далее фильтрующий конденсатор, светодиодный индикатор включения и пара резисторов.

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

Самый простой импульсный блок питания, готовый трансформаторСамый простой импульсный блок питания, готовый трансформатор

О недостатках схемы:

  • Ограничительный резистор на входе снижает кпд, не на много, но снижает, взамен он гарантирует безопасную работу блока;
  • Ограниченная выходная мощности — для того, чтобы на этой основе построить блок питания скажем ватт на 10-20, нужно снизит его сопротивление и увеличит мощност, чтобы нагрев не выходил за рамки, а это неудобно и увеличивает размеры блока питания в целом.

Но с другой стороны, схожие схемы применяются там, где нужна мощность в пределах 3-5 ватт, например в моем случае блок предназначен для питания небольшого кулера, поэтому мощность ограничена в пределах 2-х ватт.

Области применения — их очень много, так, как блок имеет гальваническую развязку от сети, следовательно, он безопасен и его выходное напряжение никак не связано с сетью. Отличный вариант для запитки светодиодов, вентиляторов охлаждения, питания каких-то маломощных схем и многое другое.

Читайте так же:
Чем лучше штробить стены под проводку

Как сделать импульсный блок питания?

Блок питания

Блок питания преобразует напряжение к такому, которое нужно конкретному прибору. Традиционный путь: сначала снизить напряжение, потом его выпрямить и стабилизировать. Но можно идти другим путем, и для умного электроприбора сделать умный блок питания (БП). То есть импульсный.

Устройство обычного БП

Для понижения и выпрямления напряжения сети до 12 В традиционным способом идет передача энергии последовательно. Понадобятся блоки, изображенные на структурной схеме.

Упрощенная схема традиционного блока питания. Аналоговая схема, так как напряжениеменяет постепенно амплитуду и форму

Силовой трансформатор на входе снижает напряжение с 220 вольт до 15, с запасом, чтобы потом в дальнейших схемах оно, неизбежно при выпрямлении и сглаживании теряя величину, опустилось как раз до нужных 12 вольт. Выпрямитель делается в виде моста из низковольтных диодов, в результате работы которого получается знакопостоянное пульсирующее напряжение. Делается так, что два полупериода попеременно идут то через одну пару диодов, то через другую, и на выходе напряжение начинает «дергаться» только в одну строну. Схема сглаживания содержит накапливающий заряды инерционный элемент — конденсатор большой емкости. Он заряжается от импульса и медленно поддерживает напряжение своим неторопливым разрядом до поступления следующего импульса. Это называется сглаживание, но еще делается и дополнительная стабилизация выходного напряжения, чтобы на него меньше влияла величина нагрузки.

Плюс такой схемы в том, что трансформатор на входе сразу «отвязывает» все дальнейшие схемы от высокого входного напряжения. Только за это приходится платить физически большим силовым трансформатором. В нашем случае трансформатор, питающий более-менее подходящую мощность прибора, например, в 300 ватт (старый телевизор), должен весить около 4 кг. Ну, понятно, поставил его, такой блок питания, на пол, и стоит, каши не просит. Но как быть для небольших устройств? Неужели катить его с собой на тележке? Кроме того, большая масса железа, работающая на маленькую нагрузку, порождает низкий КПД — около 50%.

Силовой понижающий трансформатор

Ну и цена, пропорциональная массе прибора, заставляет придумывать нечто более миниатюрное во всех отношениях.

Импульсные источники питания

В импульсных блоках питания, прежде всего, избавились от громоздкого понижающего трансформатора. Напряжение сразу выпрямляется, и уже им запитывается генератор импульсов, напряжение которого и можно потом понизить до любого желаемого уровня. Причем, габариты понижающих трансформаторов при этом напрямую зависят от частоты, выдаваемой генератором, — чем выше частота, тем меньше трансформатор. И уж потом такое питание, снова его выпрямив, используют в устройстве.

Структурная схема импульсного блока питания

Видно, что традиционный блок питания переместился на нижний этаж; кроме того, имеется обратная связь, дополнительно настраивающая инвертор (генератор импульсов)

Силовой трансформатор здесь импульсный, работает после генератора импульсов. Он высокочастотный, так как частота генератора порядка 20–100 кГц. В качестве материала сердечника используется не обычное трансформаторное железо, а ферримагнетки, материалы на основе структурированных окислов железа, которые лучше выполняют свою функцию на высоких частотах.

