Как настроить импульсный блок питания

Содержание

Самостоятельная и качественная пайка

Предметы первой необходимости при ремонте это паяльник, канифоль и «отсос». Отсос – механический (или электрический) прибор, который применяется во время выпаивания элементов и служит для предотвращения перегрева во время пайки. Принцип его работы заключается в резком втягивании в себя расплавленного олова, которое при сильном нагреве может вывести радиоэлемент из строя. Особенно это касается интегральных микросхем, которые очень чувствительны к таким температурным скачкам. Отсосы бывают механические и электрические. Хорошо и правильно подобранный по мощности паяльник в сочетании с отсосом являются отличным тандемом для качественной пайки.
Для выпаивания и обратной установки необходимых радиоэлементов можно пользоваться не только паяльником и отсосом, но и термовоздушной паяльной станцией. Её несложно соорудить и самому. Обычный вентилятор можно использовать в качестве нагнетателя, а спираль буде нагревающим элементом. Схема на тиристоре будет оптимальным вариантом для регулировки температуры. Такая станция ещё удобна и для прогрева всех подозрительных и некачественных паек, которые могут стать причиной появления микротрещин, и как результат – плохого контакта.

Правильная и качественная пайка является одним из основополагающих навыков, которым должен овладеть любой начинающий радиолюбитель. От этого зависит конечный результат всего ремонта и срок дальнейшей эксплуатации отремонтированного прибора.

Защита от неправильного использования

Когда выбирают лабораторный блок питания, в первую очередь обращают внимание на цену и максимальное значение напряжения и тока

Но наличие качественной защиты — это тоже очень важно, так как позволяет защитить не только блок питания, но и подлюченное к нему оборудование. В этом разделе мы расскажем о типах защит, которыми оснащаются серийные лабораторные блоки питания и рассмотрим несколько сопутствующих моментов

В этом разделе мы расскажем о типах защит, которыми оснащаются серийные лабораторные блоки питания и рассмотрим несколько сопутствующих моментов.

Защита от перегрузки по току (сокращённо OCP — Over Current Protection) должна мгновенно срабатывать при превышении выходным током заданного значения, что может произойти, например, при коротком замыкании выходных клемм блока питания. Такой тип защиты есть в большинстве хороших моделей

Но важно не только само наличие защиты, также важна скорость её срабатывания. В зависимости от реализации, защита от перегрузки по току может: полностью отключить выход блока питания от нагрузки, ограничить выходной ток заданным пороговым уровнем или перейти в режим стабилизации выходного тока (CC — Constant Current), сохранив то значение тока, которое было до перегрузки

В этом коротком видео показано как срабатывает защита маломощного лабораторного блока питания ITECH IT6720 при коротком замыкании его выходов.

Демонстрация срабатывания защиты от перегрузки по току при коротком замыкании.

Защита от перегрузки по напряжению (сокращённо OVP — Over Voltage Protection) срабатывает при превышении уровня напряжения на выходных клеммах блока питания заданного значения. Такая ситуация может возникать при работе на нагрузку с повышенным сопротивлением в режиме стабилизации тока. Или при попадании на клеммы лабораторного блока питания внешнего напряжения. Ещё одно применение этого типа защиты — это ограничение выходного напряжения блока питания на безопасном для подключенного оборудования уровне. Например, при питании цифровой схемы с напряжением 5 Вольт, есть смысл в настройках блока питания установить 5,5 Вольт в качестве порога срабатывания защиты.

Защита от перегрузки по мощности (сокращённо OPP — Over Power Protection) есть во всех моделях с . Задача этой защиты — ограничить максимальную мощность, которую лабораторный блок питания отдаёт в нагрузку, для того, чтобы силовые компоненты блока питания работали в штатном режиме и не перегревались. Если при работе в режиме стабилизации выходного напряжения (CV — Constant Voltage) будет превышен ток потребления, то прибор автоматически перейдёт в режим стабилизации выходного тока (CC — Constant Current) и начнёт снижать напряжение на нагрузке.

Защита от перегрева (сокращённо OTP — Over Temperature Protection) срабатывает при повышенном нагреве силовых компонентов блока питания, находящихся внутри корпуса. В простых моделях используется один датчик температуры, который просто впаян в плату управления. Он отслеживает среднюю температуру внутри корпуса и не способен быстро реагировать на опасный нагрев силовых элементов. В хороших моделях используется несколько датчиков, расположенных прямо в точках максимального выделения тепла. Такая реализация обеспечивает гарантированную защиту прибора, даже при быстром локальном перегреве. Обычно в хороших моделях защита от перегрева работает совместно с вентиляторами охлаждения с изменяемой частотой вращения. Чем больше тепла выделяется внутри прибора, тем выше скорость вращения вентиляторов. Если внутренняя температура всё-таки приблизится к критической, то будет выдано предупреждение (звуковое и надпись на экране), а если произойдёт превышение, то лабораторный блок питания автоматически выключится.

