Зробити блок живлення своїми руками має сенс не тільки захопленому радіоаматорові. Саморобний блок живлення (БЖ) створить зручності і заощадить чималу суму також в наступних випадках:
- Для низьковольтного живлення електроінструменту, заради економії ресурсу дорогої акумуляторної батареї (АКБ);
- Для електрифікації приміщень особливо небезпечних за ступенем ураження електрострумом: підвалів, гаражів, сараїв і т. п. При живленні їх змінним струмом більша його величина в низьковольтної проводки здатна створити перешкоди побутової техніки та електроніки;
- В дизайні і творчості для точного, безпечного і безвідходної різання нагрітим ніхромом пінопласту, поролону, легкоплавких пластиків;
- У світлодизайн – використання спеціальних БЖ дозволить продовжити життя світлодіодної стрічки і отримати стабільні світлові ефекти. Харчування підводних освітлювачів фонтану, ставка тощо-від побутової електромережі взагалі неприпустимо;
- Для зарядки телефонів, смартфонів, планшетів, ноутбуків далеко від стабільних джерел електроживлення;
- Для електроакупунктури;
- І багатьох інших, які не мають прямого відношення до електроніки, цілей.
Допустимі спрощення
Професійні БЖ розраховуються на харчування навантаження будь-якого роду, в т. ч. реактивної. У числі можливих споживачів – високоточна апаратура. Заданий напруга профі-БП повинен підтримувати з найвищою точністю невизначено довгий час, а його конструкція, захист і автоматика повинні допускати експлуатацію некваліфікованим персоналом у важких умовах, напр. біологами для живлення своїх приладів в теплиці або в експедиції.
Аматорський лабораторний блок живлення вільний від цих обмежень і тому може бути істотно спрощено при збереженні достатніх для власного вживання якісних показників. Далі, також шляхом нескладних удосконалень, з нього можна отримати БЖ спеціального призначення. Чим ми зараз і займемося.
Скорочення
Далі в тексті заради стислості вживаються загальноприйняті в техніці по даній темі скорочення. Найчастіше вам зустрінуться:
РЕ – регулюючий елемент стабілізатора напруги (СН). Підтримує на виході задану його величину.
Примітка: як ЗПН, так і ІСН можуть працювати як від ІСН промислової частоти з трансформатором на залозі, так і від ІІН.
Про комп’ютерних БП
ДБЖ компактні і економічні. А в коморі у багатьох валяється БЖ від старого компа, морально застарілий, але цілком справний. Так можна пристосувати імпульсний блок живлення від комп’ютера для любительських/робочих цілей? На жаль, комп’ютерний ДБЖ досить високо спеціалізований пристрій і можливості його застосування в побуті/на роботі досить обмежені:
ДБЖ не розраховані на ХХ. На такий випадок у них є пристрій захисту (УЗ), але часті тривалі догляди в аварію знижують надійність ДБЖ до неприпустимо низькою.- ДБЖ створюють в ланцюгах споживання високий рівень ВЧ перешкод, т. к. логіка до них мало чутлива, а конструктивне придушення значно здорожує розробку і виробництво.
- ДБЖ розраховані на зміни струму споживання у відносно невеликих межах, тому їх диференціальне вихідний опір ?r (про нього докладніше далі) досить велика.
- Зробити вихідна напруга ДБЖ регульованим без його капітальної переробки неможливо.
Використовувати ДБЖ, перероблений з комп’ютерного, пересічному любителю доцільно, мабуть, тільки для живлення електроінструменту; про це див. далі. Другий випадок – якщо любитель займається ремонтом ПК та/або створенням логічних схем. Але тоді він вже знає, як для цього пристосувати БЖ від компа:
За справу!
Внаслідок недоліків ДБЖ, плюс їхня принципова і схемотехнічна складність, ми тільки в кінці розглянемо кілька таких, але простих і корисних, і поговоримо про методику ремонту ІІН. Основна ж частина матеріалу присвячена ЗПН і ДПН з трансформаторами промислової частоти. Вони дозволяють людині, що тільки-тільки взяла в руки паяльник, побудувати БЖ досить високої якості. А маючи його на господарстві, освоїти техніку «тонша» буде легше.
ІСН
Спочатку розглянемо ІСН. Імпульсні детальніше залишимо до розділу про ремонт, але у них з «залізними» є спільне: силовий трансформатор, випрямляч і фільтр придушення пульсацій. В комплексі вони можуть бути реалізовані різним чином згідно призначення БП.
Схеми випрямлячів напруги змінного струму
Поз. 1 на Рис. 1 – однополуперіодний (1П) випрямляч. Падіння напруги на діоді найменше, ок. 2В. Але пульсація випрямленої напруги з частотою 50Гц і «рвана», тобто з проміжками між імпульсами, тому конденсатор фільтра пульсацій Сф повинен бути в 4-6 разів більшої ємності, ніж в інших схемах. Використання силового трансформатора Тр по потужності – 50%, т. к. випрямляється всього 1 полуволна. З цієї ж причини в магнітопроводі Тр виникає перекіс магнітного потоку і мережа його «бачить» не як активне навантаження, а як індуктивність. Тому 1П випрямлячі застосовуються тільки на малу потужність і там, де по-іншому ніяк не можна, напр. у ІІН на блокінг-генератори і з демпферным діодом, див. далі.
