Самый простой двухполярный ИИП | AUDIO-CXEM.RU
Сегодня речь пойдет о схеме двухполярного импульсного источника питания, которая является одной из самых простейших. Мощность представленного ИИП находится в пределах 100Вт при работе на статическую нагрузку (резистор), что достаточно для использования в связке с двумя усилителями по 50Вт или одного канала мощностью 100Вт.
Схема ничем не отличается от представленной в статье «Импульсный источник питания для TDA7294 на IR2153». Отличием является импульсный трансформатор, а точнее форма сердечника. В этой статье будет продемонстрирован способ намотки трансформатора на сердечнике EI-образной формы, в прошлой же статье я наглядно показывал, как выполнить намотку на кольцевом ферритовом сердечнике.
Схема простого двухполярного ИИП
Работу схемы я разъяснял в статье со ссылкой выше.
Сердцем источника является драйвер управления полевыми транзисторами IR2153. При указанных на схеме R2=15кОм и C3=1нФ, драйвер будет работать на частоте 47кГц.
Да, у этого ИИП нет защиты от перегрузки и короткого замыкания, поэтому и является самой простой схемой двухполярного источника. При выходе из строя ИИП, на его выходе напряжение падает до нуля, поэтому усилителю он вреда не принесет, разве что пострадает сам.
Учитывая, что выходная мощность источника составляет 100Вт, система мягкого старта для ограничения токов зарядки емкостей (для облегчения работы ключей на старте) здесь в принципе и не нужна. При первом старте пусковой ток ограничивается термистором NTC.
Компоненты схемы
Резистор R1 должен быть мощным, не менее 2Вт, так как на нем выделяется большое количество тепла. Можно соединить в параллель два резистора по 36кОм. Изначально я установил R1 мощностью 1Вт (другого не было), но позже был вынужден заменить на более мощный. Остальные резисторы мощностью 0.25Вт.
Все конденсаторы керамические, кроме C6, C10 и C11 (пленка).
Варистор защищает схему от бросков напряжения в сети выше 275В, поэтому он должен быть рассчитан на такое напряжение. При броске, он замыкает сетевой вход, и предохранитель F1 перегорает.
Термистор NTC сопротивлением 5Ом (5D7, 5D9, 5D11).
Диодный мост VDS1 на ток не менее 4А.
Диод VD1 не обязательно должен быть быстрым (HER108), любой выпрямительный диод на ток 1А и напряжение 1000В.
Диод VD2 должен быть быстрым (FR, UF, SF или HER) на ток 1А, можно установить HER108, FR107, FR157.
Диоды VD3-VD6 должны быть очень быстрыми (FR302, FR304, FR602, UF600B, BY397 и так далее) на ток не менее 3А и обратное напряжение более 100В. Можно установить диоды Шоттки (КД213А и другие). Также для повышения надежности, можно соединить в параллель по два диода.
Транзисторы VT1 и VT2 должны быть оригинальными. При установке подделок ИИП может выходить из строя еще при запуске, либо при минимальной нагрузке. Транзисторы нужно установить на радиатор через изоляционные втулки и прокладки, иначе будут искры и дым.
Трансформатор
Сердечник трансформатора двухполярного импульсного источника питания должен иметь габариты 33×12.7×9.7мм. Обязательно проверьте отсутствие зазора у сердечника, его быть ни в коем случае не должно!
Как разобрать трансформатор от блока питания персонального компьютера я описывал в статье.
Подобные сердечники применяются в блоках питания ПК (мощностью до 300Вт).
Первичная обмотка.
Эмалированным медным проводом (диаметр по меди не менее 0.63мм) мотаем 32 витка. В какую сторону? В любую! Просто мотайте все обмотки в одну сторону и сюрпризов не будет. Витки улаживать необходимо с натяжением, чтобы при работе ИИП трансформатор не гудел, не пищал.
Если 32 витка не влезли в один слой, то оставшиеся витки равномерно распределяем по участку каркаса, а между слоями необходимо положить несколько слоев изоляции. В качестве изоляции рекомендую купить пакет для запекания и нарезать лентами, либо купить специальный термоскотч для трансформаторов. Простым скотчем изолировать нельзя.
Внимание! В высокочастотных трансформаторах (наш случай) необходимо использовать хороший обмоточный провод, без повреждения изоляции. Настоятельно не рекомендую использовать провод б/у. При эксплуатации может прошивать изоляцию и ИИП будет выходить из строя, а вы будете гадать, в чем же причина?
Вторичная обмотка.
Между вторичной и первичной обмотками необходимо обеспечить хорошую изоляцию.
Вторичная обмотка мотается двумя жилами провода диаметром 0.63мм.
Первые 8 витков мотаем от основания каркаса в ту же сторону, что и мотали первичную обмотку. Намотав 8 витков, оставляем длинный хвост (12-15см), это будет средняя точка.
После чего, мотаем еще 8 витков в ту же сторону, что и предыдущие витки. Начинаем мотать от средней точки (хвоста) в сторону основания каркаса. Хвосты зачищаем, скручиваем и лудим.
Далее стягиваем сердечник. Я использую термоскотч, но для стяжки можно применить и простой скотч. Сердечник я не проклеиваю, а просто стягиваю.
Нагрев при номинальной мощности
При испытаниях собранного мной двухполярного импульсного источника питания, я нагружал его резистором с сопротивлением 102Ома. Мощность составила 54Вт. Работа длилась 20мин.
После остывания всех элементов я нагрузил свой ИИП резистором на 51Ом. Мощность составила примерно 107Вт. Гонка продолжалась 10мин. Трансформатор нагрелся до температуры 550C, диодный мост VDS1 нагрелся до температуры 600C, диоды VD3-VD6 нагрелись до 770C. Полевые транзисторы, установленные на радиатор с площадью поверхности 300см2, были совершенно холодные.
Для уменьшения нагрева, на VDS1 можно установить алюминиевую пластинку. А для VD3-VD6, как говорилось выше, установить в параллель по 2шт (диода) и отвести их дальше от платы (обеспечить зазор).
Вывод. Представленный в этой статье двухполярный импульсный источник питания вполне может обеспечить питание двух каналов усилителей НЧ таких, как TDA7294, LM3886, STK402-070 или усилителя Дорофеева. Ведь при прослушивании музыки нагрузка совсем иная (не статическая) и нагрев элементов будет меньше, невзирая на КПД усилителей класса AB примерно равный 55%.
Можно ли повысить мощность этого ИИП?
