Импульсный блок питания 5в 2а своими руками. Импульсный блок питания на IR2153. Импульсные блоки питания - принцип работы и особенности

В продолжительной поездке на личном автомобиле или отдыхая «дикарем» на природе, неплохо иметь с собой домашние электрооборудование, например, фен, электрическую бритву, фото или видеокамеру. Но из-за отсутствия розеток невозможно обеспечить питание приборов от обычной сети.

Единственным источником энергии в этом случае могут быть только автомобильные аккумуляторы, но их постоянного напряжения в 12 вольт не хватит для домашних устройств, работающих от переменного тока 220 вольт. Налицо полная несовместимость по сразу двум основным параметрам.

Но не стоит отчаиваться, выход из такой ситуации есть – это использование небольшого импульсного преобразователя тока. Он поможет превратить «воду в вино», то есть 12 вольт напряжения аккумулятора, в ток, требуемый для работы всех приборов − 220 вольт.

Принцип работы

Принцип его работы заключается в конвертировании переменного напряжения из электросети, имеющее частоту 50 Гц в аналогичное прямоугольного типа. Затем оно подвергается трансформации для достижения определенных значений, выпрямляется и отфильтровывается. Такой транзистор повышенной мощности, исполняющий одновременно роль импульсного трансформатора и ключа, преобразует напряжение тока.

По схеме они бывают двух типов: управляемые извне, внедрены в большинстве электроприборов и автогенераторы импульсного типа.

Также такие трансформаторы выпускаются разных размеров и мощностей в зависимости от специфики применения, но габариты в них не главное так, как эффективность таких устройств повышается по мере нарастания частоты, увеличение которой позволяет серьезно уменьшить размер и вес стального сердечника. Они, как правило, работают в частотном диапазоне от 18 до 50 кГц.

Область применения

Область применения импульсных преобразователей питания для бытового использования постоянно ширится. Они сегодня используются для обеспечения энергией всех приборов бытовой и вычислительной техники, а также в устройствах бесперебойного питания и зарядных устройствах для АКБ разного назначения, питания низковольтных осветительных систем и других нужд.

Часто приобретение такого устройства заводской сборки не очень оправдано, по соображениям экономии или с точки зрения специфики технических параметров требуемого агрегата. В этом случае собственноручное сооружение импульсного преобразователя может быть лучшим вариантом. Такой подход, как правило, более рационален благодаря широкому выбору недорогих комплектующих.

Преимущества и недостатки

Покупая ИБП, необходимо соотнести все его достоинства и недостатки с конкретными требованиями к эксплуатации в каждом частном случае и если он им удовлетворяет можно смело приобретать агрегат.

Преимущества импульсных блоков питания:

Малый вес агрегата, благодаря меньшему размеру требуемого для работы трансформатора, и как следствие уменьшенной конструкции всего преобразователя. Конструкция оснащается фильтром выходного напряжения меньших размеров, так как, при сопоставимой мощности с аналогами импульсное устройство имеет большую частоту преобразования.
Агрегаты повышенной мощности имеют наивысший КПД, доходящий до 90-98%. Такие устройства имеют минимальные потери энергии благодаря минимальному количеству операций переключения ключа, так как он большую часть времени находится в одном положении, в то время как в агрегатах других типов на операции с ним расходуется значительная мощность.
На порядок более высокая степень надежности стабилизаторов импульсного типа в сравнении с линейными аналогами, которые сейчас используются только в питании плат со слабыми токами, например, СВЧ печах или колонках и других агрегатах малой мощности, созданных для непрерывной эксплуатации в течение нескольких лет без техобслуживания.
Кроме того их преимуществом является расширенный диапазон частоты и напряжения тока, который могут быть реализованы только в очень дорогих, недоступных обычному потребителю, блоках линейного типа. Это позволяет использовать переносной импульсный блок даже при путешествиях по всему миру, так как его характеристики можно регулировать в широком диапазоне, подстраивая их для работы от розеток в разных странах с разными частотами и напряжением в электросети.
В отличие от линейных устройств, благодаря универсальности импульсных преобразователей мощностью 12 V налажен массовый выпуск комплектующих для них, что положительным образом снизило их себестоимость и повысило доступность для рядового потребителя. Однако на более мощные их варианты эта особенность, конечно, не распространилась, они стоят дорого.
Как правило, такие устройства в конструкции имеют несколько степеней защиты от аварийных ситуаций в сети: перебоев питания, короткого замыкания, отсутствия выходной нагрузки.

Недостатки импульсных блоков питания:

Работы по их ремонту отличаются сложностью, так как большинство их внутренних элементов функционируют в совместной сети без какой-либо гальванической развязки.
Сам импульсный принцип работы имеет оборотную сторону в виде высокочастотных помех, которые требуют подавления для использования блоков с большинством аппаратуры. А с некоторыми ее видами, обладающими повышенной чувствительностью к помехам они и вовсе не совместимы.
Входящий ток имеет ограничение на минимальную мощность, при которой блок начнет работать.

Схема

Основой большинства преобразователей тока импульсного типа является блок-схема простейшего импульсного трансформатора, включающая в себя несколько блоков:

Блок, преобразующий ток сети переменного типа в постоянный на выходе. В его основе диодный мост, который исполняет роль выпрямителя переменного напряжения и конденсатор, нивелирующий пульсации напряжения подвергшегося выпрямлению. Он может быть оснащен вспомогательными приборами: фильтрами напряжения сети, сглаживающими пульсации генератора импульсов и термисторами для ослабления скачка напряжения при включении. Наличие или отсутствие дополнительных компонентов влияет на себестоимость агрегата, и является статьей экономии при покупке бюджетного варианта агрегата.
Блок генератора импульсов, создающий для питания первичной обмотки трансформатора импульсы заданной частоты. Различные модели работают с разной частотой, но границы ее колебания для всех устройств находятся в пределах от 30 до 200 кГц. Трансформатор является сердцем прибора, так как именно посредством него происходит гальваническая развязка с электросетью и преобразование тока для соответствия требуемым параметрам.
Третий − блок трансформации переменного тока, поступающего с трансформатора в постоянный. В него входят диоды для выпрямления напряжения и фильтры пульсаций, которые значительно сложнее своего аналога из первого блока и включают в себя уже несколько конденсаторов и дроссель. В качестве статьи экономии, для уменьшения себестоимости преобразователи могут комплектоваться конденсаторами и дросселями минимально необходимой для работы, емкости и индуктивности соответственно.

Как сделать своими руками

Необходимые инструменты:

паяльный аппарат;
бокорезы;
утконосы;
пинцет;
скальпель.

Пошаговое руководство

Первым делом на входе устанавливается РТС термистор, выполняющий роль полупроводникового резистора с плюсовым коэффициентом по температуре. Он способен резко увеличить свое сопротивление при превышении определенного значения температуры, например, когда необходимо защитить силовые ключи, когда агрегат только начинает работать и конденсаторы еще заряжаются.
Далее, монтируется диодный мост для выпрямления входящего напряжения сети током 10А. Можно использовать разные диодные сборки: «вертикалку» или «табуретку».
Затем на входе паяется пара конденсаторов в соотношении 1 мкФ на 1 Вт мощности.
Используются отечественные резисторы типа МЛТ-2 в качестве гасящего сопротивления в сети переменного тока мощностью 2 Вт.
Для регулировки затворов полевых транзисторов, функционирующих под током 600В, монтируется драйвер IR Он попеременно открывает затворы полевых транзисторов с периодичностью, определяемой деталями на ножках Rt и Ct.
Полевые транзисторы выбираются не меньше 200В, имеющие минимальное сопротивление в открытой фазе работы. Величина сопротивления прямо пропорциональна нагреву устройства и обратно пропорциональна его КПД.
При их монтаже фланцы транзисторов нельзя закорачивать, поэтому применяются прокладки для изоляции.
Трансформатор, проще взять обычный понижающий из старого блока ПК. Но можно и самостоятельно намотать на ферритовые торы из расчета на преобразующую частоту 100 кГц и ½ преобразованного напряжения.
Трансформаторные выводы закорачивают аналогично плате, из которой он взят.
На выходе устанавливаются диоды с небольшими таймингами восстановления − не более 100 нс, например, из группы HER.
Буферную емкость на выходе не стоит преувеличивать более 10 тыс. мкФ.
Как и любой электрический агрегат, самодельный импульсный блок питания при сборке предъявляет повышенные требования к внимательности и аккуратности в процессе сборки. Необходим верный монтаж полярных деталей и выполнение мер предосторожности в работе с электросетью. Верно, сконструированный блок не требует до настройки или подлаживания.

Регулируемый/однотактный/двухтактный/двухполярный блок своими руками

Для сборки регулируемого блока питания необходимо в его схеме сборки использовать один или два транзистора полупроводникового типа. Однако для контроля напряжения понадобится установить датчик в виде вольтметра. Тогда ориентируясь на его показания, можно будет отрегулировать оптимальное напряжение на выходе для работы разных приборов, чтобы не пожечь их. Напряжение регулируется при помощи резистора переменного типа.
В самом простом однотактном блоке ток преобразуется за счет работы одного транзистора, который открывается и закрывается, пропуская импульсы определенной частоты.
Его усовершенствованной модификацией, работающей с удвоенной частотой и соответственно лучшим КПД, является двухтактный преобразователь, в котором друг за другом открываются и закрываются уже два транзистора.
Двухполярная конструкция блока еще сложнее, так как необходим монтаж операционного усилителя и стабилитронов. Особое внимание в этом случае следует уделять качеству пайки и соответствию сечения проводов току.

Ремонт ИБП

Как правило, заключается в замене, неисправных, погоревших деталей на новые. Но сложность даже не в самом монтаже новой детали, а именно в поиске неисправной. Для этого производят следующие операции:

Внешний осмотр платы блока на предмет наличия вздувшихся конденсаторов, обуглившихся резисторов и других элементов с дефектами.
Осмотр пайки трансформатора, ключевых транзисторов и микросхем, а также дросселей.
Проверка цепи питания на предмет разрыва: позванивают сам кабель, предохраняющий переключатель, переключатель тока при его наличии, а также дроссели и выпрямительный мост.
Первичная диагностика любой детали производится без демонтажа, и только когда есть вполне обоснованное предположение о том, что она неисправна, ее можно выпаивать и проверять отдельно.
Также необходимо проверить цепь на предмет коротких замыканий.
Проведя визуальную и приборную диагностику оборудования и поменяв нерабочие элементы, приступают к проверке под рабочим напряжением сети. Но в роли предохранителя используется обычная лампочка на 150-200 Ватт 220 вольт. Она не даст сгореть всему преобразователю при наличии неисправности и просигнализирует о характере дефекта. Так, если лампочка ярко вспыхнет и притухнет, излучая растр, то, скорее всего, неисправны конденсаторы. Проверить их на исправность можно только заменив на новые. Другим случаем является вариант, когда лампа вспыхнула и сразу же погасла совсем. Этот вариант предусматривает индивидуальную проверку всех резисторов цепи запуска. Наконец последний случай – светильник горит на полную яркость. В этом случае надо полностью перепроверить всю схему заново.