Примітка: чому 2В, а не 0,7, при яких відкривається p-ппереход в кремнії? Причина – наскрізний струм, про який див. далі.
Поз. 2 – 2-полупериодный з середньою точкою (2ПС). Втрати на діодах такі ж, як в перед. випадку. Пульсація – 100 Гц суцільна, так що Сф потрібен найменший з можливих. Використання Тр – 100% Недолік – подвоєний витрата міді на вторинну обмотку. У часи, коли випрямлячі робили на лампах-кенотронах, це не мало значення, а тепер – визначальне. Тому 2ПС використовують в низьковольтних випрямлячах, переважно підвищеної частоти з діодами Шотткі ДБЖ, проте принципових обмежень по потужності 2ПС не мають.
Поз. 3 – 2-полупериодный мостовий, 2ПМ. Втрати на діодах – подвоєні порівняно з поз. 1 і 2. Решта – як у 2ПС, але міді на вторинку потрібно майже вдвічі менше. Майже – тому що кілька витків доводиться доматывать, щоб компенсувати втрати на парі «зайвих» діодів. Найбільш вживана схема на напругу від 12В.
Поз. 3 – двухполярный. «Міст» зображено умовно, як прийнято в принципових схемах (звикайте!), і повернутий на 90 градусів проти годинникової стрілки, але насправді це пара включених різнополярних 2ПС, як ясно видно далі на рис. 6. Витрата міді як у 2ПС, втрати на діодах як у 2ПМ, решта як у того й іншого. Будується в основному для живлення аналогових пристроїв, що вимагають симетрії напруги: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП та ін.
Поз. 4 – двухполярный за схемою паралельного подвоєння. Дає без додаткових заходів підвищену симетрію напруги, т. к. асиметрія вторинної обмотки виключена. Використання Тр 100%, пульсації 100 Гц, але рвані, тому Сф потрібні подвоєною ємності. Втрати на діодах приблизно 2,7 за рахунок взаємного обміну наскрізними струмами, див. далі, і при потужності більше 15-20 Вт різко зростають. Будуються в основному як малопотужні допоміжні для незалежного живлення операційних підсилювачів (ОП) та ін малопотужних, але вимогливих до якості електроживлення аналогових вузлів.
Як вибрати трансформатор?
В ДБЖ вся схема найчастіше чітко прив’язана до типорозміру (точніше – до обсягу і площі поперечного перерізу…) трансформатора/трансформаторів, т. к. використання тонких процесів у фериті дозволяє спростити схему при більшій її надійності. Тут «як-небудь по-своєму» зводиться до точного дотримання рекомендацій розробника.
Трансформатор на залозі вибирають з урахуванням особливостей ЗПН, чи погодяться з ними при його розрахунку. Падіння напруги на РЕ Uрэ не треба брати менше 3В, інакше КСС різко впаде. При збільшенні Uрэ КСС дещо зростає, але набагато швидше зростає розсіюється РЕ потужність. Тому Uрэ беруть 4-6 Ст. До нього додаємо 2(4)В втрат на діодах і падіння напруги на вторинній обмотці Тр U2; для діапазону потужностей 30-100 Вт і напруг 12-60 В беремо його 2,5 Ст. U2 виникає переважно не на омічного опору обмотки (воно у потужних трансформаторів взагалі мізерно мало), а внаслідок втрат на перемагничивание сердечника і створення поля розсіювання. Просто, частина енергії мережі, «накачаної» первинною обмоткою в магнітопровід, випаровується у світовий простір, що і враховує величина U2.
Отже, ми нарахували, припустимо, для мостового випрямляча, 4+4+2,5 = 10,5 В лишку. Додаємо його до необхідного вихідного напруги БЖ; нехай це буде 12В, і ділимо на 1,414, отримаємо 22,5/1,414 = 15,9 або 16В, це буде найменша допустима напруга вторинної обмотки. Якщо Тр фабричний, типового ряду беремо 18В.
Тепер у справу йде струм вторинного ринку, який, природно, дорівнює максимальному струму навантаження. Нехай нам потрібно 3А; множимо на 18В, буде 54Вт. Ми отримали габаритну потужність Тр, Рг, а паспортну P знайдемо, поділивши Рг на ККД ? Тр, залежний від Рг:
- до 10Вт, ? = 0,6.
- 10-20 Вт, ? = 0,7.
- 20-40 Вт, ? = 0,75.
- 40-60 Вт, ? = 0,8.
- 60-80 Вт, ? = 0,85.
- 80-120 Вт, ? = 0,9.