Можно! Скажем для 200-300Вт необходимо развести другую печатную плату, обеспечив более широкими дорожками и местом под более мощные компоненты. Заменить диодный мост VDS1 на более мощный (6-8А), заменить предохранитель F1 и термистор NTC на элементы с большим током. Увеличить сечение обмоточных проводов трансформатора, а также увеличить габаритную мощность его сердечника и заменить диоды Шоттки на ток не менее 10А, с установкой их на теплоотвод.
Печатная плата простого двухполярного ИИП СКАЧАТЬ
Похожие статьи
Блок питания +/-15В дла предусилителя
Более или менее качественные предварительные усилители требуют двухполярного напряжения питания. Источник, схема которого представлена в этой статье, обеспечит предварительный усилитель стабилизированным напряжением ±15В. Помимо этого, от положительной шины (+15В) можно питать регулятор тембра. Нередко регулятор тембра и предварительный УНЧ представляют одну схему. В тех и других звуковой сигнал является слаботочным и поэтому он подвержен искажениям и наводкам, источниками которых могут быть разные причины в точности и нестабилизированное напряжение питания.
Так, например, в статье «Профилактика и доработка усилителя Радиотехника У-101» я описывал недостаток схемы питания предварительного УНЧ, который заключался в запитывании схемы через гасящий резистор от нестабилизированного источника. При прослушивании звукового сигнала, с низкочастотной составляющей (ниже 300Гц), на шинах питания образуются просадки напряжения, которые присутствуют и после гасящего резистора. Таким образом, при колебании питающего напряжения предварительного усилителя, происходит изменение (искажение) амплитуды усиливаемого сигнала на его выходе. Чтобы уйти от этого недостатка я убрал гасящие резисторы и установил по шинам питания стабилизаторы напряжения.
Схема стабилизированного двухполярного источника питания
Основой в схеме является понижающий трансформатор. Он должен иметь две вторичные обмотки или одну обмотку со средним выводом, относительно которого на каждом плече должно быть напряжение переменного тока 15В. Можно применить трансформатор с выходным напряжением 18В переменного тока в каждой обмотке. После выпрямления, напряжение на электролитических конденсаторах C1 и C2 станет в 1.41 раз больше, то есть с трансформатором 15+15В выпрямленное напряжение холостого хода станет равным ±21.2В.
Выходной ток трансформатора будет зависеть от тока потребления предварительного усилителя, обычно он не превышает 100-200мА, поэтому трансформатор с выходным током 0.5А отлично подойдет.
В качестве элементов диодного моста VD1-VD4 могут применяться любые выпрямительные диоды с током 1А и напряжением 100В и более. Также можно установить диоды Шоттки, ощутимой разницы в данной схеме не будет.
В качестве стабилизирующих элементов применены линейные стабилизаторы LM7815 и LM7915. Стабилизатор LM7915 стабилизирует отрицательное напряжение относительно GND, а LM7815 положительное напряжение.
Емкость электролитических конденсаторов может отличаться в некотором диапазоне, больше – лучше, меньше – хуже, но все в разумных пределах. Напряжение, на которое рассчитаны электролиты, должно иметь запас 20-30% от напряжения на их выводах. Каждый электролит должен быть зашунтирован неполярным пленочным или керамическим конденсатором (C3, C4, C7, C8), для фильтрации высокочастотных колебаний, когда электролитический конденсатор, обладая большой емкостью, становится уже малоэффективным.
При токе потребления предварительного усилителя не более 200мА, теплоотводы на линейные стабилизаторы LM7815 и LM7915 можно не устанавливать. В противном случае на них можно установить небольшие алюминиевые пластинки.
Печатная плата двухполярного источника питания СКАЧАТЬ
Похожие статьи
Двухполярный блок питания из готовых китайских модулей dc-dc step down LM2596
Заявлены довольно высокие параметры, а стоимость готового модуля меньше стоимости входящих в него деталей. Прельщают малые размеры платы.
Я решил приобрести несколько штук и испытать их. Надеюсь, мой опыт будет полезен не слишком опытным радиолюбителям.
Содержание / Contents
Я купил на Aliexpress модули LM2596, как на фото выше. Хотя на сайте были показаны твердотельные конденсаторы на напряжение 50 В, конденсаторы обычные, а половина модулей с конденсаторами на напряжение 16 В. Можно подумать, что достаточно взять трансформатор, диодный мост, подключить к ним модуль, и перед нами стабилизатор с выходным напряжением 3…30 В и током до 2 А (кратковременно до 3 А).Я так и сделал. Без нагрузки всё было хорошо. Трансформатор с двумя обмотками по 18 В и обещанным током до 1,5 А (провод на глаз был явно тонковат, так оно и оказалось).
Мне нужен был стабилизатор +-18 В и я выставил нужное напряжение.
При нагрузке 12 Ом ток 1,5 А, вот осциллограмма, 5 В /клетка по вертикали.
Это трудно назвать стабилизатором.
Причина проста и понятна: конденсатор на плате 200 мкФ, он служит только для нормальной работы DC-DC преобразователя. При подаче на вход напряжения от лабораторного блока питания, всё было нормально. Выход очевиден: надо питать стабилизатор от источника с малыми пульсациями, т. е. добавить после моста ёмкость.
Вот напряжение при нагрузке 1,5 А на входе модуля без дополнительного конденсатора.С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).
Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.
Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.
Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц. Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.
На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.
Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.
Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.
Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.
Схема проста и очевидна.При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.
При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.
Это обеспечило удобный монтаж и охлаждение модулей. Стойки можно сильно нагревать при пайке, они не сместятся в отличие от простых штырей. Эта же конструкция удобна, если надо припаять к плате внешние провода – хорошая жесткость и контакт.
Плата позволяет легко заменить при необходимости модуль DC-DC.
Общий вид платы с дросселями от половинок какого-то ферритового сердечника (индуктивность не критична).
Несмотря на крошечные размеры модуля DC-DC, общие размеры платы получились соизмеримыми с платой аналогового стабилизатора.
3. Конденсатор питания желателен большой ёмкости, это благоприятно сказывается на работе стабилизатора. Даже крупная и качественная ёмкость немного нагревается, следовательно желательно малое ESR.
4. Для подавления пульсаций с частотой преобразования, LC фильтр на выходе необходим.
5. Данный стабилизатор имеет явное преимущество перед обычным компенсационным в том, что может работать в широком диапазоне выходных напряжений, при малых напряжениях можно получить на выходе ток больше, чем может обеспечить трансформатор.
6. Модули позволяют сделать блок питания с неплохими параметрами просто и быстро, обойдя подводные камни изготовления плат для импульсных устройств, то есть хороши для начинающих радиолюбителей.
