Схема блока питания двухполярного: Двухполярный лабораторный блок питания своими руками

Содержание

Двухполярный лабораторный блок питания с защитой на МК — Блоки питания — Источники питания

 

Необходимость в двухполярном лабораторном источнике питания с возможностью регулировки выходного напряжения и порога срабатывания защиты по току потребления нагрузкой возникла давно.
Еще давно собирал схему Сухова (из журнала «Радио», наверное 80-х годов). Работала нормально….. Но сейчас уже не устраивает по некоторым критериям…..

Так что пришло время замены старого девайса. После поиска по интернету остановился на двух вариантах.
Первый на ардуино. Собрал на макетной плате. Работает, напряжение регулирует, ток ограничивает. Но… На нагрузке проскакивают какие-то импульсы (при токе от 0,5А), что ни есть очень хорошо. Ссылка на статью, кому интересно: https://rcl-radio.ru/?p=57730.
Вторая схема понравилась больше. Вот оригинал.

Выходное напряжение подходит, а выходной ток до 3А. Собрал, характеристики устраивают.

Приступаем к сборке.

Характеристики БП, который будем собирать, следующие – выходное напряжение 0-25 вольт, (двухполярное), ток до 1А, индикация на LCD индикаторе, защита от перегрузки (ограничение точно нужно, а триггерная на любителя), защита от перегрева, отключение нагрузки от БП.

Размеры корпуса зависят от габаритов транса. Вспомнил, что когда-то приносили на разборку муз.центр, там был подходящий транс. Долго лежал в загашнике, вот и пригодился. Замерил напряжения на выходе – почти все подходит, две обмотки по 22V (провод сечения около 0,7), одна 12V, провод такой же. Высота самого транса 35мм.

Теперь можно определиться и с размерами корпуса. По предварительным прикидкам размеры корпуса будущего блока питания 40х250х200мм. Радиатор силовых транзисторов на задней панели, охлаждение естественное.

Разработал платы БП, размеры 80х40. Собрал, проверил работоспособность. Ограничение тока установил на уровне 1А (реально 1,15-1,2А), для моих требований вполне достаточно.

Это блок питания с «плавной» регулировками выходного напряжения, регулировкой ограничения по току и индикацией режима работы. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

Дальше определяемся с индикатором. Решил собирать схему на индикаторе Wh2602 и на МК мега-8 с индикацией тока и напряжения в обеих каналах из ранее публиковавшейся на этом сайте этой статьи.
Сделал для него только другие платы. Сам вольтметр; Схема

Печатная плата вольтметра;

Внешний вид платы вольтметра с установленными на ней деталями;

 

Собираем схему, вместо MC602 ставим LM358 (при проверке и настройке АВ-метра выяснилось, что нулевые показания амперметра при отсутствии нагрузки не выставляются, при установке LM358 дефект устранился).

Блок питания на 5 вольт для вольтметра сделал на отдельной плате. Собрана она на интегральном стабилизаторе 7805, который установлен на небольшую пластину из алюминия, толщиной 2-3 мм.

Плата, размеры видны на картинке. Все это можно уже ставить в корпус.

Для регулировки выходного напряжения использовал переменные многооборотные резисторы (заказывал на али). Для регулировки ограничения тока использовал сдвоенный резистор на 500 Ом (линейный).

Блок питания для схемы термозащиты, собран на интегральном стабилизаторе 7812. Схема включения типовая, рекомендуемая заводом изготовителем. 7812 устанавливается на общий радиатор.
Блок термозащиты и включения нагрузки. Схема.

На микроконтроллере PIC12F629, собрана схема контроля температурного режима радиаторов мощных транзисторов блока питания. Также осуществляется контроль за исправностью вентилятора и термозащита.

Внимание, в схеме применен датчик DS18S20, а не более популярный DS18B20. Эти датчики не взаимозаменяемые и не совместимы. Но в схеме так же можно использовать датчик DS18B20, в архиве лежат две прошивки, как под DS18S20, так и под DS18B20. Схемы включения их абсолютно одинаковые.

При включении питания – кратковременно включается вентилятор и проверяется его исправность (по сигналу датчика тахогенератора), если вентилятор исправен и температура в норме – включается реле, подавая питание на контролируемое устройство. По мере прогрева радиатора выходных транзисторов БП (при подключении к БП нагрузки) до температуры около 50оС) – включается вентилятор, а если температура упала ниже 45оС – кулер выключается. Т.е. имеется гистерезис в 5

оС. Когда температура достигнет 75оС – срабатывает термозащита, нагрузка отключается, а если будет зафиксирована неисправность вентилятора – то термозащита срабатывает уже при 60оС.
Транзистор Q1 управляет питанием реле. При срабатывании устройства на МК, питание с реле снимается. После остывания радиаторов подается снова.

Работа триггера на К1533ТМ2.
При подачи питания на МС триггер устанавливается в состояние «1» по входу S (цепочка R8 и С8 формирует уровни установки). На выходе Q1 устанавливается лог. «0» (0,2-0,5В). Транзистор Q3 закрыт, реле обесточено, нагрузка БП отключена (т.е. при включении БП на выходных клеммах напряжения нет).
При нажатии кнопки «POWER» конденсатор С9 заряжается через R7 и формирует импульс на входе С триггера. Триггер переключается в состояние «0». на выходе Q1 появляется лог. «1» (+4,5-4,8В). Транзистор Q3 открывается и включает реле, нагрузка БП подключается (при срабатывании термозащиты транзистор Q1 закрывается, тем самым отключает от «земли» эмиттер Q3, реле обесточивается, нагрузка отключается).

При повторном нажатии на кнопку»POWER» триггер переключается в исходное состояние, нагрузка отключается. Индикация на светодиоде. Одной из функций блока на 1533ТМ2 – реализация «триггерной» защиты при перегрузке (отключение обоих каналов БП, что не выполняется при ограничении тока).
Кнопка SB1 (с фиксацией) отключает «триггерную» защиту. Можно вместо неё поставить малогабаритный тумблер. SRD-05VDC-SL – используемое реле (ток до 5А, напряжение работы 5В).

Плата.

Датчик должен быть установлен именно на радиаторе, желательно применение термоконтактной пасты. Вентилятор пригоден только 3-х проводной, который с таходатчиком (большинство компьютерных кулеров).

Настройка блоков:

– платы стабилизаторов, настройка заключается в установки питания LM324 +6V (если использовать 7806 то настройка заключается в проверке напряжения), при условии, что все элементы исправны.

– плата АВ-метра, если МК прошита правильно, все элементы исправны, то настройка заключается в калибровке показаний на Wh2602.

– плата блока питания на +12V и +5V. Только проверка выходных напряжений.

– плата блок термозащиты и включения нагрузки. Если МК прошита правильно, то схема работает при условии, что все элементы исправны, настройки не требуется. Схема на К1533ТМ2 тоже настройки не требует.

Да, при программировании МК необходимо не затереть калибровочную константу. Я пользуюсь программатором GTR-USB, он при программировании её не трогает, а EXTRA-PIC удаляет, ранее уже были эксцессы.

Скачать файлы блока питания.
   

Блок питания схемы. БП на 60Вт

Схема устройства питания показана на рисунке. Катушка фильтра L1 намотана в 2-а провода МГТФ 0,33мм на кольце К16х8х5мм 2000НМ1 и содержит 20 витков. Трансформатор Т1 выполнен как требует блок питания на таком же кольце, первичная обмотка содержит 180 витков провода ПЭЛШО 0,14мм, обмотки 2 и 3 содержат по 35 витков провода ПЭВ-2 0,25мм, намотка производится в 2-а провода. Т2 выполнен на кольце К32х16х7мм, обмотка 1 содержит 250 витков провода ПЭВ-2 0,25мм, а 2 и 3 по 45 витков провода ПЭВ-2 от 0,4 до 1 мм провода, в зависимости от того какую силу тока нужно получить на выходе. Кольца необходимо крепить к плате немагнитными болтами. Между слоями всех обмоток во всех трансформаторах необходимо проложить изоляцию из фторопластовой ленты. БП необходимо экранировать корпусом из латуни толщиной 1мм, а экран соединить со средней точкой между С2 и С3. Экран с общим корпусом устройства не соединять, а корпус устройства в целом необходимо заземлить.


Схема импульсного источника питания

Печатная плата блока питания на 60Вт выполнена из двухстороннего стеклотекстолита, причём следует отметить, что фольга со стороны деталей сохраняется и соединяется с экраном источника питания. Отверстия под детали раззенковываются сверлом диаметром примерно в 2 раза большим чем само отверстие.

При выходной мощности блока питания до 100 – 150 мА радиаторы для VT1 и VT2 не требуются. Для DA1 и DA2 радиаторы необходимы в любом случае. При большой выходной мощности так же необходимо устанавливать на радиаторы мосты D2 и D3.

Каскад выходных транзисторов источника питания защищён от сквозного открывания логикой работы цифровых микросхем, которые обеспечивают на первичной обмотке Т1 импульсы управления в противофазе с промежутком между ними равным по длительности самому импульсу. Выходные транзисторы соединяются с платой проводами минимальной длины при максимальном диаметре сечения.

Кроме того, следует отметить, что в нагрузке схемы блоки питания необходимы емкости не менее 220 мкф, а при большой силе тока на выходе и того больше.

При наличии правильно собранной схемы, блок питания в настройке не нуждается. При возможных неясностях необходимо запитать логику от отдельного источника питания напряжением 8-10 вольт, а сетевое напряжение подавать через ЛАТР, начиная с 0 вольт. При этом необходимо наблюдать форму сигнала на концах первичной обмотки трансформатора Т2. Сигнал должен повторять форму близкую к форме на первичной обмотке Т1, учётом на искажения за счёт первичной обмотки Т2. Если имеются отличия, то нужно проверять соответствующий транзистор.

Диодные мосты на выходе преобразователя необходимо подключать к обмоткам 2 и 3 Т2 в противофазе для выравнивания нагрузки на VT1 и VT2. Возможно несколько вариантов выполнения выходных выпрямителей и их согласования с обмотками. Для большей надежности работы, на входах стабилизаторов К142ЕН… необходимо устанавливать LC — фильтры, в крайнем случае (при небольших токах) возможно применение RC-цепочек для фильтрации ВЧ — составляющих выпрямленного напряжения.

Персональный сайт — Качественный блок питания (двухполярный)

 

Вниманию глубокоуважаемых посетителей сайта предлагается для воплощения собственными силами три схемы двуполярных блоков питания, которые можно использовать в качестве лабораторных. Схемы отличаются незаурядной простотой, особенно первая.

А любителям сложных схем можно предложить третью, собранную целиком на транзисторах. Особенность всех схем — регулировка выходного напряжения осуществляется одиночным резистором, что очень удобно — не нужно регулировать каждое плечо отдельно. Выходное напряжение первых двух схем можно установить в пределах 1,25..25 вольт, но лучше ограничиться пределом 20 вольт. Защита от короткого замыкания — встроенная в интегральные стабилизаторы (первая схема), во второй схеме — только положительное плечо; в третьей схеме- защита на транзисторах в режиме ограничения тока.

Номинал тока срабатывания зависит от номинала токового резистора, и при увеличении сопротивления резистора ток ограничения будет уменьшаться. То есть в последней схеме можно сделать регулируемую защиту, поставив несколько резисторов и переключатель.

При воплощении БП очень рекомендую ставить два выключателя питания — один сетевой, а второй — для отключения нагрузки. Вольтметр остаётся подключённым к выходу БП, и вы всегда видите, к какому напряжению подключаетесь.

Ну, и о наладке схем. Вроде всё просто и понятно, но… есть нюансы.
Балансировка выходных напряжений в первой схеме осуществляется подстроечником Р1. Очень желательно, что бы отношения делителей выходного напряжения в положительном и отрицательном плечах были как можно ближе, это облегчит процесс балансировки.
Балансировку проводим очень аккуратно, понемногу приближаюсь к результату. Если резко крутануть подстроечник, то из-за потери контакта нижнее плечо может уйти в защиту, а вследствие этого уйдёт в защиту и положительное плечо. Для защиты от переполюсовки и аварийного выключения установлены диоды Д1..Д4. Диоды — желательно быстродействующие, на ток не менее 1 ампера (лучше 2 ампера). Балансировку можно считать хорошей, если во всём диапазоне выходных напряжений разбаланс будет менее 0,3 вольта.
Вторая схема — для тех, у кого нет возможности найти интегральный стабилизатор отрицательного напряжения. Она капризнее в работе и наладке, чем первая. Основная заковырка — склонность к самовозбуждению отрицательного плеча. Меры борьбы с этим явлением — шунтирование конденсаторами, введение корректирующих цепей, пляски с бубном… Да ну эту схему!

Детали, используемые в блоках питания.
Радиатор охлаждения — общий, площадью 300 кв. см. Микросхемы прижимаются планками — этот вид крепления надёжнее, чем через винты с изолирующими втулками (втулки постепенно деформируются под влиянием температуры, и прижим ослабляется). Для изоляции лучше использовать слюду — если она есть. Прокладки из синтетики хуже проводят тепло и тоже постепенно деформируются.
Регулировочный резистор — многооборотный, для повышенной точности и плавности установки напряжения. При его отсутствии — ставим последовательно два обычных (лучше проволочных), один — номиналом 4. 7 кОм, второй — 200 Ом.
Требования к трансформатору питания понятны из характеристик самого БП: вторичная обмотка 2х25 вольт переменного тока 1 ампер. Если вторичная обмотка 2х18 вольт, выходное напряжение БП будет не более 20 вольт.

Dual/Bipolar LV-Reg

Эта недавно разработанная печатная плата размером 4,5 на 4,4 дюйма содержит два низковольтных биполярных регулируемых источника питания. Фактически, он содержит два регулируемых блока питания LV-Reg. Почему? Ну, иногда нужно два. Но что еще более важно, эта новая печатная плата может быть настроена как биполярный источник питания для использования с полупроводниковыми схемами. Странный факт о трехвыводных стабилизаторах напряжения на ИС заключается в том, что никто не делает отличный отрицательный стабилизатор напряжения или, другими словами, никто не делает отрицательный стабилизатор так же хорошо, как положительный стабилизатор LD1084.Таким образом, вместо обычного сопряжения отрицательного и положительного регулятора используются два положительных регулятора. Как это возможно? Как получить отрицательный регулятор из положительного? Вы не знаете; вы делаете два положительных стабилизатора и складываете выходы для создания биполярного источника питания с помощью перемычек J1 и J2.

Кроме того, Dual/Bipolar LV-Reg использует два предварительных фильтра RC, по одному на каждый регулятор. Последовательные резисторы R3 определяют RC-фильтр с конденсаторами C6 и C10. Резисторы имеют сопротивление 1 Ом, а конденсаторы — либо 10 мкФ/16 В, либо 470 мкФ/25 В, либо 4700 мкФ/35 В.Этот предварительный фильтр определяет фильтр нижних частот с частотой среза 16 Гц или 34 Гц, что значительно помогает устранить высокочастотные обертоны пульсаций без потери слишком большого напряжения на резисторах. Если ток нагрузки небольшой, то можно использовать резистор гораздо большего номинала, скажем, 10 Ом. Регуляторы Dual/Bipolar LV-Reg также содержат большие полипропиленовые конденсаторы Vishay емкостью 10 мкФ (C10) для обхода выходов. (Это черные ящики, которые вы видите на фото. ) Короче говоря, это блок питания аудио-класса.

Радиаторы имеют высоту 1,5 или 2,5 дюйма и обеспечивают достаточное охлаждение для двух регуляторов с малым падением напряжения LD1084 5A. Если выходное напряжение больше 20 В постоянного тока, то вместо него придется использовать LM317-HV, поскольку трехвыводные стабилизаторы LDO обеспечивают максимальное входное напряжение 30 В. Тем не менее возможен широкий диапазон выходных напряжений от +/-2,25 В до +/-24 В постоянного тока. Выпрямители сверхбыстрого типа MUR410G зашунтированы керамическим конденсатором.

Для этого биполярного регулятора АБСОЛЮТНО требуется силовой трансформатор с двумя вторичными обмотками, так как он использует два выпрямительных моста с четырьмя диодами.Другими словами, нельзя использовать вторичную обмотку с центральным отводом. К счастью, легко найти силовые трансформаторы низкого напряжения с двумя вторичными обмотками. Используйте силовой трансформатор с номинальным током как минимум в 1,8 раза превышающим ожидаемый пиковый ток нагрузки. Предохранитель может быть помещен последовательно с каждой вторичной или первичной обмоткой.

В комплект входят все детали, руководство пользователя, шесть шестигранных стоек и наборы винтов.

Биполярный блок питания высокой мощности

BOP Мощный биполярный блок питания Техническое описание

 

Биполярный источник питания высокой мощности с регенеративным приемником

В биполярном источнике питания высокой мощности Kepco, Inc мощностью 1 кВт используется технология импульсного режима с линейной постстабилизацией.В режиме приемника двунаправленная схема PFC рекуперирует энергию для повторного использования, а не рассеивает поглощение. Тепло практически не производится, а потери энергии исключаются. Устройство работает в 4 квадрантах как в режиме постоянного напряжения, так и в режиме постоянного тока. В режиме приемника мощные биполярные блоки питания Kepco возвращают энергию обратно в сеть через двунаправленную схему коррекции коэффициента мощности.

 

Низкий уровень шума и пульсаций для моделей GL

Модели серии BOP-GL оптимизированы для обеспечения исключительно низких пульсаций тока и шума, а также улучшенной стабильности (дрейф и температура), что делает их идеальными для управления индуктивными нагрузками, такими как большие магниты или двигатели.Эти биполярные источники питания плавно проходят через нуль без переключения, чтобы обеспечить истинное ± напряжение и ± ток.

 

Внутренний генератор сигналов — создание и выполнение произвольных сигналов и тестовых шаблонов

Внутренний генератор сигналов мощного биполярного источника питания позволяет пользователю комбинировать сегменты синусоидального сигнала, треугольного сигнала, пилообразного сигнала и прямоугольного импульса с коэффициентом заполнения 50 %, а также постоянного тока для создания множества произвольных сигналов. формы волны.Запрограммированные формы волны могут использоваться для управления напряжением или током как с положительными, так и с отрицательными значениями. Для целей тестирования можно воспроизвести синусоиду переменного тока с различной степенью искажения или пропусков.

 

 

 Характеристики продукта

  • Модели ±6, 10, 20, 25, 36, 50, 72 и 100 В
  • Источник и приемник, 4-квадрантный режим
  • Регенеративная раковина
  • Большой графический ЖК-дисплей
  • Клавиатурное управление с передней панели
  • Параллельное подключение до 5 устройств в конфигурации ведущий/ведомый
  • Подключение до 3 устройств последовательно
  • Быстрое аналоговое программирование
  • Прецизионная стабилизация: 0.001% источник, 0,002% нагрузка
  • Цифровое программирование
  • Встроенный генератор сигналов произвольной формы
  • 5 лет гарантии

 

Дополнительная информация

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию о высокомощном биполярном источнике питания Kepco.

Что такое биполярный (четырехквадрантный) блок питания?

Оперативные руководства

Резюме

Объяснение того, что такое четырехквадрантный источник питания постоянного тока и чем он отличается от более простых конструкций.

Описание

Что такое биполярный (четырехквадрантный) источник питания?

Что такое биполярный (четырехквадрантный) источник питания?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно начать с основного определения соглашений о полярности. На рис. 1 представлена ​​простая схема источника питания (двухполюсник) со стандартной полярностью напряжения и тока. Стандартный блок питания обычно является источником питания. Для подачи питания ток должен протекать от клеммы положительного напряжения.Большинство источников питания получают энергию таким образом, обеспечивая положительное выходное напряжение и положительный выходной ток. Это известно как однополярный источник питания, потому что он обеспечивает напряжение только с одной полярностью. По соглашению термин «полярность» обычно относится к полярности напряжения (а не к направлению тока).

Если ток течет на клемму положительного напряжения, источник питания потребляет ток и действует как электронная нагрузка — он поглощает и рассеивает мощность, а не генерирует ее.Большинство блоков питания этого не делают, хотя многие блоки питания Keysight могут потреблять некоторый ток, чтобы быстро снизить выходное напряжение, когда это необходимо — это известно как функция понижающего программирования — см. этот пост для получения дополнительной информации:

http://powersupply.blogs.keysight.com/2012/03/if-you-need-fast-rise-and-fall-times.html

 

Для полного определения выходного напряжения и силы тока источника питания используется декартова система координат. Декартова система координат просто показывает два параметра на перпендикулярных осях.См. рис. 2. По соглашению четыре квадранта системы координат определяются, как показано на рисунке. Римские цифры обычно используются для обозначения квадрантов. Для источников питания напряжение обычно отображается по вертикальной оси, а ток по горизонтальной оси. Эта система координат используется для определения допустимых рабочих точек для данного источника питания. График границы, окружающей эти действительные рабочие точки в системе координат, известен как выходная характеристика источника питания.

Как упоминалось ранее, некоторые блоки питания являются однополярными (выдают выходное напряжение только с одной полярностью), но могут подавать и потреблять ток.Эти источники питания могут работать в квадрантах 1 и 2, поэтому их можно назвать двухквадрантными. В квадранте 1 источник питания будет источником питания с током, вытекающим из клеммы с более положительным напряжением. В квадранте 2 источник питания будет потреблять мощность (втекающий ток), при этом ток будет течь на клемму с более положительным напряжением.

Некоторые источники питания могут обеспечивать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней проводки на клеммы. Эти источники обычно могут работать во всех четырех квадрантах и ​​поэтому называются четырехквадрантными источниками питания. Другое их название — биполярные, поскольку они могут создавать положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах. В квадрантах 1 и 3 биполярный источник питания является источником питания: ток течет от клеммы с более положительным напряжением. В квадрантах 2 и 4 биполярный источник питания потребляет мощность: ток течет в клемму с более положительным напряжением. См. рис. 3.

Keysight N6784A является примером биполярного источника питания.Он может подавать или потреблять ток, а выходное напряжение на его выходных клеммах может быть установлено положительным или отрицательным. Это блок источника/измерителя (SMU) мощностью 20 Вт с несколькими выходными диапазонами. См. рис. 4 для выходной характеристики N6784A.

Подводя итог, можно сказать, что биполярный или четырехквадрантный источник питания — это источник, который может обеспечивать положительное или отрицательное выходное напряжение и может подавать или потреблять ток. Он может работать в любом из четырех квадрантов вольтамперной системы координат.

DC-DC биполярный источник питания для педалей эффектов — устаревшая технология

Для некоторых цепей требуется биполярный источник питания. В портативном устройстве, таком как педаль эффектов, это иногда может быть проблематично, поскольку вполне вероятно, что мы хотим питать наши эффекты от стандартной сетевой розетки 9 В или 12 В или батарей, и нам действительно не нравится идея подключения к сети переменного тока. трансформатор плюс выпрямители и фильтрация в наши коробки.

Хороший способ обойти эту проблему — использовать повышающий преобразователь, также называемый преобразователем постоянного тока.Преобразователь постоянного тока в постоянный преобразует уровень напряжения в другой уровень напряжения, временно сохраняя энергию в конденсаторе или катушке индуктивности, а затем высвобождая энергию на выходе, тем самым умножая выходное напряжение.

Я использовал преобразователь LT3467 в конфигурации 9В на входе +-15В на выходе. Схема аналогична схеме, приведенной в техническом описании LT 3467, к которой вы можете обратиться, если вам потребуется вычислить другой уровень выходного напряжения. Который, кстати, устанавливается всего двумя резисторами (R1 и R2).

Я протестировал свою схему, и она хорошо работает до 80 мА выходного тока, что в сумме составляет 160 мА как для положительного, так и для отрицательного выходов. Небольшие размеры позволяют интегрировать его практически в любом месте, и он наверняка дешевле, чем трансформатор с выпрямителями и регулятором мощности. Благодаря высокой частоте переключения повышающего преобразователя (1,3 МГц для LT3467 , 2,1 МГц для LT3467A ) перекрестные помехи в звуковом диапазоне практически исключены и обеспечивают тихую работу.

Настройка выходного напряжения
Чтобы установить выходное напряжение, выберите значения R1 и R2 (см. схему) в соответствии со следующим уравнением.
R1=R2((Ввых/1,255 В)-1)

Принеси сюда схему, бом и герберы.

Схема:

Блок питания +-15 В с преобразователем постоянного тока

Плата:

Биполярный блок питания DC-DC PCB

Готовая плата:

Плата для биполярного источника питания

Заполненная плата:

DCDC Step-Up Converter с компонентами

Нравится:

Нравится Загрузка…

Введение в биполярные источники питания

По мере того, как вы начинаете заниматься более сложными и интересными компонентами синтезатора, вы можете столкнуться со схемами для цепей, которые требуют для работы как положительного, так и отрицательного входного питания. Например, в модулях синтезатора Eurorack используются плюсовые и минусовые источники питания 12 В. В результате многие энтузиасты-любители синтезаторов также будут использовать +\- 12 В, чтобы они могли взаимодействовать со своими модульными установками Eurorack. Это называется биполярным источником питания и необходимо для схем, включающих операционные усилители.

К сожалению, это может сбить с толку новичков в электронике или синтезаторе. Когда я впервые столкнулся с этим, мне потребовалось гораздо больше времени, чем я хотел бы признать, чтобы обдумать это. Как напряжение может быть отрицательным? Нужно ли специальное оборудование для питания этих цепей? Эта путаница была в первую очередь вызвана двумя неправильными представлениями, которых я придерживался в то время:

Напряжение — это измерение силы, а не количества:
Когда мы думаем о напряжении, мы склонны думать о нем как о количестве.Мы предполагаем, что напряжение батареи — это число вольт, содержащихся в этой батарее. Это подтверждается тем, как мы относимся к напряжению; «Эта батарея на 9 В». Однако это не правильно. Напряжение, на которое мы ссылаемся применительно к батареям, источникам питания и цепям, на самом деле представляет собой разность напряжений между положительным и отрицательным полюсами. Если вы знакомы с аналогией с водой для описания электричества, вы, возможно, слышали, что напряжение — это давление, которое проталкивает электричество по цепи. Если бы у вас была труба, на оба конца которой оказывалось одинаковое давление, вода не двигалась бы по ней. Однако если бы у вас была труба, в которой вы прикладывали большее давление к воде на одном конце трубы, вода начинала бы двигаться. Кроме того, сила, с которой вода движется по трубе, будет эквивалентна разнице давлений между двумя концами трубы. Точно так же с 9-вольтовой батареей напряжение на положительном полюсе на 9 В выше, чем напряжение на отрицательном полюсе, которое толкает электричество от положительного полюса через вашу цепь к отрицательному полюсу.

Рассмотрим тогда, если вы перевернули схему вверх дном. Это означало бы, что по цепи все еще движется та же самая сила 9 В. Однако теперь он движется по цепи в обратном направлении. Сила 9 В теперь будет вытягивать электричество из заземления и подталкивать его к силовой шине. Это то, что можно было бы назвать отрицательным напряжением.

Земля — ​​это точка отсчета:
Когда я начал работать с электроникой, у меня не было четкого представления о том, что такое земля. Я привык использовать отрицательный полюс батареи в качестве земли и начал предполагать, что это самый нижний полюс батареи или источника питания. Это понимание помогло мне с основными схемами, но стало проблемой, когда я начал работать с операционными усилителями и более сложными схемами. Правда в том, что земля не является внутренней точкой источника питания и имеет больше отношения к самой цепи, чем к вашему источнику питания (при этом некоторые источники питания включают в себя схемы для закрепления или экранирования их заземления, чтобы сделать его более стабильный).Земля в конечном итоге служит точкой отсчета, от которой измеряется напряжение цепи. С некоторыми базовыми компонентами вы можете настроить заземление в любом месте между максимальным напряжением вашего источника питания и 0 В.

Рассмотрим приведенную выше схему. Самый интуитивный способ приблизиться к этому — сказать, что земля — это точка C . В этом случае мы измерим разницу напряжений между B и C , чтобы определить, что напряжение в точке B составляет 9 В. Аналогичным образом, измерив разность напряжений между А и С , можно определить, что напряжение в точке А равно 18 В.

Однако, если вы подойдете к схеме по-другому, вы увидите совсем другие результаты. Допустим, мы назначаем точку B в качестве земли в цепи. В этом случае путем измерения напряжения А и В найти, что напряжение в точке А равно 9В. Затем мы измерим напряжение между C и B и обнаружим, что напряжение в точке C составляет отрицательное значение 9 В.Это означает, что напряжение в точке C на 9 В меньше, чем напряжение на земле (точка B ). Схема, показанная выше, представляет собой самый простой биполярный источник питания, который вы можете создать, и он идеально подходит для ознакомления с этими типами схем.

Чтобы облегчить себе жизнь, я припаял этот небольшой биполярный блок питания к кусочку перфокарты, который был у меня под рукой. Я добавил два больших конденсатора (электролитические 330 мкФ), чтобы обеспечить некоторую развязку для простых схем.Кроме того, я разместил выводы на положительной, заземленной и отрицательной дорожках, чтобы можно было легко подключить этот источник питания к моей макетной плате.

Если вы хотите освободиться от батареек, я настоятельно рекомендую изучить биполярный источник питания MFO Wall Wart как вариант для перехода на более постоянный источник напряжения (наряду с замечательной документацией, поставляемой со всеми проектами MFO). С другой стороны, если у вас есть традиционный настольный источник питания, существует множество доступных проектов, которые помогут вам создать биполярный источник с использованием монополярного выхода, который они обеспечивают.

Родственные

Часть 1 Разработка биполярных транзисторов для управления затвором в схемах инвертора для xEV

Всем привет! Меня зовут Танака, и я отвечаю за разработку новых биполярных транзисторов в ROHM.

Это первая колонка из пяти статей, в которой новые силовые транзисторы и силовые диоды объясняются из первых рук инженерами, занимающимися их соответствующей разработкой. Они задуманы как статьи с точки зрения инженера, в отличие от пресс-релизов о новых продуктах и ​​т.п.Надеюсь, вы найдете их интересными.

«Биполярные транзисторы»… повторение этого термина может вызвать кратковременные размышления; но, как вы знаете, это самые основные электронные компоненты. Биполярные транзисторы — это один из типов транзисторов, и обычно их часто называют просто «транзисторами».

Биполярные транзисторы представляют собой полупроводниковые элементы, в которых соединены полупроводники N-типа и P-типа. Они могут иметь структуру P-N-P или N-P-N. Они работают с использованием как дырок, так и электронов, то есть с использованием обеих полярностей, и поэтому называются «биполярными».Как правило, они имеют три вывода, называемые коллектором, базой и эмиттером, и используются для усиления тока и в качестве переключателей для включения и выключения цепей.

Попутно отмечу, что существуют униполярные транзисторы, в отличие от биполярных. В наши дни этот термин можно услышать нечасто, но это устройство эквивалентно полевому транзистору (FET). Что ж, оставим на этом фоновые знания и перейдем к основному предмету.

Биполярные транзисторы как относительно недорогие устройства, используемые в различных приложениях, были основным направлением транзисторной продукции; но требования по снижению энергопотребления в последние годы привели к акценту на более высокой эффективности, так что во многих случаях вместо них используются полевые МОП-транзисторы и IGBT. Однако есть также многочисленные случаи, в которых преобладает использование биполярных транзисторов. Недавно мы разработали новые биполярные транзисторы для использования в таких приложениях.

Недавно разработанными устройствами являются 2SAR642PHZG (тип PNP) и 2SCR642PHZG (тип NPN), которые гарантируют большой ток коллектора (импульс) ICP для управления затвором в схемах инвертора и т. п.

В последние годы электрификация транспортных средств ускоряется, чему способствуют экологические проблемы и проблемы с топливом. Спрос на гибридные автомобили и электромобили для замены обычных автомобилей с бензиновым двигателем растет, и устанавливается различное оборудование, которого не было в автомобилях с бензиновым двигателем.

В частности, в этих транспортных средствах установлены высоковольтные аккумуляторы, поэтому растет спрос на высоковольтные коммутационные устройства для использования в управлении батареями.ИС драйвера затвора необходимы для управления такими высоковольтными коммутационными устройствами, но условия работы устройства сильно различаются в зависимости от оборудования и намерений разработчиков.

Следовательно, чтобы повысить универсальность ИС драйвера затвора, все чаще используется буфер биполярного транзистора между ИС драйвера затвора и высоковольтным переключающим устройством.

В качестве примера ниже показана схема инвертора, сконфигурированная с использованием ИС драйвера затвора, переключающего устройства (MOSFET или IGBT) и биполярных транзисторов.

В этом примере схемы для управления переключающим элементом требуется драйвер затвора, который может адекватно управлять емкостью затвора переключающего элемента за короткий промежуток времени. Если управляющая способность ИС драйвера затвора недостаточна для управления используемым переключающим элементом, можно использовать биполярные транзисторы в качестве буфера для решения проблемы.

Токовая нагрузка переключающих элементов в схемах инверторов, которые все чаще востребованы для использования в xEV, имеет тенденцию к увеличению, и ведется поиск биполярных транзисторов с высокими токоведущими характеристиками для использования в буферах.По этим причинам наши недавно разработанные продукты 2SAR642PHZG и 2SCR642PHZG имеют спецификации, которые отражают эти потребности рынка, и гарантируют ток коллектора (импульс) ICP 10 А за 1 мс. Ниже представлены основные технические характеристики продукта.

Впредь мы продолжим разработку новых продуктов на основе биполярных транзисторов, адаптированных к многообещающим приложениям и рынкам. Пожалуйста, следите за дальнейшими объявлениями.

История технологий силовой электроники, породивших импульсный источник питания|Мир силовой электроники|TDK Techno Magazine

От вакуумных ламп к полупроводникам, от линейных к импульсным источникам питания

Полупроводники, такие как диоды и транзисторы, уже давно заменили электронные лампы, но различные технологии, унаследованные от той эпохи, все еще являются частью сегодняшней силовой электроники.Даже диод был назван в честь оригинальной биполярной электронной лампы.

Первой вакуумной лампой был биполярный термоэлектронный диод, который имеет общие корни с лампой накаливания. В 1884 году, проводя эксперименты по усовершенствованию изобретенной им лампочки, Томас Эдисон обнаружил, что размещение электрода внутри лампочки и приложение к нему положительного заряда вызывает протекание тока между электродом и нитью накала через вакуум. Это известно как эффект Эдисона. Эдисон был лично безразличен к этому явлению, потому что оно не помогло улучшить лампочку, но Джон Флеминг, в то время технический консультант Edison Electric Light Company, проявил живой интерес.Отметив, что ток между электродом и нитью течет только в одном направлении, Флеминг предположил, что его можно использовать в качестве детектора для извлечения сигналов из радиоволн. Его усилия увенчались изобретением биполярного термоэмиссионного диода в 1904 году. Название «диод» происходит от di-, что означает «два», и hodos, что означает «путь» на греческом языке.

Изначально биполярная трубка использовалась в качестве детектора, а позже стала использоваться и в выпрямительных цепях. На заре радиовещания приемники работали от батареек.Частая замена батарей была обременительна, поэтому были созданы схемы электропитания для преобразования коммерческой мощности переменного тока в постоянный. (Радиоприемники Crystal могли принимать сигналы без батарей, но не были достаточно мощными, чтобы управлять динамиками. ) Ниже показана принципиальная схема секции выпрямителя ламповых радиоприемников, в просторечии называемых типами «Намисан» и «Намиён», использовавшихся в Японии около время Второй мировой войны. Силовой трансформатор и большой электролитический конденсатор, используемые для сглаживания, составляли большую часть веса и объема.

К 1950-м годам полупроводники, такие как диоды и транзисторы, производились массово, а источники питания постепенно перешли от эпохи электронных ламп к эре полупроводников. Тем не менее, блоки питания медленно становились меньше и легче. Пока оставался в силе традиционный метод сначала преобразования переменного напряжения с последующим выпрямлением тока, большие, тяжелые силовые трансформаторы и громоздкие электролитические конденсаторы были неизбежны. Кроме того, в отличие от вакуумных ламп, транзисторы уязвимы для тепла, что требует больших радиаторов.Революционный прорыв в схемотехнике был необходим для уменьшения размеров и веса источников питания. Одновременно развивалось космическое развитие, и для использования в космосе требовались новые формы источников питания. Именно на этом фоне НАСА разработало импульсный источник питания для программы «Аполлон».

Импульсный блок питания — это сердце электронного устройства

Как часто упоминалось в предыдущей статье, импульсные источники питания управляют своим выходом с помощью высокоскоростного переключения полупроводников, таких как транзисторы.В отличие от линейного метода, при котором ток постоянно течет через полупроводники, метод переключения пропускает ток только тогда, когда транзисторы включены, что снижает расточительное энергопотребление и повышает эффективность.

Сам метод переключения был разработан в 1950-х годах. Первоначально входное напряжение переменного тока преобразовывалось с помощью трансформатора, а затем выпрямлялось диодами, а затем включалось и выключалось с помощью транзисторов — таким образом, это называлось линейным импульсным источником питания. Он был более эффективным, чем обычный линейный источник питания, но по-прежнему требовал тяжелого силового трансформатора, поэтому вес не уменьшился.Естественно, следующей технической задачей было уменьшение размеров трансформатора. Размер трансформатора определяется частотой переменного тока, проходящего через первичную обмотку. Чем выше частота, тем меньший трансформатор требуется. Воспользовавшись этим свойством, был разработан метод, при котором входной переменный ток напрямую выпрямляется с помощью диодов, затем переключается с высокой скоростью и подается на первичную обмотку трансформатора. Для этой цели пришлось разработать специальные переключающие транзисторы, способные выдерживать высокие напряжения.В результате размер и вес трансформатора были значительно уменьшены, и был достигнут превосходный КПД более 70%. Схемные и полупроводниковые технологии успешно отреагировали на потребность в более компактных, легких и более эффективных источниках питания.

Сегодня источники питания, которые обеспечивают требуемое напряжение постоянного тока от коммерческих источников питания переменного тока (называемых работающими от сети), обычно называются импульсными источниками питания или импульсными стабилизаторами. Импульсный источник питания подобен сердцу электронного устройства, и, очевидно, было бы удобно, если бы его можно было заменять в соответствии с требованиями к производительности и мощности устройства.Благодаря такому мышлению возникли серийные стандартизированные блоки питания. В Японии стандартизированные блоки питания впервые начали появляться в начале 1970-х годов. Распространение аркадных игр, таких как Space Invaders, персональных компьютеров и торговых автоматов быстро повысило важность стандартизированных источников питания. Их сокращение, снижение веса и повышение эффективности значительно прогрессировали. Размеры были уменьшены до менее чем одной десятой того, что было раньше. Они также доступны сегодня в различных формах, таких как упакованные блоки (закрытые или открытые) и устанавливаемые платы для различных приложений.

Тонкая настройка выпрямителя и сглаживающих цепей

Импульсный источник питания состоит из схемы выпрямления/сглаживания; преобразователь постоянного тока, который преобразует напряжение постоянного тока; и стабилизирующая схема, которая контролирует выход и обеспечивает необходимую обратную связь для обеспечения стабильного напряжения.В дополнение к этим первичным цепям в импульсных источниках питания используется множество других технологий для дальнейшего повышения эффективности и подавления помех. Одним из примеров является ограничитель пускового тока в цепи выпрямления/сглаживания.

В импульсных источниках питания есть два типа схем выпрямления/сглаживания: вход конденсатора и вход дросселя. Ток, выпрямленный диодом, по-прежнему является пульсирующим током, и тип входа конденсатора сглаживает его, помещая конденсатор параллельно сразу после цепи выпрямления.Хотя тип входа конденсатора прост, его недостатком является низкий коэффициент мощности. Коэффициент мощности представляет собой отношение активной мощности к полной мощности (произведение фактических измерений напряжения и тока). С низким коэффициентом мощности,
о высокой эффективности не может быть и речи.

Дроссельный вход обеспечивает превосходное сглаживание. Он использует эффект торможения катушки (самоиндукция) для улучшения коэффициента мощности за счет смягчения пульсаций напряжения. Однако дроссель неизбежно увеличивает объем и вес блока питания.По этой причине сегодня среди обычных импульсных источников питания преобладает конденсаторный тип входа. (В последние годы источники питания оснащаются схемами коррекции коэффициента мощности для решения этой проблемы — эта тема будет рассмотрена в следующей статье.)

При входе с конденсатором необходимо принять меры против пускового тока. Пусковой ток — это большой мгновенный ток, который возникает в момент включения питания. Без дросселя для сдерживания пускового тока в конденсатор внезапно поступает интенсивный ток.Простое решение состоит в том, чтобы вставить резистор, но это влечет за собой потерю мощности и применимо только к небольшим источникам питания. Вместо этого чаще используются термисторы и тиристоры.

Термистор — это элемент, электрическое сопротивление которого уменьшается при повышении температуры. Когда пусковой ток повышает температуру, сопротивление падает, а пусковой ток подавляется с небольшими потерями мощности. В тиристорной схеме тиристор и резистор соединены параллельно. Первоначально тиристор неактивен, а резистор сдерживает пусковой ток.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.