- від 120 Вт, ? = 0,95.
В нашому випадку P = 54/0,8 = 67,5 Вт, але такого типового значення немає, так що доведеться брати 80Вт. Для того, щоб отримати на виході 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, та й тільки. Можна навчитися розраховувати і мотати «транси» самому. Тим більше що в СРСР були розроблені методики розрахунку трансформаторів на залозі, що дозволяють без втрати надійності вичавлювати 600Вт з сердечника, який, при розрахунку за радиолюбительским довідників, здатний дати всього 250Вт. «Залізний транс» зовсім не такий тупий, як здається.
ЗПН
Випрямлена напруга потрібно стабілізувати і, найчастіше, регулювати. Якщо навантаження могутніше 30-40 Вт, необхідна і захист від КЗ, інакше несправність БП може викликати аварію мережі. Все це разом робить ЗПН.
Простий опорний
Початківцю краще відразу не лізти у великі потужності, а зробити для проби простий високостабільний ЗПН на 12в за схемою на Рис. 2. Його можна буде потім використати як джерело еталонного напруги (точна його величина виставляється R5), для повірки приладів або як ІОН високоякісного ЗПН. Максимальний струм навантаження цієї схеми всього 40мА, але КСН на допотопному ГТ403 і такому ж давньому К140УД1 більше 1000, а при заміні VT1 на кремнієвий середньої потужності і DA1 на будь-який з сучасних ОУ перевищить 2000 і навіть 2500. Струм навантаження при цьому також зросте до 150-200 мА, що вже годиться в справу.
Простий стабілізатор напруги високої точності
0-30
Наступний етап – блок живлення з регулюванням напруги. Попередній виконаний з т. зв. компенсаційною схемою порівняння, але переробити такий великий струм складно. Ми зробимо новий ЗПН на основі емітерного повторювача (ЕП), в якому РЕ і УУ поєднані всього у 1-му транзисторі. КСС вийде десь 80-150, але любителю цього вистачить. Зате ЗПН на ЕП дозволяє без особливих хитрувань отримати вихідний струм до 10А і більше, скільки віддасть Тр і витримає РЕ.
Прості регульовані блоки живлення малої потужності і на 5А
Схема простого БП на 0-30В наведена на поз. 1 Рис. 3. ІСН для нього – готовий трансформатор типу ТПП або ТЗ на 40-60 Вт з вторинною обмоткою на 2х24В. Випрямляч типу 2ПС на діодах на 3-5А і більше (КД202, КД213, Д242 тощо). VT1 встановлюється на радіатор площею від 50 кв. см; дуже добре підійде старий від процесора ПК. При таких умовах цей ЗПН не боїться КЗ, тільки VT1 і Тр будуть грітися, так що для захисту вистачить запобіжника на 0,5 А в ланцюзі первинної обмотки Тр.
Поз. 2 показує, наскільки зручний для любителя ЗПН на ЕП: там схема БП на 5А з регулюванням від 12 до 36 Ст. Цей БП може віддати в навантаження і 10А, якщо знайдеться Тр на 400Вт 36В. Перша його особливість – інтегральний ЗПН К142ЕН8 (переважно з індексом Б) виступає в незвичній ролі УУ: до його власних 12В на виході додається, частково або повністю, всі 24В, напруга від ІОН на R1, R2, VD5,VD6. Ємності С2 і С3 запобігають порушення на ВЧ DA1, що працює в незвичному режимі.
Наступний момент – пристрій захисту (УЗ) від КЗ на R3, VT2, R4. Якщо падіння напруги на R4 перевищить приблизно 0,7 В, VT2 відкриється, замкне на загальний провід базову ланцюг VT1, він закриється і відключить навантаження від напруги. R3 потрібен, щоб екстраток при спрацьовуванні УЗ не вивів з ладу DA1. Збільшувати його номінал не треба, оскільки при спрацьовуванні УЗ потрібно надійно замкнути VT1.
І останнє – уявна надлишкової ємність конденсатора вихідного фільтра С4. В даному випадку це безпечно, оскільки максимальний струм колектора VT1 в 25А забезпечує його заряд при включенні. Але зате даний ЗПН може протягом 50-70 мс віддати в навантаження струм до 30А, так що цей простий блок живлення придатний для низьковольтного живлення електроінструменту: його пусковий струм не перевищує такого значення. Потрібно тільки зробити (хоча б з оргскла) контактну колодку-черевик з кабелем, надеваемую на п’яту рукояті, і нехай «акумыч» відпочиває і береже ресурс до виїзду.
Про охолодження
Припустимо, в даній схемі на виході 12В при максимумі в 5А. Це лише середня потужність електролобзика, але, на відміну від дриля або шуруповерта, він бере її постійно. На С1 тримається близько 45В, тобто на РЕ VT1 залишається десь 33В при струмі 5А. Розсіюється потужність – більш 150Вт, навіть більше 160, якщо врахувати, що VD1-VD4 теж треба охолоджувати. Звідси ясно, що будь-потужний регульований БЖ повинен бути забезпечений досить ефективною системою охолодження.