Файл печатной платы в формате lay.▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.
Сергей (Chugunov)
РФ, Москва
О себе автор ничего не сообщил.
Выпрямители для получения двуполярного напряжения 3В, 5В, 12В, 15В и других
Принципиальные схемы простых выпрямителей и конденсаторных делителей для получения двуполярных напряжений 3В, 5В, 12В, 15В и других.
Сейчас в магазинах имеется очень широкий ассортимент сетевых блоковпитания для портативной или другой аппаратуры. Есть блоки на самое разное напряжение, ток нагрузки и т.д. Таким образом, зачастую уже нет необходимости радиолюбителю самостоятельно делать блок питания для очередной самоделки, купить готовый блок дешевле, чем «железо» с каркасом для трансформатора.
Блоки питания, так называемые, сетевые адаптеры, бывают сейчас двух типов, -импульсные и трансформаторные. Импульсные чаще всего это блоки с выходным напряжение 5V для питания и зарядки сотовых телефонов и другой техники, именуемой «гаджетами».
Остальные же, на ЗV, 6V, 9V, 12V чаще всего сделаны по трансформаторной схеме, вот о них и пойдет здесь речь. Впрочем, отличить трансформаторный «сетевой адаптер» от импульсного очень просто, — по весу. Трансформаторный всегда тяжелее, да и крупнее, обычно.
И так, вернемся к мысли, изложенной вначале, — делать блок питания необязательно, дешевле купить готовый. Совершенно верно, и выбрать можно на любое нужное напряжение, да и бывают с регулируемым выходным напряжением (переключателем отводов вторичной обмотки), но все же, есть одна проблема — у них всех выходное напряжение всегда однополярное.
А что делать, если нужно питать схему на операционных усилителях, для которой необходимо двуполярное напряжение? Конечно, можно купить два одинаковых блока питания… но можно относительно просто и стандартный однополярный переделать в двуполярный. Причем, без переметки трансформатора.
Сетевые адаптеры на силовом трансформаторе обычно выполнены по одной из двух схем.
Простая схема сетевого адаптера
На рисунке 1 показана наиболее популярная схема. Она состоит из маломощного силового трансформатора Т1, выпрямительного моста (обычно на диодах 1N4004 или 1N4002) и сглаживающего пульсации электролитического конденсатора С1.
Рис.1. Принципиальная схема простого выпрямителя.
Казалось бы, чтобы от этой схемы получить полноценное двуполярное напряжение, нужно как минимум перемотать вторичную обмотку трансформатора. На самом деле есть более простое решение. Просто нужно отказаться от двухполупериодного выпрямления в пользу однополупериодного. Конечно, в этом случае выходной ток будет существенно ниже, но если требуется питать относительно маломощную нагрузку (потребляющую не более четверти тока, указанного на корпусе сетевого адаптера), такой вариант может быть оптимальным решением.
Сетевой адаптер с разделением напряжения
На рисунке 2 показаны изменения в схеме. Нужно убрать два диода, и добавить один конденсатор. Теперь, положительная полуволна заряжает С1, а отрицательная — С2.
На выходе будет двуполярное постоянное напряжение.
Рис. 2. Принципиальная схема конденсаторного выпрямителя.
Схема с двумя вторичными обмотками трансформатора
Вторая схема (рис.З) встречается реже, но тоже присутствует. Её отличие в том, что у силового трансформатора есть вторичная обмотка двойного числа витков, с отводом от середины. Эта схема позволяет сделать выпрямитель по двухполупериодной схеме на двух диодах, вместо четырех диодов в схеме с вторичной обмоткой без отвода.
Рис.З. Схема выпрямителя с двумя вторичными обмотками.
Достоинство такой схемы в том, что у неё уже есть трансформатор с двойной вторичной обмоткой. И это позволяет сделать хороший двухполярный источник питания с двухполупериодным выпрямителем. Изменения в схеме показаны на рис.4.
Между концами вторичной обмотки включаем выпрямительный мост, а отвод берем как нулевой провод. Таким образом, добавляем еще один конденсатор и два диода.
Двуполярный блок питания
Схема на рисунке 4 существенно лучше схемы, показанной на рисунке 2, однако, когда нет выбора, остается довольствоваться тем, что есть…
Рис.4. Схема двуполярного выпрямителя с диодным мостом и двумя вторичными обмотками трансформатора.
К тому же, схема на рисунке 2 больше подходит для переделки в двухполярный, блока питания с переключаемым выходным напряжением. Ведь, в таких блоках питания переключение выходного напряжение осуществляется переключением отводов вторичной обмотки.
Следующий этап переделки это, конечно же, замена выходного кабеля на трехпроводной, ну и распайка соответствующего разъема (если предполагается разъемное подключение к нагрузке).
Каравкин В. РК-02-2016.
РадиоКот :: Три, два, один… Пуск!
РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >Три, два, один… Пуск!
Вниманию глубокоуважаемых посетителей сайта «Радиокот» 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! ( А ведь Сэру Мурру пришлось бороться с этой схемой в период всеобщего дефицита компонентов — примечание кота Сэра Мурра)
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.
Дерзайте! Да поможет вам Кот- дух сайта!
Все вопросы как обычно в форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
|
Импульсный источник питания 12 В / 10 А
Это принципиальная схема импульсного блока питания 12В / 10А. Схема, показанная на схеме, обеспечивает 12 вольт при максимальном токе 10 ампер, используя дискретный транзисторный стабилизатор с операционным усилителем, работающим в качестве компаратора в цепи обратной связи. Источник питания был построен в 1984 году и имеет регулируемую частоту, в отличие от контроллеров с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), используемых сегодня. Трансформатор, использованный на этой проектной схеме, предназначен для домашней электросети 110–120 В переменного тока, вам следует заменить трансформатор с первичным напряжением 220 В, если в вашей домашней электрической установке используется 220 В переменного тока.
В этом устройстве нет регулируемого ограничителя тока, хотя R1, R2, R3, Q2, R8, R9, C5 и Q4 устанавливают ограничение тока примерно на 10 ампер. Как видите, конструкция очень похожа на конструкцию линейного источника питания, за исключением того, что были добавлены L1 и D1, а U1 работает в режиме переключения как компаратор с небольшим гистерозом. Частота переключения этого блока зависит от выходного тока, потребляемого нагрузкой. Это нежелательная особенность, поэтому сегодня используются ШИМ-регуляторы.При использовании ШИМ-регулятора частота коммутации постоянна и будет создавать пики только на известных дискретных частотах, а не пики на всех частотах. Блок проходных транзисторов, соединенных Дарлингтоном, на схеме показан дважды (параллельно) для надежности. R4 во внутреннем подстроечном потенциале, который может устанавливать выходное напряжение от 5 до 15 вольт.