Обмотки такого трансформатора имеют полярность, это играет роль при подключении начала и конца обмоток.

Такие блоки питания вполне реально изготовить совершенно маленькими, что можно увидеть на блоках питания энергосберегающих ламп — они умещаются в цоколь лампы.

Кстати, и использовать блок питания (балласт) такой лампы можно по другому назначению. Вернее, по своему назначению, но в другом устройстве, когда лампа — сверхнадежная и экономичная — все-таки перегорит.

Выходной выпрямитель после трансформатора делается на основе диодов Шоттки, имеющих меньшую, чем у обычных диодов, внутреннюю емкость, следовательно, лучше работающих на высокой частоте.

Схема обратной связи калибрует импульсы генератора сигналом рассогласования, который заставляет вырабатывать импульсы тем большей длительности, чем больше отличается выходное напряжение от нужного номинала. Этим на выход передается большая мощность, и напряжение выравнивается.

Обратноходовый блок управления инвертором создает гальваническую привязку выходной цепи к цепи входного напряжения. Чтобы от этого избавиться, используют оптроны — приборы оптической передачи, преобразователи электросигнал–свет–электросигнал.

Пример простого импульсного блок питания

Сейчас современные электронные потребительские устройства все выпускаются с импульсными блоками питания. Поэтому и самому сделать его из частей от других импульсных источников питания (ИИП) легко, а уж взять готовый блок или зарядное и слегка переделать под свое напряжение — и того проще.

Блоки питания и зарядные устройства

Импульсный БП, то есть инверторный блок питания, характеризуется только выходным напряжением и номинальной мощностью. Входы у них у всех обычные — 220 В. Для устройств связи, модемов, например, часто встречается импульсный блок питания на 24 В. Ноутбуки чаще всего берут 19 В. Все ИБП, имеющие выход типа USB, вырабатывают 5 В. Для всего остального прочего, например, светодиодных линеек, чаще всего требуется знакомое и любимое нами по автомобильным аккумуляторам напряжение в 12 В.

Читайте так же:
Что можно выплавить из алюминия

Импульсный источник питания можно взять готовый, перенастроив его под требуемое напряжение выхода,

ИБП от ЖК монитора

А можно собрать и самому на плате, воспользовавшись простейшей схемой.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Элементы легко приобретаются в магазинах компонентов схемотехники.

Обозначения и номиналы элементов к схеме

Два прибора здесь можно считать настроечными и подобрать им номиналы: сопротивление R2 и конденсатор C5

Кроме сборки элементов на плате, пользуясь данным описанием, можно сделать и импульсный трансформатор своими руками.

Недостатки импульсных БП и пути их устранения

Так как прямоугольные импульсы «не фэн-шуйны» — имеют резкие взлеты и спады напряжения (передние и задние фронты импульсов), это порождает высокочастотные помехи, способные пройти сквозь схемы с малым емкостным сопротивлением. На силовую часть различных устройств они обычно не влияют, но в умных схемах могут оказаться ощутимой нежелательной помехой.

Часто для питания компьютеров используют сетевые фильтры, пилоты, которые содержат такую функцию — подавление высокочастотных помех. Но импульсные БП сами могут являться источником таких шумовых сигналов, поэтому в нем необходимо применять дополнительную фильтрацию таких помех на выходе.

Импульсные блоки питания критичны к номиналам нагрузки, питаемая ими мощность не должна отличаться слишком сильно ни в сторону превышения, ни в сторону занижения. Регулировка обратной связью делается для того, чтобы в цифровых устройствах, которые такой БП снабжает напряжением, во время работы обычные для них колебания мощности, происходящие от включения/выключения каких-то блоков, регистров, и т. д. не ухудшали нормальную работу. Эти колебания происходят вокруг некоторого среднего значения мощности и не должны систематически отклоняться туда или сюда.

В реальных БП делается специальная защита от работы в недонагруженном или перенагруженном состоянии.

Импульсные блоки питания своими руками – -3

Импульсные источники питания | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Здравствуйте уважаемые коллеги!!