Также в лабораторных блоках питания встречаются такие виды защиты: от смены полярности (реверса), от пониженного напряжения (UVP — Under Voltage Protection) и от аварийного отключения.

Фильтр

Выходное напряжение надо отфильтровать – оно содержит большое количество продуктов преобразования. Так как инвертор работает на достаточно большой частоте, то эффективными становятся фильтры, содержащие не только конденсаторы, но и малогабаритные дроссели относительно небольшой индуктивности.

Г- и П-образные LC-фильтры.

Для расчета элементов фильтра надо задаться коэффициентом пульсаций Кп. Он выбирается из предполагаемой нагрузки:

чувствительная аппаратура для радиоприема, предварительные каскады аудиоаппаратуры, микрофонные усилители – Кп=10-5..10-4;
усилители звуковой частоты – Кп=10-4..10-3;
приемная и звуковоспроизводящая аппаратура среднего и низкого класса – Кп=10-2..10-3.

Для Г-образного фильтра, устанавливаемого после двухполупериодного выпрямителя, действуют соотношения:

L*C=25000/(f2+Кп);
L/C=1000/R2н.

В этих формулах:

L – индуктивность дросселя в мкГн;
С – емкость конденсатора в мкФ;
f – частота преобразования в Гц;
Rн – сопротивление нагрузки в Омах.

Для П-образного фильтра:

С1=С2=С;
L/C=1176/R2н.

Размерность величин та же, что и для предыдущего фильтра.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

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

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

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

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

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

Топологии ИИП

Топология это подключение индуктивности, конденсатора, переключающих элементов схемы для обеспечения преобразования энергии, соотношения входных и выходных параметров.

схема	описание
	повышающий
	понижающий
	Sepic

Рис. 2 Основные топологии ИИП.

Принцип управления силовым ключом в наиболее часто используемых топологиях ИИП в общем-то одинаковый (см. рис 2)

Регулируется скважность открытия силового ключа, т.е. соотношение между состояниями «открыт» и «закрыт»

Управление скважностью осуществляется либо в зависимости от выходного напряжения (управление по напряжению, voltage-mode control), либо в зависимости от тока в силовой индуктивности (управление по току, current-mode control).

В каждом из двух режимов управление может быть гистерезисное (Hysteretic Control) или пропорциональное (Proportional Control)

При гистерезисном управлении скважность импульсов фиксирована, а регулировка выходного напряжения осуществляется включением или отключением подачи импульсов управления силового ключа

При пропорциональном управлении скважность изменяется пропорционально величине рассогласования между фактическим выходным напряжением и требуемым. Для распространенных топологий ИИП промышленностью выпускаются специализированные ШИМ-контроллеры

Но что делать, если под нужную топологию не существует готового ШИМ-контроллера? В этом случае на помощь так же может прийти микроконтроллер с конфигурируемой периферией

Для распространенных топологий ИИП промышленностью выпускаются специализированные ШИМ-контроллеры. Но что делать, если под нужную топологию не существует готового ШИМ-контроллера? В этом случае на помощь так же может прийти микроконтроллер с конфигурируемой периферией.

Простые импульсные блоки питания

Извните, что отвечаю с опозданием на Ваши комментарии, но зато — попробую ответить на все сразу. Блоки питания по приведенным схемам хороши в работе до 0,5 кВт. Именно до этого значения типы транзисторов, используемых в схеме, не нуждаются в замене.

По поводу полумостовых схем с применением специализированных микросхем. Как правило, использование микросхем дает ряд преимуществ таких, как: постоянство частоты, возможность стабилизации выходного напряжения. Кроме того, большинство современных микросхем имеют встроенные узлы защиты от перенапряжения и токовой перегрузки. Но теряется простота изготовления. Для микросхем нужны отдельные источники питания либо способность запускаться в режиме малого потребления, как, например у UC3825. Топология монтажа, особенно при работе с полевыми транзисторами, должна быть тщательно продумана (никто, правда, не отменял продумывание монтажа и в более простых схемах), навесной монтаж противопоказан в принципе.

Приведенные же схемки я просто собираю навесом и не испытываю неудобств с отсутствием повторяемости. Угроза выхода из строя такой простой схемки невелика в условиях нормальной эксплуатации. Недостатки — изменение частоты при изменении нагрузки, отсутствие какой-либо защиты, нет стабилизации. Но для многих целей стабилизация и не нужна. При сильном желании ввести стабилизацию можно всегда. Несколько таких схем были собраны мною для лабораторных БП. На нестабилизированный выход собственно преобразователя ставился регулируемый стабилизатор напряжения (в нескольких случаях — импульсный), со всеми необходимыми защитными функциями, присущими лабораторным БП.