Саморобний ефективний радіатор для потужного блоку живлення
Ребристий/голчастий радіатор на природній конвекції проблеми не вирішує: розрахунок показує, що потрібна рассевающая поверхню від 2000 кв. см. і товщина тіла радіатора (пластини, від якої відходять ребра або голки) від 16 мм. Дістати стільки алюмінію в фасонному виробі у власність для любителя було і залишається мрією в кришталевому замку. Процесорний кулер з обдувом також не годиться, він розрахований на меншу потужність.
Один з варіантів для домашнього майстра – алюмінієва пластина товщиною від 6 мм і розмірами від 150х250 мм з насверленными по радіусах від місця установки охолоджуваного елемента в шаховому порядку отвори більшого діаметра. Вона ж послужить задньою стінкою корпусу БП, як на Рис. 4.
Неодмінна умова ефективності такого охолоджувача – нехай слабкий, але безперервний струм повітря крізь перфорацію зовні всередину. Для цього в корпусі (бажано вгорі) встановлюють малопотужний витяжний вентилятор. Підійде комп’ютерний діаметром від 76 мм, напр. дод. кулер HDD або відеокарти. Його підключають до висновків 2 і 8 DA1, там завжди 12В.
Примітка: взагалі-то радикальний спосіб побороти цю проблему – вторинна обмотка Тр з відводами на 18, 27 і 36В. Первинне напруга перемикають залежно від того, який інструмент в роботі.
І все-таки ДБЖ
Описаний БЖ для майстерні гарний і досить надійний, але тягати його з собою на виїзд тяжко. Ось тут і згодиться комп’ютерний БЖ: до більшості його недоліків електроінструмент нечутливий. Деяка доробка зводиться найчастіше до встановлення вихідного (найближчого до навантаження) електролітичного конденсатора великої ємності з метою, описаної вище. Рецептів переробки комп’ютерних БП під електроінструмент (переважно шуруповерти, як не дуже потужні, але дуже корисні) в рунеті відомо чимало, один із способів показано в ролику нижче, для інструменту на 12В.
Відео: БП 12В з комп’ютерного
З інструментами на 18В ще простіше: при тій же потужності вони споживають менший струм. Тут може згодиться куди більш доступне пристрій запалювання (баласт) від лампи-економки на 40 і більше Вт; його можна цілком помістити в корпус від злосливої АКБ, і зовні залишиться тільки кабель з мережевої виделкою. Як з баласту від згорілої економки зробити блок живлення для шуруповерта на 18В, див. наступне відео.
Відео: БП 18В для шуруповерта
Високий клас
Але повернемося до ЗПН на ЕП, їх можливості далеко ще не вичерпані. На Рис. 5 – двухполярный потужний блок живлення з регулюванням 0-30, придатний для Hi-Fi звукової апаратури та інших вибагливих споживачів. Установка вихідної напруги здійснюється однією ручкою (R8), а симетрія каналів підтримується автоматично при будь-якій його величиною і будь-якому струмі навантаження. Педант-формаліст при вигляді цієї схеми, можливо, посивіє на очах, але у автора такий БП справно працює вже близько 30 років.
Потужний двухполярный регульований блок живлення
Головним каменем спотикання при його створенні було ?r = ?u/?i, де ?u і ?i – малі миттєві збільшення напруги і струму відповідно. Для розробки і налагодження висококласної апаратури потрібно, щоб ?r не перевищувала 0,05-0,07 Ом. Просто, ?r визначає здатність БЖ миттєво реагувати на кидки струму споживання.
У ЗПН на ЕП ?r одно такому ІОН, тобто стабілітрона, поділеній на коефіцієнт передачі струму ? РЕ. Але у потужних транзисторів ? на великому колекторному струмі сильно падає, а ?r стабілітрона складає від одиниць до десятків Ом. Тут же, щоб компенсувати падіння напруги на РЕ та зменшити температурний дрейф вихідної напруги, довелося набрати їх цілий ланцюжок навпіл з діодами: VD8-VD10. Тому опорна напруга з ІОН знімається через додатковий ЕП на VT1, його ? множиться на ? РЕ.
Наступна фішка даної конструкції – захист від КЗ. Найпростіша, описана вище, у двухполярную схему ніяк не вписується, тому завдання захисту вирішена за принципом «проти лому немає прийому»: модуля як такого немає, але є надмірність параметрів потужних елементів – КТ825 і КТ827 на 25А і КД2997А на 30А. Т2 такий струм дати не може, а поки він розігріється, встигнуть згоріти FU1 і/або FU2.
Примітка: робити індикацію перегорання запобіжників на мініатюрних лампах розжарювання не обов’язково. Просто тоді світлодіоди були ще досить дефіцитні, а СМок в загашнику налічувалося кілька жмень.
