Схемы блоков питания своими руками. Блок питания с регулировкой напряжения и тока. О ремонте БП

Для радиолюбителей, да и вообще современного человека, незаменимой вещью в доме является блок питания (БП), ведь он имеет очень полезную функцию — регулирование напряжения и тока.

При этом мало кто знает, что сделать такой прибор при должном старании и знаниях радиоэлектроники вполне реально своими руками. Любому радиолюбителю, которому нравится возиться дома с электроникой, самодельные лабораторные блоки питания позволят заниматься своим хобби без ограничений. Как раз о том, как своими руками сделать регулируемый тип блок питания расскажет наша статья.

Что нужно знать

Блок питания с регулировкой тока и напряжения в современном доме – необходима вещь. Этот прибор, благодаря своему специальному устройству, может преобразовать напряжение и ток, имеющееся в сети до того уровня, который может потреблять конкретный электронный прибор. Вот примерная схема работы, по которой можно своими руками сделать подобный прибор.

Но готовые БП стоят достаточно дорого, для того чтобы покупать их под конкретные нужды. Поэтому сегодня очень часто преобразователи для напряжения и тока изготавливаются своими руками.

Обратите внимание! Самодельные лабораторные блоки питания могут иметь различные габариты, показатели мощности и прочие характеристики. Все зависит от того, какой именно преобразователь вам нужен и для каких целей.

Профессионалы могут легко сделать мощный блок питания, в то время как новичкам и любителям подойдет для начала простой тип прибора. При этом схема, в зависимости от сложности, может использоваться самая разная.

Что нужно учитывать

Регулируемый блок питания представляет собой универсальный преобразователь, который может использоваться для подключения любой бытовой или вычислительной аппаратуры. Без него ни один домашний прибор не сможет функционировать нормально.
Такой БП состоит из следующих составных частей:

• трансформатор;
• преобразователь;
• индикатор (вольтметр и амперметр).
• транзисторы и прочие детали, необходимые для создания качественной электрической сети.

Схема, приведенная выше, отражает все компоненты прибора.
Кроме этого, данный тип блока питания должен обладать защитой на сильный и слабый ток. В противном случае любая внештатная ситуация может привести к тому, что преобразователь и подключенный к нему электрический прибор просто перегорит. К этому результату также может привести неправильная спайка компонентов платы, неправильное подключение или монтаж.
Если вы новичок, то для того чтобы сделать регулируемый тип блока питания своими руками лучше выбирать простой вариант сборки. Одним из простых видов преобразователя является 0-15В БП. Он имеет защиту от превышения показателя тока в подключенной нагрузке. Схема для его сборки размещена ниже.

Простая схема сборки

Это, так сказать, универсальный тип сборки. Схема здесь доступна для понимания любому человеку, который хотя бы раз держал в руках паяльник. К преимуществам этой схемы можно отнести следующие моменты:

• она состоит из простых и доступных деталей, которые можно отыскать либо на радиорынке, либо в специализированных магазинах радиоэлектроники;
• простой тип сборки и дальнейшей настройки;
• здесь нижний предел для напряжения составляет 0,05 вольт;
• двухдиапазонная защита для показателя тока (на 0,05 и 1А);
• обширный диапазон для выходных напряжений;
• высокая стабильность в функционировании преобразователя.

Диодный мост

В этой ситуации с помощью трансформатора напряжение будет обеспечиваться в диапазоне на 3В больше, чем имеется максимальное требуемое напряжение для выхода. Из этого следует, что блок питания, способный регулировать напряжение в пределах до 20В, нуждается в трансформаторе минимум на 23 В.

Обратите внимание! Диодный мост следует выбирать, исходя из показателя максимального тока, который будет ограничиваться имеющейся защитой.

Конденсатор для фильтра 4700мкф позволит чувствительной к помехам по питанию техники не давать фон. Для этого потребуется компенсационный стабилизатор, имеющий коэффициент подавления для пульсаций более 1000.
Теперь, когда с основными аспектами сборки мы разобрались, необходимо обратить внимание на требования.