Поверьте, нестабилизированный преобразователь + модуль регулируемого стабилизатора лучше, чем регулируемый ШИМ-преобразователь, который не многим по силам собрать и заставить работать так, как задумано. Защита легко внедряется в эти схемы с небольшими дополнительными затратами и некоторым ухудшением КПД преобразователя.

По поводу феррита.

3000НМ или 2000НМ — выбор за конструктором. Трансформатор, выполненный на К3000НМ будет работать с намоточными данными, расчитанными для феррита К2000НМ при условии одинаковых геометрических параметров. Индукционные и частотные параметры этих ферритов приблизительно одинаковы.

По фильтрам.

Пардон, но каждый сам решает, какие фильтры, сколько и куда поставить. Без фильтров, разумеется, такие схемы лучше не эксплуатировать. На рисунке самой схемы их нет лишь потому, что фильтры должны присутствовать в аналогичных схемах по умолчанию. Т.к. их можно сейчас найти без проблем в готовом виде и в любом количестве, решил их просто не рисовать. Пришлось бы писать еще и моточные данные. Следует заметить, что подобные схемы нужно еще и экранировать. Фильтры препятствуют лишь проникновению помехи в проводник, сами являясь при этом излучателем «эфирной» электромагнитной помехи.

Спасибо.

Принцип действия ИИП и его устройство

Импульсный источник питания — это устройство, которое работает по принципу инвертора, то есть сначала преобразует переменное напряжение в постоянное, а потом снова из постоянного делает переменное нужной частоты. В конечном итоге последний каскад преобразователя всё равно основан на выпрямлении напряжения, так как большинство приборов всё же работают на пониженном постоянном напряжении. Суть уменьшения габаритов этих питающих и преобразующих устройств построена на работе трансформатора. Дело в том, что трансформатор не может работать с постоянным напряжением. Просто-напросто на выходе вторичной обмотки при подаче на первичную постоянного тока не будет индуктироваться ЭДС (электродвижущая сила). Для того чтобы на вторичной обмотке появилось напряжения оно должно меняться по направлению или же по величине. Переменное напряжение обладает этим свойством, ток в нём меняет своё направление и величину с частотой 50 Гц. Однако, чтобы уменьшить габариты самого блока питания и соответственно трансформатора, являющегося основой гальванической развязки, нужно увеличить частоту входного напряжения.

При этом импульсные трансформаторы, в отличие от обычных линейных, имеют ферритовый сердечник магнитопровода, а не стальной из пластин. И также современные блоки питания работающие по этому принципу состоят из:

выпрямителя сетевого напряжения;
генератора импульсов, работающего на основе ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или же триггера Шмитта;
преобразователя постоянного стабилизированного напряжения.

После выпрямителя сетевого напряжения генератор импульсов с помощью ШИМ генерирует его в переменное с частотой около 20–80 кГц. Именно это повышение с 50 Гц до десятков кГц и позволяет значительно уменьшить, и габариты, и массу источника питания. Верхний диапазон мог быть и больше, однако, тогда устройство будет создавать высокочастотные помехи, которые будет влиять на работу радиочастотной аппаратуры. При выборе ШИМ стабилизации обязательно нужно учитывать также и высшие гармоники токов.

Даже при работе на таких частотах эти импульсные устройства вырабатывают высокочастотные помехи. А чем больше их в одном помещении или в одном закрытом помещении тем больше их в радиочастотах. Для поглощения этих негативных влияний и помех устанавливаются специальные помехоподавляющие фильтры на входе устройства и на его выходе.

Это наглядный пример современного импульсного блока питания применяемого в персональных компьютерах.

Если схему радиолюбитель изобретает сам то он обязательно заглядывает в справочник по радиодеталям. Именно справочник является основным источником информации в данном случае.

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

Фото лабораторных блоков питания своими руками

Источники

https://supereyes.ru/articles/power_supply/laboratornyy_blok_pitaniya_impulsnyy_ili_lineynyy_kakoy_vybrat/
https://svoimirykami.guru/laboratornyj-blok-pitaniya-svoimi-rukami/
https://amperof.ru/sovety-elektrika/laboratornyj-blok-pitaniya-svoimi-rukami.html
https://USamodelkina.ru/16407-reguliruemyj-blok-pitanija-ochen-prosto-po-silam-dazhe-shkolniku-podrobno.html
https://tehnoobzor.com/schemes/pitanie/2779-kak-sdelat-laboratornyy-blok-pitaniya-svoimi-rukami.html
https://www.ixbt.com/live/topcompile/power-supply_3.html