Залишилося вберегти від РЕ экстратоков розряду фільтра пульсацій С3, С4 при КЗ. Для цього вони включені через обмежувальні резистори малого опору. При цьому в схемі можуть виникнути пульсації з періодом, рівним постійної часу R(3,4)C(3,4). Їх запобігають С5, С6 меншої ємності. Їх екстратокі для РЕ вже не небезпечні: заряд стече швидше, ніж кристали мощнющих КТ825/827 розігріються.
Симетрію виходу забезпечує ОУ DA1. РЕ мінусового каналу VT2 відкривається струмом через R6. Як тільки мінус виходу по модулю перевершить плюс, він відкриє VT3, а той подзакроет VT2 і абсолютні величини вихідних напруг зрівняються. Оперативний контроль за симетрією виходу здійснюється стрілковим приладу з нулем посередині шкали P1 (на врізці – його зовнішній вигляд), а регулювання при необхідності – R11.
Остання родзинка – вихідний фільтр С9-С12, L1, L2. Така його побудова необхідно для поглинання можливих ВЧ наведень від навантаження, щоб не ламати голову: досвідчений зразок глючить або БП «заколбасило». З одними електролітичними конденсаторами, зашунтированными керамікою, тут повної визначеності немає, заважає велика власна індуктивність «електролітів». А дроселі L1, L2 поділяють «віддачу» навантаження по спектру, і кожному своє.
Цей БЖ на відміну від попередніх вимагає деякої наладки:
Примітка: радіатори РЕ – зразок описаного вище, але більшого розміру, 180х340 мм. Вони складають бокові стінки корпусу. С7, С8 – антипаразитные.
Про ремонт БП
БЖ виходять з ладу частіше інших електронних пристроїв: вони приймають на себе перший удар кидків мережі, їм багато чого дістається і від навантаження. Навіть якщо ви не маєте наміру робити свій БЖ, ДБЖ знайдеться, крім компа, в мікрохвильовці, пралці та ін. побутової техніки. Вміння діагностувати БВ і знання основ електробезпеки дасть можливість якщо не усунути несправність самому, то вже зі знанням справи поторгуватися про ціну з ремонтниками. Тому подивимося, як проводиться діагностика і ремонт БП, особливо з ІІН, оскільки понад 80% відмов припадає на їх частку.
Насичення і протяг
Насамперед – про деякі ефекти, без розуміння яких працювати з ДБЖ не можна. Перший з них – насичення ферромагнетиків. Вони не здатні прийняти в себе енергії більше певної величини, що залежить від властивостей матеріалу. На залозі любителі з насиченням стикаються рідко, його можна намагнітити до декількох Тл (Тесла, одиниця вимірювання магнітної індукції). При розрахунку залізних трансформаторів індукцію беруть 0,7-1,7 Тл. Ферити витримують лише 0,15-0,35 Тл, їх петля гістерезису «прямоугольнее», і працюють на підвищених частотах, так що ймовірність «заскочити в насичення» у них на порядки вище.
Якщо магнітопровід наситився, індукція в ньому не росте і ЕРС вторинних обмоток пропадає, хоч би первинка вже плавилася (пам’ятаєте шкільну фізику?). Тепер вимкнемо первинний струм. Магнітне поле в магнитомягких матеріалах (магнитожорсткі – це постійні магніти) не може існувати стаціонарно, як електричний заряд або вода в баку. Воно почне розсіюватися, індукція падати, і у всіх обмотках наведеться ЕРС протилежного відносно вихідної полярності. Цей ефект досить широко використовується в ІІН.
На відміну від насичення, наскрізний струм у напівпровідникових приладах (попросту – протяг) явище безумовно шкідливий. Він виникає внаслідок формування/розсмоктування об’ємних зарядів в p та n областях; у біполярних транзисторів – переважно в базі. Польові транзистори і діоди Шотткі від протягу практично вільні.
Напр., при подачі/зняття напруги на діод він, поки заряди не зберуться/розсмокчуться, проводить струм в обох напрямках. Саме тому втрати напруги на діодах в випрямлячах більше 0,7 В: в момент перемикання частина заряду фільтрового конденсатора встигає стекти через обмотку. У випрямлячі з паралельним подвоєнням протяг стікає відразу через обидва діода.
Протяг транзисторів викликає викид напруги на колекторі, здатний зіпсувати прилад або, якщо підключена навантаження, наскрізним экстратоком пошкодити її. Але і без того транзисторний протяг збільшує динамічні втрати енергії, як і діодний, і зменшує ККД пристрою. Потужні польові транзистори йому майже не схильні, т. к. не накопичують заряд в базі за її відсутністю, і тому перемикаються дуже швидко і плавно. «Майже», тому що їх ланцюга істок-затвор захищені від зворотної напруги діодами Шотткі, які трішки, але відчувається.
Типи ІПН
ДБЖ ведуть свій родовід від блокінг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включенні Uвх VT1 відкритий струмом через Rб, по обмотці Wк тече струм. Миттєво зрости до межі він не може (знову згадуємо шкільну фізику), в базовій Wб і обмотці навантаження Wн наводиться ЕРС. З Wб вона через Сб форсує відмикання VT1. За Wн струм поки не тече, не пускає VD1.
Типові схеми імпульсних інверторів напруги
Коли магнітопровід насититься, струми в Wб і Wн припиняються. Потім за рахунок дисипації (розсмоктування) енергії індукція падає, в обмотках наводиться ЕРС протилежної полярності, і зворотне напруга Wб миттєво замикає (блокує) VT1, рятуючи його від перегріву і теплового пробою. Тому така схема і названа блокінг-генератора, або просто блокингом. Rк і Ск відсікають ВЧ перешкоди, яких блокінг дає хоч відбавляй. Тепер з Wн можна зняти деяку корисну потужність, але тільки через випрямляч 1П. Ця фаза триває, поки Сб не повністю перезарядити або поки не вичерпається запасена магнітна енергія.
Потужність ця, втім, невелика, до 10Вт. Якщо спробувати взяти більше, VT1 згорить від сильного протягу, перш ніж заблокується. Оскільки Тр насичується, ККД блокинга нікуди не годиться: більше половини запасеної в магнітопроводі енергії відлітає гріти інші світи. Правда, за рахунок того ж насичення блокінг певною мірою стабілізує тривалість і амплітуду своїх імпульсів, а схема його дуже проста. Тому ІПН на основі блокинга часто застосовують у дешевих телефонних зарядках.
Примітка: величина Сб багато в чому, але не повністю, як пишуть в аматорських довідниках, визначає період повторення імпульсів. Величина його ємності повинна бути ув’язана з властивостями і розмірів магнітопроводу і швидкодію транзистора.
Блокінг свого часу породив рядкову розгортку телевізорів з електронно-променевими трубками (ЕПТ), а вона – ІНН з демпферным діодом, поз. 2. Тут УУ за сигналами від Wб і ланцюга зворотного зв’язку ЦОС примусово відкриває/замикає VT1 перш ніж Тр насититься. При замкненому VT1 зворотний струм Wк замикається через той самий демпферний діод VD1. Це робоча фаза: вже більша, ніж у блокинге, частина енергії знімається в навантаження. Велика тому, що при повному насиченні вся зайва енергія відлітає, а тут цього лишку мало. Таким шляхом вдається знімати потужність до декількох десятків Вт. Однак, оскільки УУ не може спрацювати, поки Тр не підійшов до насичення, транзистор відчувається все-таки сильно, динамічні великі втрати і ККД схеми залишає бажати більшого.
ІІН з демпфером досі живі в телевізорах і монітори з ЕПТ, оскільки в них ІІН і вихід рядкової розгортки суміщені: потужний транзистор і Тр загальні. Це значно скорочує витрати виробництва. Але, відверто кажучи, ІІН з демпфером принципово чахлий: транзистор і трансформатор змушені весь час працювати на межі аварії. Інженери, які зуміли довести цю схему до прийнятної надійності, заслуговують глибокої поваги, але пхати туди паяльник нікому, окрім майстрів, які пройшли професійну підготовку та володіють відповідним досвідом, настійно не рекомендується.
Двотактний ІПН з окремим трансформатором зворотного зв’язку застосовується найбільш широко, оскільки володіє найкращими якісними показниками і надійністю. Втім, в частині ВЧ перешкод і він страшно грішить порівняно з БЖ «аналоговими» (з трансформаторами на залозі і ЗПН). В даний час ця схема існує в безлічі модифікацій; могутні біполярні транзистори в ній майже начисто витиснені польовими, керованими спец. ІМС, але принцип дії залишається незмінним. Його ілюструє вихідна схема, поз. 3.
Пристрій обмеження (УО) обмежує струм заряду ємностей вхідного фільтра Сфвх1(2). Їх велика величина – неодмінна умова роботи пристрою, т. к. за один робочий цикл із них відбирається мала частка цієї енергії. Грубо кажучи, вони грають роль водонапірного бака або повітряного ресивера. При заряді «накоротко» екстраток заряду може перевищувати 100А на час до 100 мс. Rc1 і Rc2 опором порядку МОм потрібні для симетрування напруги фільтра, т. к. найменший розбаланс його плечей неприпустимий.
Коли Сфвх1(2) зарядяться, пристрій запуску УЗ формує запускаючий імпульс, що відкриває одне з плечей (будь – все одно) інвертора VT1 VT2. По обмотці Wк великого силового трансформатора Тр2 тече струм і магнітна енергія з його серцевини через обмотку Wн майже повністю йде на випрямлення і в навантаження.
Невелика частина енергії Тр2, що визначається величиною Rогр, знімається з обмотки Wос1 і подається на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора зворотного зв’язку Тр1. Він швидко насичується, відкрите плече закривається і за рахунок дисипації в Тр2 відкривається раніше закрите, як описано для блокинга, і цикл повторюється.
