Главная › Новости

Импульсные блоки питания

Опубликовано: 03.09.2018

Импульсный блок питания для чайников - часть 1

     Изготовим простой, но достаточно надежный преобразователь – инвертор своими руками. Автогенератор выполнен навесным монтажем.  Кто желает, может изготовить плату печатного монтажа.

Урок №38. Импульсный блок питания.

     Рабочая схема такого инвертора или, говоря по другому, импульсного блока питания ИБП, изображена на рисунке. Эта схема является классической и с небольшими изменениями и дополнениями повсеместно используется.

     Своей целью в рекомендации к изготовлению этого преобразователя я считаю изготовление простого и доступного для каждого начинающего электрика – любителя, электронного прибора. При некотором практическом навыке это несложно, хотя и придется приложить немного усилий и «потратить нервов».

     Зададимся целью создать источник питания постоянного напряжения на 1 5 вольт и мощностью 20 ватт в нагрузке. Можно задаться любым выходным напряжением и мощностью.

     Схема состоит из нескольких узлов: выпрямителя, устройства запуска, генератора импульсов, выходного устройства.

     Выпрямитель. Представляет из себя преобразователь переменного напряжения 220 вольт 50 герц в постоянное напряжение 310 вольт. Резистор R1 служит для ограничения первоначального броска тока заряда конденсатора С1. Переменное напряжение выпрямляется диодами D1 – D4 и сглаживается электролитическим конденсатором С1.

     Устройство запуска представляет из себя генератор пилообразного напряжения и состоит из резистора R2 конденсатора С2 и стабилитрона D7. Импульсы от этого генератора подаются на базу ключевого транзистора Т2. Генератор запускающих импульсов работает только в момент пуска, а затем выключается.

     Генератор прямоугольных импульсов преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение высокой частоты 30 - 45 килогерц.

Трансформатор Тр1 служит для подачи импульсов управления на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.

Выходной трансформатор Тр2 преобразует высокое переменное напряжение в низкое выходное напряжение (согласно коэффициента трансформации ).

     Выходное устройство , это два выпрямительных диода и сглаживающие конденсаторы(С5 и С6).

    Сразу после включения питания 220 вольт, начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7) (точка 1).

    От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2 (точка 2). Происходит запуск автогенератора.

     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы (точка 3).

     С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9, Д10 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсаторами С5 и С6. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

     Предпочтение такой схемы двухполупериодного выпрямления ( с двумя диодами), перед схемой с помощью мостика, состоит в большем КПД выпрямительного устройства.

     Рабочее напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторах Т1 и Т2 не превышает напряжения питания 310 вольт. Откуда берутся эти 310 вольт?

     Действующее значение переменного напряжения в сети Uд = 220 вольт, а амплитудное значение напряжения равно: Uа = Uд х v 2 = 220 х 1,41 = 310 вольт.

Электролитический конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения этого напряжения Uа = 310 В.

    В рабочем состоянии, под нагрузкой, это напряжение падает до величины, примерно 290 – 295 вольт. Это напряжение также зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость С1, тем больше напряжение на нем, ближе к 310 вольтам.

    Напряжение на первичной обмотке ферритового трансформатора Тр2 составляет половину напряжения питания. Один конец первичной обмотки соединен со средней точкой делителя из конденсаторов С4 и С5, которая имеет потенциал равный 290/2 = 145 вольт, то есть половину Uпит. Второй конец обмотки (точка 3) - переключаемый узел эмиттер - коллектор силовых транзисторов Т1 и Т2.

На напряжение питания Uпит = 145 вольт мы и будем рассчитывать выходной ферритовый трансформатор Тр2.

     Генератор импульсов работает в режиме автогенерации. В этой схеме задействована цепь обратной связи ОС по напряжению (Тр2,w3 – R5 – Тр1,w3). Напряжение обратной связи с обмотки w3 выходного трансформатора Тр2 поступает на обмотку w3 трансформатора Тр1 через гасящий резистор R5. С обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 поступают разнополярные импульсы управления на базы транзисторов Т1 и Т2.

      Генератор импульсов самостоятельно, без устройства запускающего импульса, заработать не может.

Трансформатор Тр1 наматывается на ферритовом кольце К10х6х4 (наружный диаметр 10 мм, внутренний диаметр 6 мм, ширина кольца 4 мм) марки НМ2000.

     Количество витков в обмотках: w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков. Диаметр провода 0,3 – 0,4 мм в хорошей изоляции.

Обмотки w1 и w2 мотать одновременно двумя проводами. Обмотки w1, w2 и w3 равномерно мотать по всему сердечнику. Сначала намотать обмотку w3, а затем поверх обмотки w1 и w2 в ту же сторону, что и w3. 

     Желательно как то пометить начала и концы этих обмоток, чтобы не перепутать. Я обычно мотаю обмотки w1 и w2 проводом с разным цветом изоляции. Начала обмоток пометить маркером или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки подходящего диаметра. 

     Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к общему проводу; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или П - образной формы.

Пример построения трансформатора Тр2 на ферритовом кольце смотрите в статье: "Трансформатор для двухтактного ИБП, на ферритовом кольце." . 

Перечень деталей схемы:

     Наладка схемы двухтактного преобразователя – инвертора.

     Перед включением устройства в сеть необходимо проверить все соединения проводов и деталей, согласно электрической схемы.

     Еще раз проверить подключение обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 к базам транзисторовТ1, Т2. Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к общему проводу; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.

     На выход преобразователя нужно подключить маломощную лампочку на 15 - 24 вольта, 0,1 ампера, для контроля работы устройства питания.В последующем ее можно будет снять.

     Включаем питание 220 вольт на вход схемы. Если все соединения проведены правильно, лампочка должна загореться, устройство работает.

     Если же лампочка не загорелась, генератор не работает, необходимо поменять полярность подключения обратной связи на трансформаторе Тр2 (w3, точки 4, 5). Значение резистора  R5 примите 75 Ом.

     После этого все должно работать.

Постоянное напряжение на выходе инвертора  около 15 вольт, ток нагрузки до 1,5 ампера.