Опубликовано

Импульсные блоки питания

Содержание

Конструкция (виды) импульсных трансформаторов

В зависимости от формы сердечника и размещения на нем катушек, ИТ выпускаются в следующих конструктивных исполнениях:

  • стержневом; Конструкция стержневого импульсного трансформатора
  • броневом; Конструкция импульсного трансформатора в броневом исполнении
  • тороидальном (не имеет катушек, провод наматывается на изолированный сердечник); Конструкция тороидального импульсного трансформатора
  • бронестержневом; Конструктивные особенности бронестержневого импульсного трансформатора

На рисунках обозначены:

  • A – магнитопроводный контур, выполненный из марок трансформаторной стали, изготовленной по технологии холодного или горячего металлопроката (за исключением сердечника тороидальной формы, он изготавливается из феррита);
  • В – катушка из изолирующего материала
  • С – провода, создающие индуктивную связь.

Заметим, что электротехническая сталь содержит мало добавок кремния, поскольку он становится причиной потери мощности от воздействия вихревых токов на контур магнитопровода. В ИТ тороидального исполнения сердечник может производится из рулонной или ферримагнитной стали.

Пластины для набора электромагнитного сердечника подбираются толщиной в зависимости от частоты. С увеличением этого параметра необходимо устанавливать пластины меньшей толщины.

Принцип работы

Основная особенность трансформаторов импульсного типа (далее ИТ) заключается в том, что на них подаются однополярные импульсы с постоянной токовой составляющей, в связи с чем магнитопровод находится в состоянии постоянного подмагничивания. Ниже показана принципиальная схема подключения такого устройства.

Схема: подключение импульсного трансформатора

Как видите, схема подключения практически идентична с обычными трансформаторами, чего не скажешь о временной диаграмме.

Временная диаграмма иллюстрирующая работу импульсного трансформатора

На первичную обмотку поступают импульсные сигналы, имеющие прямоугольную форму е(t), временной интервал между которыми довольно короткий. Это вызывает возрастание индуктивности во время интервала tu, после чего наблюдается ее спад в интервале (Т-tu).

Перепады индукции происходят со скоростью, которую можно выразить через постоянную времени по формуле: τp=L0/Rн

Коэффициент, описывающий разность индуктивного перепада, определяется следующим образом: ∆В=Вmax – Вr

  • Вmax – уровень максимального значения индукции;
  • Вr –остаточный.

Более наглядно разность индукций представлена на рисунке, отображающем смещение рабочей точки в магнитопроводном контуре ИТ.

График смещения

Как видно на временной диаграмме, вторичная катушка имеет уровень напряжения U2, в котором присутствуют обратные выбросы. Так проявляет себя накопленная в магнитопроводе энергия, которая зависит от намагничивания (параметр iu).

Импульсы тока проходящего через первичную катушку, отличаются трапецеидальной формой, поскольку токи нагрузки и линейные (вызванные намагничиванием сердечника) совмещаются.

Уровень напряжения в диапазоне от 0 до tu остается неизменным, его значение еt=Um. Что касается напряжения на вторичной катушке, то его можно вычислить, воспользовавшись формулой:

при этом:

  • Ψ – параметр потокосцепления;
  • S – величина, отображающая сечение магнитопроводного сердечника.

Учитывая, что производная, характеризующая изменения тока, проходящего через первичную катушку, является постоянной величиной, нарастание уровня индукции в магнитопроводе происходит линейно. Исходя из этого, допустимо вместо производной внести разность показателей, сделанных через определенный интервал времени, что позволяет внести изменения в формулу:

в этом случае ∆t будет отождествляться с параметром tu , который характеризует длительность, с которой протекает входной импульс напряжения.

Чтобы вычислить площадь импульса, с которым напряжение образуется во вторичной обмотке ИТ, необходимо обе части предыдущей формулы умножить на tu. В результате мы придем к выражению, которое позволяет получить основной параметр ИТ:

Um x tu=S x W1 x ∆В

Заметим, что от параметра ∆В прямо пропорционально зависит величина площади импульса.

Вторая по значимости величина, характеризующая работу ИТ, – перепад индукции, на него влияют такие параметры, как сечение и магнитная проницаемость сердечника магнитопровода, а также числа витков на катушке:

Здесь:

  • L0 – перепад индукции;
  • µа – магнитная проницаемость сердечника;
  • W1 – число витков первичной обмотки;
  • S – площадь сечения сердечника;
  • lcр – длинна (периметр) сердечника (магнитопровода)
  • Вr – величина остаточной индукции;
  • Вmax – уровень максимального значения индукции.
  • Hm – Напряженность магнитного поля (максимальная).

Учитывая, что параметр индуктивности ИТ полностью зависит от магнитной проницаемости сердечника, при расчета необходимо исходить из максимального значения µа, которое показывает кривая намагничивания. Соответственно, что у материала, из которого делается сердечник, уровень параметра Вr, отображающий остаточную индукцию, должен быть минимальным.

Видео: подробное описание принципа работы импульсного трансформатора

Исходя из этого, в качестве на роль материала сердечника ИТ, идеально подходит лента, изготовленная из трансформаторной стали. Также можно применять пермаллой, у которого такой параметр как коэффициент прямоугольности, минимальный.

Высокочастотным ИТ идеально подходят сердечники из ферритовых сплавов, поскольку этот материал отличается незначительными динамическими потерями. Но из-за его низкой индуктивности приходится делать ИТ больших размеров.

Расчет импульсного трансформатора

Рассмотрим, как необходимо производить расчет ИТ . Заметим, КПД устройства напрямую связано с точностью вычислений. В качестве примера возьмем схему обычного преобразователя, в которой используется ИТ тороидального вида.

Схема преобразователя

В первую очередь нам потребуется вычислить уровень мощности ИТ, для этого воспользуемся формулой: Р=1,3 х Рн.

Значение Рн отображает, сколько мощности будет потреблять нагрузка. После этого рассчитываем габаритную мощность (Ргб), она должна быть не меньше мощности нагрузки:

Необходимые для вычисления параметры:

  • Sc – отображает площадь сечения тороидального сердечника;
  • S0 – площадь его окна (как наитии это и предыдущее значение показано на рисунке);

Основные параметры тороидального сердечника

  • Вмакс – максимальный пик индукции, она зависит от того, какая используется марка ферромагитного материала (справочная величина берется из источников, описывающих характеристики марок ферритов);
  • f – параметр, характеризующий частоту, с которой преобразуется напряжение.

Следующий этап сводится к определению количества витков в первичной обмотке Тр2:

(полученный результат округляется в большую сторону)

Величина UI определяется выражением:

UI=U/2-Uэ ( U – питающее преобразователь напряжение; Uэ– уровень напряжения, поступающего на эмиттеры транзисторных элементов V1 и V2).

Переходим к вычислению максимального тока, проходящего через первичную обмотку ИТ:

Параметр η равен 0,8, это КПД, с которым должен работать наш преобразователь.

Диаметр используемого в обмотке провода вычисляется по формуле:

Осталось рассчитать выходную обмотку ИТ, а именно, количество витков провода и его диаметр:

Если у вас возникли проблемы с определением основных параметров ИТ, в интернете можно найти тематические сайты, позволяющие в онлайн режиме рассчитать любые импульсные трансформаторы.

Требования к приборам

Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.

Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.

Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.

Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию. Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью. Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.

На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы. Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке. Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

  • Тороидальный.
  • Броневой.
  • Стержневой.
  • Бронестержневой.

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

  • Спиральные.
  • Цилиндрические.
  • Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Преимущества

Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.

Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:

  1. Малый вес.
  2. Низкая цена.
  3. Повышенный уровень КПД.
  4. Расширенный диапазон напряжения.
  5. Возможность встроить защиту.

Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.

Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.

Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками. Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.

Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.

Расчет

Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.

Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:

П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².

Далее можно просчитать минимальное количество витков:

На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:

Д = 78/181 = 0,43 мм.

Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:

ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.

На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.

Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.

От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.

Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.

Nissan Almera Classic ✴ Беззубик ✴ ›
Бортжурнал ›
Nexus 7 / CarPC. Блок питания и управления (часть 2)

В первой части я рассказывал о том, что хочу получить, и что я для этого купил, а сейчас пришло время перейти к практической реализации и начать стоит с блока питания.

Сразу оговорюсь, что запись довольно техническая и несмотря на то, что я попытался максимально подробно описать многие нюансы, нужно иметь хотя бы базовые предоставления о чем идет речь и интересоваться темой CarPC, иначе вам будет неинтересно.

Как я уже писал, в Чип-Дип был куплен блок питания с гальванической развязкой NSD15-12S5 и задача стояла запитать от него планшет и всю периферию. При этом важно было, что бы все узлы системы включая сам планшет, хаб, кнопки на руле и даже камера заднего вида, работали за гальваникой, т.е. от этого блока питания, иначе сама задача развязки земли машины и земли планшета теряла свой смысл.

Постараюсь объяснить на пальцах кому интересно:

Гальваническая развязка в моем случае — это развязка минуса машины с минусом планшета, т.е. после блока питания идет абсолютно чистая земля, она не будет прозваниваться на кузов, она лишена помех от генератора и прочего «электрического мусора». Что это значит на практике: помехи генератора, при заведенной машине, не будут влиять на звук и не будут искажать любой аналоговый сигнал (например изображение с камеры запитанной от БП с гальваникой). К слову говоря, гальваническая развязка имеется у любого приличного усилителя или магнитолы и именно поэтому можно замечать эффект, когда мы подключаем смарфтон/планшет к AUX входу магнитолы и звук чистый, а затем ставим гаджет на зарядку от борт.сети и появляются трески и шипение.

Что же произойдет, если мы запитаем, скажем, планшет от БП с развязкой по земле, а к планшету подключим, например, камеру заднего вида запитанную напрямую из борт.сети автомобиля? Земля машины, через камеру, придет на подключенный к камере планшет и таким образом объединится с «правильной» землёй планшета. Чистота будет нарушена и могут появится помехи. Именно поэтому система питания всей системы должна быть замкнута только на саму себя, камера должна запитываться от того же БП, что и планшет, и т.д.

Конечно гальваника — не залог чистого эфира, многое зависит от проводов, от оборудования, но это важный шаг к этому.

Ну и вернемся к БП. Для начала стоит определиться, как будем запитывать планшет — заряжать через USB или подавать напряжение напрямую минуя батарею? Мнений множество, поэтому я поделюсь своим тезисно:

1. Запитка по USB нексус7 2012 занятие бесперспективное — он просто не берет нужное кол-во заряда и во время активного использования разряжается в ноль.
2. Запитка/зарядка через пины док-станции лишь чуть эффективнее и может быть оправдана, если планшет не встройка, а съемный (что, в принципе, само по себе решение спорное).
3. Существуют нюансы работы OTG при одновременной зарядке по USB, плюс стоковая прошивка вообще не поддерживает данную функцию.
3. Лишняя батарейка в машине, в России, зимой, в -30. Рано или поздно вы всё равно полезете ее выкидывать.
3. Запитывать планшет через контроллер батареи, когда саму батарею вы уже выкинули — извращение. Плюс одна лишняя, нестабильно работающая деталь в системе.
4. Запитка планшета напрямую на клеммы питания материнской платы — единственное правильное и разумное решение на мой неискушенный взгляд.

После того, как с этим разобрались, перейдем к схеме:

Схема простенькая, без особого изящества, никаких микроконтроллеров и транзисторных ключей.)) На входе имеем элементарный фильтр помех с защитой от просадок в виде «бочки» на 10к мкФ и дросселя. Второй такой же кондер стоит на реле, которое коммутирует питание хаба, он отвечает за выключение хаба с задержкой при пропадании АСС.

С блока питания выходит 5.2В, напряжение блока регулируется через подстроечный резистор между его управляющей ногой и Out+ или Out- (1-100кОм), 5.2В нужны для запитки хаба — запас в 0.2В от стандартного заложен для компенсации потерь на проводах и просадок при подключении и первичной инициализации устройств в хабе. Но на планшет 5.2 подавать не стоит, т.к. штатная батарея кормит его от 4.2-4.3В. Тем не менее, Нексус7 прекрасно запитывается и от большего напряжения, не стоит лишь злоупотреблять, поэтому на выход к планшету я кинул пару диодов Шоттки на 5А тем самым скинув напряжение примерно до 4.7В. Можно было скинуть и до 4.2, но это +1 лишний диод, а лишний диод — это +1 греющийся элемент на плате, который к тому же крадет у БП ватты полезной нагрузки. Были случаи, когда люди именно на этом спотыкались, посадив огород диодов на плату, к тому же неправильного номинала, и планшет начинал работать нестабильно — доходило до того, что покупали второй БП — по одному на хаб и планшет, но это дорого нецелесообразно.

Полный размерСхема задержки включения. Не моя. При реализации я применил иной транзистор и соответственно резистор R1 и конденсатор C2 (регулирующие время задержки) подбирал самостоятельно.

Перед реле2 стоит схема включения реле с задержкой на одном биполярнике (взята отсюда), она служит для правильной инициализации хаба после ухода планшета в сон, ну и соответственно управляет включением/выключением планшета по АСС.

В целом вся схема работает таким образом:
1. Появляется АСС (заводим двигатель)
2. Включается хаб (подается питание)
3. Через 6сек включается экран планшета и он переходит в режим OTG/USB-хоста (подключается к хабу и подхватывает устройства)
4. На этом этапе работа схемы закончена, планшет ждет 4сек, когда с хаба подцепится USB-звуковуха и включает музыку)
5. Выключаем АСС (глушим мотор)
6. Планшет тут же гаснет и отключается от хаба
7. Через 7сек выключается хаб (пропадает питание)
8 Планшет уходит в летаргический сон

Кто будет строить CarPC на Nexus7 2012 — запомните, важно, чтоб была задержка между включением хаба и планшета, при этом практически обязательно нужно рвать OTG, иначе велика вероятность, что устройства не будут подхватываться правильно. OTG — это пятый контакт в разъеме microUSB планшета и его коммутация на землю говорит устройству, что нужно перейти в режим USB-хоста и пообщаться с клавиатурами, звуковухами, камерами и прочей периферией подключенной к хабу.

И вот еще какой нюанс, который редко озвучивают на карписишных форумах, но он есть: планшеты Нексус7 2012 3G не будут корректно работать с USB-устройствами, если во время включения/перезагрузки на них активен USB-хост (провод OTG замкнут на землю) — активировать хост можно только после включения устройства. В особенности это касается камеры заднего хода.

Про сам хаб и то, как правильно его запитать я напишу в отдельной записи, а сейчас вернемся к БП — была нарисована плата:

Затем распечатана и переведена:

После вечера наедине с паяльником получилось что-то такое:

Плотная компоновка обусловлена габаритам корпуса из под ноутбучного БП, в который я планировал поместить (и поместил!) мой нанотехнологичный девайс.

Далее блок был проверен на КЗ, покрыт лаком, подключен и опробован в действии. Всё замечательно заработало, в текущий момент идут тесты стабильной работы в машине, к блоку подключена достаточно серьезная суммарная нагрузка, были опасения, что не потянет, но пока всё работает хорошо (7 часов за рулем, на планшете включена музыка и навигация, подключена активная GPS-антенна, минимум 4 устройства висят на хабе + регик и устройство громкой связи подключены на зарядку).

В следующей записи скорее всего напишу про платы коммутации — мое чудо-изобретение для подключения планшета к блоку. Подписывайтесь и не переключайтесь. 🙂

Rukodelie-DS.ru

Сперва пару слов о выпаивании деталей. Очень часто детали припаяны бессвинцовым припоем, что повышает его температуру плавления. С одной стороны это здорово, т.к. экологично и меньше вероятность отпаивания при перегреве, но очень плохо при ремонте. Причем тут может быть очень сложно выпаять деталь, перегреть деталь или перегреть дорожку и она отвалиться (у меня несколько дорожек так отвалилось и пришлось их восстанавливать, но это было не в блоках питания, в БП они были уже сгоревшие, если я их восстанавливал). Вот тут есть хитрость. Чтобы легче выпаять детали надо воспользоваться более низкоплавным припоем. Лучше всего сплавом Розе или Вуда. Т.е. берем этот сплав и наносим его паяльником дополнительно на имеющийся припой. Они мешаются и далее деталь можно легко выпаять. Зачастую, пока их смешиваешь, сама плата прогревается до 100 градусов и какое-то заметное время не остывает, в результате чего можно снять разъем или микросхему уже вообще без паяльника, пока плата не остыла.
Про сплав Вуда. Его не очень рекомендуют из-за зверской токсичности Кадмия, которого там аж 12.5%. Хотя, согласно советским гостам, сам сплав является безопасным, т.е. в пределах нормы. Вроде как опасными являются пары его окиси, а не он сам. В общем есть куча споров о его вредности и большинство описаний гласят,что лучше его не использовать, за то он дешевле, чем Розе. Даже если принять во внимание, что сам сплав безопасен и Кадмия в нем не много, все же лучше будет перестраховаться и при его использовании использовать хорошую вытяжку, которую все-равно надо использовать, т.к. большинство флюсов тоже не очень-то безвредны. Если сомневаетесь, то возьмите лучше Розе, но его температура плавления чуть выше. Также очень токсичны сплавы свинца, как и сам свинец, который присутствует в свинцовом припое и даже многие сплавы олова токсичны. Если очень этим заморачиваться, то лучше не паять самостоятельно А если не заморачиваться, то вытяжку лучше все же использовать
Ищем неисправности.
Нам потребуется Мультиметр или, более привычное мне название, тестер. Можно купить самый дешевый, если у Вас его еще нет, главное чтобы он умел мерить напряжение переменное и постоянное, а также сопротивления и был режим прозвонки (сейчас это есть на всех аналогичных приборах). Что удобно в режиме прозвонки — он пищит при КЗ или около того (на очень малых сопротивлениях), а если нет КЗ, то показывает сопротивление (обычно в килоомах).
Ставим мультиметр на прозвонку и тыкаем в подозрительные детальки. Но какие детальки подозрительные?
Тут, для большей наглядности надо представить общую схему подобных БП. Заметим, что схема сильно общая (сильно грубая) и содержит только основные элементы и только для объяснения принципа работы. Я набросал общие черты для большинства БП, заодно добавил несколько элементов, которые могут сгореть и их найти сразу нельзя.

Сразу на схеме сперва изобразил схему для безопасного тестирования БП, см. раздел безопасности: трансформатор (1) и лампочку(2). Можно ограничиться только лампочкой, но пренебрегать ей не советую.
Начнем с самого начала. На вход поступает 220В из сети. На одной стороне ставят предохранитель (Fuse). Если сгорел предохранитель, необходимо знать причину этого! Просто замена предохранителя в 99% проблему не решит. Тут преимущество трансформаторных блоков питания (один большой трансформатор на входе, сразу включенный в 220В), в них почти всегда горит только предохранитель, иногда на выходе горит стабилизатор напряжения, но диагностика на 90% проще, т.к. больше там просто гореть нечему, а ничего больше нет . Но у нас-то импульсник!
Напротив предохранителя притаилась интересная деталька, которая иногда тоже горит — это NTC-термистор (гуголь в помощь) на 5 Ом. Название по первости ошарашивает. В общем можно вообще без него, т.е. поставить просто перемычку/проводок или еще предохранитель. Но какой толк от этой картины, если можно без нее? А очень большой! Дырку в стене нам закрывать не надо, но выше я упоминал, про короткое замыкание на некоторое мгновение, пока не зарядится конденсатор — именно это КЗ нам и уменьшает термистор. Термистор, равно как и простой резистор, ограничивает протекание тока, т.о. нету резкого скачка при втыкании БП в розетку. Через термистор конденсатор будет заряжаться чуть медленнее, потому, если мы включим наш БП через лампочку и термистор, то лампочка будет при старте гореть чуть тусклее и чуть дольше, но все-равно погаснет (если БП живой). Когда через термистор пойдет ток, он начнет нагреваться, 5 Ом сопротивления возьмут на себя часть нагрузки, которая, конечно, перейдет в тепло. Поскольку термитор типа NTC, то при нагревании его сопротивление будет уменьшаться, т.е. он вообще перестанет оказывать какое либо влияние на работу БП после старта.
Далее идет Мост (3)! Профи, обычно на этом месте делают отступления, что это вообще-то не мост, а название жаргонное или вообще опускают к нему внимание как очевидное… В общем, первое, что может накрыться — это именно мост, он же выпрямитель. Сперва тыкаем (разумеется одним щупом на один контакт идущий от внешней сети 220В, а вторым щупом на второй контакт) прозвонкой в контакты 220В на предмет замыкания, затем тыкаем в выпрямленные контакты на предмет того же КЗ. Если услышали писк, значит выпрямитель сдох и надо менять. Выпрямитель может быть как одним элементом с 4-мя ножками, так и 4-мя выпрямительными диодами. Даже если у Вас отдельные диоды и из них сгорело только 2, то лучше все-равно поменять все. Если одной микросхемой, то без вариантов. Я дополнительно, на всякий случай смотрю и не изменились ли характеристики диодов, т.е. проверяю каждый диод. Если подключать щупами к диодам по очереди, то, поскольку они стоят, 2 в одном направлении, а 2 в другом, то в 2-х случаях мультиметр покажет единицу, т.е. не замкнут (по умолчанию горит 1), а на 2-х других покажет циферку около 450. Меняем щупы местами и получаем картину ровно на оборот: на первых 2-х около 450, а на вторых 1. Если мультиметр запищал — значит КЗ. Заметим, что при подключении мультиметра в схему БП, прежде чем показать отсутствие замыкания, он может коротко пискнуть или просто побегут циферки — это нормально, поскольку деталь еще не выпаяна и на работу прибора влияют другие детали на схеме, в частности тот самый конденсатор, о котором я так часто вспоминаю. После того как выпаяли выпрямитель, еще проверим его тестером и еще раз без него проверяем схему на предмет КЗ также как до того проверяли выпрямитель в схеме. Бывает, что выпрямитель жив, а КЗ есть, а бывает, что выпрямитель мертв, но КЗ в схеме тоже есть, т.е. сдохло что-то еще. Когда есть сомнения в детали, ее надо выпаять и проверить еще раз, имеет смысл далее проверять схему без выпаянной детали, вернуть всегда успеем, главное не забыть что и от куда выпаяли, где очень помогает фотоаппарат
Еще немного про мост. На БП выше сгорел у меня именно мост (сборка — в виде одной «микро»схемы). Честно говоря не знаю теперь выжил ли там ШИМ и полевик, т.к. я их сразу заменил (пришли с запасом с ebay), а потом только обратил внимание на сгоревший мост. Заменить его сразу не чем и первое что пришло в голову — это собрать мост из отдельных диодов. Первые диоды, что мне попались под руку — это мощные диоды Шоттки. Данные диоды покупались мной именно, чтобы выпрямлять напряжение на выходе импульсника, но я рассудил, что раз мощность (тут я считал только ток, хотя мощность=ток*напряжение) там с запасом, то все хорошо. Ошибся!!! Первое же прямое включение спалило пару диодов. Я решил, что в схеме что-то не так, перекопал все! При подключении через лампочку (сгоревшие диоды были заменены) схема заработала, но лампочка довольно ярко горела все время работы. Даже не было понятно, что БП-то работает. Через некоторое время до меня дошло, что поведение лампочки может быть таким из-за диодов. Замена диодов на выпрямительные, но заметно меньшей мощности — это доказала. Лампочка стала загораться на мгновение только при включении, БП работал! Этому есть вполне разумное объяснение: прежде чем ставить неоднозначную замену, надо читать на них datasheet. У моих диодов Шоттки оказалось рабочее напряжение всего до 40В, не даром, они на выход идут, а мост был на 700В (что его не спасло и БП таки попал в мои руки).
Сразу после моста, в редких случаях ставят защитный диод на 400 вольт. В зарядках его почти всегда нет (на моей псевдосхеме D1, например p6ke400a), но если есть, то он берет на себя первую атаку из внешней сети (Относительно дорогая деталька и на ней экономят). Стоит защитный диод в направлении от минуса к плюсу. Считается, что ток идет от плюса к минусу, т.е. диод всегда закрыт, но, если вылетит мост, полярность будет меняться и диод откроется, что обеспечит КЗ и вылет предохранителя, сам он скорее всего тоже сгорит из-за протекания большого тока через него, но схему спасет (если сгорит, то будет КЗ). Также, если вдруг в сети окажется более стандартного 220В, то снова защитный диод спешит к нам на помощь! Дело в том, что после выпрямления 220В превращается в 310В постоянного напряжения (220В — это среднее значение напряжения на синусоиде. Величина амплитуды синусоиды 310В, т.е. от минимального до максимального напряжения разница аж в 620В). Напряжение в сети штатно может меняться от 190В до 250В, т.е. диод, рассчитанный на 400В, на такие скачки НЕ среагирует. А вот если у нас окажется 380В в сети, то выпрямленное напряжение будет выше 400В и диод героически сгорит. Не надо на меня косо смотреть, со словами, что такого быть не может — еще как может. Конечно, у Вас дома — это крайне мало вероятно, а вот в офисе очень даже вероятно (тут должен быть дьявольский смех). Так вот, если защитный диод героически сгорел, то скорее всего мы отделаемся заменой его и предохранителя, возможно и еще какого-нибудь маловажного (важного только для защиты) элемента защиты. Была у меня такая ситуация с подобным БП: я просто выпаял диод и др. элементы защиты, коротившие линию, и поставил перемычку вместо предохранителя — ну НЕ было у меня под рукой запчастей, а вернуть в строй надо было прибор уже сейчас, да рисковал, но все обошлось, прибор отработал пару дней, пока я не восстановил все как было и уже можно было расслабиться.

Вот это одно из таких устройств, где стоит защитный диод. Сверху сгоревший, а снизу отремонтированный, он же.
Сверху большой конденсатор (выжил на всех, а всего их сгорело 4 штуки, после 380 по сети офиса, этот самый сгоревший). Сразу ниже под ним защитный диод, а еще ниже мост. У моста видно маркировку «+» и «-«, а у диода черточку возле плюса — вот это оно есть, установлен в направлении от минуса к плюсу, а сгорел от перегрузки, создал КЗ и спалил предохранители (их хорошо видно на отремонтированном, длинненькие в изоляции).
Ниже моста сетевой фильтр (сдвоенный дроссель и квадратненький конденсатор). Фильтр не сгорел, но оплавился. Я его заменил. Заметим, что мой дроссель и конденсатор оказались крупнее, потому в плате для них я просверлил новые дырки и навесным монтажем закрепил на контактные площадки. На плате было много свободного места, потому мне это удалось без труда.
Слева от фильтра, на уже отремонтированном видны новенькие варистор и предохранители. Предохранителя 2 разной мощности и на исходной плате они полностью обуглились, что их не разглядеть. А были они такие маленькие и симпатичные, но дорогие и их тяжело купить, потому я поставил обычные стеклянные и упаковал их в термоусадочные трубки.
А вот варистор (TVR10471) это уже что-то новое. Изначально он имеет очень большое сопротивление, но при увеличении напряжения, его сопротивление резко падает, что должно вызвать КЗ и выход из строя предохранители, что позволяет отфильтровывать резкие импульсы в сети. Тут видимо производители решили поставить все подряд, чтобы наверняка и были правы: сработало всё. Зато сгорели только защитные элементы на всех подопытных и только на данном подплавился фильтр.
UPD. Я стал изучать, что такое фильтр, чтобы делать его самостоятельно. Вот тут выяснилось, что варистор фильтрует резкие скачки напряжения в сети. Бывают очень короткие импульсы высокого напряжения, вот при таких импульсах варистор имеет малое сопротивление и замыкает фазу с нулем, чем резко сокращает импульс. Конденсаторы фильтруют высокочастотные наводки на напряжение. Дроссели фильтруют скачки тока.
Часто также выходит из строя такой БОЛЬШОЙ конденсатор. Самый простой элемент для диагностики: Вздулся — замена; по всему БП масло (электролит), значит конденсатор лопнул — замена! В принципе, я не слышал о вредности субстанции вытекшей из конденсатора для всей платы, но лучше всего спиртом протереть всю плату, корпус БП и все где будет что-то непонятное. Чем тщательнее все протрете, тем дольше прослужит Ваш отремонтированный БП. Но воняет это штука не приятно . Кстати, очень многие начинают кричать, про некоторые вещи, что так делать нельзя, надо по другому и флюс не безопасный и электролит, что лет через 5-10 твою плату разъест и БП накроется — СТОЛЬКО НЕ ЖИВУТ!!! Какая разница? Или ишак сдохнет или Шах помрет. Через столько лет уже все новое будет куплено…
Кстати, если БП включается без нагрузки, т.е. включили его в сеть и на выходе есть заявленное напряжение, но при подключении нагрузки он делает «кря» (ноут обычно просто показывает, что зарядка не идет, то накрылся именно конденсатор и только он! Даже если внешне он в порядке, то это все-равно он, но скорее всего, после вскрытия вы обнаружите лопнувший кондей и вытекший электролит.
Еще о конденсаторах: когда будете покупать новые, надо обратить внимание, что номиналы можно использовать чуть больше, но за габаритами детальки надо следить внимательно. Емкость на входном выпрямителе обычно 100-120мкФ. Напряжение конденсатора 400В, но лучше ставить 450В. А вот купить проще оказывается конденсаторы бОльшего размера и тут главное, чтобы конденсатор влез в отведенное для него место. Поэтому в первую очередь вооружаемся линейкой, измеряем размеры старого конденсатора, измеряем допуски по доступному месту и только после этого идем искать замену. Я себе заказ на все случаи самые мелкие по размеру, чтобы влезли везде: 450v 120uf volume 1830mm — диаметр 18мм, а высота 30мм. Первоначально я купил высотой в 40мм, в результате этот конденсатор с плясками с бубном влез только в один БП из 5. Цена тоже имеет значение, маленькие дороже, но, при покупке на aliexpress, я заказал аж 10 шт., по цене одного из магазина в Москве, т.е. цены в розничных магазинах даже в оптовых РФ, если они там вообще есть, отличаются почти в 10 раз от цен на aliexpress или ebay.
Самое сложное искать что не так с генератором импульсов — у нас же импульсный блок питания. Основная идея, что переменное напряжение 220В выпрямляется и сглаживается (конденсатор), затем мощным полевым транзистором с высокой частотой это напряжение прерывается, получается сигнал частотой около 30кГц (обычно в сети частота только 50Гц). Для преобразования переменного напряжения 50Гц нужен БОЛЬШОЙ трансформатор и с БОЛЬШИМ количеством витков первичной обмотки (более 1000). Для преобразования переменного напряжения высокой частоты от 20кГц до 200кГц (больше уже никто не делает) достаточно маленького трансформатора со сравнительно маленьким числом витков обмотки (обычно от 50 до 150). Конечно, такой импульсный трансформатор НЕЛЬЗЯ включать напрямую в сеть 220В 50Гц! Такое включение равносильно короткому замыканию. Задающим генератором высокой частоты обычно является некоторая микросхема, которая открывает или закрывает полевой транзистор. Иногда эта микросхема и полевой транзистор объединены в один элемент (например, TOP225YN или аналоги).

Смотрим какая микросхема, находим его datasheet и там смотрим типовую схему подключения. На моем опыте чаще всего горели сразу и микросхема (ШИМ) и полевик, т.е. меняю полевик, а он снова сгорает сразу после включения, меняю сразу и то и то — БП заработал! Поскольку за ранее узнать сгорел ли ШИМ нет возможности, то спасает лампочка, т.е. с большой вероятностью она спасет полевик, хотя может быть такое, что полевик сгорит даже с лампочкой, но тогда лампочка спасет от возможного ВЗРЫВА полевика (да, и такое бывает), а то что она просто загорится, будет верным определением, что ШИМ тоже накрылся и неработает (тут есть еще один момент, но об этом чуть позже). Из всего выше сказанного, становится понятным, что когда сгорел полевик понять достаточно просто. И действительно, ищем контакты полевика и прозваниваем каждую пару контактов (их всего 3). В 90% случаев, если сгорел полевик, то одна пара контактов будет иметь уверенное КЗ. На работающем транзисторе пары контактов или вообще не замкнуты или ведут себя как диод, т.е. в одном направлении НЕ замкнуты, а в другом мультиметр показывает циферки, но, конечно какие-то другие нежели у диодов, главное не КЗ. Опять же, если мы полевик не выпаивали, то при подключении щупов, мультиметр может показать на доли секунды КЗ потом писк перестанет идти и просто побегут циферки — это штатная работа. В первую очередь везде ищем КЗ. И отсутствие КЗ вовсе не гарантирует, что полевик жив и, если есть возможность, то лучше заменить.
В схеме до трансформатора может быть много диодов, надо их всех проверить на предмет КЗ. Надо быть внимательными, очень часто параллельно диодам стоят резисторы, что создает ложное впечатление, будто диод пропускает в обе стороны, тут проверить диод можно только, выпаяв хотя бы одну его ножку. Проверка номиналов резисторов тоже будет более корректной, если разорвать общую цепь в которой они стоят. Но резисторы имеет смысл проверять, только если есть визуальные повреждения, вроде почернения или разрушения, т.е. просто потемнение тоже может являться признаком сгоревшего резистора. Потемневший резистор без нагрузки может показывать даже полное соответствие номиналу, но под нагрузкой его сопротивление может уплыть. Лучше заменить подозрительный элемент. Отдельно замечу, что есть один крупный резистор, но с маленьким сопротивлением. Крупный, потому как мощный, а маленькое сопротивление, потому как он НЕ должен влиять на работу схемы. Нужен этот резистор для проверки тока, и если ток потечет очень большой, то ШИМ отключит подачу сигнала на трансформатор — защита. Упомянул, только ради того, чтобы не пугаться, что сопротивление очень маленькое. А вдруг он сгорел? Нет — это так и должно быть.
См. резистор R3.

Все что написано ниже, в следующих 2-х абзацах, может не соответствовать конкретному типу БП, т.к. эта часть сильно различается в разных схемах и описать что-то общее очень сложно, потому, по моему сам запутался, что к чему относится Нашел, что иногда на меня ссылаются и комментируют, что «не вкурил datasheet» на данную тему. Я его вкурил, только datasheet`ов много на разные ШИМы. Описание поправил, но, наверное еще больше запутал читающего: прошу прощения. Напишите мне как правильно и понятно, а я внесу изменения. Только ниже я пытаюсь описать общий подход, а не работу обратной связи в конкретной схеме.
У трансформатора есть 2 вторичные обмотки: 1-я (с толстым или многожильным проводом) идет на выход (на полезную нагрузку); 2-я, дает питание на ШИМ. По величине напряжения на обратной связи ШИМ знает с какой частотой надо подавать напряжение на первичную обмотку трансформатора, чтобы на выход получить стабильное напряжение, независимое от напряжения в сети 220. Обратку обеспечивает оптическая развязка (фототранзистор и светодиод в одном закрытом корпусе), обычно pc817. Светодиод подключен к выходу БП, т.е. должен гореть всегда, пока на выход есть напряжение, а фототранзистор соединяет цепь обратки. Если на выходе БП вдруг произойдет замыкание, то и светодиод погаснет, тогда цепь обратки прервется, в результате чего ШИМ, сперва попробует поднять напряжение (задача обратной связи поддерживать стабильное напряжение на выходе), а когда дойдет до некоторого предела, также прервет свою работу. Вернее правильнее так: все зависит от используемого контроллера ШИМ, на схеме с TOP оптразвязка разрывает цепь 2-й вторичной обмотки, но управляется из ходя из первой (мутная тема), а в большинстве других схем одна вторичная обмотка обеспечивает питание ШИМ, а обратная связь идет от основной обмотки для поддержания стабильного выходного напряжения, со всеми вытекающими, хотя может отсутствовать и защита от перегрузки, тогда при большой нагрузке или КЗ на выходе, первый не выдержит полевик, управляемый ШИМом. Обычно ШИМ пробует перезапуститься и перезапускается до тех пор, пока не появится обратка нужного значения. Главное, что такая система позволяет контролировать выходное напряжение или перегрузку на выходе. А то что выходная обмотка трансформатора ни как не связана с первичной (общих проводов нет вообще), то это гарантирует безопасность пользователя, да и просто гальваническая развязка бывает очень полезна, как защита от внешних наводок (целая отдельная тема).
Что нам дает знание как работает обратка? Бывает, что БП постоянно перезапускается (характерно для БП на микросхеме TOP, для него одна вторичная обмотка и является вариантом обратной связи, т.о. он защищает, и от КЗ и от перегрузки, и поддерживает стабильное напряжение на выходе, и схема простая как 2 копейки), т.е. мы его включаем, а он секунду работает, пару отдыхает (можно мерить напряжение на источнике и обратке, а иногда уже предусмотрен специальный индикатор, который будет мигать, главное помнить, что в первичке около 310В, а вторичка обычно на 10-12 вольт). Значит надо искать проблему в обратке: нет обратки вообще или низкое напряжение, в ней КЗ или КЗ/перегруз на выходной части БП. Заметим, что на выходной части стоит диод или сдвоенный диод Шоттки (внешне похож на полевой транзистор), который тоже может накрыться. По этому в первую очередь проверяем все диоды. Еще может быть виновен тот самый резистор, что отвечает за измерение потребляемого тока (писал выше), если его сопротивление измениться в любую сторону, то ШИМ сойдет с ума, ведь рассчитан он на конкретный номинал, расчет тока будет неверным (маловероятно).
Схема выхода, тоже может быть сложной, начиная с самих диодов Шоттки, где на обычных диодах слишком большое падение напряжения и обычные диоды слишком медленные, а у нас высокая частота. Могут быть в большом количестве дроссели, конденсаторы и стабилизаторы (хотя, если уже есть стабилизация, то зачем еще добавлять элемент, на котором еще прилично упадет КПД?).
В одном китайском БП (буквально купленном в Китае, даже с китайской вилкой, т.е. включать только через переходник) у меня от перегрузки сгорел именно диод Шоттки на выходе. У меня нашелся только более мощный аналог, что я туда и поставил. Стоит вообще этому БП отдать должное, потому как он был разборный, а не склеенный. Видимо заказ ЕВРО фирм у китайцев специально именно блоков питания с заклеенным корпусом, да еще и с залитыми, какой-то хренью деталями, не ради нашей безопасности, а чтобы их сложнее ремонтировать было, чтобы они ломались, а мы шли и покупали новые (тоже и к системам защиты).
Наконец, если мы включили блок питания и лампочка (см. начало «Безопасность») моргнула и больше не горит, а блок питания дает на входе приблизительно то что написано у него на корпусе (для ноутов обычно 19В), то пришло время отключать лампочку, возвращать на место предохранитель (если убирали, ведь я вместо него лампочку ставил) и тестировать в боевых условиях (не забываем обесточивать БП прежде чем лезть в него руками или паяльником).
Все сделал, но все-равно ничего не работает! Бывает и такое . Тут уже надо детально вгрызаться в схему конкретного БП, детально анализировать. Обычно тут помогает такой прибор как осциллограф, которого у меня нет, а стОит он ну очень дорого, да еще и места много занимает. Остается только вспоминать все принципы, как оно должно работать, искать основные узлы, и включая через лампочку, очень, ну ОЧЕНЬ аккуратно, щупами мультиметра измерять напряжения конкретных узлов (опять помним где должно быть какое напряжение, нельзя при настройках 20В измерять 220В — сгорит мультиметр). Опять же надо помнить, что при проведении замеров напряжения на участках БП, при его включении в сеть, об определенной аккуратности, чтобы ничего не каратнуть и не хвататься руками за БП.

Обратите внимание на область (4) — генератор импульсов с обратной связью. я специально указал именно такое обеспечение питания vcc, чтобы описать еще одну неисправность, с которой столкнулся и успешно исправил. Если все поменяли, но БП не включается (через лампочку), то надо почитать datasheet и посмотреть какое напряжение должно быть на vcc и измеряем его на включенном БП. Врятли оно окажется больше, хотя для уверенности можно сперва выставить мультиметр на 600В, а только потом выставить на низкое напряжение. Скорее всего напряжение на нем будет менее одного вольта. Я сперва решил, что дело в R1 и R2 (не знаю почему их 2, но их почему-то 2) — это стартовые резисторы, поскольку на старте с обмоток трансформатора еще ничего не идет. Потом я нашел схему для конкретного ШИМ и там были диоды D2 и D3. Так вот: диод D3 обычный (на всякий случай заменил на диод рекомендуемый в схеме), а D2 — это диод зеннера или стабилитрон. Точно не помню напряжение питания для того ШИМ, путь будет 12В. Стабилизируемое напряжение стабилитрона (согласно схеме) было тоже около 12В (таких и накупил на замену). Получается, что если накрылся стабилитрон, то питания НЕ будет! Что он делает и почему установлен в направлении от минуса к плюсу? Стабилитрон работает как обычный диод пока напряжение на нем менее указанного в номинале. Как только напряжение превышает указанное, то он открывается в обратную сторону и спускает излишек на землю (минус), т.о. на плюсовом контакте остается только необходимо напряжение в 12В, но не больше. Так в теории, на практике напряжение будет другим, но около того, все зависит от тока протекающего через него, надо смотреть его ВАХ. Если он перестанет делать свое дело, скорее всего он будет стабилизировать совсем другое напряжение и вообще устроет КЗ, что и случилось в моем случае. Тут мне помогла именно схема, т.к. внешне оба диод выглядели одинаково и не имели маркировки (стеклянные колбочки). По найденным маркировкам, я накупил и тех и тех. После их замены БП завелся!!!
Можно еще рассказать про D4 — спаренный диод Шоттки. На выходе получается переменное напряжение высокой частоты и обычные диоды не справятся с его выпрямлением. Также нам нужна высокая выходная мощность, потому диодов сразу 2. Но 2 диода устанавливать параллельно нельзя!!! Сгорят! Дело в том, что диоды не идеальны и через один потечет ток немного больше, он начнет греться, от чего через него потечет ток еще больше (через другой соответственно потечет ток меньше и он НЕ будет греться вообще), что разогреет его еще больше и т.д. пока он не сгорит. Далее или КЗ, т.е. переменное напряжение на выходе, или выход из строя второго диода также лавинообразно. Потому диоды спаренные, на одном радиаторе. Если один начинает греться, то он греет второй и второй тоже начинает больше ток пропускать, но тока больше чем потребляет нагрузка не пойдет, следовательно, на первом разогревшемся диоде ток уменьшится (излишек уйдет на второй, что он подогрел) и он начнет остывать. Т.о. они в паре найдут свое состояние равновесия и будут делить ток приблизительно пополам.
ВНИМАНИЕ, если БП при лампочке заработал, но есть детали, которые заметно греются, значит что-то не так! Я конечно не предлагаю лезть в БП под напряжением и щупать все подряд, но при желании можно приспособится и придумать как. В целом детальки должны немного нагреваться, но через лампочку больших токов нет, без нагрузки тоже, т.е. переводить мощность в тепло необходимости нет, а следовательно и нагреваться ничего не должно. Чуть-чуть потеплеть что-то может, но так чтобы заметно стало, не должно! Если греется без нагрузки, то представьте как будет греться под нагрузкой. Есть правда и исключения — это схемы с автогенератором на 2-х полевиках, которые без нагрузки вообще не запускаются, вот они штатно греются без нагрузки, а под нагрузкой переходят в рабочий режим и греться перестают По крайне мере, все мои подопытные, стартовали Без нагрузки и без нагрузки Не нагревались.
Наконец мы починили БП! Берем спирт (технический, продается в любом радиомагазе, пить его НЕЛЬЗЯ!!!). И спиртом (я использую ватные палочки, ими очень удобно крутить по контакту) протираем все плату в несколько проходов. На первом проходе растворяется засохший флюс, а на втором и т.д. уже все смывается почти полностью. Идеально вообще отмачивать в специальной ванне, тогда флюс будет смыт полностью. Не надо удивляться, если остатки флюса вы смоете не только там где оставили его Вы, но и там где оставили его китайцы (в порядке вещей). Чем лучше отмоете, тем лучше. Теперь можно собрать все в обратном порядке разборки, а раздолбанный корпус посадить на клей. Вид корпуса, конечно немного потерял эстетичность, но если Вам нужен внешний идеальный вид, то идите и покупайте новый БП, зачем вообще читать всю ту ерунду, что я написал выше? Забавно бывает, что купить аналогичный БП не получается . Один из моих БП на 14В от монитора samsung, а среди запчастей нет ни одного аналога, только на 19 вольт. Рисковать и включать 19-ти вольтовый я не стал, проще и ИНТЕРЕСНЕЕ разобраться и починить старый!

Описание блоков учебного комплекта

Поиск Лекций

Комплект лабораторного оборудования «Электрические и магнитные це­пи» предназначен для проведения лабораторного практикума по дисциплине «Теоретические основы электротехники». Позволяет исследовать линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи при воздействии различных воз­действий в статических и динамических режимах.

Комплект лабораторного оборудования состоит из следующих блоков:

■ однофазный источник питания;

■ блок генераторов напряжений;

■ наборная панель;

■ набор миниблоков;

■ блок мультиметров;

■ ваттметр;

■ электронный осциллограф;

■ соединительные провода и перемычки, питающие кабели.

Однофазный источник питания (218.9)

Назначение

Предназначен для питания однофазным переменным током промышлен­ной частоты функциональных блоков учебного лабораторного комплекса. Ос-

новные параметры блока отображены в таблице 5.1. Таблица 5.1 — Технические характеристики

Параметр блока Значение параметра
Электропитание от однофазной сети переменного
тока с нулевым и защитным проводниками:
Напряжение, В 220±22
Ток, А, не более
Частота, Гц 50±0,5

Выходные:
Напряжение, В 220±22
Ток, А, не более
Устройства защиты автоматический выключа-
тель, устройство защитного
отключения (УЗО) с током
срабатывания 10 мА

Устройство и принцип действия

Конструктивно источник выполнен в виде коробки с лицевой панелью и кожухом. На лицевой панели нанесена электрическая мнемосхема соединений источника. На панели размещены: два однофазных автоматических выключате­ля, устройство защитного отключения, сигнальный светодиод и три штепсель­ные розетки с заземляющими контактами. На кожухе с тыльной стороны рас­положены приборные однофазные вилка и три розетки с заземляющими кон­тактами.

Работа источника основана на передаче электрической энергии с его вхо­да на выходы к потребителям с обеспечением защиты от сверхтоков и наруше­ния изоляции.

Внешний вид и порядок работы

Порядок работы:

■ включите автоматический выключатель источника и устройство защит­ного отключения, если оно отключено;

■ для снятия выходных напряжений (отключения) источника отключите его автоматический выключатель.

Внешний вид блока в отключенном состоянии пердмставлен на рисунке 5.1, в состоянии включено — на рисунке 5.2.

Рисунок 5.1 – Состояние блока «выключено» Рисунок 5.2 – Состояние блока «включено»

Блок генераторов напряжений (212.6)

Назначение

Предназначен для формирования однофазных регулируемых сигналов различной формы, трехфазного синусоидального напряжения и постоянных на-пряжений для питания исследуемых схем. Основные параметры блока отобра-жены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Технические характеристики

>
Сайт по схемотехнике промышленной электроникиДля специалистов в области электроники

Лабораторный источник питания состоит из следующих функциональных блоков:

1. Блок управления и индикации.
2. Блок измерения.
3. Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения.
4. Силовой блок.
5. Устройство стабилизации напряжений и токов.
6. Устройство охлаждения.

Блок управления и индикации

Блок управления и индикации представляет собой устройство, построенное на базе микроконтроллера ATMEGA8 (схема 1.1 и 1.2).

В нём имеются четыре аналоговых входа для измерения напряжений и токов, выходы для включения реле подачи напряжения в нагрузку и включения вентилятора охлаждения, вход для подключения датчика температуры, кнопки управления и индикаторная панель.
Программа для микроконтроллера ATMEGA8 была написана для VFD — вакуумного флюоресцентного дисплея 4*20 CU20045SCPB-T23A FUTABA и стандартного 4*20 ЖКИ.

Питание блока – стабилизированное 5 вольт. Максимальное паспортное потребление тока VFD – 1 ампер. Это на два порядка больше чем у ЖКИ, что следует учесть при выборе источника питания для этого блока.

Блок измерения

Блок измерения (схема 2) представляет собой гальванически развязанную между входом и выходом систему двойного преобразования аналогового сигнала – напряжение- частота-напряжение (V — F — V).

Блок измерения является прецизионным устройством с нелинейностью не хуже 0,01%. Питание устройства со стороны измерения (левая часть согласно схеме 2) 8,5 вольт и может лежать в пределах 5…40 вольт. Следует обратить внимание, что значительное изменение питающих напряжений от указанных на схеме потребует изменение номиналов в цепях питания светодиодов оптопар. Правая часть блока измерения гальванически связана с блоком управления и индикации и имеет тоже питание 5 вольт.

На схеме блока измерения изображён только один канал, канал напряжения и тока А. Канал В идентичен каналу А.

Настройка блока сводится к установке выходного напряжения при соответствующем напряжении на входе при помощи подстроечных резисторов RS – 10k и 50k для тока и напряжения соответственно. Для простоты настройки блока измерения необходимо использовать один источник питания 5…10 вольт, включенный параллельно всем питаниям каналов и второй, в качестве источника измеряемого напряжения на входе.

Затем необходимо проверить прохождение сигнала от входа к выходу в соответствии с указанными на схеме значениями. Во избежание выхода из строя блока измерения при настройке не следует превышать максимально допустимое значение напряжения на входе микросхем LM331.

Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения

Источник питания для блока управления и индикации и блока измерения является наиболее сложным устройством и требует некоторого опыта при изготовлении (схема 3). Источник питает соответствующие блоки несколькими стабилизированными напряжениями, гальванически изолированными друг от друга.

В авторском варианте использован импульсный трансформатор Т1 37P-6000 от отслужившего свой срок драйвера мотора. Это стандартный трансформатор, который использовался для питания цепей управления силовых модулей с составными транзисторами и питания процессорной части. Вполне допустимо применение любого импульсного трансформатора с 5-ти вольтовой обмоткой на 1,5 ампера и четырьмя изолированными обмотками с напряжениями 8…20 вольт 30-100 мА для блока измерения. Такие трансформаторы установлены во всех драйверах моторов серво- и переменного тока. Подойдут и импульсные трансформаторы для питания цепей управления IGBT-модулей. Иногда проще использовать готовый импульсный источник питания, доматав недостающие обмотки. При этом следует соблюдать фазировку согласно схеме 3 и не соединять корпус обмотки питания контроллера с общими шинами вторичных обмоток.

В таблице 1 указаны выходные напряжения и токи трансформатора Т1.

Таблица 1

Номер контакта трансформатора Т1

Назначение

Напряжение после выпрямителя

Минимально допустимый ток

Первичная обмотка

3;4 + 7;8

Обмотка для питания контроллера IC1

2×14В

100мА

Обмотка для питания блока управления и индикации (схема 1) и правой части блока измерения (схема 2)

1500мА

Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2)

8.5В

30мА

Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2)

8.5В

30мА

Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2)

8.5В

30мА

Обмотка для питания левой части блока измерения (схема 2)

8.5В

30мА

Применяя ШИМ контроллер KA1M0565R автор руководствовался простотой схемы включения и интегрированного в контроллер силового транзистора.

Силовой блок

Силовой блок представляет собой четыре адаптированных источника питания от ноутбука. Адаптация сводится к переключению шины заземления и экрана от минусовой шины 19 вольт и подключению их через разделительные конденсаторы 4,7нФ 1кВ к обоим полюсам выходного напряжения 19 вольт согласно схеме 4. Это сделано для того, чтобы при последовательном включении каналов не происходило короткое замыкание через шину заземления. В силовом блоке следует использовать источники питания с выходным током не менее 3,5 ампер и напряжением 17-20 вольт. Готовые блоки питания следует вставить в изогнутый стальной экран из лужёной жести, затем спаять его по шву и заземлить.

Устройство стабилизации напряжения и тока

Устройство стабилизации напряжения и тока представляет собой линейную схему регулирования мощности. На схеме 5 изображён один канал А. Каналы А и В идентичны. Общие шины и шины питания каналов изолированы друг от друга. Вход устройства подключен к силовому блоку, а выход к входным контактам коммутационных реле pwrout1_2 в блоке управления и индикации. Выходные контакты коммутационных реле pwrout1_2 подключены непосредственно к клемам, расположенным на передней панели устройства. К этим клемам подключены входы блока измерения напряжения. Для измерения тока соответствующие входы блока измерения подключены к токовым шунтам R16 в соответствии с указанной на схеме полярностью.

Для настройки устройства стабилизации напряжения и тока необходимо установить напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках согласно схеме с неустановленными или отключенными микросхемами операционных усилителей ОР1 и установить границу включения индикатора защиты по току limit_I.

Напряжения питания +/-17,5 вольт в контрольных точках устанавливаются потенциометрами R23 и R24 при помощи цифрового вольтметра.

Граница включения индикатора защиты по току limit_I устанавливается потенциометром R20 в положении, когда регулятор тока R11 находится на минимуме – в крайнем левом положении. Индикатор защиты должен светиться ровно и без мерцаний.

Измерительные резисторы R16, составные транзисторы VT1 от двух каналов, датчик температуры IC2 от блока управления и индикации, вентилятор охлаждения размещают на основном радиаторе (площадью 2100 см²) в задней части корпуса источника питания. Микросхемы стабилизаторов напряжения двух каналов DA3 и DA4 также необходимо устанавить на радиатор. Это может быть как основной, так и установленный в устройстве стабилизации напряжения и тока радиатор. Установленные на корпус основного радиатора элементы необходимо изолировать, а радиатор заземлить. Общий провод питания 5В также необходимо заземлить. Трансформаторы питания каналов маломощные 220В/2*22В-2,5Вт.

Для удобства на плате устройства стабилизации напряжения и тока установлена линейка параллельно включеных разъёмов для питания 220 вольт всех блоков источника (схема 6).

При использовании указанных на схеме элементов и соблюдении номиналов подстроечных элементов дополнительной настройки устройства стабилизации напряжения и тока не требуется.

В случае наблюдения осциллографом возбуждений на выходе элемента ОР1.2 операционного усилителя, необходимо увеличить ёмкость конденсатора С6.

Устройство охлаждения

Устройство охлаждения состоит из радиатора и вентилятора охлаждения, установленного на основной радиатор. Для питания вентилятора охлаждения и подсветки светодиодов ЖКИ (если индикатор с подсветкой) используется готовый миниатюрный источник питания для зарядки мобильного телефона, расчитанный на ток 500 мА и напряжение 12 вольт. Его выходное напряжение поступает на вход контактной группы реле COLLER в блоке управления и индикации и ко входу подсветки ЖКИ вышеописанным способом. Выход контактной группы реле COLLER подключается непосредственно к вентилятору охлаждения.

Работа с устройством

Устройство предназначено для отображения на индикаторе информации в 2-х режимах:
режим 0 – отображается время, календарь и температура на пониженной яркости;
режим 1 – отображаются напряжения, токи и мощности 2-х каналов на полной яркости.

Выбор режима производится соответствующим логическим уровнем напряжения на входе MODE ( вывод 19 ATmega ) .

При переходе из режима 0 в режим 1, удерживая кнопку MODE, напряжение с ЛИП не поступит в нагрузку до отпускания этой кнопки. Это сделано для контролирования момента подачи напряжения.

При превышении температуры датчика значения +45,0°С, независимо от режима индикации, включится вентилятор, а при снижении её до +35,5°С, вентилятор выключится.

При превышении температуры датчика значения +85,0°С в режиме 1 на индикаторе вместо значений мощностей отобразится надпись “ ALARM !” .

При нарушении нормальной работы термодатчика, независимо от режима индикации, в нижней строке индикатора отобразится надпись “ TempERR”.

Редактирование времени и календаря

Установка новых значений времени и календаря возможна только в режиме 0. Кнопкой Sel ( вывод 17 ATmega ) производится выбор параметра для его изменения в следующем порядке : часы, минуты, день, месяц, день недели, год, секунды. Выбранный параметр мигает на индикаторе. Он устанавливается в нужное значение кнопками “+” и “-“ ( выводы 18 и 19 ATmega ) кроме секунд, кнопкой Sel секунды обнуляются, т.е. текущая минута начинается сначала.

Устройство выходит из режима редактирования :
— через 3 секунды после последнего нажатия на любую кнопку;
— после редактирования секунд;
— после редактирования точности хода часов .

После удержания кнопки “+” или “-“ нажатой более 3-х секунд увеличится скорость изменения значения выбранного параметра.

Редактирование точности хода часов

При необходимости подстроить точность хода часов нужно в режиме 0 подержать кнопку Sel нажатой не менее 3-х секунд. На индикаторе появится параметр, управляющий точностью. При изменении этого числа на единицу кнопками “+” и “-“ точность хода изменится в ту же сторону примерно на 1 секунду за 3 месяца. После установки нового значения параметра для его записи в EEPROM и выхода из редактирования нужно нажать кнопку Sel. Параметр точности может быть в пределах от 0 до 2000000.

Устройство источника питания не является критичным в плане ЭМС, не требует дополнительных мер и может быть собрано на тестовых платах с использованием SMD -компонентов. Важно, чтобы все экраны импульсных источников питания были соединены с заземлением, а высоковольтные первичные цепи были надёжно изолированы и закрыты.

По можно скачать архив в котором представлены схемы в формате spl7, прошивки hex-файлов для VFD для LCD и дополнительная документация.

Гурович Павел, Беэр-Шева, Израиль, 2011

Статья была опубликована в журнале «Электрик» март/2012.

Перепечатка, публикование данной статьи в любых других источниках без согласия автора запрещена.

Необычный блок питания на микроконтроллере


Этот блок питания уже рассматривался на местном форуме, однако полного описания конструкции там не было. Теперь я решил подробно рассказать, как его настраивать и пользоваться им. От большинства блоков питания, описываемых в интернете, он отличается методом понижения напряжения и компактной формой корпуса.
На самом деле, это не полноценный блок питания, а понижающий преобразователь напряжения. В качестве DC-DC используется преобразователь на микросхеме LM2576, управляемый микроконтроллером. В блоках питания с микроконтроллерным управлением, конструкции которых обычно описываются в интернете, понижение напряжения обычно производится линейным методом — вся лишняя мощность в таких блоках питания рассеивается радиатором мощного транзистора.
Использование преобразователя DC-DC позволяет отказаться от использования большого радиатора. В случае, если нагрузка не требует высокого напряжения, то для обеспечения большого тока можно использовать слаботочный первичный блок питания, но способный выдавать более высокое напряжение (обычно я использую первичный блок питания 24 В, 0.8 А).
Так как большой радиатор в этом блоке питания не нужен, то корпус удалось сделать максимально компактным. Для того, чтобы блок питания занимал меньше места в шкафу, передняя панель сделана откидной.
Недостаток же DC-DC — относительно высокий уровень шумов по питанию (это важно при работе со слабыми сигналами).
Зачем нужно микроконтроллерное управление напряжением? Напряжение на выходе такого блока питания можно точно устанавливать энкодером, при этом регулировку напряжения можно временно заблокировать (чтобы случайно не сбить напряжение, и не сжечь устройство, зацепив ручку энкодера). Дискретность установки напряжения можно менять. Можно управлять напряжением, в зависимости от тока (для заряда аккумуляторов).
Характеристики получившегося блока питания:
Напряжение питания: 7-35 В.
Выходное напряжение: 1.3 — 30 В
Максимальный ток: 3 А
Дискретность установки напряжения: 0.1 В
Дискретность отображения тока: 0.01А (в блоке питания нет стабилизации тока)
Защита от КЗ.
Блок питания разбит на две части (силовую и цифровую), которые сделаны на отдельных платах.
Схема блока питания (силовая часть):

Обвязка LM2576 или LM2596 стандартная — из даташита. Дроссель L1 в данном блоке питания взят из блока питания принтера (там был DC-DC), маркировки на нем не было. Вообще, микросхема LM2576 нетребовательна к дросселю. Параметры дросселей для конкретных токов и напряжений даны в даташите.
Резистор R9 используется для быстрого разряда конденсатора при отключении напряжения.
Для управления напряжением с микроконтроллера используются ОУ U1. U1B повышает напряжение (3 В > 30В), U1A замыкает обратную связь DC-DC, и позволяет регулировать напряжение на выходе.
На ОУ U3 собран узел измерения тока. Стабилитрон D2 защищает микроконтроллер от скачков напряжения, вызываемых скачками тока (например, при КЗ во время разряда конденсатора).
Схема цифровой части:

Тут все довольно стандартно. Питание цифровой части (5В) обеспечивается от отдельного DC-DC — так как входное напряжение может быть большим, то обычные линейные стабилизаторы могут греться, а места под радиатор в корпусе нет. Внимание — линии VCC у цифровой и силовой части разные.
Напряжение для управления DC-DC формируется при помощи ШИМ, и фильтруется ФНЧ на R12,R13,C2,C3.
Транзистор Q1 и его обвязка служат для формирования напряжения 12 В для подсветки индикатора (повышающий преобразователь).
Резистор R9 задает ток срабатывания защиты от КЗ (используется компаратор контроллера).
Кнопки, индикатор, энкодер устанавливаются в передней панели. Для защиты от дребезга выводы энкодера соединяются через конденсаторы 0,01 мкФ с землей.
Фото готового блока питания (на форуме есть другие фотогорафии):

Прошивка для контроллера: прошивка.
Пример установки фьюзов для AVR Studo:

Разводка печатных плат (для Sprint-Layout): .
Описание работы с блоком питания.
При включении блока питания, на индикаторе несколько секунд отображается величина входного напряжения и номер прошивки. После этого блок переходит в режим отображения главного меню — здесь при помощи энкодера нужно выбрать один из 6 режимов. Выбор режима производится кнопкой «Выбор» S3, возвращение в главное меню из любого выбранного режима — кнопкой «Меню» S4. При переходе в главный режим питание нагрузки отключается.
Наиболее часто используемый режим — «Точный», предлагается первым. В этом режиме дискретность установки напряжения — 0.1 В.
На самой верхней строчке отображается желаемое напряжение, которое и устанавливается энкодером. В центре экрана — потребляемый нагрузкой ток. Внизу — напряжение на выходе блока питания, измеренное АЦП (требуемое и желаемое напряжения могут немного различаться при большом токе или высоких напряжениях).
Красная кнопка слева S1 управляет подачей напряжения на нагрузку. Короткое нажатие на нее либо включает нагрузку, либо перезагружает ее (DC-DC остается отключенным до тех пор, пока конденсатор на выходе блока питания не разрядится). Длительное нажатие на кнопку отключает нагрузку.
Нажатием кнопки «Выбор» можно включить или отключить блокировку энкодера, при блокировке около значения желаемого напряжения появляются скобки.
Нажатием кнопки «Грубо» S2 можно управлять дискретностью установки напряжения (шаг установки напряжения становится равным 0.5 В).
Режим работы «Грубый» полностью аналогичен предыдущему, но в нем шаг установки напряжения всегда равен 1 В.
Режим работы, обозначенный в меню «Аккум.», предназначен для зарядки свинцовых аккумуляторов. Нажимая кнопку «Выбор», при помощи энкодера последовательно вводят значения начального напряжения, конечного напряжения, и максимального тока. После этого начинается заряд аккумулятора. Блок питания постепенно поднимает напряжение на выходе от начального до конечного. Если ток превышает установленный, то подъем напряжения прекращается.
В режиме заряда на верхней строчке отображается напряжение на выходе блока питания (измеренное АЦП), в центре — ток, внизу — напряжение, которое ожидается на выходе блока питания.
Режим работы «Конст.» аналогичен режимам грубой и точной установок, но в нем при помощи энкодера выбираются стандартные значения напряжений — 3.3; 5; 7; 9; 12 В
Режим работы, обозначенный в меню «Стат.» — отображаются константы, записанные в EEPROM. Можно просматривать суммарное время работы блока питания, и коэффициенты коррекции, используемые для расчета значения тока.
Режим работы, обозначенный в меню «Калиб.» — определение коэффициентов коррекции при измерении тока. Так как у ОУ имеется напряжение смещения, то для большей точности измерения тока приходится измерять эти коэффициенты.
Для измерения коэффициентов к блоку питания через амперметр нужно подключить нагрузку, способную выдержать ток до 1 А. Я использовал достаточно мощную автомобильную лампочку.
После нажатия кнопки «Выбор» энкодером нужно установить на выходе блока такое напряжение, при котором ток через нагрузку будет наиболее близок к 0.1 А, затем еще раз нажав «Выбор», устанавливают ток равным 1 А. После третьего нажатия на кнопку контроллер рассчитывает значения коэффициентов и сохраняет их в EEPROM, после чего происходит переход в главное меню.
Защита от КЗ — срабатывает во всех режимах по прерыванию от встроенного в контроллер компаратора, при этом подача питания на нагрузку отключается, на экран выводится сообщение. Через 0.5 сек производится проверка — на нагрузку подается напряжение 1.3В, если ток при этом превысит 3А, то защита отключается, иначе процесс повторяется.
Настройка блока питания при сборке.
Так как конструкция у меня состоит из двух частей, то и собиралась она последовательно. Сначала собирается силовая часть. После сборки резисторы R2, R10 устанавливаются в нижнее по схеме положение. Это обеспечит защиту контроллера от перенапряжения при последующем подключении. После установки перемычки J1 и подачи напряжения на вход силовой части, проверяют ее работоспособность — на выходе DC-DC должно быть напряжение не менее 1.3 В, которое должно изменятся при подаче внешнего напряжения на линию VOLT_CTRL. DC-DC должен обеспечивать нужный ток.
Затем собирается цифровая часть. Наладки она не требует (возможно, потребуется поменять выводы энкодера местами).
Сначала настраивается индикация входного напряжения (резистором R2). Для контроля правильности настройки придется включать и отключать первичный блок питания. Последующая настройка идет в точном режиме.
Далее настраивается коэффициент усиления ОУ, отвечающего за установку напряжения. Энкодером нужно установить нужное напряжение, например 10 В, подключить к выходу блока питания мультиметр, и поворачивая резистор R1, добиться совпадения напряжений на экране (желаемого) и мультиметре. После этого, поворотом резистора R10 добиваются совпадения напряжений на экране (действительного) и мультиметре.
После этого к выходу блока питания подключают нагрузку и амперметр, энкодером устанавливают такое напряжение, при котором ток в нагрузке близок, например, к 1 А, и поворотом резистора R12 устанавливают такое же значение тока на экране. После этого нужно произвести определение коэффициентов тока, как описано выше.
Резистор R9 на цифровом блоке используется для установки тока срабатывания защиты от КЗ. После подключения к блоку питания нагрузки, способной выдержать ток 3 А, и установки нужного напряжения, подстраивают резистор, добиваясь срабатывания защиты.
В случае одиночной платы при настройке прибора важно контролировать положения резисторов R2, R10, чтобы напряжения на их выходах не превышали 5 В.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *