Блок питания на igbt транзисторах своими руками

Биполярные транзисторы с изолированным затвором широко используются в силовой электронике. Это надежные и недорогие компоненты, управляющиеся путем подачи напряжения на изолированный от цепи элемент. IGBT — транзистор, принцип работы которого чрезвычайно прост. Используется он в инверторах, системах управления электроприводами и импульсных источниках питания.

История появления

Первые полевые транзисторы были разработаны в 1973 году, а уже спустя 6 лет появились управляемые биполярные модели, в которых использовался изолированный затвор. По мере совершенствования технологии существенно улучшились показатели экономичности и качества работы таких элементов, а с развитием силовой электроники и автоматических систем управления они получили широкое распространение, встречаясь сегодня практически в каждом электроприборе.

Сегодня используются электронные компоненты второго поколения, которые способны коммутировать электроток в диапазоне до нескольких сотен Ампер. Рабочее напряжение у IGBT — транзисторов колеблется от сотен до тысячи Вольт. Совершенствующие технологии изготовления электротехники позволяют выполнять качественные транзисторы, обеспечивающие стабильную работу электроприборов и блоков питания.

Основные характеристики

Принцип работы транзисторов и их характеристики будут напрямую зависеть от типа устройства и его конструкции. К основным параметрам полупроводников можно отнести следующее:

• Максимально допустимый ток.
• Показатель управляющего напряжения.
• Внутреннее сопротивление.
• Период задержки подключения и выключения.
• Паразитная индуктивность.
• Входная и выходная емкость.
• Напряжение насыщения у эмиттера и коллектора.
• Ток отсечки эмиттера.
• Напряжение пробоя коллектора и эмиттера.

Широкое распространение получили сегодня мощные IGBT транзисторы, которые применяются в блоках питания инверторов. Такие устройства одновременно сочетают мощность, высокую точность работы и минимум паразитной индуктивности. В регуляторах скорости применяются IGBT с частотой в десятки тысяч кГц, что позволяет обеспечить максимально возможную точность работы приборов.

Преимущества и недостатки

Сегодня в продаже можно подобрать различные модели полупроводников, которые будут отличаться своими показателями рабочей частоты, емкостью и рядом других характеристик. Популярность IGBT транзисторов обусловлена их отличными параметрами, характеристиками и многочисленными преимуществами:

• Возможность эксплуатации с высокой мощностью и повышенным напряжением.
• Работа при высокой температуре.
• Минимальные потери тока в открытом виде.
• Устойчивость к короткому замыканию.
• Повышенная плотность.
• Практически полное отсутствие потерь.
• Простая параллельная схема.

К недостаткам IGBT относят их высокую стоимость, что приводит к некоторому увеличению расходов на изготовление электроприборов и мощных блоков питания. При планировании схемы подключения с транзисторами этого типа необходимо учитывать имеющиеся ограничения по показателю максимально допустимого тока. Чтобы решить такие проблемы, можно использовать следующие конструктивные решения:

• Использование обходного пути коммутации.
• Выбор сопротивления затвора.
• Правильный подбор показателей тока защиты.

Электросхемы устройств должны разрабатывать исключительно профессионалы, что позволит обеспечить правильность работы техники, отсутствие коротких замыканий и других проблем с электроприборами. При наличии качественной схемы подключения, реализовать ее не составит труда, выполнив своими руками силовой блок, питание и различные устройства.

Устройство и принцип работы

Внутреннее устройство IGBT транзистора состоит из двух каскадных электронных ключей, которые управляют конечным выходом. В каждом конкретном случае, в зависимости от мощности и других показателей, конструкция прибора может различаться, включая дополнительные затворы и иные элементы, которые улучшают показатели мощности и допустимого напряжения, обеспечивая возможность работы при температурах свыше 100 градусов.

Полупроводники IGBT типа имеют стандартизированную комбинированную структуру и следующие обозначения:

• К — коллектор.
• Э — эмиттер.
• З — затвор.

Принцип работы транзистора чрезвычайно прост. Как только на него подается напряжение положительного потенциала, в затворе и истоке полевого транзистора открывается n-канал, в результате чего происходит движение заряженных электронов. Это возбуждает действие биполярного транзистора, после чего от эмиттера напрямую к коллектору начинает протекать электрический ток.

Основным назначением IGBT транзисторов является их приближение к безопасному значению токов замыкания. Такие токи могут ограничивать напряжение затвора различными методами.

Привязкой к установленному показателю напряжения. Драйвер затвора должен иметь постоянные параметры, что достигается за счёт добавления в схему устройства диода Шоттки. Тем самым обеспечивается уменьшение индуктивности в цепи питания и затвора.

Показатели напряжения ограничиваются за счёт наличия стабилитрона в схеме эмиттера и затвора. Отличная эффективность таких IGBT транзисторов достигается за счёт установки к клеммам модуля дополнительных диодов. Используемые компоненты должны иметь высокую температурную независимость и малый разброс.

В цепь может включаться эмиттер с отрицательной обратной связью. Подобное возможно в тех случаях, когда драйвер затвора подключён к клеммам модуля.

Правильный выбор типа транзистора позволит обеспечить стабильность работы блоков питания и других электроприборов. Только в таком случае можно гарантировать полностью безопасную работу электроустановок при коротких замыканиях и в аварийных режимах эксплуатации техники.

Сфера использования

Сегодня IGBT транзисторы применяются в сетях с показателем напряжения до 6,5 кВт, обеспечивая при этом безопасную и надежную работу электрооборудования. Имеется возможность использования инвертора, частотно регулируемых приводов, сварочных аппаратов и импульсных регуляторов тока.

Сверхмощные разновидности IGBT используются в мощных приводах управления троллейбусов и электровозов. Их применение позволяет повысить КПД, обеспечив максимально возможную плавность хода техники, оперативно управляя выходом электродвигателей на их полную мощность. Силовые транзисторы применяются в цепях с высоким напряжением. Они используются в схемах бытовых кондиционеров, посудомоечных машин, блоков питания в телекоммуникационном оборудовании и в автомобильном зажигании.

Проверка исправности

Ревизия и тестирование IGBT полупроводников выполняется при наличии неисправностей электрических устройств. Такую проверку проводят с использованием мультитестера, прозванивая коллекторы и электроды с эмиттером в двух направлениях. Это позволит установить работоспособность транзистора и исключит отсутствие замыкания. При проверке необходимо отрицательно зарядить вход затвора, используя щупы мультиметров типа COM .

Для проверки правильности работы транзистора на входе и выходе затвора заряжают ёмкость положительным полюсом. Выполняется такая зарядка за счёт кратковременного касания щупом затвора, после чего проверяется разность потенциала коллектора и эмиттера. Данные потенциалов не должны иметь расхождение более 1,5 Вольта. Если тестируется мощный IGBT, а тестера не будет хватать для положительного заряда, на затвор подают напряжение питания до 15 Вольт.

Мощные модули

Силовые транзисторы изготавливаются не только отдельными полупроводниками, но и уже собранными готовыми к использованию модулями. Такие приспособления входят в состав мощных частотных преобразователей в управлении электромоторами. В каждом конкретном случае схема и принцип работы модуля будут различаться в зависимости от его типа и предназначения. Чаще всего в таких устройствах используется мост, выполненный на основе двух силовых транзисторов.

Стабильная работа IGBT обеспечивается при частоте 150 килогерц. При повышении рабочей частоты могут увеличиваться потери, что отрицательно сказывается на стабильности электроприборов. Силовые транзисторы все свои преимущества и возможности проявляют при использовании с напряжением более 400 Вольт. Поэтому такие полупроводники чаще всего применяют в промышленном оборудовании и электроприборах высокого напряжения.

В быту часто необходим мощный источник питания на фиксированное напряжение. Он может быть использован в качестве зарядного устройства, для питания звуковой аппаратуры (усилителей) и т.д. Подобные блоки питания целесообразно выполнять по импульсной схеме. Такая схемотехника позволяет создавать легкие и мощные источники постоянного напряжения. Сложность схемы начинает отходить на второй план перед ее преимуществами уже при токах нагрузки более 2А. Сделать импульсный блок питания можно своими руками при наличии приборов и определенной квалификации.

Виды и принцип работы импульсных источников питания

Основной принцип работы импульсного источника питания (ИИП) состоит в том, что постоянное напряжение (выпрямленное сетевое или от стороннего источника) преобразовывается в импульсное частотой до сотен килогерц. За счет этого намоточные детали (трансформаторы, дроссели) получаются легкими и компактными.

Принципиально ИИП делятся на две категории:

• с импульсным трансформатором;
• с накопительной индуктивностью (она также может иметь вторичные обмотки)

Первые подобны обычным трансформаторным сетевым блокам питания, выходное напряжение у них регулируется изменением среднего тока через обмотку трансформатора. Вторые работают по другому принципу – у них регулируется изменением количества накопленной энергии.

По другим признакам ИИП можно разделить на нестабилизированные и стабилизированные, однополярные и двухполярные и т.п. Эти особенности не носят столь принципиального характера.

Структурная и принципиальная схема основных частей блока

На входе блока питания устанавливается сетевой фильтр. Принципиально на работу самодельного или промышленного импульсного блока питания он не влияет – все будет функционировать без него. Но отказываться от схемы фильтрации нельзя – из-за крайне нелинейной формы потребляемого тока импульсные источники интенсивно «сыплют» помехами в бытовую сеть 220 вольт. По этой причине работающие от этой же сети устройства на микропроцессорах и микроконтроллерах – от электронных часов до компьютеров – будут работать со сбоями.

Назначение входного устройства — защита от двух видов помех:

• синфазной (несимметричной) – возникает между любым проводом и землей (корпусом) БП;
• дифференциальной (симметричной) – между проводами (полюсами) питания.

Фильтр, как и весь блок питания, на входе защищен предохранителем F (плавким или самовосстанавливающимся). После предохранителя стоит варистор – резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Пока входное напряжение в норме, сопротивление варистора велико и он не оказывает никакого действия на работу схемы. Если напряжение повышается, сопротивление варистора резко просаживается, что вызывает увеличение тока и сгорание предохранителя.

Конденсаторы Cx блокируют дифференциальные помехи на входе и выходе фильтра в диапазоне до 30 МГц. На частоте 50 Гц их сопротивление велико, поэтому влияния на сетевое напряжение они не оказывают. Их емкость может быть выбрана от 10 до 330 нФ. Резистор Rd устанавливается для безопасности – через него разряжаются конденсаторы после отключения питания.

Синфазные помехи подавляет фильтр на Cy и L. Их значения для частоты среза f связаны формулой Томпсона:

f=1/(2*π*√L*C), где:

• f – частота среза в кГц (берется частота преобразования импульсника);
• L – индуктивность дросселя, мкГн;
• С – емкость Cy, мкФ.

Синфазный дроссель наматывается на ферритовом кольце. Обмотки одинаковые, мотаются на противоположных сторонах.

В отличие от выходного фильтра, на расчет элементов фильтра защиты от помех номинальный ток БП не влияет, за исключением провода, которым наматывается дроссель.

После фильтра сетевое напряжение выпрямляется. В большинстве случаев используется стандартный двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Схемы инверторов

Получившееся выпрямленное напряжение поступает на преобразователь (инвертор). Его выполняют на биполярных или полевых транзисторах, а также на IGBT-элементах, сочетающих свойства полевых и биполярных. В последние годы получили распространение мощные и недорогие полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET). На таких элементах удобно строить ключевые схемы инверторов. В схемах импульсных блоков питания используются различные варианты включения MOSFET, но в основном применяются двухтактные схемы из-за простоты и возможности наращивания мощности без существенных переделок.

Пуш-пульная схема

Пуш-пульный инвертор (push – толкать, pull – тянуть) — пример двухтактного преобразователя. Транзисторные ключи работают на первичную обмотку трансформатора, состоящую из двух полуобмоток I и II. Транзисторы поочередно открываются на заданный промежуток времени. Когда открыт верхний по схеме транзистор, ток течет через полуобмотку I (красная стрелка), когда второй – через полуобмотку II (зеленая). Чтобы избежать ситуации, когда оба ключа открыты (из-за конечной скорости работы транзисторов), схема управления формирует паузу, называемую Dead time.

Такая схема хорошо работает при низком напряжении питания (до +12 вольт). Минусом является наличие выбросов амплитудой, равной удвоенному напряжению питания. Это влечет за собой применение транзисторов, рассчитанных на вдвое большее напряжение.

Мостовая схема

От главного недостатка предыдущей схемы свободна двухтактная мостовая.

Здесь одновременно открывается пара транзисторов T1 и T4, потом Т2 и Т3 (сигнал управления ключами формируется с учетом Dead time). При этом первичная обмотка подключается к источнику питания то одной стороной, то другой. Амплитуда импульсов равна полному напряжению питания, и выбросы напряжения отсутствуют. К минусам относят применение четырех транзисторов вместо двух. Помимо увеличения габаритов БП это ведет к удвоенным потерям напряжения.

Полумостовая схема

На практике часто применяют полумостовую схему инвертора – в определенной мере компромисс между предыдущими двумя схемами.

В этом случае одна сторона обмотки коммутируется поочередно открывающимися транзисторами Т1 и Т2, а другая подключается к средней точке емкостного делителя С1, С2. Достоинства схемы:

• в отличие от пушпульной отсутствуют выбросы напряжения;
• в отличие от мостовой используются только два транзистора.

На другой чаше весов – обмотка трансформатора запитана лишь от половины напряжения питания.

Однотактные схемы

В схемотехнике преобразователей применяются и однотактные схемы – прямоходовые и обратноходовые. Их принципиальное отличие от двухтактных – трансформатор (точнее, его первичная обмотка) служит одновременно накопительной индуктивностью. В обратноходовых схемах энергия накапливается в первичной обмотке во время открытого состояния транзистора, а отдается в нагрузку через вторичную обмотку во время закрытого. В прямоходовых накопление энергии и отдача потребителю происходит одновременно.

Силовой трансформатор

Силовой трансформатор работает на высоких частотах (до нескольких десятков килогерц), поэтому его можно выполнить на сердечнике не из трансформаторного железа, а на феррите. Также за счет повышенной частоты его размеры будут меньше, чем у сетевого, предназначенного для преобразования на частоте 50 Гц. Расчет импульсного трансформатора достаточно объемен. С ним можно разобраться для общего развития, а для практических целей лучше воспользоваться какой-либо программой, включая онлайн-сервисы.

Популярностью пользуется программа Lite-CalcIT. Она может рассчитать трансформатор под имеющийся сердечник, а может подобрать оптимальный, исходя из введенных данных.

Снаббер

Чтобы скомпенсировать выбросы тока и напряжения, неизбежно возникающие при коммутации первичной обмотки трансформатора, применяются демпферные цепи, в англоязычной технической литературе называемые снабберами. Такие цепи могут устанавливаться по питанию (параллельно первичной обмотке трансформатора) либо отдельно на каждый ключ. Исполнение снабберов может быть разным, но наибольшее распространение получили демпферы в виде последовательной RC-цепочки (схема б на рисунке).

Обоснованной методики расчета снаббера не существует. Для этого надо учесть все паразитные индуктивности (обмотки, дорожек, конденсаторов) на множестве частот и для неизвестных волновых сопротивлений. Поэтому все существующие расчеты носят эмпирический характер.

Основным (и единственным) действующим элементом демпфера является конденсатор. Он «поглощает» импульсные выбросы. Резистор лишь ухудшает демпфирующие свойства, но ограничивает ток через конденсатор, который может достигнуть значительных величин, хотя и кратковременно. Такая схема более актуальна в тиристорных преобразователях.

Что такое снаббер или демпфер можете узнать посмотрев видео.

В схемах RCD-снабберов (в и г на рисунке) присутствуют диоды. Они могут быть полезны для ограничения импульсов обратной полярности в схемах с тиристорами и биполярными транзисторами. Если ключи собраны на полевых или IGBT-транзисторах, то смысла в установке вентилей нет – они дублируют диоды, имеющиеся внутри указанных транзисторов.

Емкость конденсатора выбирается в пределах 0,1–0,33 мкФ. В 90+ процентах случаев этого достаточно. Увеличение или уменьшение номинала применяется для ключей, работающих в нестандартных условиях (повышенная частота преобразования и т.п.)

Выпрямитель

Напряжение вторичной обмотки надо выпрямить. Для уровней до 12 вольт желательно использовать двухполупериодную схему со средней точкой.

Преимущество данной схемы – ток проходит в каждую сторону только через один диод, и падение напряжения на вентилях, в отличие от классической мостовой схемы, в два раза меньше. Это может существенно сократить потребное число витков вторичной обмотки. Этой же цели служит применение диодов Шоттки и сборок из них.

Если выходное напряжение БП выше +12 вольт, то экономия 0,6 вольт становится несущественной, и можно выполнить выпрямитель по стандартной схеме и применить трансформатор без отвода.

В случае, если выход импульсного блока питания должен быть двухполярным, снова становится рациональным выполнение отвода от средней точки. В этом случае экономится сразу 4 диода и радиаторы для них – выигрыш в габаритах может быть существенным.

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.

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.

Схема управления

Схема управления формирует импульсы, открывающие транзисторы. Для регулирования напряжения применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Импульсы генерируются с постоянной частотой. Для увеличения напряжения ширина импульса увеличивается (транзисторы открываются на большее время). Для уменьшения напряжения время открытия ключей уменьшается.

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи служат для регулирования напряжения или стабилизации тока. Напряжение может поддерживаться на заданном уровне либо регулироваться вручную изменением параметров обратной связи. В источниках с нерегулируемым выходом часто выполняется на быстродействующих оптронах.

Схемы и изготовление импульсных блоков питания

Импульсные блоки питания собираются на различной элементной базе. Обычно для построения ИИП применяются специализированные микросхемы, специально разработанные для создания таких устройств. За исключением самых простых блоков.

Мощный импульсный блок на ir2153

Несложные блоки питания можно строить на микросхеме IR2153. Она представляет собой мощный интегральный драйвер с таймером, подобным NE555. Частота генерации задается внешними элементами. Входов для организации обратной связи микросхема не имеет, поэтому стабилизацию тока и напряжения методом ШИМ не получить.

Назначение выводов приведено в таблице.

Для наилучшего понимания работы и назначения выводов лучше изучить внутреннюю схему. Основной момент, на который надо обратить внимание – выходные ключи собраны по полумостовой схеме.

На этой микросхеме можно собрать простой блок питания.

Питается IR2153 от 220 вольт через гасящий резистор R1, выпрямитель на диоде VD3, фильтр на С4. Частота генерации задается элементами С5, R2 (с указанными на схеме номиналами получается около 47 кГц). Трансформатор можно посчитать программой. В авторском варианте использовался силовой трансформатор от компьютерного БП. Штатные обмотки удалены, первичка намотана в две жилы проводом в эмалевой изоляции диаметром 0,6 мм.

Читайте также: Переделка компьютерного блока питания в лабораторный с регулировкой напряжения

Обмотка содержит 38 витков. Слои проложены изолентой. Вторичка из скрутки в 7 жил тем же проводом, для получения 24В вольт надо 7-8 витков, для другого напряжения пересчитать пропорционально.

Остальные элементы схемы отдельных пояснений не требуют. Детали размещены на печатной плате, транзисторы закреплены на радиаторе.

Более сложная схема — с защитой транзисторов от сверхтока. Измерение организовано на трансформаторе TV1. Он мотается на ферритовом кольце диаметром 12..16 мм. Вторичная обмотка содержит 50..60 витков в два провода диаметром 0,1..0,15 мм. Потом начало одной обмотки соединяется с концом второй. Первичная обмотка содержит 1..2 витка. Уровень срабатывания защиты регулируется потенциометром R13. При превышении установленного лимита срабатывает тиристор VD4 и шунтирует стабилитрон VD3. Напряжение питания микросхемы уменьшается почти до нуля.

В схеме БП предусмотрен мягкий старт. Если генерация началась, импульсы с вывода 6 через делитель R8R9 и конденсатор С8 выпрямляются. Постоянное напряжение заряжает С7 и открывает транзистор VT1. Конденсатор С3 подключается к частотозадающей цепочке и частота генератора микросхемы снижается до рабочей частоты.

Простой блок питания на полевом транзисторе

Несложный блок питания можно собрать на основе мощного полевого транзистора. Особенностью схемы является использование первичной обмотки трансформатора в качестве индуктивности, накапливающей энергию. Этим блок питания принципиально отличается от рассмотренных выше. Хотя он содержит многие элементы приведенной блок-схемы, работают большинство из них по-другому принципу.

На входе источника установлен выпрямитель и сетевой фильтр. При подаче напряжения и зарядке конденсатора С4 (а также цепочки С2С3) транзистор VT1 приоткрывается, и в первичной обмотке I начинает нарастать ток. В обмотке II возникает ЭДС, напряжение через цепочку положительной обратной связи R9VD5C5 поступает на затвор VT1, отчего он открывается еще больше. Процесс развивается лавинообразно и приводит к полному открыванию транзистора. Ток в обмотке I нарастает, создавая запас энергии. Напряжение на R10 возрастает, поступая на базу фототранзистора приемной части оптрона U1. Он при этом приоткрывается, напряжение на затворе VT1 уменьшается, и он закрывается. Начинается второй цикл работы преобразователя. Накопленная в обмотке энергия через диоды VD8 передается в конденсатор фильтра С9 и в нагрузку. Если напряжение превысит установленный уровень, загорится светодиод оптрона и транзистор VT1 закроется раньше.

Трансформатор в данной схеме работает по-другому, и рассчитывать его через упомянутую программу нельзя. Он намотан на двух склеенных кольцах из пермаллоя МП140 типоразмера 19х11х6,7. Первичная обмотка I выполнена проводом ПЭВ диаметром 0,35 мм и содержит 180 витков. Обмотка II — 8 витков провода ПЭВ-2 0,2, обмотка III — 7 витков из пяти проводов ПЭВ-2 0,56.

Дроссели L1 и L2 намотаны на кольцах из того же материала типоразмера 15x7x6,7. Первый содержит две обмотки по 30 витков из провода ПЭВ 0,2 на противоположных половинах магнитопровода. Второй выполнен проводом ПЭВ-2 0,8 в один слой по всей длине кольца до заполнения. Дроссели можно намотать и на кольцах из феррита. Данный БП способен выдать до 5А при напряжении 5В.

Стабилизированный БП на SG3525

Культовой микросхемой для построения импульсных источников питания является TL494. Дешевая и распространенная, она позволяет строить источники питания для любых целей – регулируемые, стабилизированные и т.п. Для сборки ИИП рекомендуется обратить внимание на микросхему SG3525. Она похожа по функционалу на TL494, но ее выходные каскады оптимизированы для работы с мощными полевыми транзисторами, поэтому схема инвертора упрощается. Зато усложняется схема ограничения или стабилизации тока, потому что усилитель ошибки только один, и он обычно уже задействован под управление напряжением. Но если этот режим не нужен, то этот момент непринципиален. Несомненным достоинством SG3525 является возможность мягкого пуска, которая реализуется цепью из одного конденсатора.

Для начального освоения микросхемы и экспериментов для выявления ее возможностей, можно собрать простой импульсный блок по следующей принципиальной схеме.

Здесь частота генерации задается элементами С1 и R1 и составляет около 50 кГц. Резистор R2 определяет длительность Dead time. Режим мягкого старта задается конденсатором С4. Вывод 10 Shutdown, обычно используемый для защиты мощных транзисторов, здесь задействован под включение-выключение инвертора.

Преобразователь собран по пушпульной схеме, поэтому управление ключами крайне простое. Трансформатор намотан на кольце, первичная обмотка содержит 5 витков в несколько жил провода (зависит от потребной мощности), вторичная — в зависимости от необходимого напряжения (блок питания может быть как повышающим, так и понижающим относительно напряжения на первичной обмотке, к которой прикладывается 6 вольт – половина напряжения питания).

Выпрямитель собран по мостовой схеме на диодах Шоттки, выходной фильтр L1C8 – по Г-образной. На делителе R10R11 собрана цепь обратной связи. Часть выходного напряжения поступает на вывод 1 микросхемы. Если напряжение уменьшается, период открытого состояния ключей увеличивается.

Для работы блока микросхему надо запитать от стороннего источника питания +12 В.

Освоив микросхему и поэкспериментировав с ней, можно собрать источник питания посложнее. Этот стабилизированный блок обеспечивает мощность до 500 ватт.

Здесь микросхема запитывается от отдельной обмотки трансформатора. Напряжение на ней появляется только после запуска БП, поэтому для начальной запитки SG3525 собрана схема микростарта. При включении БП в сеть заряжается конденсатор 1, когда напряжение на нем достигнет установленного уровня, открываются транзисторы следующего каскада и разряжают импульс на микросхему. Этого достаточно для запуска, а при работе SG3525 питается от дополнительной обмотки. Резистор 2 служит нагрузкой, без него схема не запустится.

Мягкий пуск реализован на конденсаторе 3. Элементы 4,5 служат для защиты транзисторов от сверхтока. Уровень срабатывания устанавливается потенциометром. Ключи управляются через трансформатор гальванической развязки (ТГР) 6. Такое решение позволило упростить схему управления. Мотается такой трансформатор на кольце из материала 2000НН в три провода. Начала и концы обмоток соединяются согласно схеме.

Основные элементы обратной связи, введенной для стабилизации напряжения – стабилитроны 7 и оптрон 8. Выходное напряжение рассчитывается по формуле:

Uвых=2+Uстаб1+Uстаб2, где:

• Uвых – выходное напряжение в вольтах;
• Uстаб – напряжение стабилизации каждого стабилитрона.

Таким образом можно получить любое выходное напряжение. Количество стабилитронов может быть иным, лишь бы суммарное напряжение стабилизации цепочки было на 2 вольта желаемого выходного уровня. Трансформатор можно рассчитать в имеющейся программе исходя из имеющихся материалов и потребного напряжения.

Для работы схемы стабилизации нужен запас по напряжению. При расчете силового трансформатора этот момент надо учесть, установив отметку в чекбоксе.

Большая часть деталей собрана на печатной плате. Если разрабатывать рисунок самостоятельно, надо иметь в виду, что печатные проводники должны быть как можно короче и шире. Не надо делать дорожки длинными и узкими. Мощные транзисторы устанавливаются на радиаторе.

Первое включение блока

Если БП собран на микросхеме, перед первым включением желательно проверить исправность обвязки. Для этого надо подать на микросхему напряжение питания от стороннего источника и осциллографом проверить наличие импульсов.

Если все нормально, можно подавать напряжение 220 вольт и приступать к наладке устройства. Первое включение в сеть (да и последующие после переделок или при наладке) надо делать через лампу накаливания на 220 вольт, включив ее в разрыв провода питания.

Если в схеме что-то не так, лампа вспыхнет, сигнализируя о неисправности. Если все в порядке, лампа гореть не будет или будет светиться в полнакала. На выходе надо нагрузить БП хотя бы одной автомобильной лампой на 12 вольт – без этого некоторые источники не запустятся.

Импульсный блок питания – не самое простое электронное устройство. Успех сборки и эксплуатации зависит от разных факторов, в том числе от конструктива устройства. На работоспособность влияют, например, тщательность изготовления намоточных деталей или топология разводки печатной платы. Рекомендуется сначала повторить уже опробованную конструкцию, и, по мере наработки опыта, творить что-то свое.

В завершении для наглядности рекомендуем к просмотру серию тематических видеороликов.

Когда автомобиль долгое время стоит без дела, нужно его хотя бы раз в месяц заводить. Аккумуляторная батарея хорошо снабжает электричеством автомобиль на протяжении 4-5 лет, затем она не в состоянии нормально обеспечивать электричеством машину, а также плохо заряжается от генератора или портативного зарядного устройства. После большого опыта сборки сварочных инверторов, у меня появилась идея сделать на основе таких аппаратов устройство для запуска двигателя.

Это устройство можно использовать как с установленным аккумулятором, так и без него. С аккумуляторной батареей инверторному блоку питания будет даже легче заводить двигатель. Я пытался завести без батареи двигатель на 88 лошадиных сил. Эксперимент удался, без каких либо поломок.

На инверторе нужно настроить выходное напряжение 11,2 В. Стартер двигателя внутреннего сгорания, рассчитан на такое напряжение (10-11 В). Инверторный блок питания, который мы собираем имеет возможность стабилизации напряжения, а также функцию защиты от максимальных токов 224 А, защиту от замыкания электропроводки.

Технология IGBT, по которой разрабатывалась электрическая схема устройства, основана на принципе полного открытия и полного закрытия мощных транзисторов, которые используются в блоке. Это дает возможность как нельзя лучше минимизировать потери на ключах IGBT.

На выходе имеется возможность регулировать силу тока и напряжение за счет изменения ширины импульсов управления силовыми ключами. Так как они работают на высоких частотах, то и регулировку нужно осуществлять на частоте 56 кГц. Такая идеализация работы возможна лишь при стабильной частоте на выходе, а также удержание ее на таких уровнях, при которых действует блок питания. В таком случае будет, изменятся, только ширина и длительность напряжения в диапазоне (0% – 45%), от ширины импульса. Остальные 55% – это нулевой уровень напряжения на ключе управления.

Трансформатор инверторного блока имеет ферритовый сердечник. Это дает возможность подстраивать прибор на высокой частоте 56 кГц. На металлическом сердечнике не создаются вихревые токи.

IGBT транзисторы – обладают необходимой мощностью, а также не создают вокруг себя вихревых полей. Зачем же нужно создавать такие высокие частоты в блоке питания? Ответ очевиден. При использовании трансформатора, чем выше частота напряжения, тем меньше нужно витков обмотки на сердечнике. Еще одним плюсом высокой частоты работы, высокого КПД трансформатора, который в данном случае становит 95%, так как обмотки сердечника выполнены из толстого провода.

Трансформаторное устройство, используемое в схеме маленькое по габаритам и очень легкое. Широтное импульсное устройство (ШИМ) – создает меньше потерь, стабилизируя напряжение, в сравнении с аналоговыми элементами стабилизации. В последнем случае мощность рассеивается на мощных транзисторах.

Те люди, которые разбираются немного в радиоэлектронике, могут заметить, что трансформатор подключается к источнику питания во время тактов двумя ключами. Один подсоединяется к плюсу, другой к минусу. Электрическая схема построения по принципу Фли Бак предусматривает подключение трансформатора с одним ключом.  Такое подключение приводит к большим потерям мощности (составляет в общей сложности порядка 10-15 % от полной мощности), так как индуктивные обмотки рассеивают энергию на резисторе. Такие потери мощности недопустимы для построения мощных источников питания в несколько киловатт.

В приведенной схеме такой недочет устранен. Выброс энергий уходит через диоды VD18 и VD19 обратно в питание моста, что в свою очередь еще больше повышает КПД трансформатора.

Потери на дополнительном ключе становят не более 40 Ватт. Схема Фли Бак предусматривает такие потери на резисторе, которые ставят 300-200 Ватт. Транзистор IRG64PC50W, который применяется в электрической схеме блока питания по технологии IGBT, имеет особенность быстрого открытия. В то же время скорость го закрытия намного хуже, что производит к импульсному нагреву кристалла в момент закрытия транзистора. На стенках транзистора выделяется около 1 кВт энергии в виде тепла. Такая мощность очень большая для транзистора, что чревато перегревом.

Для снижения этой мгновенной мощности между коллектором и эмиттером транзистора включают дополнительную цепь С16 R24 VD31. Тоже самое было сделано и с верхними IGBT транзистора, которая снижает мощность на кристалле в момент закрытия. Такое внедрение приводит до повышения мощности в момент открытия ключа транзистора. Но оно происходит практически мгновенно.

В момент открытия IGBT конденсатор С16 разряжается через резистор R24. Зарядка происходит в момент закрытия транзистора через быстрый диод VD3. Как следствие этого, затягивается формат подъема напряжения. Пока закрывается IGBT – снижается выделяемая мощность на ключе транзистора.

Такое изменение электрической цепи отлично справляется с резонирующими выбросами трансформатора, тем самым не позволяя напряжению выше 600 вольт через ключ.

IGBT – это составной трансформатор, который состоит из полевого и биполярного транзистора с переходом. Полевой транзистор выступает тут в качестве главного. Для того, чтобы им управлять требуются прямоугольные импульсы с амплитудой не меньше 12 В, а также не больше 18 В. На этом участке цепи включены специальные оптроны (HCPL3120 или HCPL3180). Возможная импульсная рабочая нагрузка составляет 2 А.

Оптрон работает таким образом. В том случае, когда появится напряжение на светодиоде оптрона, входы 1,2,3 и 4 – запитаны. На выходе мгновенно формируется мощный импульс тока с амплитудой 15,8 В. Уровень импульса ограничен резисторами R55 и R48.

Когда напряжение на светодиоде пропадает, наблюдается спад амплитуды, который открывает транзистор Т2 и Т4. Таким образом создается ток более высокого уровня на резисторах R48 и R58, а также происходит быстрая разрядка конденсатора ключа IGBT.

Мост вместе с драйверами на оптронах собираем на базе радиатора от компьютера Pentium 4, у которого плоское основание. На поверхность радиатора перед установкой транзисторов необходимо нанести термопасту.

Радиатор нужно распилить на две части таким образом, чтобы верхний и нижний ключ не имели электрического контакта между собой. Диоды крепятся к радиатору специальными слюдяными прокладками. Все силовые соединения устанавливаем с помощью применения навесного монтажа. На шину питания понадобится припаять 8 штук пленочных конденсаторов по 150 нФ каждый и максимальным напряжением 630 В.

Выходная обмотка силового трансформатора и дроссель

Так как выходные напряжения без нагрузки достигают 50 В, его нужно необходимо было выпрямить с помощью диодов VD19 и VD20. Затем нагрузочное напряжение поступает на дроссель с помощью которого происходит сглаживание и деление напряжения пополам.

Во время когда IGBT транзисторы открыты наступает фаза насыщения дросселя L3. Когда IGBT находится в закрытом состоянии, наступает фаза разрядки дросселя. Разрядка происходит через замыкающий цепь диод VD22  и VD21. Таким образом ток который поступает на конденсатор выпрямляется.

Стабилизация и ограничение тока при широтноимпульсной модуляции

Устройство, о котором далее пойдет речь – мозг блока питания ИС2845. Он создает рабочий такт с измененяемой шириной импульса, в зависимости от входного напряжения в точках входа 1 и 2, а также тока на входе 3.

2 – это вход для усиления напряжения, 1 – выход усилителя. Усилитель изменяет рабочий ток инвертора, а также ширину импульса. Дискретные изменения создают нагрузочную характеристику в зависимости от напряжения обратной связи между блоком питания и входом микросхемы. На выводе 2 микросхемы поддерживается напряжение 2,5 В.

Ширина рабочего импульса зависит от напряжения на входе 2 микросхемы. Ширина импульса становится шире, если напряжение больше 2,5 В. Если же напряжение меньше указанного, то ширина зауживается.