: http://michaelgellis.tripod.com/power4.html
Конструкция импульсного блока питания 12В / 10А, уже проверенная автором:
Блок питания — это электронное устройство, которое подает электрическую энергию на электрическую нагрузку.Основная функция источника питания заключается в преобразовании одной формы электрической энергии в другую, и в результате источники питания иногда называют преобразователями электроэнергии. Некоторые источники питания представляют собой дискретные автономные устройства, тогда как другие встроены в более крупные устройства вместе с их нагрузками. Примеры последних включают источники питания, используемые в настольных компьютерах и устройствах бытовой электроники.
Схема блока питания 12 В 1 А SMPS на печатной плате
Для каждого электронного устройства или продукта требуется надежный блок питания для работы.Почти все устройства в нашем доме, такие как телевизор, принтер, музыкальный проигрыватель и т. Д., Состоят из встроенного блока питания, который преобразует сетевое напряжение переменного тока в подходящий уровень постоянного напряжения для их работы. Наиболее часто используемым типом цепи питания является SMPS (импульсный источник питания) , вы можете легко найти этот тип цепей в своем адаптере 12 В или зарядном устройстве для мобильных устройств / ноутбуков. В этом руководстве мы изучим , как построить схему SMPS 12 В, которая преобразует мощность сети переменного тока в 12 В постоянного тока с максимальным номинальным током 1.25А. Эту схему можно использовать для питания небольших нагрузок или даже приспособить к зарядному устройству для зарядки свинцово-кислотных и литиевых батарей. Если эта схема блока питания 12 В 15 Вт не соответствует вашим требованиям, вы можете проверить различные цепи питания с разными номиналами.
Цепь источника питания 12 В — соображения проектирования
Прежде чем приступить к проектированию любого источника питания, необходимо провести анализ требований в зависимости от среды, в которой будет использоваться наш источник питания.Различные типы источников питания работают в разных средах и с определенными границами ввода-вывода.
Входные данные
Начнем с ввода. Входное напряжение питания — это первое, что будет использоваться SMPS и будет преобразовано в полезное значение для питания нагрузки. Поскольку эта конструкция предназначена для преобразования AC-DC , на входе будет переменный ток (AC). Для Индии входной переменный ток составляет 220–230 вольт, для США он рассчитан на 110 вольт.Есть также другие страны, которые используют другие уровни напряжения. Как правило, SMPS работает с универсальным входным напряжением в диапазоне . Это означает, что входное напряжение может отличаться от 85 до 265 В переменного тока. SMPS может использоваться в любой стране и может обеспечить стабильную выходную мощность при полной нагрузке, если напряжение находится в пределах 85-265 В переменного тока. SMPS также должен нормально работать при частотах 50 Гц и 60 Гц. По этой причине мы можем использовать зарядные устройства для телефонов и ноутбуков в любой стране.
Выходные характеристики
На выходной стороне мало нагрузок резистивных, мало индуктивных.В зависимости от нагрузки конструкция ИИП может быть разной. Для этого ИИП нагрузка принята как резистивная нагрузка . Однако нет ничего лучше резистивной нагрузки, каждая нагрузка состоит, по крайней мере, из некоторой величины индуктивности и емкости; здесь предполагается, что индуктивность и емкость нагрузки незначительны.
Выходные характеристики ИИП сильно зависят от нагрузки, например, сколько напряжения и тока потребуются нагрузке во всех рабочих условиях.Для этого проекта SMPS может обеспечить выход 15 Вт . Это 12 В и 1,25 А. Целевая пульсация выходного сигнала выбрана как меньше 30 мВ пик-пик при полосе 20000 Гц.
В зависимости от выходной нагрузки, мы также должны выбрать между проектированием ИИП постоянного напряжения или ИИП постоянного тока . Постоянное напряжение означает, что напряжение на нагрузке будет постоянным, а ток будет изменяться в соответствии с изменениями сопротивления нагрузки.С другой стороны, режим постоянного тока позволяет току быть постоянным, но изменяет напряжение соответственно с изменениями сопротивления нагрузки. Кроме того, в SMPS могут быть доступны как CV, так и CC, но они не могут работать одновременно. Когда в SMPS существуют обе опции, должен быть диапазон, в котором SMPS изменит свою выходную операцию с CV на CC и наоборот. Обычно зарядные устройства с режимами CC и CV используются для зарядки свинцово-кислотных или литиевых батарей.
Функции защиты входа и выхода
Существуют различные схемы защиты, которые могут использоваться в SMPS для более безопасной и надежной работы.Схема защиты защищает SMPS, а также подключенную нагрузку. В зависимости от расположения схема защиты может быть подключена к входу или выходу. Наиболее распространенная защита входа — это Защита от перенапряжения и Фильтры электромагнитных помех . Защита от перенапряжения защищает ИИП от скачков напряжения на входе или перенапряжения переменного тока . Фильтр EMI защищает SMPS от генерации EMI на входной линии. В этом проекте будут доступны обе функции. Защита выхода включает в себя защиту от короткого замыкания , защиту от перенапряжения и защиту от перегрузки по току .Эта конструкция SMPS также будет включать все эти схемы защиты.
Выбор ИС управления питанием
Для каждой цепи SMPS требуется ИС управления питанием, также известная как ИС переключения, ИС SMPS или ИС осушителя. Подведем итоги проектных соображений, чтобы выбрать идеальную ИС управления питанием, которая будет подходить для нашей конструкции. Наши требования к дизайну:
- Выход 15 Вт. 12 В 1,25 А с пульсацией пик-пик менее 30 мВ при полной нагрузке.
- Универсальный входной рейтинг.
- Защита от перенапряжения на входе.
- Выходная защита от короткого замыкания, перенапряжения и перегрузки по току.
- Работа с постоянным напряжением.
Из приведенных выше требований есть широкий выбор ИС, но для этого проекта мы выбрали Power integration . Power Integration — это компания, производящая полупроводники, у которой есть широкий спектр микросхем драйверов питания в различных диапазонах выходной мощности. Исходя из требований и доступности, мы решили использовать TNY268PN из семейства крошечных коммутаторов II.
На изображении выше показана максимальная мощность 15 Вт. Однако мы будем делать ИИП в открытом корпусе и для универсального входного рейтинга. В таком сегменте TNY268PN может обеспечить выходную мощность 15 Вт. Давайте посмотрим на схему контактов.
Проектирование цепи ИИП на 12 В, 1 А
Лучший способ построить схему — использовать экспертное программное обеспечение PI Power Integration. Это отличное программное обеспечение для проектирования источников питания.Схема построена с использованием интегральной схемы питания. Процедура проектирования объясняется ниже, или вы также можете прокрутить вниз, чтобы увидеть видео, объясняющее то же самое.
Шаг -1: Выберите Tiny switch II , а также выберите желаемый пакет. Мы выбрали пакет DIP. Выберите тип корпуса, адаптер или открытую раму. Здесь выбран Open Frame.
Затем выберите тип обратной связи. Это важно, поскольку используется топология Flyback .TL431 — отличный выбор для обратной связи. TL431 — это шунтирующий стабилизатор, обеспечивающий отличную защиту от перенапряжения и точное выходное напряжение.
Step-2: Выберите диапазон входного напряжения. Поскольку это будет универсальный входной ИИП, входное напряжение выбрано 85-265В переменного тока. Частота сети 50 Гц.
Шаг — 3:
Выберите выходное напряжение, ток и мощность.Номинал SMPS будет 12 В 1,25 А. Мощность показывает 15 Вт. Рабочий режим также выбран как CV, что означает режим работы с постоянным напряжением. Наконец, все делается за три простых шага, и схема создается.
Схема и пояснения 12 В SMPS
Схема ниже немного изменена для соответствия нашему проекту.
Прежде чем приступить к созданию прототипа, давайте рассмотрим принципиальную схему ИИП 12 В и его работу.Схема имеет следующие участки
- Защита от перенапряжения и отказа SMPS
- Преобразование переменного тока в постоянное
- PI фильтр
- Схема драйвера или схема переключения
- Защита от пониженного напряжения.
- Цепь зажима
- Магниты и гальваническая развязка
- Фильтр электромагнитных помех
- Вторичный выпрямитель и демпферная цепь
- Секция фильтра
- Секция обратной связи.
Защита от перенапряжения и отказа SMPS
Эта секция состоит из двух компонентов, F1 и RV1.F1 — это плавкий предохранитель с задержкой срабатывания 1 А, 250 В переменного тока, а RV1 — это 7-миллиметровый варистор на 275 В (металлооксидный варистор). Во время скачка высокого напряжения (более 275 В переменного тока) MOV резко замыкается и перегорает входной предохранитель. Однако благодаря функции медленного срабатывания предохранитель выдерживает пусковой ток через ИИП.
Преобразование переменного тока в постоянное
Этот участок управляется диодным мостом. Эти четыре диода (внутри DB107) образуют полный мостовой выпрямитель. Диоды — 1N4006, но стандартный 1N4007 справится с этой задачей отлично.В этом проекте эти четыре диода заменены полным мостовым выпрямителем DB107.
ПИ-фильтр
В разных штатах разные стандарты подавления электромагнитных помех. Эта конструкция соответствует стандарту EN61000-Class 3 , а фильтр PI разработан таким образом, чтобы уменьшить подавление синфазных электромагнитных помех . Этот раздел создается с использованием C1, C2 и L1. C1 и C2 — конденсаторы 400 В 18 мкФ. Это нечетное значение, поэтому для этого приложения выбрано 22 мкФ 400 В.L1 — это синфазный дроссель, который принимает дифференциальный сигнал электромагнитных помех для устранения обоих.
Схема драйвера или схема переключения
Это сердце ИИП. Первичная обмотка трансформатора управляется коммутационной схемой TNY268PN. Частота переключения 120-132 кГц. Из-за высокой частоты переключения можно использовать трансформаторы меньшего размера. Схема переключения состоит из двух компонентов: U1 и C3. U1 — это основная микросхема драйвера TNY268PN.C3 — это байпасный конденсатор , который необходим для работы нашей микросхемы драйвера.
Защита от пониженного напряжения
Защита от блокировки при пониженном напряжении обеспечивается резисторами R1 и R2. Он используется, когда SMPS переходит в режим автоматического перезапуска и определяет линейное напряжение.
Схема зажима
D1 и D2 — цепь зажима. D1 — это TVS-диод , а D2 — — сверхбыстрый восстанавливающийся диод .Трансформатор действует через большую индуктивность на интегральную схему драйвера питания TNY268PN. Поэтому во время выключения трансформатор создает высокие всплески напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора. Эти высокочастотные всплески напряжения подавляются диодным зажимом на трансформаторе. UF4007 выбран из-за сверхбыстрого восстановления, а P6KE200A выбран для работы TVS.
Магнит и гальваническая развязка
Трансформатор представляет собой ферромагнитный трансформатор, который не только преобразует высокое напряжение переменного тока в низкое, но также обеспечивает гальваническую развязку.
Фильтр электромагнитных помех
Фильтрация электромагнитных помех осуществляется конденсатором C4. Это увеличивает невосприимчивость цепи, чтобы уменьшить высокие помехи EMI.
Вторичный выпрямитель и демпферный контур
Выходной сигнал трансформатора выпрямляется и преобразуется в постоянный ток с помощью D6, выпрямительного диода Шоттки . Демпферная цепь на D6 обеспечивает подавление переходных процессов напряжения во время операций переключения.Демпферная цепь состоит из одного резистора и одного конденсатора, R3 и C5.
Секция фильтра
Секция фильтра состоит из конденсатора фильтра C6. Это конденсатор с низким ESR для лучшего подавления пульсаций. Кроме того, LC-фильтр, использующий L2 и C7, обеспечивает лучшее подавление пульсаций на выходе.
Секция обратной связи
Выходное напряжение измеряется U3 TL431 и R6 и R7. После измерения линии U2, оптопара управляется и гальванически изолирует часть измерения вторичной обратной связи с контроллером первичной стороны.Оптопара имеет внутри транзистор и светодиод. Управляя светодиодом, можно управлять транзистором. Поскольку связь осуществляется оптически, у нее нет прямого электрического соединения, поэтому обеспечивается гальваническая развязка цепи обратной связи.
Теперь, когда светодиод напрямую управляет транзистором, обеспечивая достаточное смещение через светодиод оптопары, можно управлять транзистором оптопары , а точнее схемой драйвера. Эта система управления используется TL431.По мере того как параллельный стабилизатор имеет резистор делитель через ее опорный штифт, он может контролировать оптрон светодиод, который подключен через него. Контактная обратная связь имеет опорное напряжение 2.5V . Следовательно, TL431 может быть активен только при достаточном напряжении на делителе. В нашем случае делитель напряжения установлен на значение 12В . Следовательно, когда выход достигает 12 В, TL431 получает 2,5 В через опорный вывод и, таким образом, активирует светодиод оптопары, который управляет транзистором оптопары и косвенно управляет TNY268PN.Если напряжение на выходе недостаточное, цикл переключения немедленно приостанавливается.
Сначала TNY268PN активирует первый цикл переключения, а затем определяет свой вывод EN. Если все в порядке, он продолжит переключение, если нет, он будет пытаться еще раз через некоторое время. Этот цикл продолжается до тех пор, пока все не нормализуется, что предотвращает проблемы с коротким замыканием или перенапряжением. Вот почему это называется обратноходовой топологией, поскольку выходное напряжение возвращается к драйверу для определения связанных операций.Кроме того, цикл попыток называется режимом сбоя, работы в условиях отказа.
D3 — это диод с барьером Шоттки . Этот диод преобразует высокочастотный выход переменного тока в постоянный. Диод Шоттки 3A 60V выбран для надежной работы. R4 и R5 выбираются и рассчитываются PI Expert. Он создает делитель напряжения и передает ток на светодиод оптопары от TL431.
R6 и R7 — это простой делитель напряжения, рассчитываемый по формуле TL431 REF Voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 .Опорное напряжение 2.5V и Vout является 12V. Выбрав значение R6 23,7k, R7 стал примерно 9,09k.
Изготовление печатной платы для цепи SMPS 12 В, 1 А
Теперь, когда мы понимаем, как работают схемы, мы можем приступить к созданию печатной платы для нашего SMPS. Поскольку это схема SMPS, рекомендуется использовать печатную плату, так как она может решить проблему шума и изоляции. Макет печатной платы для указанной выше схемы также доступен для загрузки как Gerber по ссылке
.Теперь, когда наш дизайн готов, пора изготовить их с помощью файла Gerber.Сделать печатную плату довольно просто, просто следуйте инструкциям ниже
Шаг 1: Зайдите на сайт www.pcbgogo.com, зарегистрируйтесь, если это ваш первый раз. Затем на вкладке прототипа печатной платы введите размеры вашей печатной платы, количество слоев и количество требуемых печатных плат. Предполагая, что размер печатной платы составляет 80 см × 80 см, вы можете установить размеры, как показано ниже.
Шаг 2: Продолжите, нажав кнопку Quote Now . Вы попадете на страницу, где при необходимости установите несколько дополнительных параметров, например, используемый материал, расстояние между дорожками и т. Д.Но в большинстве случаев значения по умолчанию будут работать нормально. Единственное, что мы должны здесь учитывать, — это цена и время. Как видите, время сборки составляет всего 2-3 дня, а для нашего PSB это всего лишь 5 долларов. Затем вы можете выбрать предпочтительный способ доставки в зависимости от ваших требований.
Шаг 3: Последний шаг — загрузить файл Gerber и продолжить оплату. Чтобы убедиться, что процесс проходит гладко, PCBGOGO проверяет, действителен ли ваш файл Gerber, прежде чем продолжить оплату.Таким образом, вы можете быть уверены, что ваша печатная плата удобна для изготовления и будет доставлена вам, как и обещано.
Сборка печатной платы
После того, как плата была заказана, она пришла ко мне через несколько дней, правда, курьером в аккуратно маркированной, хорошо упакованной коробке, и, как всегда, качество печатной платы было потрясающим. Печатная плата, которую я получил, показана ниже
.Включил паяльник и начал сборку платы.Поскольку посадочные места, контактные площадки, переходные отверстия и шелкография идеально подходят по форме и размеру, у меня не было проблем со сборкой платы. Моя печатная плата, прикрепленная к тискам для пайки, показана ниже.
Приобретение компонентов
Все компоненты для этой цепи ИИП 12 В 15 Вт закупаются в соответствии со схемой. Подробную спецификацию можно найти в приведенном ниже файле Excel для загрузки.
Практически все компоненты доступны для использования в готовом виде.Вы можете столкнуться с проблемами при поиске подходящего трансформатора для этого проекта. Обычно обратный трансформатор для коммутации цепи SMPS не доступен напрямую от поставщиков, в большинстве случаев вам придется наматывать собственный трансформатор, если вам нужны эффективные результаты. Однако также можно использовать аналогичный обратный трансформатор, и ваша схема все равно будет работать. Идеальная спецификация для нашего трансформатора будет обеспечена программным обеспечением PI Expert, которое мы использовали ранее.
Механическая и электрическая схема трансформатора, полученная от PI Expert, показана ниже.
Если вы не можете найти подходящего поставщика, вы можете восстановить трансформатор от адаптера 12 В или других цепей SMPS. В качестве альтернативы вы также можете купить трансформатор самостоятельно, используя следующие материалы и инструкции по намотке.
Как только все компоненты будут закуплены, их сборка должна быть легкой. Вы можете использовать файл Gerber и спецификацию для справки и собрать плату PCB.После этого передняя и задняя сторона моей печатной платы выглядят примерно так, как показано ниже
.Тестирование нашей цепи SMPS 15 Вт
Теперь, когда наша схема готова, пора попробовать ее. Мы подключим плату к нашей сети переменного тока через VARIAC, загрузим на выходную сторону нагрузочную машину и измерим пульсирующее напряжение, чтобы проверить работоспособность нашей схемы. Полное видео процедуры тестирования также можно найти в конце этой страницы.На изображении ниже показана схема, испытанная с входным напряжением переменного тока 230 В переменного тока, для которого мы получаем выход 12,08 В
.Измерение пульсаций напряжения с помощью осциллографа
Чтобы измерить пульсирующее напряжение осциллографом, измените вход осциллографа на переменный ток с коэффициентом усиления 1x. Затем подключите электролитический конденсатор с низким энергопотреблением и керамический конденсатор с низким энергопотреблением для снижения шума из-за проводки. Вы можете обратиться к странице 40 этого документа RDR-295 от Power Integration для получения дополнительной информации об этой процедуре.
Приведенный ниже снимок был сделан при отсутствии нагрузки при напряжении 85 и 230 В переменного тока. Шкала установлена на 10 мВ на деление, и, как вы можете видеть, пульсация составляет почти 10 мВ пик-пик.
При входном напряжении 90 В переменного тока и полной нагрузке пульсации можно увидеть на уровне около 20 мВ пик-пик
При 230 В переменного тока и при полной нагрузке пульсации напряжения измеряются на уровне около 30 мВ пик-пик, что является наихудшим сценарием
Вот и все; Вот как вы можете разработать свою собственную схему 12 В SMPS .После того, как вы поняли принцип работы, вы можете изменить принципиальную схему ИИП 12 В в соответствии с вашими требованиями к напряжению и питанию. Надеюсь, вы поняли руководство и получили удовольствие от изучения чего-то полезного. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев или воспользуйтесь нашим форумом для технических обсуждений. Увидимся снова с еще одним интересным дизайном SMPS, а пока подпишусь….
Схема бестрансформаторного источника питанияГенерация постоянного тока низкого напряжения из сети переменного тока 220 или 110 В очень полезна и необходима в области электроники.Низкое напряжение постоянного тока, например 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, используется в электронных схемах, светодиодных лампах, игрушках и многих предметах бытовой электроники. Обычно для их питания используются батареи, но их необходимо время от времени заменять, что нерентабельно, а также требует нашего времени и энергии. Таким образом, альтернативой является генерация постоянного тока из сети переменного тока, для которой доступно множество адаптеров переменного тока в постоянный, но какие схемы они используют внутри?
Самый простой и понятный подход — использовать понижающий трансформатор для понижения переменного тока, но недостатки использования трансформатора состоят в том, что они дороги по стоимости, тяжелые по весу и большие по размеру.Мы уже рассмотрели этот тип преобразования переменного тока в постоянный с использованием трансформатора в этой статье «Схема зарядного устройства для сотового телефона». И да, мы также можем преобразовать переменный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения без использования трансформатора, это называется Бестрансформаторный источник питания . Основным компонентом бестрансформаторной цепи питания является конденсатор падения напряжения или конденсатор класса X, которые специально разработаны для сети переменного тока. Этот конденсатор с номиналом X подключается последовательно к фазной линии переменного тока для падения напряжения.Этот тип бестрансформаторного источника питания называется Capacitor Power Supply .
Конденсатор X-Rated
Как уже упоминалось, они соединены последовательно с фазной линией переменного тока для снижения напряжения, они доступны в номиналах 230 В, 400 В, 600 В переменного тока или выше.
Ниже приведена таблица выходного тока и выходного напряжения (без нагрузки) для различных номиналов конденсаторов X-класса:
Код конденсатора | Емкость конденсатора | Напряжение | Текущий |
104к | 0.1 мкФ | 4 v | 8 мА |
334 тыс. | 0,33 мкФ | 10 в | 22 мА |
474 тыс. | 0,47 мкФ | 12 v | 25 мА |
684 тыс. | 0,68 мкФ | 18 v | 100 мА |
105 КБ | 1 мкФ | 24 в | 40 мА |
225 тыс. | 2.2 мкФ | 24 в | 100 мА |
Выбор конденсатора падения напряжения важен, он основан на реактивном сопротивлении конденсатора и величине потребляемого тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по следующей формуле:
X = 1 / 2¶fC
X = реактивное сопротивление конденсатора
f = частота переменного тока
C = емкость конденсатора номиналом X
Мы использовали 474k означает 0.Конденсатор 47 мкФ и частота сети AV составляет 50 Гц, поэтому реактивное сопротивление X составляет:
.X = 1/2 * 3,14 * 50 * 0,47 * 10 -6 = 6776 Ом (приблизительно)
Теперь мы можем рассчитать ток (I) в цепи:
I = V / X = 230/6775 = 34 мА
Вот как рассчитываются реактивное сопротивление и ток.
Описание цепей
Схема проста, конденсатор падения напряжения 0,47 мкФ подключен последовательно с фазной линией переменного тока, это неполяризованные конденсаторы, поэтому его можно подключать с любой стороны.Резистор 470 кОм подключается параллельно конденсатору для разряда накопленного в конденсаторе тока при отключении цепи, что предотвращает поражение электрическим током. Это сопротивление называется сопротивлением кровотечения .
Дополнительный мостовой выпрямитель (комбинация из 4 диодов) был использован для удаления отрицательной половины составляющей переменного тока. Этот процесс называется Rectification . Конденсатор 1000 мкФ / 50 В использовался для фильтрации , означает удаление ряби в результирующей волне.И, наконец, стабилитрон на 6,2 В / 1 Вт используется в качестве регулятора напряжения. Как мы знаем, эта схема обеспечивает прибл. На выходе 12 В (см. Таблицу выше), поэтому этот стабилитрон регулирует его до прибл. Напряжение 6,2 В и отток дополнительного тока. Другое значение стабилитрона также может быть использовано для желаемого напряжения, такого как 5,1 В, 8 В и т. Д. Светодиод подключается для индикации и тестирования. R3 (100 Ом) используется как токоограничивающий резистор.
Используйте резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт), особенно резистор R4.В противном случае через некоторое время он загорится. Обычно они толще обычного резистора. Ниже представлена схема для разных типов резисторов:
Преимущества этого бестрансформаторного источника питания перед трансформаторным источником заключаются в том, что: Он экономичен, легче и меньше.
Банкноты
- Делайте это на свой страх и риск, работать от сети переменного тока без надлежащего опыта и мер предосторожности чрезвычайно опасно.Соблюдайте особую осторожность при построении этой схемы.
- Не заменяйте конденсатор номиналом X на обычный конденсатор, иначе он лопнет.
- Если требуется большее выходное напряжение и выходной ток, используйте другое значение конденсатора с номиналом X в соответствии с таблицей.
- Используйте только резистор номиналом 1 Вт или выше (5 Вт) и стабилитрон. Предохранитель
- A на 1 ампер также можно использовать перед конденсатором класса X, последовательно с фазной линией, в целях безопасности. Стабилизатор напряжения
- IC также может использоваться вместо стабилитрона для регулирования напряжения.
Как сделать блок питания 12В 1А?
Этот источник питания 12 В 1 А, использующий стабилитрон и транзисторы , позволяет получить на выходе примерно 11,4 В с очень небольшим процентным отклонением для самых разных нагрузок. Выходное напряжение может составлять 12,4 В при использовании другого стабилитрона.
Транзистор (Q1) используется для увеличения пропускной способности по току, которую может обеспечить этот источник напряжения. Если используется только стабилитрон, величина тока, подаваемого этим источником, будет ограничена несколькими десятками миллиампер.
В этом источнике напряжения используется транзистор Q2 для защиты от чрезмерного потребления тока или короткого замыкания. Преимущество этого источника 12 В постоянного тока по сравнению с источником напряжения, который использует встроенный стабилизатор напряжения, такой как LM7812, состоит в том, что он имеет меньшее процентное изменение выходного напряжения.
Эта функция очень желательна в некоторых случаях. В типичном стабилизаторе напряжения 7812 это отклонение может составлять около 5% в сторону увеличения или уменьшения от ожидаемого 12 В на выходе (от 11,5 до 12.5 Вольт).
Как работает блок питания 12В 1А?
Этот источник напряжения состоит из понижающего трансформатора, двух выпрямительных диодов и электролитического конденсатора, что позволяет получить нерегулируемую часть блока питания. Для стабилизации напряжения мы используем стабилитрон 12 В в качестве основного компонента.
Стабилитрон имеет базу NPN-транзистора (Q1), подключенную к его катоду. Таким образом достигается то, что в эмиттере транзистора имеется напряжение стабилитрона минус 0.6 вольт (падение напряжения база-эмиттер).
Напряжение на эмиттере Q1 минус падение напряжения на резисторе R2 — это напряжение, которое получается на выходе. Из-за небольшого номинала резистора R2 (он предназначен для этой цели) падением напряжения на этом элементе можно пренебречь.
Функция транзистора Q2 (максимальная токовая защита) тесно связана с резистором R2. Когда ток увеличивается слишком сильно или происходит короткое замыкание, падение напряжения на резисторе увеличивается до нуля.6 вольт между его выводами. Это происходит примерно при токе в нагрузке 1,2 ампера. Если мы хотим, чтобы источник был защищен при меньшем потреблении тока, мы должны увеличить значение R2 до другого.
Эти 0,6 В напрямую подаются на эмиттерный переход базы транзистора Q2, который начинает проводить и удаляет ток, поступающий на базу транзистора Q1.
Как следствие, эмиттерный ток транзистора Q1 уменьшается, что эквивалентно уменьшению тока нагрузки, тем самым защищая источник напряжения.
Перечень компонентов цепи питания 12 В, 1 А
- 1 Биполярный транзистор NPN TIP41C или TIP41A (Q1)
- 1 Биполярный транзистор NPN 2N3904 (Q2)
- 2 Выпрямительные диоды 1N5400 (D1, D1, D1, D1
- ) 1 N стабилитрон (12 В) (D3)
- 1 10 кОм, резистор 1/4 Вт (R1)
- 1 0,5 Ом, резистор 2 Вт (R2)
- 1 Электролитический конденсатор 2200 мкФ / 35 В (C1)
- 1 10 мкФ / Электролитический конденсатор 35 В (C2)
- 1 Конденсатор 0,01 мкФ (C3)
- 1 Трансформатор 240/120 В переменного тока на 24 В переменного тока, 1.5 A (T)
- 1 Радиатор (для транзистора Q1)
Примечание. Если используется стабилитрон на 13 В (1N4743), выходное напряжение будет 12,4 В.
Двухконтактный биполярный источник питания
Введение
2-квадрантный источник питания — тот, который подает положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы — можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник питания может использоваться в различных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности меняет ориентацию молекул кристаллов, и заканчивая оборудованием для тестирования и измерения.
Лист данных LT8714 описывает работу 2-квадрантного источника питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход). Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не приемник энергии. Второй квадрант и четвертый квадрант образуют приемник энергии.
Описание схемы и функциональные возможности
На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 как двухквадрантного источника питания.Трансмиссия состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, конденсатора связи CC, а также входных и выходных фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные индуктивности, подход, который может снизить стоимость преобразователя.
Рисунок 1. Электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах V IN 12 В, V O ± 5 В при 6 А.
Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания напряжений и уровней тока в каждом квадранте.Для этого функциональная топология положительного выхода показана на рисунке 2.
Рис. 2. Топология 2-квадрантной операции с положительным выходом.
Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:
Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рисунке 1. Входное напряжение составляет номинальное 12 В с выходным напряжением ± 5 В при максимальном токе 6 А для обоих.
Измеренный КПД данной конструкции показан на рисунке 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов. Напряжение и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.
Рисунок 3. Кривые КПД преобразователя с V IN 12 В, V OUT +5 В и –5 В, и максимальным входом / выходом 6 A.
Рисунок 4 иллюстрирует превосходную линейность зависимости выходного напряжения отуправляющее напряжение В CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение изменялось от 0,1 В до 1 В.
Рис. 4. График зависимости выходного напряжения V OUT от управляющего напряжения V CTRL . Когда V CTRL изменяется с 0,1 В до 1 В, выход V OUT изменяется с –5 В на +5 В.
Используя две модели LTspice ® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с показателем мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.
Заключение
В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием LTC8714. Конструкция была протестирована и подтверждена контроллером LTC8714 на отличную линейность.
Двухконтактный биполярный источник питания
Введение
2-квадрантный источник питания — тот, который подает положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы — можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714. Показанный здесь двухквадрантный источник питания может использоваться в различных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности меняет ориентацию молекул кристаллов, и заканчивая оборудованием для тестирования и измерения.
Лист данных LT8714 описывает работу 2-квадрантного источника питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход). Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не приемник энергии. Второй квадрант и четвертый квадрант образуют приемник энергии.
Описание схемы и функциональные возможности
На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 как двухквадрантного источника питания.Трансмиссия состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, конденсатора связи CC, а также входных и выходных фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные индуктивности, подход, который может снизить стоимость преобразователя.
Рисунок 1. Электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах V IN 12 В, V O ± 5 В при 6 А.
Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания напряжений и уровней тока в каждом квадранте.Для этого функциональная топология положительного выхода показана на рисунке 2.
Рис. 2. Топология 2-квадрантной операции с положительным выходом.
Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:
Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рисунке 1. Входное напряжение составляет номинальное 12 В с выходным напряжением ± 5 В при максимальном токе 6 А для обоих.
Измеренный КПД данной конструкции показан на рисунке 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов. Напряжение и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.
Рисунок 3. Кривые КПД преобразователя с V IN 12 В, V OUT +5 В и –5 В, и максимальным входом / выходом 6 A.
Рисунок 4 иллюстрирует превосходную линейность зависимости выходного напряжения отуправляющее напряжение В CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение изменялось от 0,1 В до 1 В.
Рис. 4. График зависимости выходного напряжения V OUT от управляющего напряжения V CTRL . Когда V CTRL изменяется с 0,1 В до 1 В, выход V OUT изменяется с –5 В на +5 В.
Используя две модели LTspice ® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с показателем мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.
Заключение
В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием LTC8714. Конструкция была протестирована и подтверждена контроллером LTC8714 на отличную линейность.
.