Как построить импульсный трансформатор на ферритовом кольце я уже рассказывал в своих уроках здесь. Теперь расскажу как я изготавливаю трансформатор на Ш — образном ферритовом сердечнике. Использую я для этого подходящие по размеру ферриты от старого «советского»оборудования, старых компьютеров, от телевизоров и другой электротехнической аппаратуры, которое у меня в углу валяется «до востребования».

Для ИБП по схеме двухтактного полумостового генератора, напряжение на первичной обмотке трансформатора, согласно схемы составляет 150 вольт, под нагрузкой примем 145 вольт. Вторичная обмотка выполнена по схеме двухполупериодного выпрямления со средней точкой.
Смотреть схему ИБП здесь.

Приведу примеры расчета и изготовления трансформаторов для ИБП небольшой мощности 20 — 50 ватт для этой схемы. Трансформаторы такой мощности я применяю в импульсных блоках питания для своих светильников на светодиодах. Схема трансформатора ниже. Необходимо обратить внимание, чтобы сложенный из двух половинок, Ш — сердечник не имел зазора. Магнитопровод с зазором используется только в однотактных ИБП.

Вот два примера расчета типичного трансформатора для различных нужд. В принципе, все трансформаторы на разные мощности имеют одинаковый способ расчета, почти одинаковые диаметры провода и одинаковые способы намотки. Если вам нужен трансформатор для ИБП мощностью до 30 ватт, то это первый пример расчета. Если нужен ИБП мощностью до 60 ватт, то второй пример.

Первый пример.
Выберем из таблицы ферритовых сердечников №17, Ш — образный сердечник Ш7,5×7,5. Площадь сечения среднего стержня Sк = 56 мм.кв. = 0,56 см.кв.

Все обмотки: первичная, вторичная и обмотка связи вполне уместились в окне Sо = 150 мм.кв.

Вторичную обмотку можно таким образом рассчитать на любое напряжение и ток, в пределах заданной мощности.

Второй пример.
Теперь поэкспериментируем. Сложим два одинаковых сердечника №17, Ш 7,5 х 7,5 .

При этом площадь поперечного сечения магнитопровода «Sк», увеличится вдвое. Sк = 56 х 2 = 112 мм.кв. или 1,12 см.кв.
Площадь окна останется та же «Sо» = 150 мм.кв. Уменьшится показатель n (число витков на 1 вольт). n = 0,7 / Sк = 0,7 /1,12 = 0,63 вит./вольт.
Отсюда, количество витков в первичной обмотке трансформатора будет:
w1 = n х 145 = 0,63 х 145 = 91,35. Примем 92 витка.

В обмотке обратной связи w3, для 6-ти вольт, будет: w3 = n x v3 = 0,63 х 6 = 3,78 витка. Примем 4 витка.
Напряжение вторичной обмотки примем также как и в первом примере равным 30 вольт.
Количество витков вторичных полуобмоток, каждая по 30 вольт: w2.1 = w2.2 = n х 30 = 0,63 х 30 = 18,9. Примем по 19 витков.
Провод для первичной обмотки я использовал диаметром 0,6 мм. : сечение провода 0,28 мм.кв., ток 0,56 А.
С этим проводом мощность первичной обмотки будет: Р1 = V1 x I = 145 В х 0,56 А = 81 Ватт.
Вторичную обмотку я мотал проводом диаметром 0,9 мм. Сечением 0,636 мм.кв. на ток 1,36 ампера. Для двух полуобмоток ток во вторичной обмотке равен 2,72 ампера.

Читайте так же:
Формула расчета массы через плотность

Провод для обмоток я применяю из расчета 2 А на миллиметр квадратный (так он меньше греется, и падение напряжения на нем будет меньше), хотя все «заводские» трансформаторы мотают из расчета 3 — 3,5 А на мм.кв. и ставят вентилятор для охлаждения обмоток.
Общий вывод из этих расчетов таков:
— при сложении двух одинаковых Ш — образных сердечников увеличивается площадь «Sк» в два раза при той же площади окна «Sо».
— число витков в обмотках (в сравнении с первым вариантом) изменяется.
— первичная обмотка w1 с 182 витков уменьшается до 92 витка;
— вторичная обмотка w2 с 38 витков уменьшается до 19 витков.

Это значит, что в том же окне «Sо», с уменьшением количества витков в обмотках, можно разместить более толстый провод обмоток, то есть увеличить реальную мощность трансформатора в два раза.

Я наматывал такой трансформатор, со сложенными сердечниками № 17, изготавливал под них каркас.

Нужно иметь в виду, что трансформаторы, по первому и второму примеру, можно использовать под меньшую нагрузку, вплоть от 0 ватт. ИБП вполне хорошо и стабильно держат напряжение.

Сравните внешний вид трансформаторов: пример-1, c одним сердечником и пример-2, с двумя сложенными сердечниками. Реальные размеры трансформаторов разнятся незначительно.

Анализ ферритовых сердечников №18 и №19 подобен предыдущим примерам.
Все наши выполненные расчеты — это теоретические прикидки. На самом деле, получить такие мощности от ИБП на трансформаторах этих размеров довольно сложно. Вступают в силу особенности построения схем самих импульсных блоков питания. Схему ИБП смотрите здесь.

Порядок сборки ферритового Ш — трансформатора.

Используется готовый или собирается — изготавливается новый каркас под размеры сердечника.
Как изготовить «Каркас для Ш — образного трансформатора» смотрите здесь. Хотя в этой статье и говорится про каркас для трансформатора со стальным сердечником, описание вполне подходит и к нашему случаю.
Каркас нужно поставить на деревянную оправку. Намотка трансформатора производится вручную.
На каркас сначала мотается первичная обмотка. Виток к витку заполняется первый ряд, затем слой тонкой бумаги, лакоткани, далее второй ряд провода и т.д. На начало и конец провода надевается тонкая ПВХ трубочка (можно изоляцию с монтажного провода) для жесткости провода, чтоб не обломился.
Поверх первичной обмотки наносится два слоя бумаги (межобмоточная изоляция), затем нужно намотать витки обмотки связи w3. Обмотка w3 имеет мало витков, а потому ее располагают скраю на каркасе. Затем наносятся витки вторичной обмотки. Здесь желательно поступить таким образом, чтобы витки вторичной обмотки w2 не располагались поверх витков w3. Иначе могут возникнуть сбои в работе импульсного блока питания.

Ремонт импульсных блоков питания своими руками

В любой электронной системе, работающей от импульсного блока питания, наступает неприятный момент, когда приходится сталкиваться с проблемным выходом его из строя. К сожалению, импульсные радиоэлементы или блоки, как показывает практика, не столь долговечны, как того хотелось бы, поэтому требуют к себе более пристального внимания, а зачастую просто замены или ремонта.

В последнее время многие производители импульсных блоков питания решают вопрос ремонта или замены своего «детища» кардинально. Они просто делают монолитные импульсные блоки, не оставляя практически никаких вариантов начинающим радиолюбителям для их ремонта. Но если вы стали обладателем разборного импульсного блока питания, то в умелых руках и владея определёнными знаниями и элементарными навыками замены радиоэлементов, вы легко сможете самостоятельно продлить срок его службы.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Как сделать импульсный блок питания своими руками с фото

Сфера применения импульсных блоков питания в быту постоянно расширяется. Такие источники применяются для питания всей современной бытовой и компьютерной аппаратуры, для реализации источников бесперебойного электропитания, зарядных устройств для аккумуляторов различного назначения, реализации низковольтных систем освещения и для других нужд.

Читайте так же:
Оптимальные размеры циркулярного стола

В некоторых случаях покупка готового источника питания мало приемлема с экономической или технической точки зрения и сборка импульсного источника собственными руками является оптимальным выходом из такой ситуации. Упрощает такой вариант и широкая доступность современной элементной базы по низким ценам.

  • 1 Структурная схема импульсного источника питания
  • 2 Принципиальные схемы импульсных блоков питания
    • 2.1 Сетевой выпрямитель с фильтром
    • 2.2 Высокочастотный преобразователь: его функции и схемы

    Структурная схема импульсного источника питания

    Наиболее востребованными в быту являются импульсные источники с питанием от стандартной сети переменного тока и мощным низковольтным выходом. Структурная схема такого источника показана на рисунке.

    Сетевой выпрямитель СВ преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное и осуществляет сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на выходе. Высокочастотный преобразователь ВЧП осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в переменное или однополярное напряжение, имеющее форму прямоугольных импульсов необходимой амплитуды.