В сутності, двотактний ІІН – 2 блокинга, «пихающих» один одного. Оскільки потужний Тр2 не насичується, протяг VT1 VT2 невеликий, повністю «тоне» в магнітопроводі Тр2 і в кінцевому підсумку йде в навантаження. Тому двотактний ІІН може бути побудований на потужність до декількох кВт.
Гірше, якщо він виявиться в режимі ХХ. Тоді за напівцикл Тр2 встигне насититися і сильний протяг спалить відразу обидва VT1 і VT2. Втім, зараз є у продажу силові ферити на індукцію до 0,6 Тл, але вони дорогі і від випадкового перемагнічування деградують. Розробляються ферити більш ніж на 1 Тл, але, щоб ІІН досягли «залізної» надійності, треба хоча б 2,5 Тл.
Методика діагностування
При пошуку несправностей в «аналоговому» БП, якщо він «тупо мовчить», перевіряють спочатку запобіжники, потім захист, і РЕ ІОН, якщо в ньому є транзистори. Звонятся нормально – йдемо далі поелементно, як описано нижче.
У ІІН, якщо він «заводиться» і тут же «глохне», перевіряють спочатку УО. Струм в ньому обмежує потужний резистор малого опору, потім шунтируемый оптотиристором. Якщо «резик» мабуть підгорів, змінюють його і оптрон. Інші елементи УО виходять з ладу вкрай рідко.
Якщо ІІН «мовчить, як риба об лід», діагностику починають теж з УО (може, «резик» зовсім згорів). Потім УЗ. У дешевих моделях в них використовуються транзистори в режимі лавинного пробою, що далеко не досить надійно.
Наступний етап, в будь-яких БП – електроліти. Руйнування корпусу і витікання електроліту зустрічаються далеко не так часто, як пишуть у рунеті, але втрата ємності трапляється набагато частіше, ніж вихід з ладу активних елементів. Перевіряють електролітичні конденсатори мультиметром з можливістю вимірювання ємності. Нижче номіналу на 20% і більше – опускаємо «дохляка» у відстій і ставимо новий, хороший.
Потім – активні елементи. Як продзвонювати діоди і транзистори ви, напевно, знаєте. Але тут є 2 каверзи. Перша – якщо діод Шотткі або стабілітрон звонится тестером з батарейкою на 12В, то прилад може показати пробій, хоча діод цілком справний. Ці компоненти краще дзвонити стрілочним приладом з батарейкою на 1,5-3 Ст.
Друга – потужні полевики. Вище (звернули увагу?) сказано, що їх І-З захищені діодами. Тому потужні польові транзистори звонятся начебто як справні біполярні навіть непридатними, якщо канал «вигорів» (деградував) не повністю.
Тут єдиний доступний будинку спосіб – заміна на свідомо справні, причому обох відразу. Якщо в схемі залишився горілий, він негайно потягне за собою новий справний. Фахівці жартують, мовляв, потужні полевики жити одне без одного не можуть. Ще проф. жарт – «заміна гей-пари». Це до того, що транзистори плечей ІІН повинні бути строго однотипними.
Нарешті, плівкові і керамічні конденсатори. Для них характерні внутрішні обриви (знаходяться тим же тестером з перевіркою «кондюков») і витік або пробій під напругою. Щоб їх «виловити», потрібно зібрати простеньку схему за Рис. 7. Покроково перевірка електричних конденсаторів на пробій і витік здійснюється так:
Схема перевірки електричних конденсаторів на пробій і витік під напругою
- Ставимо на тестері, нікуди його не підключаючи, найменша межа вимірювання постійної напруги (найчастіше – 0,2 або 200мВ), засікаємо і записуємо власну похибку приладу;
- Включаємо межа вимірювання 20В;
- Підключаємо підозрілий конденсатор точки 3-4, тестер до 5-6, а на 1-2 подаємо постійна напруга 24-48;
- Перемикаємо межі напруги мультиметра вниз аж до найменшого;
- Якщо на будь-якому тестер показав хоч щось, крім 0000.00 (на найменшому – щось, крім власної похибки), що перевіряється конденсатор не годен.
На цьому методична частина діагностики закінчується і починається творча, де всі інструкції – власні знання, досвід і розуміння.
Пара імпульсників
ДБЖ стаття особлива, внаслідок їх складності та схемного різноманітності. Тут ми, для початку, розглянемо пару зразків на широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), що дозволяє отримати найвищу якість ДБЖ. Схем на ШІМ в рунеті багато, але не так страшний ШІМ, як його малюють…
Для світлодизайну
Просто запалити світлодіодну стрічку можна від будь-якого описаного вище БЖ, крім того, що на Рис. 1, виставивши необхідну напругу. Добре підійде ЗПН з поз. 1 Рис. 3, таких нескладно зробити 3, для каналів R, G і B. Але довговічність і стабільність світіння світлодіодів залежать не від прикладеної до них напруги, а від протікає через них струму. Тому хороший блок живлення для світлодіодної стрічки повинен включати в себе стабілізатор струму навантаження; по-технічно – джерело стабільного струму (ІСТ).
Блок живлення для світлодіодної стрічки
Одна зі схем стабілізації струму светоленты, доступна для повторення аматорами, наведена на Рис. 8. Зібрана вона на інтегральному таймері 555 (вітчизняний аналог – К1006ВИ1). Забезпечує стабільний струм стрічки від БЖ напругою 9-15 Ст. Величина стабільного струму визначається за формулою I = 1/(2R6); в даному випадку – 0,7 А. Потужний транзистор VT3 – обов’язково польовий, від протягу з-за заряду бази біполярного ШІМ просто не сформується. Дросель L1 намотаний на феритовому кільці 2000НМ K20x4x6 джгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-сть витків – 50. Діоди VD1 ,VD2 – будь-які кремнієві ВЧ (КД104, КД106); VT1 і VT2 – КТ3107 або аналоги. З КТ361 і т. п. діапазони вхідної напруги і регулювання яскравості зменшаться.
Так працює схема: спочатку времязадающая ємність С1 заряджається по ланцюгу R1VD1 і розряджається через VD2R3VT2, відкритий, тобто знаходиться в режимі насичення, через R1R5. Таймер генерує послідовність імпульсів з максимальною частотою; точніше – з мінімальною шпаруватістю. Безінерційний ключ VT3 формує потужні імпульси, а його обв’язка VD3C4C3L1 згладжує їх до постійного струму.
Примітка: шпаруватість серії імпульсів є відношення періоду слідування до тривалості імпульсу. Якщо, напр., тривалість імпульсу 10 мкс, а проміжок між ними 100 мкс, то шпаруватість буде 11.
Струм в навантаженні наростає, і падіння напруги на R6 відкриває VT1, тобто переводить його з режиму відсічення (замикання) в активний (підсилювальний). Це створює ланцюг витоку струму бази VT2 R2VT1+u піт і VT2 також переходить в активний режим. Струм розряду С1 зменшується, час розряду збільшується, шпаруватість серії зростає і середнє значення струму падає до норми, заданою R6. В цьому і є суть ШІМ. На мінімумі струму, тобто при максимальної шпаруватості, С1 розряджається по ланцюгу VD2-R4-внутрішній ключ таймера.
В оригінальній конструкції можливість оперативного регулювання струму і, відповідно, яскравості світіння, не передбачена; потенціометрів на 0,68 Ом не буває. Найпростіше регулювати яскравість, включивши після налагодження в розрив між R3 і емітером VT2 потенціометр R* на 3,3-10 кОм, виділено коричневим. Пересуваючи його движок вниз за схемою, збільшимо час розряду С4, шпаруватість і зменшимо струм. Інший спосіб – шунтувати базовий перехід VT2, включивши потенціометр приблизно на 1 МОм в точки а і б (виділено червоним), менш кращий, т. к. регулювання вийде більш глибокої, але грубої і гострої.
На жаль, для налагодження цього корисного не тільки для светолент ІСТ потрібен осцилограф:
Для зарядки
На Рис. 9 – схема найпростішого ІСН з ШІМ, придатного для зарядки телефону, смартфона, планшета (ноутбук, на жаль, не потягне) від саморобної сонячної батареї, вітрогенератори, мотоциклетного чи автомобільного акумулятора, магнето ліхтарика-«жучка» та ін. малопотужних нестабільних випадкових джерел електроживлення. См. на схемі діапазон вхідних напруг, там не помилка. Цей ІСН і справді здатний видавати на вихід напруга, більше вхідного. Як і в попередньому, тут наявний ефект зміни полярності виходу відносно входу, це взагалі фірмова фішка схем з ШІМ. Будемо сподіватися, що, прочитавши уважно попереднє, ви у роботі цієї крохотульки розберетеся самі.
Простий імпульсний блок живлення з ШІМ для зарядки телефону
Попутно про заряді і зарядках
Заряд акумуляторів досить складний і тонкий фізико-хімічний процес, порушення якого в рази та десятки разів знижує їх ресурс, тобто до циклів заряд-розряд. Зарядний пристрій з дуже малим змінам напруги АКБ обчислювати, скільки прийнято енергії і регулювати відповідно струм заряду за певним законом. Тому зарядний пристрій і аж ніяк аж ніяк не БП і заряджати від звичайних БП можна тільки АКБ в пристроях з вбудованим контролером заряду: телефонах, смартфонах, планшетах, окремих моделях цифрових фотокамер. А зарядка, яка зарядний пристрій – предмет окремої розмови.
На десерт
Роки 3 тому в новинах промайнуло мало помічене, але цікаве повідомлення: кількість вироблених світовим электронпромом транзисторів, включаючи транзисторні структури в чіпах, перевершило кількість зерен хлібних злаків, вирощених за всю історію людства, крім рису. Поки ще природа попереду…