Требования к прибору

Чтобы создать простой, но одновременно качественный и мощный блок питания с возможностью регулировать напряжение и ток своими руками, необходимо знать, какие требования существуют к такому типу преобразователей.
Эти технические требования выглядят так:

• регулируемый стабилизированный выход на 3–24 В. При этом нагрузка по току должна составлять минимум 2 А;
• нерегулируемый выход на 12/24 В. При этом предполагается большая нагрузка по току.

Чтобы выполнить первое требование, следует использовать в работе интегральный стабилизатор. Во втором случае выход необходимо сделать уже после диодного моста, так сказать, в обход стабилизатора.

Приступаем к сборке

Трансформатор ТС-150–1

После того как вы определились с требованиями, которым должен отвечать ваш постой блок питания регулируемого типа, а также была выбрана подходящая схема, можно начинать саму сборку. Но прежде всего запасемся нужными нам деталями.
Для сборки вам понадобятся:

• мощный трансформатор. Например, ТС-150–1. Он способен выдавать напряжение в 12 и 24 В;
• конденсатор. Можно использовать модель на 10000 мкФ 50 В;
• микросхема для стабилизатора;
• обвязки;
• детали схемы (в нашем случае — схема, которая указана выше).

После этого по схеме собираем своими руками регулируемый блок питания в точном соответствии со всеми рекомендациями. Последовательность действий должна быть соблюдена.

Готовый БП

Для сборки БП используются следующие детали:

• германиевые транзисторы (в большинстве своем). Если вы захотите заменить их на более современные кремневые элементы, тогда нижний МП37 обязательно должен остаться германиевым. Здесь используются МП36, МП37, МП38 транзисторы;
• на транзисторе собирается токоограничительный узел. Он обеспечивает отслеживание падения на резисторе напряжения.
• стабилитрон Д814. Он определяет регулировку максимального выходного напряжения. На себя он забирает половину от выходного напряжения;

Обратите внимание! Поскольку стабилитрон Д814 отбирает ровно половину напряжения на выходе, то его следует выбирать для создания 0-25В выходного напряжения примерно на 13 В.

• нижний предел в собранном блоке питания имеет показатель напряжения всего 0,05 В. Такой показатель редкость для более сложных схем сборки преобразователя;
• стрелочные индикаторы отображают показатели тока и напряжения.

Детали для сборки

Для размещения всех деталей необходимо выбрать стальной корпус. Он сможет экранировать трансформатор и плату блока питания. В результате вы избежите ситуации появления различного рода помех для чувствительной аппаратуры.

Получившийся преобразователь можно спокойно использовать для питания любой бытовой аппаратуры, а также экспериментов и проверок, проводимых в домашней лаборатории. Также такой прибор можно применять для оценки работоспособности автомобильного генератора.

Заключение

Используя простые схемы для сборки регулируемого типа блока питания, вы сможете набить руку и в дальнейшем делать своими руками более сложные модели. Не стоит брать на себя непосильный труд, так как в конечном итоге вы можете не получить желаемый результат, а самодельный преобразователь будет работать неэффективно, что негативным образом может сказаться как на самом приборе, так и на функциональности электроаппаратуры, подключенной к нему.
Если же все сделать правильно, то на выходе вы получите отличный блок питания с регулировкой напряжения для своей домашней лаборатории или других бытовых ситуаций.

Выбираем уличный датчик движения для включения света

Простой и надежный блок питания своими руками при нынешнем уровне развития элементной базы радиоэлектронных компонентов можно сделать очень быстро и легко. При этом не потребуются знания электроники и электротехники на высоком уровне. Вскоре вы в этом убедитесь.

Изготовление своего первого источника питания довольно интересное и запоминающееся событие. Поэтому важным критерием здесь является простота схемы, чтобы после сборки она сразу заработала без каких-либо дополнительных настроек и подстроек.

Следует заметить, что практически каждое электронное, электрическое устройство или прибор нуждаются в питании. Отличие состоит лишь в основных параметрах – величина напряжения и тока, произведение которых дают мощность.

Изготовить блок питания своими руками – это очень хороший первый опыт для начинающих электронщиков, поскольку позволяет прочувствовать (не на себе) различные величины токов, протекающих в устройствах.

Современный рынок источников питания разделен на две категории: трансформаторные и безтрансформаторные. Первые достаточно просты в изготовлении для начинающих радиолюбителей. Второе неоспоримое преимущество – это сравнительно низкий уровень электромагнитных излучений, а соответственно и помех. Существенным недостатком по современным меркам является значительная масса и габариты, вызванные наличием трансформатором – самого тяжелого и громоздкого элемента в схеме.

Безтрансформаторные блоки питания лишены последнего недостатка ввиду отсутствия трансформатора. Вернее он там есть, но не в классическом представлении, а работает с напряжением высокой частоты, что позволяет снизить число витков и размеры магнитопровода. В результате снижаются вцелом габариты трансформатора. Высокая частота формируется полупроводниковыми ключами, в процессе из включения и выключения по заданному алгоритму. Вследствие этого возникают сильные электромагнитные помехи, поэтому такие источник подлежат обязательному экранированию.

Мы будем собирать трансформаторный блок питания, который никогда не утратит своей актуальности, поскольку и поныне используется в аудиотехнике высокого класса, благодаря минимальному уровню создаваемых помех, что очень важно для получения качественного звука.

Устройство и принцип работы блока питания

Стремление получить как можно компактнее готовое устройство примело к появлению различных микросхем, внутри которых находятся сотни, тысячи и миллионы отдельных электронных элементов. Поэтому практически любой электронный прибор содержит микросхему, стандартная величина питания которой 3,3 В или 5 В. Вспомогательные элементы могут питаться от 9 В до 12 В постоянного тока. Однако мы хорошо знаем, что розетке переменное напряжение 220 В частотою 50 Гц. Если его подать непосредственно на микросхему или какой-либо другой низковольтный элемент, то они мгновенно выйдут из строя.

Отсюда становится понятным, что главная задача сетевого блока питания (БП) состоит в снижении величины напряжения до приемлемого уровня, а также преобразование (выпрямление) его из переменного в постоянное. Кроме того, его уровень должен оставаться постоянным независимо от колебаний входного (в розетке). Иначе устройство будет работать нестабильно. Следовательно, еще одна важнейшая функция БП – это стабилизация уровня напряжения.

В целом структура блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и стабилизатора.

Помимо основных узлов еще используется ряд вспомогательных, например, индикаторные светодиоды, которые сигнализируют о наличие подведенного напряжения. А если в БП предусмотрена его регулировка, то естественно там будет вольтметр, а возможно еще и амперметр.

Трансформатор

В данной схеме трансформатор применяется для снижения напряжения в розетке 220 В до необходимого уровня, чаще всего 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. При этом еще осуществляется гальваническая развязка высоковольтных с низковольтными цепями. Поэтому при любых внештатных ситуациях напряжение на электронном устройстве не превысит значение величины вторичной обмотки. Также гальваническая развязка повышает безопасность обслуживающего персонала. В случае прикосновения к прибору, человек не попадет под высокий потенциал 220 В.

Конструкция трансформатора довольно проста. Он состоит из сердечника, выполняющего функцию магнитопровода, который изготовляется из тонких, хорошо проводящих магнитный поток, пластин, разделенных диэлектриком, в качестве которого служит нетокопроводящий лак.

На стержень сердечника намотаны минимум две обмотки. Одна первичная (еще ее называют сетевая) – на нее подается 220 В, а вторая – вторичная – с нее снимается пониженное напряжение.

Принцип работы трансформатора заключается в следующем. Если к сетевой обмотке приложить напряжение, то, поскольку она замкнута, в ней начнет протекать переменный ток. Вокруг этого тока возникает переменное магнитное поле, которое собирается в сердечнике и протекает по нему в виде магнитного потока. Поскольку на сердечнике расположена еще одна обмотка – вторичная, то поде действием переменного магнитного потока в ней навидится электродвижущая сила (ЭДС). При замыкании этой обмотки на нагрузку, через нее будет протекать переменный ток.

Радиолюбители в своей практике чаще всего применяют два вида трансформаторов, которые главным образом отличатся типом сердечника – броневой и тороидальный. Последний удобнее в применении тем, что на него достаточно просто можно домотать нужное количество витков, тем самым получить необходимое вторичное напряжение, которое прямопропорционально зависит от количества витков.

Основными для нас являются два параметра трансформатора – напряжение и ток вторичной обмотки. Величину тока примем равной 1 А, поскольку на такое же значение мы возьмем стабилитроны. О чем немного далее.

Продолжаем собирать блок питания своими руками. И следующим порядковым элементом в схеме установлен диодный мост, он же полупроводниковый или диодный выпрямитель. Предназначен он для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора в постоянное, а точнее говоря, в выпрямленное пульсирующее. Отсюда и происходит название «выпрямитель».

Существуют различные схемы выпрямления, однако наибольшее применение получила мостовая схема. Принцип работы ее заключается в следующем. В первый полупериод переменного напряжения ток протекает по пути через диод VD1, резистор R1 и светодиод VD5. Далее ток возвращается к обмотке через открытый VD2.

К диодам VD3 и VD4 в этот момент приложено обратное напряжение, поэтому они заперты и ток через них не протекает (на самом деле протекает только в момент коммутации, но этим можно пренебречь).

В следующий полупериод, когда ток во вторичной обмотке изменит свое направление, произойдет все наоборот: VD1 и VD2 закроются, а VD3 и VD4 откроются. При этом направление протекания тока через резистор R1 и светодиод VD5 останется прежним.

Диодный мост можно спаять из четырех диодов, соединенных согласно схемы, приведенной выше. А можно купить готовый. Они бывают горизонтального и вертикального исполнения в разных корпусах. Но в любом случае имеют четыре вывода. На два вывода подается переменное напряжение, они обозначаются знаком «~», оба одинаковой длины и самые короткие.

С двух других выводов снимается выпрямленное напряжение. Обозначаются они «+» и «-». Вывод «+» имеет наибольшую длину среди остальных. А на некоторых корпусах возле него делается скос.

Конденсаторный фильтр

После диодного моста напряжение имеет пульсирующий характер и еще непригодно для питания микросхем и тем более микроконтроллеров, которые очень чувствительны к различного рода перепадам напряжения. Поэтому его необходимо сгладить. Для этого можно применяется дроссель либо конденсатор. В рассматриваемой схеме достаточно использовать конденсатор. Однако он должен иметь большую емкость, поэтому следует применять электролитический конденсатор. Такие конденсаторы зачастую имеют полярность, поэтому ее необходимо соблюдать при подключении в схему.

Отрицательный вывод короче положительного и на корпусе возле первого наносится знак «-».

Стабилизатор напряжения LM 7805, LM 7809, LM 7812

Вы наверное замечали, что величина напряжения в розетке не равна 220 В, а изменяется в некоторых пределах. Особенно это ощутимо при подключении мощной нагрузки. Если не применять специальных мер, то оно и на выходе блока питания будет изменяться в пропорциональном диапазоне. Однако такие колебания крайне не желательны, а иногда и недопустимы для многих электронных элементов. Поэтому напряжение после конденсаторного фильтра подлежит обязательной стабилизации. В зависимости от параметров питаемого устройства применяются два варианта стабилизации. В первом случае используются стабилитрон, а во втором – интегральный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.

В радиолюбительской практике широкое применение получили стабилизаторы напряжения серии LM78xx и LM79xx. Две буквы указывают на производителя. Поэтому вместо LM могут быть и другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр. Первые две – 78 или 79 означают соответственно положительно или отрицательное напряжение. Две последние цифры, в данном случае вместо них два икса: хх, обозначают величину выходного U. Например, если на позиции двух иксов будет 12, то данный стабилизатор выдает 12 В; 08 – 8 В и т.д.

Для примера расшифруем следующие маркировки:

LM7805 → 5 В, положительное напряжение

LM7912 → 12 В, отрицательное U

Интегральные стабилизаторы имеют три вывода: вход, общий и выход; рассчитаны на ток 1А.

Если выходное U значительно превышает входное и при этом потребляется предельный ток 1 А, то стабилизатор сильно нагревается, поэтому его следует устанавливать на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую возможность.

Если ток нагрузки гораздо ниже предельного, то можно и не устанавливать радиатор.

Схема блока питания в классическом исполнении включает: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний выполняет роль индикатора и подключается через токоограничивающий резистор.

Поскольку в данной схеме лимитирующим по тока элементов является стабилизатор LM7805 (допустимое значение 1 А), то все остальные компоненты должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А. Поэтому и вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток от одного ампера. Напряжение ее должно быть не ниже стабилизированного значения. А по хорошему его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 – 3 В выше, чем стабилизированное, т.е. на вход стабилизатора следует подавать на пару вольт больше его выходного значения. Иначе он будет работать некорректно. Например, для LM7805 входное U = 7 – 8 В; для LM7805 → 15 В. Однако следует учитывать, что при слишком завышенном значении U, микросхема будет сильно нагреваться, поскольку «лишнее» напряжение гасится на ее внутреннем сопротивлении.

Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007, или взять готовый на ток не менее 1 А.

Сглаживающий конденсатор C1 должен иметь большую емкость 100 – 1000 мкФ и U = 16 В.

Конденсаторы C2 и C3 предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, которые возникают при работе LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и носят рекомендательный характер от производителей стабилизаторов подобных типов. Без таких конденсаторов схема также нормально работает, но поскольку они практически ничего не стоят, то лучше их поставить.

Блок питания своими руками на 78 L 05, 78 L 12, 79 L 05, 79 L 08

Часто необходимо питать только одну или пару микросхем или маломощных транзисторов. В таком случае применять мощный блок питания не рационально. Поэтому лучшим вариантом будет применение стабилизаторов серии 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 и т.п. Они рассчитаны на максимальный ток 100 мА = 0,1 А, но при этом очень компактные и по размерам не больше обычного транзистора, а также не требует установки на радиатор.

Маркировка и схема подключения аналогичны, рассмотренной выше серии LM, только отличается расположением выводов.

Для примера изображена схема подключения стабилизатора 78L05. Она же подходит и для LM7805.

Схема включения стабилизаторов отрицательно напряжения приведена ниже. На вход подается -8 В, а на выходе получается -5 В.

Как видно, сделать блок питания своими руками очень просто. Любое напряжение можно получить путем установки соответствующего стабилизатора. Следует также помнить о параметрах трансформатора. Далее мы рассмотри, как сделать блок питания с регулировкой напряжения.

На разработку этого блока питания потребовался один день, за этот же день он был реализован, и весь процесс был снят на видео камеру. Несколько слов о схеме. Это стабилизированный блок питания с регулировкой выходного напряжения и ограничением тока. Схематические особенности позволяют скинуть минимальную грань выходного напряжения до 0,6 Вольт, а минимальных выходной ток в районе 10мА.

Не смотря на простату конструкции, данному блоку питания уступают даже хорошие лабораторные блоки питания со стоимостью 5-6 тысяч рублей!. Максимальный выходной ток схемы 14Ампер, максимальное выходное напряжение до 40 Вольт - больше не стоит.

Довольно плавное ограничение тока и регулировка напряжения. Блок имеет также фиксированную защиту от коротких замыканий, к стати - ток защиту тоже можно выставить (этой функции лишены почти все промышленные образцы) к примеру, если вам нужно, чтобы защита срабатывала при токах до 1 Ампер - то всего лишь нужно настроить такой ток помощью регулятора настройки тока срабатывания. Максимальный ток - 14Ампер, но и это не предел.

В качестве датчика тока задействовал несколько резисторов 5 ватт 0,39Ом подключенных параллельно, но их номинал можно менять, исходя от нужного тока защиты, к примеру - если планируете блок питания с максимальным током не более 1 Ампер, то номинал этого резистора в районе 1Ом при мощности 3Ватт.

При коротких замыканиях падение напряжения на датчике тока достаточно для срабатывания транзистора BD140, При его открывании срабатывает также нижний транзистор - BD139, через открытый переход которого поступает питание на обмотку реле, в следствии чего, реле срабатывает и размыкается рабочий контакт (на выходе схемы). Схема в таком состоянии может находится сколько угодно времени. Вместе с защитой срабатывает также индикатор защиты. Для того, чтобы снять блок с защиты нужно нажать и опустить кнопку S2 по схеме.

Реле защиты с катушкой 24 Вольт с допустимым током 16-20 и более Ампер.

Силовые ключи в моем случае любимые КТ8101 установленные на теплоотвод (дополнительно изолировать транзисторы не нужно, поскольку коллекторы ключей общие). Заменить транзисторы можно на 2SC5200 - полный импортный аналог или на КТ819 с индексом ГМ (железные), при желании также можно задействовать - КТ803, КТ808, КТ805 (в железных корпусах), но максимальный ток отдачи будет не более 8-10 Ампер. Если блок нужен с током не более 5 Ампер, то можно убрать один из силовых транзисторов.

Маломощные транзисторы типа BD139 можно заменить на полный аналог - KT815Г,(можно также - KT817, 805), BD140 - на КТ816Г (можно также КТ814).
Маломощные транзисторы устанавливать на теплоотводы не нужно.

По сути - представлена только схема управления(регулировки) и защиты (рабочий узел). В качестве блока питания я задействовал доработанные компьютерные блоки питания (последовательно соединенные), но можно любой сетевой трансформатор с мощностью 300-400 ватт, во вторичной обмоткой 30-40 Вольт, ток обмотки 10-15 Ампер - это в идеале, но можно трансформаторы и меньшей мощности.

Диодный мост - любой, с током не менее 15 Ампер, напряжение не важно. Можно использовать готовые мосты, стоят они не более 100 руб.

За 2 месяца было собрано и продано свыше 10 таких блоков питания - никаких жалоб. Для себя собрал точно такой БП, и как только я его не мучил - неубиваемый, мощный и очень удобный для любых дел.

Если есть желающие стать владельцем такого БП, то могу сделать под заказ, свяжитесь со мной по адресу Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , остальное расскажут видео уроки по сборке.

Литий-Ионные (Li-Io), напряжение заряда одной банки: 4.2 - 4.25В. Далее по числу ячеек: 4.2, 8.4, 12.6, 16.8.... Ток заряда: для обычных акумов равен 0.5 от ёмкости в амперах или меньше. Высокотоковые можно смело заряжать током, равным ёмкости в амперах (высокотоковый 2800 mAh, заряжаем 2.8 А или меньше).
Литий-полимерные (Li-Po), напряжение заряда одной банки: 4.2В. Далее по числу ячеек: 4.2, 8.4, 12.6, 16.8.... Ток заряда: для обычных акумов равен ёмкости в амперах (акум 3300 mAh, заряжаем 3.3 А или меньше).
Никель-металл-гидридные (NiMH), напряжение заряда одной банки: 1.4 - 1.5В. Далее по числу ячеек: 2.8, 4.2, 5.6, 7, 8.4, 9.8, 11.2, 12.6... Ток заряда: 0.1-0.3 ёмкости в амперах (акум 2700 mAh, заряжаем 0.27 А или меньше). Зарядка не более 15-16 часов.
Свинцово-кислотные (Lead Acid), напряжение заряда одной банки: 2.3В. Далее по числу ячеек: 4.6, 6.9, 9.2, 11.5, 13.8 (автомобильный). Ток заряда: 0.1-0.3 ёмкости в амперах (акум 80 Ah, заряжаем 16А или меньше).

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

• Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
• Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
• На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
• Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

• Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
• На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

• частотно-импульсным;
• фазо-импульсным;
• широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U П (опорное напряжение) и U РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

• Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
• Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
• Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
• Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
• Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
• Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
• Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
• Транзистор VT1 – KT872A.
• Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
• Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
• Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.