При конструировании импульсного преобразователя тока своими руками следует помнить, что все работы по монтажу и испытанию агрегата проходят под напряжением опасным для жизни и здоровья. Поэтому настоятельно рекомендуется в помещении, в котором проводятся работы установить автоматические прерыватели тока, работающие в связке с прибором аварийного отключения тока. Такая система способна защитить человека от удара током даже в случае, когда он коснулся фазы.
При работе с импульсными преобразователями тока, даже со стандартными блоками от ПК, необходимо всегда соблюдать технику безопасности. Например, конденсаторы электролитического типа входящие в их схему даже после отключения от сети долгое время держат токи высокого напряжения. Поэтому прежде чем приступить к каким-либо манипуляциям с ними их необходимо предварительно разрядить, замкнув их выводы.
И наконец, при проведении любых работ связанных с электричеством, всегда следует пользоваться исправными, предназначенными для этого инструментами. Например, ручки всех отверток, бокорезов и других инструментов должны быть заизолированы.

Или создавать намотку, можно своими руками собрать блок питания импульсного типа, который требует трансформатора всего с несколькими витками.

При этом, потребуется небольшое количество деталей, а работу можно выполнить за 1 час. В данном случае, основой для блока питания используется микросхема IR2151.

Для работы понадобятся следующие материалы и детали:

PTC термистор любого типа.
Пара конденсаторов , которые выбираются с расчетом 1мкф. на 1 Вт. При создании конструкции подбираем конденсаторы так, чтобы они вытянули 220 Вт.
Диодная сборка типа «вертикалка».
Драйвера типа IR2152, IR2153, IR2153D.
Полевые транзисторы типа IRF740, IRF840. Можно выбрать и другие, если у них хороший показатель сопротивления.
Трансформатор можно взять из старых компьютерных системных блоков.
Диоды , устанавливаемые на выходе, рекомендуется брать из семейства HER.

Кроме этого, понадобятся следующие инструменты:

Паяльник и расходные материалы.
Отвертка и плоскогубцы.
Пинцет.

Также, не стоит забывать и о необходимости хорошего освещения на месте работы.

Пошаговая инструкция

принципиальная схема

структурная схема

Сборка проводится согласно составленной схеме цепи. Микросхема была подобрана согласно особенностям цепи.

Сборка проводится следующим образом:

На входе устанавливаем PTC термистор и диодные мосты.
Затем , устанавливается пара конденсаторов.
Драйвера необходимы для регулирования работы затворов полевых транзисторов. При наличии у драйверов индекс D в конце маркировки устанавливать FR107 не нужно.
Полевые транзисторы устанавливаются без закорачивания фланцев. При проведении крепления к радиатору, используют специальные изоляционные прокладки и шайбы.
Трансформаторы устанавливаются с закороченными выводами.
На выходе диоды.

Все элементы устанавливаются в отведенные места на плате и припаиваются с обратной стороны.

Проверка

Для того, чтобы правильно собрать блок питания, нужно внимательно отнестись к установке полярных элементов, а также следует быть осторожным при работе с сетевым напряжением. После отключения блока от источника питания, в цепи не должно оставаться опасного напряжения. При правильной сборке, последующая наладка не проводится.

Проверить правильность работы блока питания можно следующим образом:

Включаем в цепь, на выходе лампочка, к примеру,12 Вольт. При первом кратковременном пуске, лампочка должна гореть. Кроме этого, следует обратить внимание на то, что все элементы не должны нагреваться. Если что-то греется, значит, схема собрана неправильно.
При втором пуске замеряем значение тока при помощи тестера. Даем проработать блоку достаточное количество времени для того, чтобы убедиться в отсутствии нагревающихся элементов.

Кроме этого, нелишним будет проверка всех элементов при помощи тестера на наличие высокого тока после выключения питания.

Как ранее было отмечено , работа импульсного блока питания основана на обратной связи. Рассматриваемая схема не требует специальной организации обратной связи и различных фильтров по питанию.
Особое внимание следует уделить выбору полевых транзисторов. В данном случае, рекомендуются полевые транзисторы IR, которые славятся устойчивостью к тепловому разрешению. Согласно данным производителя, они могут стабильно работать до 150 градусов Цельсия. Однако, в этой схеме они не сильно нагреваются, что можно назвать весьма важной особенностью.
Если нагрев транзисторов происходит постоянно , следует устанавливать активное охлаждение. Как правило, оно представлено вентилятором.

Достоинства и недостатки

Импульсный преобразователь имеет следующие достоинства:

Высокий показатель коэффициента стабилизации позволяет обеспечить условия питания, которые не будут вредить чувствительной электронике.
Рассматриваемые конструкции обладают высоким показателем КПД. Современные варианты исполнения имеют этот показатель на уровне 98%. Это связано с тем, что потери снижены до минимума, о чем говорит малый нагрев блока.
Большой диапазон входного напряжения – одно из качеств, из-за которого распространилась подобная конструкция. При этом, КПД не зависит от входных показателей тока. Именно невосприимчивость к показателю напряжения тока позволяет продлить срок службы электроники, так как в отечественной сети электроснабжения прыжки показателя напряжения частое явление.
Частота входящего тока оказывает влияние на работу только входных элементов конструкции.
Малые габариты и вес , также обуславливают популярность из-за распространения портативного и переносного оборудования. Ведь при использовании линейного блока вес и габариты увеличиваются в несколько раз.
Организация дистанционного управления.
Меньшая стоимость.

Есть и недостатки:

Наличие импульсных помех.
Необходимость включения в цепь компенсаторов коэффициента мощности.
Сложность самостоятельного регулирования.
Меньшая надежность из-за усложнения цепи.
Тяжелые последствия при выходе одного или нескольких элементов цепи.

При самостоятельном создании подобной конструкции, следует учитывать то, что допущенные ошибки могут привести к выходу из строя электропотребителя. Поэтому нужно предусмотреть наличие защиты в системе.

Устройство и особенности работы

При рассмотрении особенностей работы импульсного блока, можно отметить следующие:

Сначала происходит выпрямление входного напряжения.
Выпрямленное напряжение в зависимости от предназначения и особенностей всей конструкции, перенаправляется в виде прямоугольного импульса высокой частоты и подается на установленный трансформатор или фильтр, работающий с низкими частотами.
Трансформаторы имеют небольшие размеры и вес при использовании импульсного блока по причине того, что повышение частоты позволяет повысить эффективность их работы, а также уменьшить толщину сердечника. Кроме этого, при изготовлении сердечника может использоваться ферромагнитный материал. При низкой частоте, можно использовать только электротехническую сталь.
Стабилизация напряжения происходит при помощи отрицательной обратной связи. Благодаря использованию данного метода, напряжение, подаваемое к потребителю, остается неизменным, несмотря на колебание входящего напряжения, и создаваемой нагрузки.

Обратная связь может быть организована следующим образом:

При гальванической развязке , используется оптрон или выход обмотки трансформатора.
Если не нужно создавать развязку , используется резисторный делитель напряжения.

Подобными способами выдерживается выходное напряжение с нужными параметрами.

Стандартные блоки импульсного питания, который может использоваться, к примеру, для регулирования выходного напряжения при питании , состоит из следующих элементов:

Часть входная, высоковольтная. Она, как правило, представлена генератором импульсов. Ширина импульса – основной показатель, оказывающий влияние на выходной ток: чем шире показатель, тем больше напряжение, и наоборот. Импульсный трансформатор стоит на разделе входной и выходной части, проводит выделение импульса.
На выходной части стоит PTC термистор . Он изготавливается из полупроводника, имеет положительный показатель коэффициента температуры. Данная особенность означает, что при повышении температуры элемента выше определенного значения, значительно поднимается показатель сопротивления. Используется в качестве защитного механизма ключа.
Низковольтная часть. С низковольтной обмотки проводится снятие импульса, выпрямление происходит при помощи диода, а конденсатор выступает в качестве фильтрующего элемента. Диодная сборка может провести выпрямление тока до значения 10А. Следует учитывать, что конденсаторы могут быть рассчитаны на различную нагрузку. Конденсатор проводит снятие оставшихся пиков импульса.
Драйвера проводят гашение возникающего сопротивления в цепи питания. Драйвера во время работы проводят поочередное открытие затворов установленных транзисторов. Работа происходит с определенной частотой
Полевые транзисторы выбирают с учетом показателей сопротивления и максимального напряжения при открытом состоянии. При минимальном значении, сопротивления значительно повышается КПД и уменьшается нагрев во время работы.
Трансформатор типовой для понижения.

С учетом выбранной схемы, можно приступать к созданию блока питания рассматриваемого типа.

Современные электронные устройства рассчитаны на работу от слабых токов от 1-2 до 6-12 вольт. Ранее такое напряжение достигалось путем использования аналоговых или , которые в настоящее время почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритными размерами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную и надежную работу электронных приборов. Для того чтобы сделать правильный выбор, необходимо хорошо представлять себе конструктивные особенности и принцип действия этих устройств.

Работа аналоговых блоков питания

Предшественниками импульсных устройств долгое время были аналоговые блоки питания, оборудованные понижающим трансформатором. На рисунке упрощенной структурной схемы хорошо видно, что этот прибор установлен на самом входе. С помощью понижающего трансформатора амплитуда питающего напряжения преобразуется из сетевых 220 В до нужного значения.

После этого синусоидальный ток попадает в выпрямитель, где преобразуется в импульсный. Данная процедура осуществляется с помощью полупроводниковых выпрямительных элементов - диодов, подключенных по схеме диодного моста.

Следующим элементом является блок, состоящий из сглаживающего фильтра и стабилизатора. Сглаживание напряжения осуществляется конденсатором, имеющим соответствующую расчетную емкость. После выполняется стабилизация, чтобы избежать провалов напряжения в случае увеличения нагрузки. Данная схема приведена в очень упрощенном виде, поскольку в блоках питания 12В этого типа существуют дополнительные элементы в виде входного фильтра и защитных цепей, не оказывающих существенного влияния на общую функциональность устройства.

Основным ограничением использования трансформаторных блоков является их чрезмерная масса и габаритные размеры. Например, с номинальной мощностью 250 Вт весит примерно 4 кг, а его длина, ширина и высота составляют 125х124х89 мм. Данный фактор делает невозможным использование таких приборов в современных миниатюрных устройствах.

Принцип действия импульсных устройств

Импульсные устройства - ИИП работают совершенно по другому принципу, существенно отличающемуся от аналоговых блоков питания. Это подтверждают и структурные схемы, в которой отсутствует входной понижающий трансформатор.

Принцип работы такого источника питания осуществляется на практике в следующей последовательности:

Изначально питание попадает в сетевой фильтр, сводящий до минимума входящие и исходящие сетевые помехи, образующиеся в результате рабочих процессов.
Далее начинает действовать блок, в котором синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. Вместе с ним начинается работа сглаживающего фильтра.
После этого в рабочий процесс включается инвертор, формирующий высокочастотные прямоугольные сигналы. Для обратной связи с инвертором используется блок управления.
Импульсный трансформатор - ИТ обеспечивает автоматический генераторный режим, подачу напряжения на отдельные участки цепей, защиту, управление контроллером и нагрузку. Кроме того, ИТ обеспечивает между цепями с высоким и низким напряжением. Для его сердечника использованы ферримагнитные материалы, обеспечивающие надежную передачу высокочастотных сигналов в диапазоне от 20 до 100 кГц.
На следующем этапе начинается работа выходного выпрямителя, работающего с напряжением высокой частоты. Его конструкция выполнена на основе быстродействующих полупроводниковых элементов - .
По завершении процесса напряжение сглаживается на выходном фильтре, после чего оно уже поступает на нагрузку.

Работа инвертора в блоке питания

Инвертор является основным элементом импульсного блока. Его основная функция заключается в высокочастотной модуляции, которая может быть выполнена частотно-импульсным, фазоимпульсным и широтно-импульсным (ШИМ) способами.

В практической работе схема импульсного блока питания чаще всего использует последний вариант, отличающийся простым исполнением и постоянной коммуникационной частотой.

Работа этого контроллера выполняется по следующей схеме, приведенной на рисунке выше:

С помощью генератора, задающего частоты, происходит формирование прямоугольных сигналов с частотой, соответствующей опорному значению. Эти сигналы служат базой для формирования U п, имеющего пилообразную форму и поступающего на К шим, то есть, на вход компаратора.
Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала U ус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (U п) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (U рс).
С помощью этого способа образуется замкнутая цепь, обеспечивающая управление напряжением на выходе, образуя тем самым своеобразный линейно-дискретный функциональный узел. На выходе происходит формирование импульсов, продолжительность которых зависит от разницы между опорным и управляющим сигналами. На основе данного узла возникает напряжение, позволяющее управлять ключевым транзистором инвертора.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем контроля над его уровнем. Если оно изменяется, то соответственно происходит и пропорциональное изменение напряжения U рс - регулирующего сигнала. За счет этого уменьшается или увеличивается продолжительность временного промежутка между импульсами. В результате мощность вторичной цепи изменяется и выходное напряжение стабилизируется. Гальваническая развязка, которой оборудуются все импульсные блоки питания, обеспечивает безопасность между питающей сетью и обратной связью и выполняется с помощью оптронов.

Плюсы и минусы импульсных блоков

По сравнению с аналоговыми преобразователями такой же мощности, импульсные блоки обладают несомненными преимуществами:

Незначительная масса и габариты, поскольку в конструкции отсутствует понижающий трансформатор низкой частоты и управляющие элементы, требующие больших радиаторов для отвода тепла. Преобразование высокочастотных сигналов привело к снижению емкости конденсаторов, установленных в фильтрах и их габаритных размеров.
У них значительно выше коэффициент полезного действия, так как большинство потерь связано лишь с переходными процессами. В аналоговых же системах большое количество энергии постоянно теряется из-за электромагнитных преобразований.
Благодаря полупроводниковым элементам, значительно снижается стоимость изделия.
Входное напряжение обладает более широким диапазоном. Импульсные блоки можно подключать к любым сетям, поскольку для них не имеет значения частота и амплитуда.
Все устройства надежно защищены от коротких замыканий, перегрузок и прочих нестандартных ситуаций.

Однако, даже такие совершенные устройства имеют определенные недостатки. В первую очередь, это помехи, вызванные высокочастотным преобразователем. Из-за этого требуется установка фильтра для подавления этих помех. Он не всегда достаточно эффективен, поэтому применение импульсных блоков ограничено для совместной эксплуатации с высокоточной аппаратурой.

Использование этих устройств предъявляет особые требования к подключаемой нагрузке, которая не должна быть слишком высокой или слишком низкой. В случае превышения током уровня нижнего или верхнего порога, выходное напряжение по своим характеристикам будет значительно отличаться от номинального.

Самостоятельная сборка импульсного блока питания

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется собрать импульсный блок питания своими руками для конкретного электронного оборудования. За основу можно взять импульсный трансформатор, имеющийся в компьютерном блоке и сделать достаточно мощный ИБП. Схема довольно простая, не требующая отдельных настроек.

Основой полумостового драйвера служит микросхема IR2151. Усиление сигнала генератора осуществляется с помощью мощного полевого транзистора, закрепляемого на теплоотводе.

Самый простой импульсный блок питания будет состоять из следующих деталей: термистора, резистора на 47 кОм, диода FR107, электролитических конденсаторов и других деталей, обозначенных на схеме.

Подобные самодельные блоки питания могут использоваться для достаточно мощных электронных устройств. При желании их можно всегда подогнать по параметрам под конкретный прибор.

Изготовить блок питания 12В своими руками несложно, но для этого вам потребуется изучить немного теории. В частности, из каких узлов состоит блок, за что отвечает каждый элемент изделия, основные параметры каждого. Также важно знать, какие трансформаторы необходимо использовать. Если нет подходящего, то можно перемотать вторичную обмотку самостоятельно для получения нужного напряжения на выходе. Нелишним будет узнать о методах травления печатных плат, а также про изготовление корпуса блока питания.

Компоненты блока питания

Основной элемент любого блока питания - это При его помощи происходит снижение напряжения в сети (220 Вольт) до 12 В. В конструкциях, рассмотренных ниже, можно использовать как самодельные трансформаторы с перемотанной вторичной обмоткой, так и готовые изделия, без модернизации. Нужно только учитывать все особенности и проводить правильный расчет сечения провода и количества витков.

Второй элемент по важности - это выпрямитель. Изготовляется он из одного, двух либо четырех полупроводниковых диодов. Все зависит от типа схемы, по которой собирается самодельный блок питания. Например, для реализации нужно использовать два полупроводника. Для выпрямления без увеличения достаточно одного, но лучше применить мостовую схему (все пульсации тока сглаживаются). После выпрямителя обязательно наличие электролитического конденсатора. Желательна установка стабилитрона с подходящими параметрами, он позволяет на выходе сделать стабильное напряжение.

Что такое трансформатор

Трансформаторы, используемые для выпрямителей, имеют следующие компоненты:

Сердечник (магнитопровод, изготовленный из металла либо ферромагнетика).
Сетевую обмоту (первичная). Запитывается от 220 Вольт.
Вторичную обмотку (понижающую). Служит для подключения выпрямителя.

Теперь обо всех элементах более подробно. Сердечник может иметь любую форму, но наиболее распространены Ш-образные и U-образные. Реже встречаются тороидальные, но у них специфика иная, чаще применяются в инверторах (преобразователях напряжения, например, из 12 в 220 Вольт), нежели в обычных выпрямительных устройствах. Блок питания 12В 2А целесообразнее делать с использованием трансформатора, имеющего Ш-образный или U-образный сердечник.

Обмотки могут располагаться как друг на друге (сначала первичная, а после вторичная), на одном каркасе, так и на двух катушках. В качестве примера можно привести трансформатор с U-образным сердечником, на котором имеются две катушки. На каждой из них произведена намотка половины первичной и вторичной обмоток. При подключении трансформатора требуется соединять выводы последовательно.

Как произвести расчет трансформатора

Допустим, вы решили намотать вторичную обмотку трансформатора самостоятельно. Для этого вам надо будет узнать величину главного параметра - напряжения, которое можно будет снять с одного витка. Это самый простой способ, которым можно воспользоваться при изготовлении трансформатора. Намного сложнее вычислить все параметры, если требуется намотка не только вторичной, но и первичной обмотки. Необходимо для этого знать сечение магнитопровода, его проницаемость и свойства. Если рассчитывать блок питания 12В 5А самому, то этот вариант получается более точным, нежели подстраиваться под готовые параметры.

Первичную обмотку наматывать сложнее, чем вторичную, так как в ней может быть несколько тысяч витков тонкого провода. Можно упростить задачу и самодельный блок питания изготовить при помощи специального станка.

Чтобы рассчитать вторичную обмотку, нужно намотать 10 витков тем проводом, который планируете использовать. Соберите трансформатор и, соблюдая технику безопасности, подключите его первичную обмотку к сети. Проведите замер напряжения на выводах вторичной обмотки, полученное значение разделите на 10. Теперь число 12 разделите на полученное значение. И получаете количество витков, необходимое для вырабатывания 12 Вольт. Можно добавить немного, чтобы компенсировать (достаточно увеличить на 10%).

Диоды для блока питания

Выбор полупроводниковых диодов, используемых в выпрямителе блока питания, напрямую зависит от того, какие значения параметров трансформатора необходимо получить. Чем больше сила тока на вторичной обмотке, тем мощнее диоды необходимо использовать. Предпочтение стоит отдавать тем деталям, которые изготовлены на основе кремния. Но не стоит брать высокочастотные, так как они не предназначены для использования в выпрямительных устройствах. Их основное предназначение - детектирование высокочастотного сигнала в радиоприемных и передающих устройствах.

Идеальное решение для маломощных блоков питания - это применение диодных сборок, 12В 5А с их помощью можно разместить в гораздо меньшем корпусе. Диодные сборки - это набор из четырех полупроводниковых диодов. Используются они исключительно для выпрямления переменного тока. Работать с ними гораздо удобней, не нужно делать много соединений, достаточно на два вывода подать напряжение от вторичной обмотки трансформатора, а с оставшихся снять постоянное.

Стабилизация напряжения

После изготовления трансформатора обязательно проведите замер напряжения на выводах его вторичной обмотки. Если оно превышает значение 12 Вольт, то необходимо провести стабилизацию. Даже самый простой блок питания 12В плохо будет работать без этого. Следует учесть, что в питающей сети величина напряжения непостоянна. Подключите вольтметр к розетке и проведите замеры в разное время. Так, например, днем оно может подскочить до 240 Вольт, а вечером опуститься даже до 180. Все зависит от нагрузки на линию электропередач.

Если у вас в первичной обмотке трансформатора изменяется напряжение, то оно будет нестабильно и во вторичной. Чтобы компенсировать это, нужно применить устройства, называемые стабилизаторами напряжения. В нашем случае можно использовать стабилитроны с подходящей величиной параметров (тока и напряжения). Стабилитронов множество, подберите необходимые элементы до того, как делать 12В блок питания.

Существуют и более «продвинутые» элементы (типа КР142ЕН12), которые представляют собой комплект из нескольких стабилитронов и пассивных элементов. Их характеристики намного лучше. Также встречаются и зарубежные аналоги подобных устройств. Необходимо познакомиться с этими элементами до того, как сделать12В блок питания вы решите самостоятельно.

Особенности импульсных блоков питания

Блоки питания такого типа нашли широкое применение в персональных компьютерах. У них на выходе имеется два значения напряжения: 12 Вольт - для питания приводов дисководов, 5 Вольт - для функционирования микропроцессоров и иных устройств. Отличие от простых блоков питания состоит в том, что на выходе сигнал не постоянный, а импульсный - по форме похож на прямоугольники. В первый период времени сигнал появляется, во второй он равен нулю.

Также имеются отличия и в схеме устройства. Для нормального функционирования самодельный импульсный блок питания нуждается в выпрямлении сетевого напряжения без предварительного понижения его значения (на входе отсутствует трансформатор). Использовать импульсные блоки питания можно как самостоятельные устройства, так и их модернизированные аналоги - аккумуляторные батареи. В итоге можно получить простейший бесперебойник, причем его мощность будет зависеть от параметров блока питания и типа используемых батарей.

Как получить бесперебойное питание?

Блок питания достаточно подключить параллельно аккумуляторной батарее, чтобы при выключении электричества все устройства продолжили работать в нормальном режиме. При подключенной сети блок питания производит зарядку батареи, принцип схож с работой электроснабжения автомобиля. А когда бесперебойный блок питания 12В отключаете от сети, происходит подача напряжения на всю аппаратуру от аккумулятора.

Но бывают случаи, когда необходимо на выходе получить сетевое напряжение 220 Вольт, например, для питания персональных компьютеров. В этом случае потребуется внедрение в схему инвертора - устройства, которое преобразует постоянное напряжение 12 Вольт в переменное 220. Схема оказывается сложнее, нежели у простого блока питания, но собрать его можно.

Фильтрация и отсечение переменной составляющей

Важное место в выпрямительной технике занимают фильтры. Взгляните на блок питания 12В, схема которого наиболее распространена. Она состоит из конденсатора, сопротивления. Фильтры отсекают все лишние гармоники, оставляя на выходе блока питания постоянное напряжение. Например, простейший фильтр - это электролитический конденсатор с большой емкостью. Если взглянуть на его работу при постоянном и переменном напряжениях, то становится ясен его принцип функционирования.

В первом случае он имеет определенное сопротивление и в схеме замещения он может быть заменен на постоянный резистор. Актуально это для проведения расчетов по теоремам Кирхгофа.

Во втором случае (при протекании переменного тока) конденсатор становится проводником. Другими словами, его можно заменить перемычкой, у которой нет сопротивления. Она соединит оба выхода. При более подробном изучении можно увидеть, что переменная составляющая уйдет, ведь выходы замыкаются во время протекании тока. Останется только постоянное напряжение. Кроме того, для быстрого разряда конденсаторов собираемый блок питания 12В своими руками необходимо на выходе укомплектовать резистором с большим сопротивлением (3-5 МОм).

Изготовление корпуса

Для изготовления корпуса блока питания идеально подойдут алюминиевые уголки и пластины. Сначала необходимо сделать своеобразный скелет конструкции, который впоследствии можно обшить листами из алюминия подходящей формы. Для уменьшения веса блока питания можно в качестве обшивки использовать более тонкий металл. Изготовить блок питания 12В своими руками из таких подручных материалов несложно.

Идеально подойдет корпус от микроволновой печи. Во-первых, металл достаточно тонкий и легкий. Во-вторых, если сделать все аккуратно, то лакокрасочное покрытие не повредится, поэтому внешний вид останется привлекательным. В-третьих, размер обшивки микроволновой печи довольно большой, что позволяет сделать практически любой корпус.

Изготовление печатной платы

Подготовьте фольгированный текстолит, для этого обработайте металлический слой раствором соляной кислоты. Если такового нет, то можно использовать электролит, заливаемый в аккумуляторные батареи автомобилей. Эта процедура позволит обезжирить поверхность. Работайте в чтобы исключить попадание растворов на кожу, ведь можно получить сильнейший ожог. После этого промойте водой с добавлением соды (можно мыла, чтобы нейтрализовать кислоту). И можно наносить рисунок

Сделать рисунок можно как с помощью специальной программы для компьютеров, так и вручную. Если вы изготовляете обычный блок питания 12В 2А, а не импульсный, то количество элементов минимально. Тогда при нанесении рисунка можно обойтись без программ для моделирования, достаточно нанести его на поверхность фольги Желательно сделать два-три слоя, дав предыдущему высохнуть. Неплохие результаты может дать применение лака (например, для ногтей). Правда, рисунок может выйти неровным из-за кисти.

Как протравить плату

Подготовленную и просушенную плату поместите в раствор хлорного железа. Насыщенность его должна быть такой, чтобы медь как можно быстрее разъедалась. Если процесс идет медленно, то рекомендуется увеличить концентрацию хлорного железа в воде. Если и это не помогает, то попробуйте нагреть раствор. Для этого наберите в емкость воду, установите в нее банку с раствором (не забывайте о том, что его желательно хранить в пластиковой или стеклянной таре) и нагревайте на медленном огне. Теплая вода будет нагревать раствор хлорного железа.

Если у вас много времени либо нет хлорного железа, то воспользуйтесь смесью из соли и медного купороса. Плата подготавливается аналогичным образом, после чего помещается в раствор. Недостаток способа - плата блока питания травится очень медленно, потребуются почти сутки для полного исчезновения всей меди с поверхности текстолита. Но за неимением лучшего, можно использовать и такой вариант.

Монтаж компонентов

После процедуры травления вам потребуется ополоснуть плату, очистить от защитного слоя дорожки, обезжирить их. Наметьте расположение всех элементов, просверлите отверстия для них. Больше 1,2-мм сверло не стоит применять. Установите все элементы и припаяйте их к дорожкам. После этого необходимо все дорожки покрыть слоем олова, т. е. произвести их лужение. Изготовленный блок питания 12В своими руками с лужением монтажных дорожек прослужит вам намного дольше.

Радиолюбители многое из электроники предпочитают изготавливать своими руками. Это дает много преимуществ, как в плане сохранения денежных средств, так и гарантий качества собранного изделия.
Очень часто радиолюбители предпочитают делать блок питания (БП), так как именно такое приспособление является основой домашней лаборатории.

В сегодняшней статье речь пойдет о таком БП, как импульсный блок питания регулируемого типа. Многие умельцы изготавливают его своими руками.

Информация о приборе

В жизни очень часто возникают ситуации, когда нужен такой прибор, как блок питания. От этого изделия можно запитать многие электрические приборы. Конечно, в такой ситуации можно использовать различные аналоги, например, автомобильные аккумуляторы. Но у них есть большой недостаток, который заключается в подаче постоянного напряжения в 12 В. А этого не хватает для подпитки стандартной бытовой аппаратуры.
Отличным решением в таких ситуациях будет использование импульсного преобразователя тока (регулируемого блока питания). Особенность такого прибора является возможность преобразовывать имеющееся напряжение, например 12 В, в то, которое нам нужно – 220 В.
Это стало возможным благодаря особому принципу работы. Он заключается в конвертировании переменного напряжения, имеющегося в сети с частотой 50 Гц, в аналогичное прямоугольного типа. После этого напряжение подвергается трансформации с целью достижения требуемого значения, выпрямляется и отфильтровывается. Схема работы такого прибора имеет следующий вид.

БП обладает повышенной мощностью (благодаря транзистору) и может одновременно выполнять роль ключа и импульсного трансформатора, преобразуя напряжение тока.
Обратите внимание! Эффективность работы блока питания (регулируемого типа) повышается входе нарастания частоты. Ее увеличение дает возможность значительно уменьшить вес и размеры используемого внутри изделия стального сердечника.
Импульсный тип блока питания может быть двух типов:

управляемые извне. Такой блок питания используется в большинстве электрических приборов;
автогенераторы импульсного типа.

Заводская модель

Схема сборки для каждого типа блока питания будет отличаться.
При этом выпускаемые серийные модели могут иметь разные показатели мощности и габариты. Все зависит от специфики их использования.

Заводские приборы такого типа функционируют в частотном диапазоне от 18 до 50 кГц. Но такую модель можно сделать при желании и своими руками. Некоторые любители радиоэлектроники могут даже переделать старый блок питания под новые потребности. Для новичков существует простая схема, которая позволит справиться с ней даже совсем неопытному человеку. Такая переделка ничем не будет уступать по качеству и техническим параметрам покупной модели.

Где используются

Область использования регулируемого типа импульсного блока питания с каждым годом расширяется. Это вязано с появлением все нового оборудования и новых сфер деятельности человека.
Блоки питания импульсного характера применяются в следующих областях:

обеспечение энергии всех вариантов электроприборов (вычислительной техники и бытовых приборов);
бесперебойное питание зарядных устройств, применяемых к аккумуляторным батареям;
обеспечение питания низковольтных систем освещения. К таким типам подсветки относится использование светодиодных лент.

Подсветка потолка

Во всех этих ситуациях собранный своими руками прибор будет функционировать не хуже заводских моделей. При этом вы можете сделать его более универсальным. Простой тип блока питания самостоятельной сборки станет незаменимой частью вашей домашней лаборатории.

Достоинства и недостатки

Трансформатор

Импульсный регулируемый блок питания имеет следующие преимущества:

небольшой вес. Это связано с тем, что здесь нужен трансформатор меньшего размера;
более удобная конструкция преобразователя;
наличие фильтра для выходного напряжения, который также имеет небольшие габариты;
наивысший показатель КПД, который может доходить до 90-98%.Благодаря этому данный тип прибора имеет минимальную потерю энергии;
на порядок больше степень надежности стабилизаторов;
расширенный диапазон частоты. Это параметр касается также напряжения тока. Обычно такие возможности имеются в дорогих линейных блоках;
массовый выпуск комплектующих, а отсюда — доступная стоимость сборки блока.

Кроме этого, такой тип прибора может обладать несколькими степенями защиты от:

перебоев питания;
перепадов напряжения;
отсутствия выходной нагрузки;
короткого замыкания.

Но помимо преимуществ у этого изделия имеются и недостатки:

ремонт такого прибора несколько усложнен. Это связано с тем, что элементы блока питания функционируют без гальванической развязки;
могут возникнуть высокочастотные помехи;
повышенная чувствительность к помехам.

Также здесь имеется ограничение по минимальной мощности, при которой блок питания начнет работать. Схема, используемая для сборки изделия своими руками, может потреблять значительное количество мощности.

Сложная схема

Также сборочная схема может требовать двухполярного питания. Для питания более мощных электрических систем следует использовать отдельный блок питания с необходимым количеством полюсов, мощность. При этом для напряжения также должно быть определены конкретные показатели. Поэтому для сборки своими руками, если вы являетесь любителем, нужна схема простого однополярного маломощного прибора.

Сборка

Многие радиолюбители для создания импульсного блока питания регулируемого типа используют другие модели старых преобразователей. Например, для этих целей отлично подойдет компьютерный БП. Здесь понадобится лишь треть его схемы.
Сборка имеет вид следующего алгоритма:

изымаем схему из старого преобразователя;
из нее следует вырезать часть, которая идет до трансформатора;

Примерный вид схемы

далее из блока следует достать транзисторы для усиления сигнала, поступающего от генератора высокой частоты;
для того чтобы сделать генератор, можно использовать самые простые схемы;
для трансформатора, если его не получилось разобрать, можно использовать сердечник с внутренним сечением стержня в 25-30 мм2. Для первичной обмотки используем 40 витков, а для вторичной — 2х8 витков;

Обратите внимание! Чтобы избежать проникновения посторонних шумов с высокой частотой, трансформатор следует залить лаком.

развязывающий трансформатор также берем из компьютерного блока. Его можно намотать на любой малогабаритный сердечник. Используем для этого тонкий провод;
для охлаждения устанавливаем вентилятор. Он будет включаться при достижении тока в 1,5 А. При меньших показателях будет достаточно естественного охлаждения. Для включения вентилятора устанавливаем резистор R20.

Все детали нужно установить на печатную плату.

После этого необходимо распаять все детали и установить их в корпус. Теперь остается только установить вольтметр и амперметр. В результате вы получите простой импульсный блок питания с возможностью регулировать напряжение.

Готовый БП

В результате напряжение прибора составит от 2В до напряжения на вторичной обмотке.
Сделать импульсный блок питания регулируемого типа можно, используя разные схемы. При этом нужно точно следовать выбранной схеме и правильно припаять все составные части на плату. Используя качественные детали, вы своими руками изготовите нужный блок питания и сможете использовать его в самых разнообразных сферах, подключая к нему бытовые и вычислительные приборы.

Самодельные регулируемые транзисторные блоки питания: сборка, применение на практике