Стабильность работы блока питания зависит от резисторов R2 и R1. Если напряжение сильно проседает вследствие больших выходных токов, то необходимо увеличить сопротивление резистора R1.

Иногда бывает, что в процессе настройки блок начинает издавать некие жужжащие звуки. В таком случае необходимо регулировать резистор R1 и емкости конденсаторов С1 и С2. Если даже такие меры не в состоянии помочь, можно попробовать уменьшить количество витков дросселя С3.

Трансформатор должен работать тихо, иначе сгорят транзисторы. Если даже все вышеперечисленный меры не помогли, нужно добавить несколько конденсаторов по 1 мкФ на три канала БП.

Плата силовых конденсаторов 1320 мкФ

Во время включения блока питания в сеть с напряжением 220 В, происходит скачок тока, после чего выходят из строя диодная сборка VD8, во время зарядки емкости конденсатора. Для предотвращения такого эффекта нужно установить резистор R11. Когда конденсаторы зарядятся, таймер на нулевом транзисторе даст команду сомкнуть контакты и зашунтировать реле. Теперь нужный по величине рабочий ток поступает на электрический мост с трансформатором.

Таймер на VT1 размыкает контакты реле К2, что позволяет использовать процесс широтноимпульсной модуляции.

Настройка блока

Первым делом необходимо подать напряжение в 15 В на силовой мост, проследить правильную работы моста а также монтаж элементов. Далее можно запитать мост напряжением сети, в разрыв между +310 В, где расположены конденсаторы 1320 мкФ и конденсатор с емкостью 150 нФ, поставить лампочку на 150-200 Ватт. Затем подключаем к электрической цепи осфилограф на коллектор-эмиттер нижнего силового ключа. Нужно убедится, что выбросы расположены в нормальной зоне, не выше 330 В. Далее выставляем тактовую частоту ШИМа. Нужно понижать частоту до тех пор, пока не появится на осциллограмме маленький изгиб импульса, который свидетельствует о перенасыщении трансформатора.

Рабочая тактовая частота трансформатора рассчитывается таким образом: сначала измеряем тактовую частоту перенасыщения трансформатора, делим ее на 2 и результат прибавляем к частоте, на которой произошел изгиб импульса.

Затем нужно запитать мост через чайник, мощностью 2 кВт. Отсоединяем обратную связь ШИМ по напряжению, подаем регулируемое напряжение на резистор R2 в месте соединения его с стабилитроном D4 от 5 В до 0, тем самым регулируя ток замыкания от 30 А и до 200 А.

Настраиваем напряжение на минимум, ближе к 5 В, отпаиваем конденсатор С23, замыкаем выход блока. Если вы услышали звон, необходимо пропустить провод в другую сторону. Проверяем фазировку обмоток силового трансформатора. Подключаем осциллограф на нижний ключ и увеличиваем нагрузку, чтобы не было звона, или даже всплеска напряжения выше 400 В.

Измеряем температуру радиатора моста, чтобы радиатор нагревался равномерно, что свидетельствует о качественных мостах. Подключаем обратную связь по напряжению. Ставим конденсатор С23, измеряем напряжение, чтобы оно находилось в пределах 11-11,2 В. Нагружаем источник питания небольшой нагрузкой, величиной в 40 Ватт.

Настраиваем тихую работу трансформатора, изменяя количество витков дросселя L3. Если и это не помогает, увеличиваем эмкость конденсатора С1 и С2, или же размещаем плату ШИМ подальше от помех силового трансформатора.

СКАЧАТЬ…печатные платы в формате LAY

Стабилизатор напряжения на транзисторе

> Теория > Стабилизатор напряжения на транзисторе

Для работы электронной аппаратуры необходимо напряжение, обладающие точно заданными характеристиками. Но в промышленной сети напряжение постоянно меняется. Его уровень зависит от подключенных в систему предприятий, зданий и оборудования.

Функционирование любого прибора напрямую зависит от напряжения, колебания данного параметра влияют на качество работы, например, при перепадах приемник может начать хрипеть или гудеть.

Для того чтобы решить данную проблему, используют стабилизаторы на транзисторе.

Стабилизатор импульсного типа

Принцип работы стабилизатора

Одна часть этого оборудования отвечает за сравнение с эталонным значением, а другая – управляет параметрами. Если входящий параметр оказывается больше требуемого показателя, то система снижает его. Если же значение меньше, то характеристики повышаются. По этой же схеме регулируется вода в кране: когда поток меньше, чем надо, вентиль закручивается и наоборот.

Принцип стабилизации применяется на самом разном оборудовании, начиная от утюгов и заканчивая космической отраслью. Разница заключается только в технологии контроля и управления показателями.

Важно! Согласно существующему ГОСТу, напряжение в сети может изменяться в пределах до 5%, а в реальных условиях и 10% от указанного значения. Для качественного функционирования оборудования этот показатель не может превышать 0,1%.

Самая простая схема стабилизатора напряжения содержит всего лишь 2 элемента:

1. источник опорного напряжения – стабилитрон VD1;
2. балластный резистор R1.

Стабилитроном называют диод, который при определенных значениях напряжения стабилизации (обратно приложенного) начинает пропускать ток в обратном направлении. Если напряжение растет, при уменьшении внутреннего сопротивления стабилитрон продолжает удерживать напряжение в заданном значении. Принцип работы можно увидеть на схеме стабилизатора напряжения.

Схема и график работы стабилизатора

Если обратное напряжение растет, то стабилитрон оказывает сопротивление, а, значит, ток на выходе минимален. При достижении заданного параметра ток начинает расти. Затем, доходя до точки 1 на вольтамперной характеристике, напряжение перестает расти, несмотря на повышение показателей тока.

На p-n переходе напряжение увеличивается только на резисторе, стабилитрон работает в заданном режиме. Конечно, любой стабилитрон может удерживать напряжение только в заданном значении, и после повышения показателей до точки 2 элемент может начать греться и выйти из строя.

Расстояние между точками 1 и 2 называется рабочим участком.

Такой простой метод стабилизации подходит только для сетей, в которых применяют малые токи.

Для того чтобы повысить нагрузочную способность, применяется эмиттерный повторитель в виде биполярного транзистора. Данный элемент повторяет приложенное напряжение.

За счет этого нагрузка может быть на порядок больше. Можно использовать схему из нескольких транзисторов, тогда нагрузка еще сильнее увеличится.

При создании таких схем важно учесть, что из-за падения на участке p-n перехода выходное напряжение уменьшится. Поэтому необходимо выбирать стабилитрон с учетом потерь на переходах на транзисторах. На рисунке в схеме с двумя транзисторами также можно увидеть еще один резистор. Его используют для ликвидации реактивной составляющей второго транзистора.

Два простых стабилизатора

Принципы расчета характеристик

Основными показателями стабилизатора являются максимальное выходное напряжение Uвых, минимальное выходное напряжение Uвых1 и максимальный ток Imax. Допустим, что эти величины составляют 14 Вольт, 1,5 Вольта и 1 Ампер, соответственно. Вычисляем входное напряжение по формуле:

Параметрический стабилизатор напряжения

Uвх=Uвых+ 3, где 3 – это коэффициент падения напряжение на переходе коллектор – эмиттер.

Обратите внимание! Паспортные параметры транзистора должны обеспечивать функционирование в полуоткрытом режиме и выдерживать разницу напряжений, возникающую между выходным напряжением и выходными данными.

Далее следует рассчитать максимальную мощность Pmax, которую будет рассеивать транзистор:

• Pmax=1.3(Uвх-Uвых)Imax=1.3(17-14)=3.9 Вт;
• Pmax=1.3(Uвх-Uвых1)Imax=1.3(17-1.5)=20,15 Вт.

Как видно, большее значение получается при расчете для минимального входного напряжения, и эта величина будет правильной, для того чтобы подобрать транзистор по справочнику. У нас это будет КТ817.

Важно! Значение напряжение должно быть больше входного значения, а ток – больше заданного максимального значения. Иначе элемент будет работать на пределе возможностей и быстро выйдет из строя.

Схема на полевом транзисторе

Теперь нужно учесть Iб max – ток базы самого транзистора:

Iб max=Imax/h21Э min, где h21Э min – коэффициент передачи тока (в нашем случае эта величина равна 25).

Iб max=1/25=0.04 А.

Зная эти показатели, можно определить характеристики стабилизатора напряжения на транзисторе. Стабилизированное напряжение равно 14 вольтам, а ток по формуле – 0.04 А.

По этим показателям подходит Д814Д, но в этом случае ток базы будет составлять 0,005 А, то есть надо понизить выходные значение. Для этого используется второй транзистор (КТ315).

За счет его использования нагрузка уменьшится на величину максимального коэффициента передачи тока второго транзистора (у нас h21Э=30). Таким образом, ток будет составлять 0,04/30=0,00133 мА.

Теперь определим показатели для Rб – балластного резистора:

Rб=(Uвх-Uст)/(Iб max+Iст min)=(17-14)/(0,00133+0,005) = 474 Ом, где:

• Iст min – ток стабилизации;
• Uст – напряжение стабилизации стабилитрона.

Затем считаем балластную мощность:

Prб=(Uвх-Uст)2/Rб=(17-14)2/473=0,02 Вт.

Параметры дополнительного резистора рассчитывают редко, при выборе этой детали нужно учесть только одно, что его значение тока должно быть меньше максимально нагрузочного. У нас используется резистор с сопротивлением в 1 Ом.

Компенсационные стабилизаторы

Рассмотренные выше схемы представляют собой параметрические стабилизаторы, то есть устройства, работающие на стабилитроне.

Более точными считаются компенсационные схемы, где присутствует обратная связь, и уже стабилизирующую составляющую сравнивают с эталонными значениями.

Основным преимуществом таких устройств является точное выходное напряжение, на которое практически не оказывает влияния ток нагрузки, тогда, как у параметрических систем именно нагрузка влияет на всю работу транзисторного стабилизатора.

Схема стабилизатора компенсационного типа может быть последовательной и параллельной. В первом варианте регулирующими элементами обычно являются транзисторы.

Компенсационные стабилизаторы последовательного типа

На схеме:

• Р – регулирующий элемент;
• И – источник опорного (эталонного) напряжения;
• ЭС – элемент сравнения;
• У – усилитель постоянного тока.

Выходное напряжение для последовательного стабилизатора определяется по вышеуказанной формуле, где R4’ и R4’’, соответственно, верхняя и нижняя величина резистора R4.

Транзистор VT1 выполняет роль регулирующего элемента, а VT2 стабилизирует, то есть сравнивает и при необходимости усиливает показатели. Источником опорного напряжения является стабилитрон VD1. Между базой и эмиттером VT2 напряжение определяется как разность UОП и UРЕГ.

Если на нагрузке идет рост напряжения, то UРЕГ увеличивает и эмиттерные, и коллекторные токи VT2. Далее по схеме коллекторный ток идет на резистор R1, что вызывает падание напряжения.

Это напряжение обратно по полярности для эмиттерной части VT1, поэтому коллекторные и эмиттерные токи данного транзистора падают, а номинальное напряжение на нагрузке восстанавливается.

Для плавной регулировки на выходной цепи стабилизатора используется делитель напряжения, состоящий из R3, R4, R5. Ступенчатое регулирование происходит с помощью опорного напряжения стабилитрона.

Типовая схема компенсационного стабилизатора параллельного типа

В компенсационном стабилизаторе напряжения параллельного типа при возникновении отклонения значения от номинального появляется сигнал рассогласования, который составляет разницу между опорным и выходным напряжением.

Далее этот сигнал усиливается на регулирующей части, которая стоит параллельно нагрузке.

За счет этого ток на регулирующем элементе изменяется, напряжение на резисторе R1 падает, а на выходе сохраняются постоянные показатели:

U1=U0–IBXR1=const.

Важно! КПД стабилизаторов параллельного типа небольшое, поэтому подобные схемы используются довольно редко.

Импульсные стабилизаторы

Стабилизатор напряжения 12 вольт

Кроме компенсационных и параметрических стабилизаторов, существуют импульсные схемы, в которых коэффициент полезного действия самый большой, даже если диапазон входных напряжений достаточно большой.

Работа этих устройств основана на том, что регулирующий элемент отключается и выключается в импульсном режиме. Общая схема стабилизатора состоит из ключа, накопителя энергии и цепи управления.

Накопитель и ключ вместе представляют силовую часть, вместе с цепью они составляют контур регулирования.

Импульсный стабилизатор напряжения можно собрать на основе 3 транзисторов. При этом VT1, VT2 составляют ключевой регулирующий элемент, а VT3 необходим для усиления сигнала рассогласования.

Схема импульсного стабилизатора

Алгоритм работы следующий:

1. С коллектора VT2 через конденсатор С2 на базу VT1 поступает напряжение положительной обратной связи;
2. VT2 при насыщении током от резистора R2 открывается;
3. На коллекторно-эмиттерном переходе при насыщенном VT1 меньше, чем напряжение для открывания VT2, значит, когда VT1 открыт, VT2 закрытый;
4. Усилитель на VT3 через эмиттер подключен к стабилитрону VD2, а база – к делителю выходного напряжения R5, R6, R7;
5. Таким образом, VT1 управляет закрыванием и открыванием VT2 по сигналу от VT3;
6. Когда VT2 открыт, происходит накопление энергии в дросселе, после закрывания энергия идет в нагрузку.

Каждая из представленных схем позволит собрать простейшей вариант стабилизаторов.

Стабилизатор тока на транзисторе

Источник: //elquanta.ru/teoriya/stabilizator-napryazheniya-na-tranzistore.html

Как работает стабилизатор напряжения на стабилитроне

• 1 Работа схемы стабилизатора
• 2 Действие стабилитрона
• 3 Заключение

Для многих электрических схем и цепей достаточно простого блока питания, который не имеет стабилизированной выдачи напряжения. Такие источники чаще всего включают в себя низковольтный трансформатор, диодный выпрямительный мост, и конденсатор, выступающий в виде фильтра.

Напряжение на выходе блока питания имеет зависимость от числа витков вторичной катушки трансформатора.

Обычно напряжение бытовой сети имеет посредственную стабильность, и сеть не выдает нужные 220 вольт. Величина напряжения может плавать в интервале от 200 до 235 В.

Значит, и напряжение на выходе трансформатора также не будет стабильным, а вместо стандартных 12 В получиться от 10 до 14 вольт.

Работа схемы стабилизатора

Электрические устройства, которые не чувствительны небольшим перепадам напряжения питания могут обойтись обычным блоком питания. А более капризные приборы уже не смогут работать без стабильного питания, и могут попросту сгореть. Поэтому есть необходимость во вспомогательной схеме выравнивания напряжения на выходе.

Рассмотрим схему работы простого стабилизатора, выравнивающего постоянное напряжение, на транзисторе и стабилитроне, который играет роль основного элемента, определяет, выравнивает напряжение на выходе блока питания.

Перейдем к конкретному рассмотрению электрической схемы обычного стабилизатора для выравнивания постоянного напряжения.

• Имеется трансформатор для понижения напряжения с переменным напряжением на выходе 12 В.
• Такое напряжение поступает на вход схемы, а конкретнее, на диодный выпрямительный мост, а также фильтр, выполненный на конденсаторе.
• Выпрямитель, выполненный на основе диодного моста, преобразует переменный ток в постоянный, однако получается скачкообразная величина напряжения.
• Полупроводниковые диоды должны работать на наибольшей силе тока с резервом 25%. Такой ток может создавать блок питания.
• Обратное напряжение не должно снижаться меньше, чем выходное напряжение.
• Конденсатор, играющий роль своеобразного фильтра, выравнивает эти перепады питания, преобразуя форму напряжения в практически идеальную форму графика. Емкость конденсатора должна находиться в пределах 1-10 тысяч мкФ. Напряжение должно быть тоже выше входной величины.

Нельзя забывать о следующем эффекте, что после электролитического конденсатора (фильтра) и диодного выпрямительного моста переменное напряжение повышается на величину около 18%. А значит, что в результате получается не 12 В на выходе, а около 14,5 В.

Действие стабилитрона

Следующим этапом работы является работа стабилитрона для стабилизации постоянного напряжения в конструкции стабилизатора. Он является главным функциональным звеном.

Нельзя забывать, что стабилитроны могут в определенных пределах выдерживать стабильность на некотором постоянном напряжении при обратном подключении.

Если подать напряжение на стабилитрон от нуля до стабильного значения, то оно будет повышаться.

Когда оно дойдет до стабильного уровня, то останется постоянным, с небольшим возрастанием. При этом будет увеличиваться сила тока, проходящего по нему.

В рассматриваемой схеме обычного стабилизатора, у которого выходное напряжение должно быть 12 В, стабилитрон определен для величины напряжения 12,6 В, так как 0,6 В будет являться потерей напряжения на переходе транзистора эмиттер – база. Выходное напряжение на приборе будет именно 12 В. А так как мы устанавливаем стабилитрон на величину 13 В, на выходе блока получится примерно 12,4 вольта.

Стабилитрон требует ограничения тока, предохраняющего его от излишнего нагревания. Судя по схеме, эту функцию осуществляет сопротивление R1. Оно включено по последовательной схеме со стабилитроном VD2. Другой конденсатор, выполняющий функцию фильтра, подключен параллельно стабилитрону. Он должен выравнивать возникающие импульсы напряжения. Хотя можно вполне обойтись и без него.

На схеме изображен транзистор VТ1, подключенный с общим коллектором. Такие схемы характеризуются значительным усилением тока, однако при этом по напряжению усиления нет. Отсюда следует, что на выходе транзистора образуется постоянное напряжение, имеющееся на входе. Так как эмиттерный переход забирает на себя 0,6 В, то на выходе транзистора получается всего 12,4 В.

Для того, чтобы транзистор стал открываться, необходим резистор для образования смещения. Такую функцию выполняет сопротивление R1.

Если изменять его величину, то можно изменять выходной ток транзистора, а, следовательно, и выходной ток стабилизатора.

В качестве эксперимента можно вместо резистора R1 подключить переменный резистор на 47 кОм. Регулируя его можно изменять выходную силу тока блока питания.

В конце схемы стабилизатора напряжения подключен еще один маленький конденсатор электролитического типа С3, который выравнивает импульсы напряжения на выходе стабилизированного устройства. К нему припаян по параллельной схеме резистор R2, который замыкает эмиттер VТ1 на отрицательный полюс схемы.

Заключение

Эта схема наиболее простая, включает в себя наименьшее количество элементов, создает стабильное напряжение на выходе. Для работы множества электрических устройств этого стабилизатора вполне достаточно. Такой транзистор и стабилитрон рассчитаны на наибольшую силу тока 8 А. Значит, что для подобного тока необходим охлаждающий радиатор, отводящий тепло от полупроводников.

Для разработки таких стабилизаторов чаще всего применяются стабилитроны, транзисторы и стабисторы. Они имеют пониженный КПД, поэтому используются только в маломощных схемах.

Чаще всего они применяются в качестве источников основного напряжения в схемах компенсации стабилизаторов напряжения. Такие параметрические стабилизаторы бывают мостовыми, многокаскадными и однокаскадными.

Это наиболее простые схемы стабилизаторов, построенных на основе стабилитрона и других полупроводниковых элементов.

(2 5,00 из 5)

Источник: //ostabilizatore.ru/rabota-stabilizatora-na-stabilitrone.html

стабилизатор напряжения своими руками, простой стабилизатор

Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы.  Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон.

Стабилитрон – это диод с малым внутренним сопротивлением которое при изменении тока практический не меняется. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется.

На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.

Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.

Принцип работы стабилизатора на стабилитроне

Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.

Стабилизатор на одном транзисторе

Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.

Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе

Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме.

Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию.

При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня.  При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.

Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ

В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.

Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.

Принцип работы защиты стабилизатора

Данная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты.

Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА.

Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.

Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением

В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.

Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения

Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4.

Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение.

При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод.

При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.

Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке.  Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Успехов!

Источник: //electrongrad.ru/2018/03/20/stab-tranz-teor/

Регулируемый блок питания своими руками

Мастер, описание устройства которого в первой части, задавшись целью сделать блок питания с регулировкой, не стал усложнять себе дело и просто использовал платы, которые лежали без дела.

Второй вариант предполагает использование еще более распространенного материала – к обычному блоку была добавлена регулировка, пожалуй, это очень многообещающее по простоте решение при том, что нужные характеристики не будут потеряны и реализовать задумку можно своими руками даже не самому опытному радиолюбителю.

В бонус еще два варианта совсем простых схем со всеми подробными объяснениями для начинающих. Итак, на ваш выбор 4 способа.

Блок питания из старой платы компьютера

Stalevik

Мастера покупают изобретения в этом китайском интернет-магазине.

Расскажем, как сделать регулируемый блок питания из ненужной платы компьютера. Мастер взял плату компьютера и выпилил блок, питающий оперативку.
Так он выглядит.

Определимся, какие детали нужно взять, какие нет, чтобы отрезать то, что нужно, чтобы на плате были все компоненты блока питания.

Обычно импульсный блок для подачи тока на компьютер состоит из микросхемы, шим контроллера, ключевых транзисторов, выходного дросселя и выходного конденсатора, входного конденсатора. На плате еще и зачем-то присутствует входной дроссель.

Его тоже оставил. Ключевые транзисторы – может быть два, три. Есть посадочное место по 3 транзистор, но в схеме не используется.

Сама микросхема шим контроллера может выглядеть так. Вот она под лупой.

Может выглядеть как квадратик с маленькими выводами со всех сторон. Это типичный шим контроллер на плате ноутбука.

Так выглядит блок питания импульсный на видеокарте.

Точно также выглядит блок питания для процессора. Видим шим контроллер и несколько каналов питания процессора. 3 транзистора в данном случае. Дроссель и конденсатор. Это один канал.Три транзистора, дроссель, конденсатор – второй канал. 3 канал.

И еще два канала для других целей.Вы знаете как выглядит шим-контроллер, смотрите под лупой его маркировку, ищите в интернете datasheet, скачиваете pdf файл и смотрите схему, чтобы ничего не напутать.

На схеме видим шим-контроллер, но по краям обозначены, пронумерованы выводы.

Обозначаются транзисторы. Это дроссель. Это конденсатор выходной и конденсатор входной. Входное напряжение в диапазоне от 1,5 до 19 вольт, но напряжение питание шим-контроллера должно быть от 5 вольт до 12 вольт.

То есть может получиться, что потребуется отдельный источник питания для питания шим-контроллера. Вся обвязка, резисторы и конденсаторы, не пугайтесь. Это не нужно знать. Всё есть на плате, вы не собираете шим-контроллер, а используете готовый.

Нужно знать только 2 резистора – они задают выходное напряжение.

Резисторный делитель. Вся его суть в том, чтобы сигнал с выхода уменьшить примерно до 1 вольта и подать на вход шим-контроллера фидбэк – обратная связь. Если вкратце, то изменяя номинал резисторов, можем регулировать выходное напряжение. В показанном случае вместо резистора фидбэк мастер поставил подстроечный резистор на 10 килоом.

Этого оказалось достаточным, чтобы регулировать выходное напряжение от 1 вольта до примерно 12 вольт. К сожалению, не на всех шим-контроллерах это возможно. Например, на шим контроллерах процессоров и видеокарт, чтобы была возможность настраивать напряжение, возможность разгона, выходное напряжение сдается программно по несколькоканальной шине.

Менять выходное напряжение такого шим контроллера можно разве только перемычками.

Итак, зная как выглядит шим-контроллер, элементы, которые нужны, уже можем выпиливать блок питания. Но делать это нужно аккуратно, так как вокруг шим-контроллера есть дорожки, которые могут понадобиться. Например, можно видеть – дорожка идёт от базы транзистора к шим контроллеру. Её сложно было сохранить, пришлось аккуратно выпиливать плату.

Используя тестер в режиме прозвонки и ориентируясь на схему, припаял провода. Также пользуясь тестером, нашел 6 вывод шим-контроллера и от него прозвонил резисторы обратной связи.

Резистор находился рфб, его выпаял и вместо него от выхода припаял подстроечный резистор на 10 килоом, чтобы регулировать выходное напряжение, также путем про звонки выяснил, что питание шим-контроллера напрямую связано со входной линией питания.

Это значит, что не получиться подавать на вход больше 12 вольт, чтобы не сжечь шим-контроллер.

Посмотрим, как блок питания выглядит в работе

Припаял штекер для входного напряжения, индикатор напряжения и выходные провода. Подключаем внешнее питание 12 вольт. Загорается индикатор. Уже был настроен на напряжение 9,2 вольта. Попробуем регулировать блок питания отверткой.

Пришло время заценить, на что способен блок питания. Взял деревянный брусок и самодельный проволочный резистор из нихромовой проволоки. Его сопротивление низкое и вместе с щупами тестера составляет 1,7 Ом.

Включаем мультиметр в режим амперметра, подключаем его последовательно к резистору.

Смотрите, что происходит – резистор накаляется до красна, напряжение на выходе практически не меняется, а ток составляет около 4 ампер.

Раньше мастер уже делал похожие блоки питания. Один вырезан своими руками из платы ноутбука.

Это так называемое дежурное напряжение. Два источника на 3,3 вольта и 5 вольт. Сделал ему на 3d принтере корпус. Также можете посмотреть статью, где делал похожий регулируемый блок питания, тоже вырезал из платы ноутбука (//electro-repair.livejournal.com/3645.html). Это тоже шим контроллер питания оперативной памяти.

Как сделать регулирующий БП из обычного, от принтера

Пойдет речь о блоке питания принтера canon, струйный. Они много у кого остаются без дела. Это по сути отдельное устройство, в принтере держится на защелке.
Его характеристики: 24 вольта, 0,7 ампера.

Понадобился блок питания для самодельной дрели. Он как раз подходит по мощности. Но есть один нюанс – если его так подключить, на выходе получим всего лишь 7 вольт. Тройной выход, разъёмчик и получим всего лишь 7 вольт.

Как получить 24 вольта?Как получить 24 вольта, не разбирая блок?Ну самый простой – замкнуть плюс со средним выходом и получим 24 вольта.Попробуем сделать. Подключаем блок питания в сеть 220. Берем прибор и пытаемся измерить. Подсоединим и видим на выходе 7 вольт.

У него центральный разъем не задействован.

Если возьмем и подсоединим к двум одновременно, напряжение видим 24 вольта. Это самый простой способ сделать так, чтобы данный блок питания не разбирая, выдавал 24 вольта.

Необходим самодельный регулятор, чтобы в некоторых пределах можно было регулировать напряжение. От 10 вольт до максимума. Это сделать легко. Что для этого нужно? Для начала вскрыть сам блок питания. Он обычно проклеен. Как вскрыть его, чтобы не повредить корпус.

Не надо ничего колупать, поддевать. Берем деревяшку помассивнее либо есть киянка резиновая. Кладем на твердую поверхность и по шву лупим. Клей отходит. Потом по всем сторонам простучали хорошенько. Чудесным образом клей отходит и все раскрывается.

Внутри видим блок питания.

Достанем плату. Такие бп легко переделать на нужное напряжение и можно сделать также регулируемый. С обратной стороны, если перевернем, есть регулируемый стабилитрон tl431. С другой стороны увидим средний контакт идет на базу транзистора q51.

Если подаем напряжение, то данный транзистор открывается и на резистивном делителе появляется 2,5 вольта, которые нужно для работы стабилитрона. И на выходе появляется 24 вольта. Это самый простой вариант. Как его завести можно еще – это выбросить транзистор q51 и поставить перемычку вместо резистора r 57 и всё. Когда будем включать, всегда на выходе непрерывно 24 вольта.

Как сделать регулировку?

Можно изменить напряжение, сделать с него 12 вольт. Но в частности мастеру, это не нужно. Нужно сделать регулируемый. Как сделать? Данный транзистор выбрасываем и вместо резистор 57 на 38 килоома поставим регулируемый. Есть старый советский на 3,3 килоома. Можно поставить от 4,7 до 10, что есть.

От данного резистора зависить только минимальное напряжение, до которого он сможет опускать его. 3,3 -сильно низко и не нужно. Двигатели планируется поставить на 24 вольта. И как раз от 10 вольт до 24 – нормально. Кому нужно другое напряжение, можно большого сопротивления подстроечный резистор.
Приступим, будем выпаивать.

Берём паяльник, фен. Выпаял транзистор и резистор.

Подпаял переменный резистор и попробуем включить. Подал 220 вольт, видим 7 вольт на нашем приборе и начинаем вращать переменный резистор.

Напряжение поднялось до 24 вольт и плавно-плавно вращаем, оно падает – 17-15-14 то есть снижается до 7 вольт. В частности установлено на 3,3 ком. И наша переделка оказалась вполне успешной.

То есть для целей от 7 до 24 вольт вполне приемлемая регулировка напряжения.

Такой вариант получился. Поставил переменный резистор. Ручку и получился регулируемый блок питания – вполне удобный.

канала “Технарь”.

Такие блоки питания найти в Китае просто. Наткнулся на интересный магазин, который продает б/у блоки питания от разных принтеров, ноутбуков и нетбуков.

Они разбирают и продают сами платы, полностью исправные на разные напряжения и токи. Самый большой плюс – это то, что они разбирают фирменную аппаратуру и все блоки питания качественные, с хорошими деталями, во всех есть фильтры.

Фотографии – разные блоки питания, стоят копейки, практически халява.

Простой блок с регулировкой

Простой вариант самодельного устройства для питания приборов с регулировкой. Схема популярная, она распространена в Интернете и показала свою эффективность. Но есть и ограничения, которые показаны на ролике вместе со всеми инструкциями по изготовлению регулированного блока питания.

Самодельный регулированный блок на одном транзисторе

Какой можно сделать самому самый простой регулированный блок питания? Это получится сделать на микросхеме lm317. Она уже сама с собой представляет почти блок питания.

На ней можно изготовить как регулируемый по напряжению блок питания, так и потоку. В этом видео уроке показано устройство с регулировкой напряжения. Мастер нашёл несложную схему. Входное напряжение максимальное 40 вольт.

Выходное от 1,2 до 37 вольта. Максимальный выходной ток 1,5 ампер.

Скачать схему с платой.

Без теплоотвода, без радиатора максимальная мощность может быть всего 1 ватт. А с радиатором 10 ватт. Список радиодеталей.
Приступаем к сборке

Подключим на выход устройства электронную нагрузку. Посмотрим, насколько хорошо держит ток. Выставляем на минимум. 7,7 вольта, 30 миллиампер.

Всё регулируется. Выставим 3 вольта и добавим ток. На блоке питания выставим ограничения только побольше. Переводим тумблер в верхнее положение. Сейчас 0,5 ампера. Микросхема начал разогреваться. Без теплоотвода делать нечего. Нашёл какую-то пластину, ненадолго, но хватит. Попробуем еще раз. Есть просадка. Но блок работает. Регулировка напряжения идёт. Можем вставить этой схеме зачёт.

 Radioblogful. блог паяльщика.

Источник: //izobreteniya.net/reguliruemyiy-blok-pitaniya/

Самодельный регулируемый блок питания от 0 до 14 Вольт

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru.

У каждого радиолюбителя, в его домашней лаборатории, обязательно должен быть регулируемый блок питания, позволяющий выдавать постоянное напряжение от 0 до 14 Вольт при токе нагрузки до 500mA.

Причем такой блок питания должен обеспечивать защиту от короткого замыкания на выходе, чтобы не «сжечь» проверяемую или ремонтируемую конструкцию, и не выйти из строя самому.

Эта статья, в первую очередь, рассчитана на начинающих радиолюбителей, а идею написания этой статьи подсказал Кирилл Г. За что ему отдельное спасибо.

Предлагаю Вашему вниманию схему простого регулируемого блока питания, который был собран мной еще в 80-е годы (в то время, я учился в 8 классе), а схема была взята из приложения к журналу «Юный Техник» №10 за 1985 год. Схема немного отличается от оригинала изменением некоторых германиевых деталей на кремниевые.

Как видите, схема простая и не содержит дорогих деталей. Рассмотрим ее работу.

1. Принципиальная схема блока питания

Включается блок питания в розетку при помощи двухполюсной вилки ХР1. При включении выключателя SA1 напряжение 220В подается на первичную обмотку (I) понижающего трансформатора Т1.

Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение до 14–17 Вольт.

Это напряжение, снимаемое со вторичной обмотки (II) трансформатора, выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по мостовой схеме, и сглаживается фильтрующим конденсатором С1. Если не будет конденсатора, то при питании приемника или усилителя в динамиках будет слышен фон переменного тока.

Диоды VD1 — VD4 и конденсатор С1 образуют выпрямитель, с выхода которого постоянное напряжение поступает на вход стабилизатора напряжения, состоящего из нескольких цепей:

1. R1, VD5, VT1;
2. R2, VD6, R3;
3. VT2, VT3, R4.

Резистор R2 и стабилитрон VD6 образуют параметрический стабилизатор и стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3, который включен параллельно стабилитрону. С помощью этого резистора устанавливают напряжение на выходе блока питания.

На переменном резисторе R3 поддерживается постоянное напряжение, равное напряжению стабилизации Uст данного стабилитрона.

Когда движок переменного резистора находится в крайнем нижнем (по схеме) положении, транзистор VT2 закрыт, так как напряжение на его базе (относительно эмиттера) равно нулю, соответственно, и мощный транзистор VT3 тоже закрыт.

При закрытом транзисторе VT3 сопротивление его перехода коллектор-эмиттер достигает нескольких десятков мегаом, и практически все напряжение выпрямителя падает на этом переходе. Поэтому на выходе блока питания (зажимы ХТ1 и ХТ2) напряжения не будет.

Когда же транзистор VT3 открыт, и сопротивление перехода коллектор-эмиттер составляет всего несколько Ом, то практически все напряжение выпрямителя поступает на выход блока питания.

Так вот. По мере перемещения движка переменного резистора вверх, на базу транзистора VT2 будет поступать отпирающее отрицательное напряжение, и в его эмиттерной цепи (БЭ) потечет ток. Одновременно, напряжение с его нагрузочного резистора R4 подается непосредственно на базу мощного транзистора VT3, и на выходе блока питания появится напряжение.

Чем больше отрицательное отпирающее напряжение на базе транзистора VT2, тем больше открываются оба транзистора, тем большее напряжение на выходе блока питания.

Наибольшее напряжение на выходе блока питания будет почти равно напряжению стабилизации Uст стабилитрона VD6.

Резистор R5 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Для контроля выходного напряжения предусмотрен вольтметр, составленный из миллиамперметра и добавочного резистора R6.

На транзисторе VT1, диоде VD5 и резисторе R1 собран узел защиты от короткого замыкания между гнездами ХТ1 и ХТ2.

Резистор R1 и прямое сопротивление диода VD5 образуют делитель напряжения, к которому своей базой подключен транзистор VT1.

В рабочем состоянии транзистор VT1 закрыт положительным (относительно эмиттера) напряжением смещения на его базе.

При коротком замыкании на выходе блока питания эмиттер транзистора VT1 окажется соединенным с анодом диода VD5, и на его базе (относительно эмиттера) появится отрицательное напряжение смещения (падение напряжения на диоде VD5).

Транзистор VT1 откроется, и участком коллектор-эмиттер зашунтирует стабилитрон VD6. В результате этого транзисторы VT2 и VT3 окажутся закрытыми.

Сопротивление участка коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT3 резко возрастет, напряжение на выходе блока питания упадет почти до нуля, и через цепь короткого замыкания потечет настолько малый ток, что он не причинит вреда деталям блока.

Как только короткое замыкание будет устранено, транзистор VT1 закроется и напряжение на выходе блока восстановится.

2. Детали

В блоке питания использованы самые распространенные детали. Понижающий трансформатор Т1 можно использовать любой, обеспечивающий на вторичной обмотке переменное напряжение 14 – 18 Вольт при токе нагрузки 0,4 – 0,6 Ампер.

В оригинале статьи используется готовый трансформатор от кадровой развертки Советских телевизоров — типа ТВК-110ЛМ.

Диоды VD1 – VD4 могут быть из серии 1N4001 – 1N4007. Также подойдут диоды, рассчитанные на обратное напряжение не менее 50 Вольт при токе нагрузки не менее 0,6 Ампер.
Диод VD5 желательно германиевый из серии Д226, Д7 — с любым буквенным индексом.

Электролитический конденсатор любого типа, на напряжение не менее 25 Вольт. Если не будет одного с емкостью 2200 микрофарад, то его можно составить из двух по 1000 микрофарад, или четырех по 500 микрофарад.

Постоянные резисторы используются отечественного МЛТ-0,5, или импортного производства мощностью 0,5 Ватт. Переменный резистор номиналом 5 – 10 кОм.

Транзисторы VT1 и VT2 германиевые — любые из серии МП39 – МП42 с любым буквенным индексом.

Транзистор VT3 – из серии КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Этот мощный транзистор обязательно устанавливается на радиатор.

Радиатор можно использовать самодельный, сделанный из пластины алюминия толщиной 3 – 5см и размером около 60х60мм.

Стабилитрон VD6 будем подбирать, так как у них идет большой разброс по напряжению стабилизации Uст. Возможно, даже придется составить из двух. Но это уже при наладке.

Вот основные параметры стабилитронов серии Д814 А-Д:

Миллиамперметр используйте такой, какой у Вас есть. Можно использовать индикаторы от старых приемников и магнитофонов. Одним словом – ставьте что есть. А можно даже вообще обойтись без прибора.

На этом хочу закончить. А Вы, если заинтересовала схема, подбирайте детали.
В следующей части начнем рисовать и делать печатную плату с нуля, возможно, распаяем на ней детали.
Удачи!

Источник: //sesaga.ru/samodelnyj-reguliruemyj-blok-pitaniya-ot-0-do-14-volt.html

tibirium › Блог › Самодельный импульсный блок питания с регулировкой напряжения и тока.

Такой тип источников питания ещё называют лабораторными, и не зря!Он подойдет не только для питания различных устройств, но и как универсальное зарядное устройство для абсолютно любых аккумуляторов.

1 Внутренний источник питания.

Представляет из себя любой компактный источник напряжение 12 вольт и током не менее 300 мА.Предназначен для питания шим контроллера, вентилятора охлаждения и вольтамперметра.Можно использовать абсолютно любой адаптер на 12 вольт. Рассказывать как собрать такой в этой статье не буду, будем использовать готовый AC-DC преобразователь с китая вот такого типа:

Представляет из себя микросхему TL494 c небольшим драйвером на 4-х транзисторах:

Благодаря использованию встроенных операционных усилителей обвязка TL494 получается очень простая, такое включение широко распространено у радиолюбителей.Резистором R4 задаём желаемое максимальное напряжение, R2- ток.R11 и R12 для удобства могут быть многооборотные, но я использую обычные.
При использовании ЛУТ плату управления я как правило собираю на отдельной платке:

3 Силовая часть.
Основную часть компонентов можно использовать из старого компьютерного блока питания, главное чтобы он был соответствующей топологии.

Лицевая панель нарисована в frontdesigner 3.0 и распечатана на самоклеящейся фотобумаге, затем заламинирована самоклеящаяся пленкой для учебников и книг(есть в любом офис маге).

Комментарии 203

Спасибо большое. Буду дальше пробовать разбираться

При расчётах трансформатора частоту свою подставлять либо как у вас 25 кгц. Спасибо

Это как хотите, больше 45 кгц смысла нет, дальше кпд падает. А не сразу понял при расчетах указывайте ту на которой у вас шим работает естественно.

Здравствуйте 35 кгц по осциллографу. Решил транс перемотать. Тгр перемотал по новой все 30 витков. Ключи не горят. Вроде с Тгр накосячил.

Ну если тоже колечко и провод то там никак не накосячить.

Здравствуйте. Собрал блок питания по вашей схеме. Импульсы на затвора есть.Смотрел осциллографом. Но при включении через лампу она вспыхивает и горит. Все перепроверил вроде нормально. Транс правда не мотал. Использовал от бп Пк. Может Вы подскажите что проверить и на что обратить внимание. Заранее спасибо

Ищите неисправность отключением. Убрали транс-как себя будет вести? Конденсаторы не забывайте разряжать чтоб током не тукнуло, у меня в схеме нет разрядных резисторов.

Здравствуйте. Мне очень понравился данный блок питания. Скачал архив, но он не открывается.
Пишет, что архив поврежден. Заранее спасибо!

Здравствуйте. Проверил, всё работает. Проблема у вас, попробуйте обновите архиватор.

Да действительно. Обновил архиватор и все получилось. Большое спасибо Вам.

Да я имел ввиду защиту максимальной мощности.Большое спасибо за ответы, буду собирать.

Здравствуйте! На плате между положительным выходом и входом Uвых блока управления стоит подстроечный резистор (на схеме его нет). Подскажите, пожалуйста, его номинал.

Он стоит для удобной настройки Uмах, я использую на 50к

В таком случае поясните в каком случае нужна защита от кз, если кз для лбп это штатный режим. Перенапряжение- это вообще что в вашем понимании? Как это вообще может относится к нормально работающему лбп. Может вы про защиту от макс мощности, так не надо в целом закладывать такие некорректные диапазоны, ну а если уж очень надо то делать правильно на токовом трансе как в этом варианте yandex.ru/efir/?stream_id=vjmaXpmLF7Ro, там я использовал другую шим, но и к этой аналогично можно прикрутить к 4 ноге.
Ампервольтметр подключается отдельно, его шунт использовать не надо. Точность зависит от партии, за свои деньги нормальная. При мощности до 700-900ват на каком драйвере собирать разница не существенна.

Здравствуйте! Понравилась ваша схема, но хотелось бы ток больше, что надо изменить в цепях управления? И как реаализовать защиту от превышения тока.

Увеличить ток можно либо уменьшением сопротивления шунта, либо резистора R2.Про защиту не понял о чём вы? Кз штатный режим бп на любом установленном токе.

Здравствуйте. Добавите модуль управления 2 в sprint-layout?

Источник

Инверторный блок питания для завода автомобиля

Стоит без дела у меня машина, ездить не приходится, но по совету автолюбителей нужно ее заводить раз в месяц. Аккумулятор имеет ограниченный срок службы 4 года, да и стоит около 100$, вот и родилась у меня идея после сборки нескольких инверторных сварочных аппаратов сделать пускач для двигателя, ценой деталей примерно как аккумулятор 45 ампер час.

Этот пускач можно применять как с аккумулятором, так и без него, а с аккумулятором ему будет даже легче заводить даже более массивные двигатели. Я заводил без аккумулятора двигатель 88 лошадей.
Напряжение 11.2 вольта для блока питания я выбрал, потому что стартеры рассчитаны с учетом просадки аккумулятора как раз 10…11 Вольт.

Этот БП имеет стабилизацию по напряжению и защиту от замыкания ограничивающую максимальный ток 224 ампера.

Работа основана по принципу полного открытия и полного закрытия мощных составных транзисторов, собранных по технологии IGBT, это дает минимум электрических потерь на ключах IGBT.

Трансформатор собран на ферритовом сердечнике, благодаря которому можно строить на таких высоких тактовых частотах (56 кГц) без потерь на вихревые токи, которые бывают в металлических сердечниках. Мощные и быстрые IGBT транзисторы также дают такую возможность.

Вы спросите, а зачем такие высокие частоты? Дело в том, что чем выше, частота тем меньше нужно витков обмотки мотать на трансформатор. А если это так, то обмотку можно делать из толстого провода, что дает маленькие потери на трансформаторе с высоким КПД 95%.

Трансформатор получается легкий и маленький, а широтное импульсное управление (ШИМ) дает меньшие потери в сравнении с аналоговой стабилизацией напряжения, где мощность рассевается на мощных транзисторах.

Некоторые из вас заметят, что трансформатор подключается к источнику питания во время тактов сразу двумя ключами, один к плюсу другой к минусу, а не одним ключом как бывает в схеме построенной по принципу ФлиБак.

Дело в том, что схема ФлиБак имеет большие потери на выброс индуктивной обмотки который рассевается на резисторе, эта мощность составляет 10..15% от полной мощности источника, что не годится для построения мощных источников в несколько киловатт.

В этой схеме этот недочет значительно устранен, так как выброс уходит через диоды VD18 VD19 обратно в питание моста, что повышает еще КПД.

Но вы скажите, а как же потери на дополнительном ключе? А я вам скажу, что они составляют не более 40 Ватт, Фли Бак имеет эти потери на рассевом резисторе до 300…400 Ватт.

IGBT – IRG4PC50W быстро открывается, а вот со скоростью закрытия у него хуже, что ведет в момент закрытия к импульсным нагреву кристалла транзистора мощностью 1 кВт, хотя эта мощность и длиться не долго, но она большая.

Для того чтобы снизить эту мгновенную мощность, между коллектором и эмиттером IGBT подключена цепочка из С16 R24 VD31, тоже самое и с верхним IGBT, которая снижает мощность выделяемую на кристалле в момент закрытия IGBT. Но повышает мгновенную мощность в момент открытия, но не так сильно, потому открытие происходит очень быстро. В момент открытия IGBT C16 разряжается через резистор R24, а в момент закрытия заряжается через быстрый диод VD31, затягивая фронт подъема напряжения, пока закрывается IGBT снижая выделяемую мощность на ключе.

Еще эта цепочка хорошо борется с резонирующими выбросами трансформатора, не давая ключу приближаться к пробойному напряжению выше 600 вольт.

IGBT представляет из себя составной транзистор из полевого и биполярного транзистора PNP. Полевой транзистор управляет биполярным. Для его управления нужны прямоугольные импульсы амплитудой не меньше 12 Вольт и не более 18 Вольт с запасом.

Для этой цели я применил специальные оптроны HCPL3120 или 3180 с возможностью рабочей импульсной нагрузки 2 ампера по паспорту 2.5 ампера, но по некоторым причинам рекомендуется не превышать 2 ампера.

Когда напряжение на светодиоде оптрона появляется вход 2 и 1,3,4, то на выходе формируется мощный импульс тока амплитудой 15.8 вольта ограниченный резисторами R55 R48.

А когда напряжение на светодиоде пропадает, идет спад амплитуды который открывает транзистор Т2 и Т4 и создавая более большой ток, на этот раз одном резисторе R48 и R58 быстро разрежая емкость конденсатора IGBT ключа.

Мост с драйверами на оптронах собирается единым блоком на радиаторе от компьютера Pentium 4, который имеет плоское основание, на котором удобно крепить через теплопроводящую пасту без прокладок IGBT. Предварительно нужно радиатор распилить на две части, чтобы верхний ключ и нижний не имели электрического контакта.
Диоды нужно крепить через слюдяную прокладку к тем же радиаторам, соединять все силовые соединения рекомендуется коротким навесным монтажом.
На шину питания там же нужно припаять 8 штук пленочных конденсаторов по 150 нФ 630вольт.

Выходная обмотка силового трансформатора и дроссель

Выходное напряжение вторички без нагрузки достигает 50 вольт, которое выпрямляется диодами VD19 VD20 и поступает на дроссель, на котором происходит сглаживание и деление напряжения пополам, под определенной нагрузкой.

В цикле насыщения дросселя, когда IGBT открыты, наступает фаза насыщения дросселя L3, а когда IGBT закрылись, наступает фаза разряда дросселя через замыкающий диод VD22 VD21, тем самым выпрямляя ток в помощь конденсатору на больших токах.

Широтноимпульсная модуляция (стабилизация и ограничение тока)

Это устройство мозг блока питания UC2845, который создает рабочий такт с изменяемой шириной импульса, в зависимости от напряжения на входах 1 и 2 и тока на входе 3.

Если напряжение на входе 2 падает на несколько милливольт, ширина становиться шире, если напряжение превышает 2.5 вольта, ширина заужается.

Резистор R2 и R1 отвечают за стабильность блока питания зависимости от нагрузки, если напряжение сильно проседает под большими токами выхода, то нужно увеличить сопротивление резистора R1.

Бывает в процессе настройки блок начинает подзуживать, тогда нужно поманипулировать резистором R1 и емкостями конденсаторов С1 и С2. Если это не помогает, то можно попробовать уменьшить количество витков дросселя L3.

Громкого звона трансформатора не должно быть, так как это может привести к выгоранию IGBT, должно быть не громче комара.

Если это все не помогло, то нужно добавить несколько конденсаторов по 1мкф на 3 канал блока питания.

Плата силовых конденсаторов 1320 мкФ

Во время включения блока питания в сеть происходит большой бросок тока, который выводит из строя диодную сборку VD8 во время зарядки этих емкостей.

Чтобы этого не было, нужен резистор ограничивающий ток включения R11, а когда эти конденсаторы зарядятся, таймер на полевом транзисторе сомкнет контакты и зашунтирует реле, давая рабочему току поступать на мост с трансформатором.

Таймер на VT1 также размыкает контакты реле К2, разрешая работу ШИМу, до этого работа запрещена, чтобы конденсаторы могли нормально зарядиться не просаживая резистор R11.

Настройка

Запитать силовой мост напряжением 15 вольт, проследить правильную работу моста проверка на ляпы и неточность пайки. Потом запитать мост напряжением сети, только в разрыв между +310 вольт, где конденсаторы 1320 мкФ и конденсаторы 150 нФ 8штук поставить лампочку на 150…200 Ватт.

Подключить осциллограф на коллектор эмиттер нижнего силового ключа, посмотреть на выбросы, чтобы они были в норме, обычно не выше 330 вольт выставляя тактовую частоту ШИМа, все ниже и ниже добиться появления маленького загиба импульса свидетельствующего о перенасыщении трансформатора, измерить эту тактовую частоту поделить ее на 2 и результат прибавить к этой частоте на которой произошел загиб и будет рабочей тактовой частотой вашего трансформатора которую нужно выставить. То есть рабочая частота должна быть на половину частоты перенасыщения сердечника выше.

Проверить фразировку обмоток силового трансформатора. Подключить осциллограф на нижний ключ и увеличивая нагрузку наблюдать, чтобы не было звона и всплесков напряжения выше 350…400 вольт дойти до максимального тока, который позволит балласт чайник или другое сопротивление.

Проследить температуру радиатора моста, чтобы две половинки радиатора нагревались одинаково, что свидетельствует о качественных ключах моста.

Подключить обратную связь по напряжению, поставить конденсатор С23, измерить напряжение, чтобы оно было в пределе нормы 11..11.2 Вольта.

Нагрузить источник не большой нагрузкой 40 Ватт, добиться тихой работы изменяя количество витков на дросселе L3, если это не помогает, нужно увеличить емкость конденсаторов С1 С2.

Если это тоже не помогло, нужно расположить плату ШИМ подальше от помех силового трансформатора и дросселя и блока питания.

Сделать из алюминиевого провода балластный резистор сечением 4кв мм длиной 10…15 метров, положить его в воду, также добиться тихой работы без генережа.

Убрать чайник, соединить напрямую и начиная от малого тока слушая и наблюдая за осциллографом нижнего ключа дойти до максимального тока баластика с тихой работой схемы.

Если следовать этим рекомендациям у вас все получиться.

Скачать печатные платы в формате LAY вы можете ниже

Источник

Как сделать сварочный инвертор из компьютерного блока питания?

Время чтения: 6 минут

Инверторная сварка с применением современного аппарата – обычное дело как для профессионалов, так и для сварщиков-любителей. Инвертор есть у каждого второго дачника, и активно им используется. Но что делать, если нет средств на покупку полноценного аппарата, а варить хочется? В таких ситуациях спасает самостоятельная сборка аппарата.

На нашем сайте мы уже рассказывали, как можно собрать сварочный аппарат своими руками из подручных материалов. Сегодня мы расскажем, как сделать сварочный аппарат из компьютерного БП (блок питания). В статье приведены все необходимые схемы.

Зачем собирать самодельный аппарат?

Многие умельцы могут задаться вопросом: «А стоит ли вообще собирать аппарат своими руками из блока питания компьютера, если в магазине можно без проблем купить дешевый инвертор ценой в 50 долларов и не мучиться?». Справедливо. Но не все так очевидно, как кажется на первый взгляд.

Покупной инверторный сварочный агрегат ценой в 50$ — это то еще приключение. Эти аппараты не подходят даже для нерегулярного применения, что уж говорить о постоянной сварке. Скажем, на протяжении всего дачного сезона (а это период с апреля по ноябрь!). Как решить эту проблему? Купить аппарат хотя бы за 100 долларов. Но в таком случае об экономии и речь не идет. Для многих соотечественников 100$ — это половина зарплаты, если не больше.

Именно в подобной ситуации стоит задуматься о сборке самодельного аппарата. Его себестоимость существенно ниже, чем у заводских аппаратов. При этом вы сами выбираете, из чего он будет собран и какими функциями будет обладать. Нет смысла переплачивать за форсаж дуги или горячий старт, если они вам не нужны.

Второй фактор, на который нужно обратить особое внимание — это качество компонентов, из которых собран инвертор. Заводской бюджетный аппарат обычно собирают из не самых качественных запчастей, которые к тому же могут стоит недешево при сервисном ремонте. У самодельного инвертора нет этих проблем. Вы сами выбираете, из чего собирать аппарат и на чем можно сэкономить, а на чем не стоит.

Также учтите, что не всем сварщика в принципе нравятся современные сварочные аппараты. Они кажутся им слишком сложными и «навороченными». Им не нужны дополнительные функции и переплата за бренд. Они хотят получить просто функциональное устройство для дома. В таком случае целесообразнее сделать инвертор самому. Он будет именно таким, как вам нужно. Ничего лишнего. По такой системе можно собрать как простой и дешевый инвертор, так и аппарат покруче заводского.

Может все же купить аппарат в магазине?

Конечно, существует целый ряд причин, почему не стоит собирать сварочный инвертор своими руками из подручных средств. Нужно не просто выделить свободное время и иметь терпение. Важно обладать знаниями в области электротехники, разбираться в схемах и понимать принцип действия электроприборов. Но мы считаем, что даже если у вас нет необходимых знаний, их всегда можно приобрести. Достаточно потратить неделю-другую на изучение специальной литературы. К тому же, сейчас в интернете полно обучающих видеороликов, где все наглядно и просто.

Самодельный инвертор из БП

Технические характеристики

Аппарат, который вы можете собрать по данной в статье инструкции, относится к разряду резонансных. Максимальный сварочный ток – 120 Ампер, минимальный – 5 Ампер. Напряжение – 90В. При сварке электродами диаметром 2 мм аппарат работает без необходимости в перерыве, а при работе со стержнями 3 мм требуются 2 минуты отдыха при 10-ти минутном сварочном цикле. Но учтите, что эти цифры могут меняться в зависимости от температуры и влажности окружающей среды.

Вес аппарата не превышает 2 килограмм, так что вы сможете без трудностей переносить его. Предусмотрена плавная регулировка силы тока и падающая характеристика. Состоит из 4 плат (основная, плата конденсаторов, плата питания и блок управления). По нашему опыту может сказать, что этот аппарат отлично подходит для несложных дачных и гаражных работ.

Схема самодельного инвертора

Необходимые детали

Для начала немного теории. Сразу скажем, что делать сварочный аппарат из компьютерного блока питания – это не лучшая идея. Инвертор и БП – это два кардинально отличающихся между собой устройства. БП, конечно, можно перестроить под работу в качестве инвертора, но это очень непросто и готовый аппарат не будет отличаться большой работоспособностью.

Поэтому мы рекомендуем использовать только сам корпус от блока питания. Некоторые детали можно отыскать на радиорынке, а остальное взять из старого ПК.

Перейдем к самим деталям. Нам нужен силовой трансформатор, который можно собрать из трех сердечников типа Е42. Рекомендуем установить их вертикально. Сердечники Е42 можно достать из старого монитора.

Также нам необходим дроссель. Его можно собрать из двух кернов, которые так же можно найти в старом компьютерном мониторе. Остальные сердечники ферритовые, типа 2000 НМ. Силовые транзисторы и диоды можно взять из того же монитора. Возможно, в процессе вам придется докупить пару транзисторов, но стоят они очень недорого. Также купите два электролита и диодный мост.

Дополнительно вам понадобится трансформатор питания управления, шим-контроллер типа SG3524 и реле от ненужного источника бесперебойного питания, который есть в каждом компьютере.

Особенности сборки

На выходные провода необходимо продеть ферритовые трубочки, чтобы сгладить форму синусоидального выпрямленного напряжения. Такие трубочки можно найти в кассовом аппарате бренда Самсунг. Там они применяются в качестве фильтров. В данном случае волны без проблем сглаживаются, если индуктивность не превышает 5 mkH.

Силовая часть такого инвертора редко перегружается, а длина дуги не превышает 4 мм благодаря низкому напряжению холостого хода (без вольтдобавки). На обмотку можно пустить вольтдобавку, чтобы дуга поджигалась без проблем и горела устойчиво.

Трансформаторы тока необходимо включать только во вторичную обмотку, поскольку в первичке ток максимальный и протекает он лишь в момент резонанса. включены во вторичке так как в первичной обмотке максимальный ток.

Дополнительно на полевом транзисторе типа IRF510 можно сделать палный пуск аппарата и предусмотреть функцию антизалипания. Вход микросхемы «Shutdown» необходимо разорвать с помощью транзистора (при коротком замыкании), термодатчика или тумблера включения.

Принцип работы и детальная настройка этого самодельного инвертора очень подробно рассказываются в книге «Инвертор – это просто», которую несложно найти в интернете. Ознакомьтесь с ней самостоятельно.

Вместо заключения

Теперь вы знаете, что самодельный сварочный инвертор из компьютерного блока питания своими руками – это не самая хорошая идея. Мы рекомендуем использовать только корпус от блока питания, а остальные запчасти взять от деталей монитора или от другого инвертора. Блок питания и инвертор – это два кардинально разных устройства. И при большом желании вы, конечно, можете сделать инвертор именно из БП, но в этом нет особого смысла. Т.к., его работоспособность будет под большим вопросом.

В этой статье мы рассказали, как можно своими руками сделать полноценный сварочный инвертор, который выдаст до 120 Ампер сварочного тока и справится даже с электродами диаметром 3 мм. Такой аппарат будет в разы дешевле и надежнее заводского инвертора со схожими техническими характеристиками. Мы считаем, что это отличный вариант для дачи или гаража. За инструкцию благодарим Валерия А. Желаем удачи в работе!

Источник