    В дальнейшем такое напряжение либо непосредственно, либо после выпрямления (ВН) поступает на сглаживающий фильтр, к выходу которого подключается нагрузка. Управление ВЧП осуществляется системой управления, получающей сигнал обратной связи от выпрямителя нагрузки.

    Такая структура устройства может быть подвергнута критике из-за наличия нескольких звеньев преобразования, что снижает КПД источника. Однако, при верном выборе полупроводниковых элементов и качественном расчете и изготовлении моточных узлов, уровень потерь мощности в схеме мал, что позволяет получать реальные значения КПД выше 90%.

    Принципиальные схемы импульсных блоков питания

    Решения структурных блоков включают не только обоснование выбора вариантов схемной реализации, но и практические рекомендации по выбору основных элементов.

    Сетевой выпрямитель с фильтром

    Для выпрямления сетевого однофазного напряжения используют одну из трех классических схем изображенных на рисунке:

    • однополупериодную;
    • нулевую (двухполупериодную со средней точкой);
    • двхполупериодную мостовую.

    Каждой из них присущи достоинства и недостатки, которые определяют область применения.

    Однополупериодная схема отличается простотой реализации и минимальным количеством полупроводниковых компонентов. Основными недостатками такого выпрямителя являются значительная величина пульсации выходного напряжения (в выпрямленном присутствует лишь одна полуволна сетевого напряжения) и малый коэффициент выпрямления.

    Коэффициент выпрямления Кв определяется соотношением среднего значения напряжения на выходе выпрямителя Udк действующему значению фазного сетевого напряжения Uф.

    Для однополупериодной схемы Кв=0.45.

    Для сглаживания пульсации на выходе такого выпрямителя требуются мощные фильтры.

    Нулевая, или двухполупериодная схема со средней точкой, хоть и требует удвоенного числа выпрямительных диодов, однако, этот недостаток в значительной мере компенсируется более низким уровнем пульсаций выпрямленного напряжения и ростом величины коэффициента выпрямления до 0.9.

    Основным недостатком такой схемы для использования в бытовых условиях является необходимость организации средней точки сетевого напряжения, что подразумевает наличие сетевого трансформатора. Его габариты и масса оказываются несовместимыми с идеей малогабаритного самодельного импульсного источника.

    Двухполупериодная мостовая схема выпрямления имеет те же показатели по уровню пульсации и коэффициенту выпрямления, что и нулевая схема,но не требует наличия сетевого трансформатора. Это компенсирует и главный недостаток – удвоенное количество выпрямительных диодов как с точки зрения КПД, так и по стоимости.

    Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения наилучшим решением является использование емкостного фильтра. Его применение позволяет поднять величину выпрямленного напряжения до амплитудного значения сетевого (при Uф=220В Uфм=314В). Недостатками такого фильтра принято считать большие величины импульсных токов выпрямительных элементов, но критичным этот недостаток не является.

    Выбор диодов выпрямителя осуществляется по величине среднего прямого тока Ia и максимального обратного напряжения UBM.

    Приняв величину коэффициента пульсации выходного напряжения Кп=10%, получим среднее значение выпрямленного напряжения Ud=300В. С учетом мощности нагрузки и КПД ВЧ преобразователя (для расчета принимается 80%, но на практике получится выше, это позволит получить некоторый запас).

    Ia – средний ток диода выпрямителя, Рн- мощность нагрузки, ? – КПД ВЧ преобразователя.

    Максимальное обратное напряжение выпрямительного элемента не превышает амплитудного значения напряжения сети (314В), что позволяет использовать компоненты с величиной UBM =400В со значительным запасом. Использовать можно как дискретные диоды, так и готовые выпрямительные мосты от различных производителей.

    Для обеспечения заданной (10%) пульсации на выходе выпрямителя емкость конденсаторов фильтра принимается из расчета 1мкФ на 1Вт выходной мощности. Используются электролитические конденсаторы с максимальным напряжением не менее 350В. Емкости фильтров для различных мощностей приведены в таблице.

    Высокочастотный преобразователь: его функции и схемы

    Высокочастотный преобразователь представляет собой однотактный или двухтактный ключевой преобразователь (инвертор) с импульсным трансформатором. Варианты схем ВЧ преобразователей приведены на рисунке.

    Однотактная схема. При минимальном количестве силовых элементов и простоте реализации имеет несколько недостатков.

    Схема нашла наибольшее применение в маломощных устройствах, где влияние указанных недостатков не столь значительно.

    Чтобы самостоятельно поменять или установить новый счетчик, не требуется особых навыков. Выбор правильной схемы подключения электросчетчика обеспечит корректный учет потребляемого тока и повысит безопасность домашней электросети.

    В современных условиях обеспечения освещения как внутри помещений, так и на улице все чаще используют датчики движения. Это придает не только комфорт и удобства в наши жилища, но и позволяет существенно экономить. Узнать практические советы по выбору места установки, схем подключения можно здесь.

    Двухтактная схема со средней точкой трансформатора (пушпульная). Получила свое второе название от английского варианта (push-pull) описания работы. Схема свободна от недостатков однотактного варианта, но имеет собственные – усложненная конструкция трансформатора (требуется изготовление идентичных секций первичной обмотки) и повышенные требования к максимальному напряжению ключей. В остальном решение заслуживает внимания и широко применяется в импульсных источниках питания, изготавливаемых своими руками и не только.

    Двухтактная полумостовая схема. По параметрам схема аналогична схеме со средней точкой, но не требует сложной конфигурации обмоток трансформатора. Собственным недостатком схемы является необходимость организации средней точки фильтра выпрямителя, что влечет четырехкратное увеличение количества конденсаторов.

    Благодаря простоте реализации схема наиболее широко используется в импульсных источниках питания мощностью до 3 кВт. При больших мощностях стоимость конденсаторов фильтра становится неприемлемо высокой по сравнению с полупроводниковыми ключами инвертора и наиболее выгодной оказывается мостовая схема.

    Двухтактная мостовая схема. По параметрам аналогична другим двухтактным схемам, но лишена необходимости создания искусственных «средних точек». Платой за это становится удвоенное количество силовых ключей, что выгодно с экономической и технической точек зрения для построения мощных импульсных источников.

    Выбор ключей инвертора осуществляется по амплитуде тока коллектора (стока) IКМАХ и максимальному напряжению коллектор-эмиттер UКЭМАХ. Для расчета используются мощность нагрузки и коэффициент трансформации импульсного трансформатора.

    Однако, прежде необходимо рассчитать сам трансформатор. Импульсный трансформатор выполняется на сердечнике из феррита, пермаллоя или витого в кольцо трансформаторного железа. Для мощностей до единиц кВт вполне подойдут ферритовые сердечники кольцевого или Ш-образного типа. Расчет трансформатора ведется исходя из требуемой мощности и частоты преобразования. Для исключения появления акустического шума частоту преобразования желательно вынести за пределы звукового диапазона (сделать выше 20 кГц).

    При этом необходимо помнить, что при частотах близких к 100 кГц значительно возрастают потери в ферритовых магнитопроводах. Сам расчет трансформатора не составляет труда и легко может быть найден в литературе. Некоторые результаты для различных мощностей источников и магнитопроводов приведены в таблице ниже.

    Расчет произведен для частоты преобразования 50 кГц. Стоит обратить внимание, что при работе на высокой частоте имеет место эффект вытеснения тока к поверхности проводника, что приводит к снижению эффективной площади сечения проводов обмотки. Для предотвращения подобного рода неприятностей и снижения потерь в проводниках необходимо выполнять обмотку из нескольких жил меньшего сечения. При частоте 50 кГц допустимый диаметр провода обмотки не превышает 0.85 мм.

    Параметры импульсных трансформаторов и ключей ВЧ-преобразователя

    Зная мощность нагрузки и коэффициент трансформации можно рассчитать ток в первичной обмотке трансформатора и максимальный ток коллектора силового ключа. Напряжение на транзисторе в закрытом состоянии выбирается выше, чем выпрямленное напряжение, поступающее на вход ВЧ-преобразователя с некоторым запасом (UКЭМАХ>=400В). По этим данным производится выбор ключей. В настоящее время наилучшим вариантом является использование силовых транзисторов IGBT или MOSFET.

    Для диодов выпрямителя на вторичной стороне необходимо соблюдать одно правило – их максимальная рабочая частота должна превышать частоту преобразования. В противном случае КПД выходного выпрямителя и преобразователя в целом значительно снизятся.

    Выполнение приведенных рекомендаций дает возможность в кратчайшие сроки и с минимумом проблем и затрат собрать силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector