Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Самодельный блок питания с регулировкой выходного напряжения и тока


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 с регулировкой из старой платы компьютера

Stalevik

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 (https://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.

Видео 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.

Видео Radioblogful. Видеоблог паяльщика.

Регулируемый источник напряжения от 5 до 12 вольт

Продолжая наше руководство по преобразованию блока питания ATX в настольный источник питания, одним очень хорошим дополнением к этому является стабилизатор положительного напряжения LM317T.

LM317T – это регулируемый 3-контактный положительный стабилизатор напряжения, способный подавать различные выходы постоянного напряжения, отличные от источника постоянного напряжения +5 или +12 В, или в качестве переменного выходного напряжения от нескольких вольт до некоторого максимального значения, все с токи около 1,5 ампер.

С помощью небольшого количества дополнительных схем, добавленных к выходу блока питания, мы можем получить настольный источник питания, способный работать в диапазоне фиксированных или переменных напряжений, как положительных, так и отрицательных по своей природе. На самом деле это гораздо проще, чем вы думаете, поскольку трансформатор, выпрямление и сглаживание уже были выполнены БП заранее, и все, что нам нужно сделать, это подключить нашу дополнительную цепь к выходу желтого провода +12 Вольт. Но, во-первых, давайте рассмотрим фиксированное выходное напряжение.

Фиксированный источник питания 9В

В стандартном корпусе TO-220 имеется большое разнообразие трехполюсных регуляторов напряжения, при этом наиболее популярным фиксированным стабилизатором напряжения являются положительные регуляторы серии 78xx, которые варьируются от очень распространенного фиксированного стабилизатора напряжения 7805 +5 В до 7824, + 24V фиксированный регулятор напряжения. Существует также серия фиксированных отрицательных регуляторов напряжения серии 79хх, которые создают дополнительное отрицательное напряжение от -5 до -24 вольт, но в этом уроке мы будем использовать только положительные типы 78хх .

Фиксированный 3-контактный регулятор полезен в приложениях, где не требуется регулируемый выход, что делает выходной источник питания простым, но очень гибким, поскольку выходное напряжение зависит только от выбранного регулятора. Их называют 3-контактными регуляторами напряжения, потому что они имеют только три клеммы для подключения, и это соответственно Вход , Общий и Выход .

Входным напряжением для регулятора будет желтый провод + 12 В от блока питания (или отдельного источника питания трансформатора), который подключается между входной и общей клеммами. Стабилизированный +9 вольт берется через выход и общий, как показано.

Схема регулятора напряжения

Итак, предположим, что мы хотим получить выходное напряжение +9 В от нашего настольного блока питания, тогда все, что нам нужно сделать, это подключить регулятор напряжения + 9 В к желтому проводу + 12 В. Поскольку блок питания уже выполнил выпрямление и сглаживание до выхода + 12 В, требуются только дополнительные компоненты: конденсатор на входе и другой на выходе.

Эти дополнительные конденсаторы способствуют стабильности регулятора и могут находиться в диапазоне от 100 до 330 нФ. Дополнительный выходной конденсатор емкостью 100 мкФ помогает сгладить характерные пульсации, обеспечивая хороший переходный процесс. Этот конденсатор большой величины, размещенный на выходе цепи источника питания, обычно называют «сглаживающим конденсатором».

Эти регуляторы серии 78xx выдают максимальный выходной ток около 1,5 А при фиксированных стабилизированных напряжениях 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 и 24 В соответственно. Но что, если мы хотим, чтобы выходное напряжение составляло + 9 В, но имел только регулятор 7805, + 5 В ?. Выход + 5 В 7805 относится к клемме «земля, Gnd» или «0 В».

Если бы мы увеличили это напряжение на контакте 2 с 4 В до 4 В, выход также увеличился бы еще на 4 В при условии достаточного входного напряжения. Затем, поместив небольшой 4-вольтный (ближайшее предпочтительное значение 4,3 В) диод Зенера между контактом 2 регулятора и массой, мы можем заставить 7805 5 В стабилизатор генерировать выходное напряжение +9 В, как показано на рисунке.

Увеличение выходного напряжения

Итак, как это работает. Стабилитрон 4,3 В требует обратного тока смещения около 5 мА для поддержания выхода с регулятором, потребляющим около 0,5 мА. Этот полный ток 5,5 мА подается через резистор «R1» с выходного контакта 3.

Таким образом, значение резистора, необходимого для регулятора 7805, будет R = 5 В / 5,5 мА = 910 Ом . Диод обратной связи D1, подключенный через входные и выходные клеммы, предназначен для защиты и предотвращает обратное смещение регулятора, когда входное напряжение питания выключено, а выходное питание остается включенным или активным в течение короткого периода времени из-за большой индуктивности. нагрузка, такая как соленоид или двигатель.

Затем мы можем использовать 3-контактные регуляторы напряжения и подходящий стабилитрон для получения различных фиксированных выходных напряжений от нашего предыдущего источника питания в диапазоне от + 5В до + 12В. Но мы можем улучшить эту конструкцию, заменив стабилизатор постоянного напряжения на регулятор переменного напряжения, такой как LM317T .

Источник переменного напряжения

LM317T – это полностью регулируемый 3-контактный положительный стабилизатор напряжения, способный подавать на 1,5 А выходное напряжение в диапазоне от 1,25 В до чуть более 30 Вольт. Используя соотношение двух сопротивлений, одно из которых является фиксированным значением, а другое – переменным (или оба фиксированным), мы можем установить выходное напряжение на желаемом уровне с соответствующим входным напряжением в диапазоне от 3 до 40 вольт.

Регулятор переменного напряжения LM317T также имеет встроенные функции ограничения тока и термического отключения, что делает его устойчивым к коротким замыканиям и идеально подходит для любого низковольтного или домашнего настольного источника питания.

Выходное напряжение LM317T определяется соотношением двух резисторов обратной связи R1 и R2, которые образуют сеть делителей потенциала на выходной клемме, как показано ниже.

LM317T Регулятор переменного напряжения

Напряжение на резисторе R1 обратной связи является постоянным опорным напряжением 1,25 В, V ref, создаваемым между клеммой «выход» и «регулировка». Ток регулировочной клеммы является постоянным током 100 мкА. Так как опорное напряжение через резистор R1 является постоянным, постоянным током я буду течь через другой резистор R2 , в результате чего выходного напряжения:

Затем любой ток, протекающий через резистор R1, также протекает через резистор R2 (игнорируя очень маленький ток на регулировочной клемме), причем сумма падений напряжения на R1 и R2 равна выходному напряжению Vout . Очевидно, что входное напряжение Vin должно быть как минимум на 2,5 В больше, чем требуемое выходное напряжение для питания регулятора.

Кроме того, LM317T имеет очень хорошее регулирование нагрузки, при условии, что минимальный ток нагрузки превышает 10 мА. Таким образом , чтобы поддерживать постоянное опорное напряжение 1.25V, минимальное значение резистора обратной связи R1 должно быть 1.25V / 10mA = 120 Ом , и это значение может варьироваться от 120 Ом до 1000 Ом с типичными значениями R 1 является приблизительно 220Ω, чтобы 240Ω лет для хорошей стабильности.

Если мы знаем значение требуемого выходного напряжения, Vout и резистор обратной связи R1 , скажем, 240 Ом, то мы можем рассчитать значение резистора R2 из вышеприведенного уравнения. Например, наше исходное выходное напряжение 9 В даст резистивное значение для R2 :

R1. ((Vout / 1,25) -1) = 240. ((9 / 1,25) -1) = 1 488 Ом

или 1500 Ом (1 кОм) до ближайшего предпочтительного значения.

Конечно, на практике резисторы R1 и R2 обычно заменяют потенциометром, чтобы генерировать источник переменного напряжения, или несколькими переключенными предварительно установленными сопротивлениями, если требуется несколько фиксированных выходных напряжений.

Но для того, чтобы уменьшить математические вычисления, необходимые для расчета значения резистора R2, каждый раз, когда нам нужно определенное напряжение, мы можем использовать стандартные таблицы сопротивлений, как показано ниже, которые дают нам выходное напряжение регуляторов для различных соотношений резисторов R1 и R2 с использованием значений сопротивления E24 ,

Соотношение сопротивлений R1 к R2

Значение R2 Значение резистора R1
150 180 220 240 270 330 370 390 470
100 2,08 1,94 1,82 1,77 1,71 1,63 1,59 1,57 1,52
120 2,25 2,08 1,93 1,88 1,81 1,70 1,66 1,63 1,57
150 2,50 2,29 2,10 2,03 1,94 1,82 1,76 1,73 1,65
180 2,75 2,50 2,27 2,19 2,08 1,93 1,86 1,83 1,73
220 3,08 2,78 2,50 2,40 2,27 2,08 1,99 1,96 1,84
240 3,25 2,92 2,61 2,50 2,36 2,16 2,06 2,02 1,89
270 3,50 3,13 2,78 2,66 2,50 2,27 2,16 2,12 1,97
330 4,00 3,54 3,13 2,97 2,78 2,50 2,36 2,31 2,13
370 4,33 3,82 3,35 3,18 2,96 2,65 2,50 2,44 2,23
390 4,50 3,96 3,47 3,28 3,06 2,73 2,57 2,50 2,29
470 5,17 4,51 3,92 3,70 3,43 3,03 2,84 2,76 2,50
560 5,92 5,14 4,43 4,17 3,84 3,37 3,14 3,04 2,74
680 6,92 5,97 5,11 4,79 4,40 3,83 3,55 3,43 3,06
820 8,08 6,94 5,91 5,52 5,05 4,36 4,02 3,88 3,43
1000 9,58 8,19 6,93 6,46 5,88 5,04 4,63 4,46 3,91
1200 11,25 9,58 8,07 7,50 6,81 5,80 5,30 5,10 4,44
1500 13,75 11,67 9,77 9,06 8,19 6,93 6,32 6,06 5,24

Изменяя резистор R2 для потенциометра на 2 кОм, мы можем контролировать диапазон выходного напряжения нашего настольного источника питания от примерно 1,25 вольт до максимального выходного напряжения 10,75 (12-1,25) вольт. Тогда наша окончательная измененная схема переменного электропитания показана ниже.

Цепь питания переменного напряжения

Мы можем немного улучшить нашу базовую схему регулятора напряжения, подключив амперметр и вольтметр к выходным клеммам. Эти приборы будут визуально отображать ток и напряжение на выходе регулятора переменного напряжения. При желании в конструкцию также может быть включен быстродействующий предохранитель для обеспечения дополнительной защиты от короткого замыкания, как показано на рисунке.

Недостатки LM317T

Одним из основных недостатков использования LM317T в качестве части цепи питания переменного напряжения для регулирования напряжения является то, что до 2,5 вольт падает или теряется в виде тепла через регулятор. Так, например, если требуемое выходное напряжение должно быть +9 вольт, то входное напряжение должно быть целых 12 вольт или более, если выходное напряжение должно оставаться стабильным в условиях максимальной нагрузки. Это падение напряжения на регуляторе называется «выпадением». Также из-за этого падения напряжения требуется некоторая форма радиатора, чтобы поддерживать регулятор в холодном состоянии.

К счастью, доступны регуляторы переменного напряжения с низким падением напряжения, такие как регулятор низкого напряжения с низким падением напряжения National Semiconductor «LM2941T», который имеет низкое напряжение отключения всего 0,9 В при максимальной нагрузке. Это низкое падение напряжения обходится дорого, так как это устройство способно выдавать только 1,0 ампер с выходом переменного напряжения от 5 до 20 вольт. Однако мы можем использовать это устройство для получения выходного напряжения около 11,1 В, чуть ниже входного напряжения.

Таким образом, чтобы подвести итог, наш настольный источник питания, который мы сделали из старого блока питания ПК в предыдущем учебном пособии, может быть преобразован для обеспечения источника переменного напряжения с помощью LM317T для регулирования напряжения. Подключив вход этого устройства через желтый выходной провод + 12 В блока питания, мы можем иметь фиксированное напряжение + 5 В, + 12 В и переменное выходное напряжение в диапазоне от 2 до 10 вольт при максимальном выходном токе 1,5 А.

Как модифицировать SMPS для регулируемого выхода тока и напряжения

В этой статье обсуждается метод, с помощью которого любой готовый SMPS может быть преобразован в схему SMPS переменного тока с помощью нескольких внешних перемычек.

В одной из предыдущих статей мы узнали, как создать схему SMPS с переменным напряжением, используя простой каскад шунтирующих стабилизаторов. В данном случае мы также используем тот же этап схемы для реализации функции переменного тока на выходе.

Что такое SMPS

SMPS расшифровывается как Switch-Mode-Power-Supply, который использует высокочастотный импульсный преобразователь на основе феррита для преобразования 220 В переменного тока в постоянный.Использование высокочастотного ферритового трансформатора делает систему высокоэффективной с точки зрения компактности, потерь мощности и стоимости.

Сегодняшняя концепция SMPS почти полностью заменила традиционные трансформаторы с железным сердечником и превратила эти блоки в гораздо более компактные, легкие и эффективные альтернативы адаптерам питания.

Однако, поскольку блоки SMPS обычно доступны в виде модулей с фиксированным напряжением, достижение предпочтительного напряжения в соответствии с потребностями приложения пользователя становится довольно трудным.

Например, для зарядки аккумулятора 12 В может потребоваться выходное напряжение около 14,5 В, но это значение является довольно странным и нестандартным, поэтому нам может быть чрезвычайно сложно получить на рынке ИИП с такими характеристиками.

Хотя на рынке можно найти схемы с переменным напряжением, они могут быть более дорогостоящими, чем обычные варианты с фиксированным напряжением, поэтому поиск метода преобразования существующего ИИП с фиксированным напряжением в переменный тип выглядит более интересным и желательным.

Немного изучив концепцию, я смог найти очень простой метод ее реализации, давайте узнаем, как проводить эту модификацию.

В моем блоге вы найдете одну популярную схему ИИП на 12 В, 1 ампер, которая на самом деле имеет встроенную функцию переменного напряжения.

Функция оптопары в SMPS

В указанной выше публикации мы обсудили, как оптопара играет важную роль в обеспечении критически важной функции постоянного выхода для любого SMPS.

Функцию оптопары можно понять с помощью следующего краткого объяснения:

Оптопара имеет встроенную схему светодиода / фототранзистора, это устройство интегрировано с выходным каскадом SMPS, так что когда выходной сигнал имеет тенденцию подниматься выше При пороге небезопасности загорается светодиод внутри оптопары, заставляя фототранзистор проводить.

Фототранзистор, в свою очередь, конфигурируется через чувствительную точку «выключения» каскада драйвера SMPS, где проводимость фототранзистора заставляет входной каскад отключаться.

Вышеупомянутое условие приводит к тому, что выход SMPS также мгновенно отключается, однако в тот момент, когда это переключение инициируется, оно корректирует и восстанавливает выход в безопасную зону, а светодиод внутри оптического устройства отключается, что снова включает входной каскад модуля SMPS.

Эта операция продолжает быстро переключаться с включения на выключение и наоборот, обеспечивая постоянное напряжение на выходе.

Регулируемый ток Модификация SMPS

Чтобы реализовать функцию управления током внутри любого SMPS, мы снова обращаемся за помощью к оптопаре.

Мы реализуем простую модификацию, используя конфигурацию транзистора BC547, как показано ниже:

Ссылаясь на приведенную выше конструкцию, мы получаем четкое представление о том, как изменить или сделать схему драйвера SMPS с переменным током.

Оптопара (обозначена красным квадратом) будет присутствовать по умолчанию для всех модулей SMPS, и, предполагая, что TL431 отсутствует, нам, возможно, придется настроить всю конфигурацию, связанную со светодиодами оптопары.

Если каскад TL431 уже является частью схемы SMPS, в этом случае мы просто должны рассмотреть возможность интеграции каскада BC547, который становится единоличным ответственным за предлагаемое управление током цепи.

Видно, что BC547 соединен со своим коллектором / эмиттером через катод / анод TL431 IC, а база BC547 соединена с выходом (-) SMPS через группу выбираемых резисторов Ra, Rb, Rc. , Rd.

Эти резисторы, находящиеся между базой и эмиттером транзистора BC547, начинают работать как датчики тока для схемы.

Они рассчитаны соответствующим образом, так что при перемещении перемычки между соответствующими контактами в линии вводятся различные ограничения тока.

Когда ток имеет тенденцию превышать установленный порог, определяемый значениями соответствующих резисторов, на базе / эмиттере BC547 возникает разность потенциалов, которой становится достаточно для включения транзистора, замыкая TL431 IC между опто-светодиоды и заземление.

Вышеупомянутое действие мгновенно загорается светодиодом оптического устройства, посылая сигнал «неисправности» на входную сторону SMPS через встроенный фототранзистор оптического сигнала.

Условие немедленно пытается выполнить отключение на выходной стороне, что, в свою очередь, останавливает провод BC547, и ситуация быстро меняется от ВКЛ до ВЫКЛ и ВКЛ, гарантируя, что ток никогда не превышает предварительно заданный порог.

Резисторы Ra ... Rd можно рассчитать по следующей формуле:

R = 0,7 / порог отключения по току

Например, если предположим, что мы хотим подключить к выходу светодиод с номинальным током 1 усилитель

Мы можем установить значение соответствующего резистора (выбираемого перемычкой) как:

R = 0,7 / 1 = 0,7 Ом

Мощность резистора может быть просто получена путем умножения вариантов, т.е. 0,7 x 1 = 0,7 ватт или просто 1 ватт.

Расчетный резистор гарантирует, что выходной ток светодиода никогда не пересекает отметку в 1 ампер, тем самым защищая светодиод от повреждения, другие значения для остальных резисторов могут быть соответствующим образом рассчитаны для получения желаемой опции переменного тока в модуле SMPS.

Преобразование фиксированного ИИП в ИИП переменного напряжения

В этом посте предпринимается попытка определить метод, с помощью которого любой ИИП может быть преобразован в источник переменного тока для достижения любого желаемого уровня напряжения от 0 до максимума.

Что такое шунтирующий регулятор

Мы обнаружили, что в нем используется каскад цепи шунтирующего регулятора для реализации функции переменного напряжения в конструкции.

Еще один интересный аспект заключается в том, что это устройство шунтирующего регулятора реализует эту функцию, регулируя вход оптопары схемы.

Теперь, поскольку каскад оптопары с обратной связью неизменно используется во всех схемах SMPS, путем введения шунтирующего регулятора можно легко преобразовать фиксированный SMPS в переменный аналог.

Фактически, можно также сделать схему переменного SMPS, используя тот же принцип, что объяснен выше.

Возможно, вы захотите узнать больше о том, что такое шунтирующий регулятор и как он работает.

Процедуры:

Ссылаясь на следующий пример схемы, мы можем найти точное расположение шунтирующего регулятора и детали его конфигурации:

См. Нижнюю правую часть диаграммы, отмеченной красными пунктирными линиями, она показывает переменное сечение интересующей нас схемы.Этот раздел отвечает за предполагаемые действия по регулированию напряжения.

Здесь резистор R6 можно заменить потенциометром 22 кОм для создания переменной конструкции.

Увеличение этого раздела обеспечивает лучшее представление задействованных деталей:

Определение оптопары

Если у вас есть цепь SMPS с фиксированным напряжением, откройте ее и просто обратите внимание на оптопару в конструкции, она будет в основном расположена только вокруг центрального ферритового трансформатора, как можно увидеть на следующем изображении:

После того, как вы нашли оптопару, очистите ее, удалив все части, связанные с выходной стороной оптопара, то есть через контакты, которые может быть направлен к выходной стороне печатной платы SMPS.

И соедините или интегрируйте эти выводы оптоэлектронной схемы с собранной схемой с помощью TL431, показанного на предыдущей схеме.

Вы можете собрать секцию TL431 на небольшой части печатной платы общего назначения и приклеить ее к основной плате SMPS.

Если ваша схема SMPS не имеет катушки выходного фильтра, вы можете просто замкнуть два положительных вывода схемы TL431 и присоединить нагрузку к катоду выходного диода SMPS.

Однако предположим, что ваш SMPS уже включает схему TL431 с оптопарой, тогда просто найдите положение резистора R6 и замените его потенциометром (см. Расположение R6 на первой схеме выше).

Не забудьте добавить резистор 220 или 470 Ом последовательно с POT, иначе при настройке потенциометра на самый верхний уровень можно мгновенно повредить шунтирующее устройство TL431.

Вот и все, теперь вы точно знаете, как преобразовать или создать схему SMPS с переменным напряжением, используя описанные выше шаги.

ОБНОВЛЕНИЕ

На следующем изображении показан, пожалуй, самый простой способ настроить схему SMPS для получения функций переменного напряжения и тока.Пожалуйста, посмотрите, как должны быть настроены потенциометры или предустановки в оптроне для получения желаемых результатов:

Если у вас есть какие-либо дополнительные сомнения относительно конструкции или объяснения, не стесняйтесь выражать их через свои комментарии.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

0-30 В постоянного тока Стабилизированный источник питания с контролем тока 0,002-3 А

Как это устроено

Для начала есть понижающий сетевой трансформатор. со вторичной обмоткой на 24 В / 3 А, подключенной через входные точки схемы на выводах 1 и 2. (качество поставки будет прямо пропорционально качеству трансформатора). Напряжение переменного тока вторичной обмотки трансформатора выпрямляется мостом, образованным четырьмя диодами D1-D4.Напряжение постоянного тока, подаваемое на выход мост сглаживается фильтром, образованным емкостным конденсатором С1 и резистор R1. Схема включает в себя некоторые уникальные особенности, которые делают его совершенно отличным от других блоков питания своего класса. Вместо использования механизма переменной обратной связи для управления выходным напряжением, наша схема использует усилитель постоянного усиления, чтобы обеспечить ссылку напряжение, необходимое для его стабильной работы.Опорное напряжение генерируется на выходе U1. Схема работает следующим образом: диод D8 представляет собой стабилитрон на 5,6 В, который здесь работает при нулевой температуре коэффициент тока. Напряжение на выходе U1 постепенно увеличивается пока не загорится диод D8. Когда это происходит, цепь стабилизируется. и опорное напряжение стабилитрона (5,6 В) появляется через резистор R5. Ток, протекающий через неинвертирующий вход операционного усилителя, равен незначительно, поэтому через R5 и R6 протекает тот же ток, а как два резистора имеют одинаковое значение напряжения на двух из них последовательно будет ровно в два раза больше напряжения на каждом.Таким образом напряжение на выходе операционного усилителя (вывод 6 U1) составляет 11,2 В, два раза больше стабилитроны опорного напряжения. Интегральная схема U2 имеет постоянный коэффициент усиления примерно 3 X, в соответствии с формула А = (R 11 + R 12) / R 11, и поднимает 11.2 V опорного напряжения к примерно 33 В. Подстроечный резистор RV1 и резистор R10 используются для регулировка пределов выходного напряжения, чтобы его можно было уменьшить до 0 В, несмотря на любые отклонения значений других компонентов в цепь.Еще одна очень важная особенность схемы - это возможность установки максимального выходного тока, который может быть получен от p.s.u., эффективно преобразовывая его из источника постоянного напряжения в постоянный ток. Чтобы сделать это возможным, схема обнаруживает падение напряжения на резисторе (R7), который включен последовательно с Загрузка. За эту функцию схемы отвечает микросхема U3. В инвертирующий вход U3 смещен на 0 В через R21.В то же время не инвертирующий вход той же ИС может быть настроен на любое напряжение с помощью из P2. Предположим, что для данного выхода в несколько вольт P2 устанавливается так что вход IC поддерживается на уровне 1 В. Если нагрузка увеличивается, выходное напряжение будет поддерживаться постоянным секцией усилителя напряжения цепь и наличие R7 последовательно с выходом будет иметь незначительный эффект из-за его низкой стоимости и из-за его местоположения вне контура обратной связи цепи управления напряжением.Пока нагрузка остается постоянным, а выходное напряжение не изменяется, схема стабильный. Если нагрузка увеличена так, что падение напряжения на R7 составляет больше 1 В, IC3 принудительно срабатывает и цепь сдвигается в режим постоянного тока. Выход U3 подключен к не инвертирующий вход U2 с помощью D9. U2 отвечает за контроль напряжения и поскольку U3 подключен к его входу, последний может эффективно отменять его функция.Что происходит, так это то, что контролируется напряжение на R7. и не может превышать заданное значение (1 В в нашем пример) за счет уменьшения выходного напряжения схемы. Это в эффект средства поддержания постоянного выходного тока и так точность, что можно предварительно установить ограничение тока до 2 мА. Конденсатор C8 предназначен для повышения стабильности цепи. Q3 используется для управления светодиодом всякий раз, когда ограничитель тока активируется в для визуальной индикации работы ограничителей.В для того, чтобы U2 мог управлять выходным напряжением до 0 V необходимо предусмотреть отрицательную питающую шину, и это делается означает контур вокруг C2 и C3. Такое же отрицательное предложение также используется для U3. Поскольку U1 работает в фиксированных условиях, его можно запускать из нерегулируемая положительная шина питания и земля. Отрицательное предложение рельс производится простой схемой накачки напряжения, которая стабилизируется средствами R3 и D7.Во избежание неконтролируемых ситуаций при выключения есть схема защиты, построенная вокруг Q1. Как только Отрицательная шина питания разрушается Q1 полностью отключает привод на выходной каскад. Это фактически приводит к нулевому выходному напряжению, как только переменный ток падает. снята защита цепи и подключенных к ней приборов. вывод. Во время нормальной работы Q1 отключается с помощью R14, но когда отрицательная шина питания схлопывается, транзистор включается и устанавливает низкий уровень на выходе U2.ИС имеет внутреннюю защиту и не может быть поврежденным из-за этого эффективного короткого замыкания его выхода. Это - большое преимущество в экспериментальной работе - возможность убить вывод источника питания, не дожидаясь разрядки конденсаторов и есть также дополнительная защита, потому что вывод многих стабилизированные источники питания имеют тенденцию мгновенно увеличиваться при выключении с плачевными результатами.

Строительство

Прежде всего, давайте рассмотрим несколько основ строительства. электронные схемы на печатной плате.Доска сделана из тонкий изоляционный материал, покрытый тонким слоем проводящей меди который имеет такую ​​форму, чтобы образовывать необходимые проводники между различные компоненты схемы. Использование правильно разработанного печатная плата очень желательна, так как она ускоряет строительство значительно и снижает вероятность ошибок. Для защиты платы во время хранения от окисления и обеспечения его попадает к вам в идеальном состоянии медь луженая во время изготовлены и покрыты специальным лаком, защищающим от окисляется, а также облегчает пайку.
Припаивание компонентов к плате - единственный способ построить свой и от того, как вы это делаете, во многом зависит ваш успех или неудача. Работа эта не очень сложная и если придерживаться нескольких правил у вас не должно быть проблем. Паяльник, который вы используете, должен быть свет и его мощность не должны превышать 25 Вт. Наконечник должен быть в порядке и всегда должны содержаться в чистоте. Для этого подходят очень удобные специально изготовленные губки, которые нужно держать влажными и время от времени можно протереть о них горячий наконечник, чтобы удалить все остатки, которые могут накапливаются на нем.
НЕ подпиливайте грязный или изношенный наконечник шлифовальной бумагой. Если чаевые не могут быть почистил, заменил. Есть много разных типов припоя в рынок, и вы должны выбрать качественный, который содержит необходимый флюс в его ядре, чтобы каждый раз обеспечивать идеальное соединение.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ использовать паяльный флюс, кроме того, который уже включен в ваш припой. Слишком большой поток может вызвать множество проблем и является одним из основные причины неисправности схемы.Если все же вам нужно использовать лишний флюс, как в случае лужения медных проводов, чистки это очень тщательно после того, как вы закончите свою работу.
Для правильной пайки компонента необходимо сделать следующее:
- Очистите выводы компонентов небольшим кусочком наждачной бумаги.
- Согните их на правильном расстоянии от корпуса компонентов и вставьте компонент на своем месте на плате.
- Иногда вы можете встретить компонент с проводами большего сечения, чем обычно слишком толстые, чтобы войти в отверстия п.c. доска. В в этом случае используйте мини-дрель, чтобы немного увеличить отверстия. Не делай отверстия слишком большие, так как это затруднит пайку потом.
- Возьмите горячий утюг и поместите его наконечник на вывод компонента, пока удерживая конец припоя в точке выхода вывода с доски. Наконечник утюга должен касаться провода немного выше компьютера. доска.
- Когда припой начнет плавиться и течь, подождите, пока он равномерно покроет область вокруг отверстия, и флюс закипает и выходит из-под припой.
- Вся операция не должна занимать более 5 секунд. Удалить погладить и дать припою остыть естественным путем, не дуя на него или перемещение компонента. Если все было сделано правильно, поверхность стык должен иметь блестящую металлическую отделку, а его края должны быть плавно закончился на выводе компонента и дорожке платы. Если припой выглядит тусклым, потрескавшимся или имеет форму капли, тогда вы сделали сухой соединение, и вы должны удалить припой (с помощью насоса или припоя) и переделать это.Следите за тем, чтобы не перегреть гусеницы, так как их очень легко поднимите их с доски и сломайте.
- При пайке чувствительного компонента рекомендуется удерживайте провод со стороны компонентов платы парой плоскогубцы, чтобы отвести тепло, которое может повредить составная часть.
- Убедитесь, что вы не используете больше припоя, чем необходимо. рискуют закоротить соседние дорожки на плате, особенно если они очень близко друг к другу.
- Когда вы закончите работу, отрежьте лишние выводы компонентов и тщательно очистите плату подходящим растворителем, чтобы удалить все остатки флюса, которые могут еще остаться на нем.

Как рекомендуется, начните работу с определения компонентов и разделив их на группы. Поместите в первую очередь гнезда для микросхем и контакты для внешних подключений и припаяйте их в их места.Продолжаем с резисторами. Не забудьте насыпать R7 на определенном расстояние от печатной платы, так как она может сильно нагреваться, особенно, если в цепи подаются большие токи, и это может возможно повредить плату. Также рекомендуется установить R1 на определенном расстояние от поверхности печатной платы. Продолжайте конденсаторы соблюдая полярность электролита и наконец припаять установите диоды и транзисторы, стараясь не перегреть их и в то же время очень осторожно, чтобы правильно их выровнять.
Установите силовой транзистор на радиатор. Для этого следуйте диаграмму и не забудьте использовать слюдяной изолятор между транзистором корпус и радиатор, а также специальные фибровые шайбы для изоляции винты от радиатора. Не забудьте разместить метку для пайки на одном из винты со стороны корпуса транзистора, это будет используется как коллектор транзистора. Используйте небольшое количество Соединение теплопередачи между транзистором и радиатором для обеспечения максимальная передача тепла между ними, и затяните винты до упора как они пойдут.
Прикрепите кусок изолированного провода к каждому выводу, следя за тем, чтобы хорошие соединения, так как ток, протекающий в этой части цепи, довольно тяжелый, особенно между эмиттером и коллектором транзистор.
Удобно знать, где вы собираетесь все разместить внутри корпус, в котором будет размещаться блок питания, чтобы рассчитать длину проводов между печатной платой и потенциометры, силовой транзистор и для входа и выхода подключения к цепи.(Неважно, если провода длиннее, но будет намного аккуратнее, если провода будут обрезаны на точно необходимой длины).
Подключите потенциометры, светодиод и силовой транзистор и прикрепите две пары выводов для входных и выходных соединений. Удостоверься что вы очень внимательно следите за схемой этих соединений, так как Всего к схеме 15 внешних подключений, и если вы сделаете ошибку, потом ее будет очень сложно найти.Это хорошая идея использовать кабели разных цветов, чтобы навести проблемы стрелять проще.
Внешние подключения:
- 1 и 2 входа переменного тока, вторичная обмотка трансформатора.
- 3 (+) и 4 (-) выхода постоянного тока.
- 5, 10 и 12 до P1.
- 6, 11 и 13 на P2.
- 7 (E), 8 (B), 9 (E) к силовому транзистору Q4.
- Светодиод также следует разместить на передней панели корпуса, где он всегда виден, но контакты, к которым он подключен, не видны пронумерованы.

Когда все внешние соединения выполнены, очень осторожно осмотр платы и очистка от остатков паяльного флюса. Убедитесь, что нет мостов, которые могут закоротить соседние треков и, если вроде все в порядке, подключите вход цепь с вторичной обмоткой подходящего сетевого трансформатора. Подключите вольтметр на выходе схемы и первичной обмотки трансформатор в сеть.
НЕ ПРИКАСАЙТЕСЬ К ЧАСТИ ЦЕПИ, КОГДА ОНА НАХОДИТСЯ НА ПИТАНИИ.
Вольтметр должен измерять напряжение от 0 до 30 В постоянного тока в зависимости от настройку P1, и следует следить за любыми изменениями этой настройки на указывают на то, что регулятор переменного напряжения работает правильно. Превращение P2 против часовой стрелки должен включить светодиод, показывая, что текущий ограничитель работает.

Корректировки

Если вы хотите, чтобы производительность вашего источника регулируется в диапазоне от 0 до 30 В, вам следует отрегулировать RV1, чтобы убедиться, что когда P1 установлен на минимальное значение, выход источника питания равен 0 В.Поскольку невозможно измерить очень маленькие значения с помощью обычный панельный измеритель, лучше использовать для этого цифровой измеритель регулировки, и установить ее на очень низкую шкалу, чтобы увеличить ее чувствительность.

Предупреждение

При использовании электрических частей обращаться с источником питания и оборудования с большой осторожностью, соблюдая стандарты безопасности, как описано международные спецификации и правила.

ВНИМАНИЕ
Эта схема работает от сети, и в некоторых ее частях присутствует 220 В переменного тока.
Напряжение выше 50 В ОПАСНО и даже может быть СМЕРТЕЛЬНЫМ.
Во избежание несчастных случаев, которые могут быть смертельными для вас или члены вашей семьи соблюдайте следующие правила:
- НЕ работайте, если устали или спешите, перепроверьте все перед подключением вашей схемы к сети и будьте готовы
- отключить его, если что-то не так.
- НЕ прикасайтесь к каким-либо частям цепи, когда она находится под напряжением.
- ЗАПРЕЩАЕТСЯ оставлять сетевые провода оголенными. Все шнуры питания должны быть в порядке утеплен.
- ЗАПРЕЩАЕТСЯ заменять предохранители на предохранители более высокого номинала и не заменять их. проволокой или алюминиевой фольгой.
- НЕ работайте мокрыми руками.
- Если вы носите цепочку, ожерелье или что-нибудь, что может висеть и прикоснитесь к незащищенной части цепи. БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ.
- ВСЕГДА используйте подходящий сетевой шнур с подходящей вилкой и заземляйте цепь правильно.
- Если корпус вашего проекта металлический, убедитесь, что он правильно земляной.
- По возможности используйте сетевой трансформатор с соотношением 1: 1 для изоляции свою схему от электросети.
- При тестировании схемы, работающей от сети, надевайте обувь с резиновой подошвой, стоять на сухом непроводящем полу
- и держите одну руку в кармане или за спиной.

- Если вы примете все вышеперечисленные меры предосторожности, вы уменьшите
- риски, которые вы берете на себя, сводятся к минимуму и тем самым защищаете
- себя и окружающих.
- Тщательно построенное и хорошо изолированное устройство не является опасность для его пользователя.
- ОСТОРОЖНО: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО МОЖЕТ УБИТЬ, ЕСЛИ ВЫ НЕ ОСТОРОЖНЫ.

Если это не работает

Проверьте свою работу на возможные сухие стыки, перемычки через соседние дорожки или остатки паяльного флюса, которые обычно вызывают проблемы.
Еще раз проверьте все внешние подключения к цепи и от нее, чтобы увидеть если там есть ошибка.
- Убедитесь, что все компоненты отсутствуют или вставлены неправильно. места.
- Убедитесь, что все поляризованные компоненты припаяны к правильный путь. - Убедитесь, что источник питания имеет правильное напряжение и правильно подключен к вашей цепи.
- Проверьте свой проект на наличие неисправных или поврежденных компонентов.

Электронный Диаграмма.

Список деталей.

R1 = 2,2 кОм 1Вт
R2 = 82 Ом 1/4 Вт
R3 = 220 Ом 1/4 Вт
R4 = 4,7 кОм 1 / 4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 кОм 1 / 4W
R7 = 0,47 Ом 5W
R8, R11 = 27 кОм 1 / 4W
R9, R19 = 2,2 кОм 1 / 4W
R10 = 270 кОм 1/4 Вт
R12, R18 = 56 кОм 1/4 Вт
R14 = 1,5 кОм 1 / 4W
R15, R16 = 1 кОм 1 / 4W
R17 = 33 Ом 1/4 Вт
R22 = 3,9 кОм 1 / 4W
RV1 = 100K триммер
P1, P2 = 10 кОм линейный понтезиометр
C1 = 3300 мкФ / 50 В электролитический
C2, C3 = 47 мкФ / 50 В электролитический
C4 = 100 нФ полиэстер
C5 = 200 нФ полиэстер
C6 = 100 пФ керамика
C7 = 10 мкФ / 50 В электролитический
C8 = 330 пФ керамика
C9 = 100 пФ керамика
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 диод 2A - RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6 В Стабилитрон
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548, транзистор NPN или BC547
Q2 = 2N2219 NPN транзистор
Q3 = BC557, транзистор PNP или BC327
Q4 = 2N3055 Силовой транзистор NPN
U1, U2, U3 = TL081, рабочий усилитель
D12 = светодиодный диод

Расскажите, пожалуйста, о вашем опыте, мысли о создании этого источника питания на mixos @ auth.гр

.Зарядное устройство суперконденсатора

с регулируемым выходным напряжением и регулируемым пределом зарядного тока

Для приложений, использующих суперконденсаторы большей емкости (от десятков до сотен фарад), необходима схема зарядного устройства с относительно высоким зарядным током, чтобы минимизировать время перезарядки системы. Суперконденсаторы используются в качестве устройств удержания энергии в таких приложениях, как твердотельные диски RAID, где информация, хранящаяся в высокоскоростной энергозависимой памяти, должна передаваться в энергонезависимую флэш-память при отключении питания.Это время передачи может занять несколько минут, требуя сотен фарад для поддержки источника питания до завершения передачи. Требуемое время перезарядки этих банков суперконденсаторов обычно составляет менее одного часа. Для этого требуется высокий зарядный ток. В этой статье описывается схема зарядки суперконденсатора с использованием LT3663, отвечающая этим сложным требованиям.

LT3663 - это понижающий импульсный стабилизатор на 1,2 А, 1,5 МГц с ограничением выходного тока, идеально подходящий для применения в суперконденсаторах.Деталь имеет диапазон входного напряжения от 7,5 В до 36 В, имеет регулируемое выходное напряжение и регулируемый предел выходного тока. Выходное напряжение устанавливается с помощью резистивного делителя цепи в контуре обратной связи, в то время как предел выходного тока устанавливается с помощью одного резистора, подключенного от вывода I LIM к земле. LT3663 с его внутренней схемой компенсации и внутренним повышающим диодом требует минимального количества внешних компонентов.

Процедура выбора размера суперконденсатора изложена в выпуске Linear Technology за сентябрь 2008 г., в статье под названием «Замена батарей в приложениях Power Ride-Through на суперконденсаторы и конденсаторные зарядные устройства 3 мм × 3 мм.Процедура определяет эффективную емкость суперконденсатора (C EFF ) при 0,3 Гц на основе поддерживаемого уровня мощности, минимального рабочего напряжения DC / DC преобразователя, поддерживающего нагрузку, сопротивлений распределенной цепи, включая ESR суперконденсаторы и требуемое время поддержки.

После того, как размер суперконденсатора известен, можно определить зарядный ток, чтобы удовлетворить требованиям времени перезарядки. Время перезарядки (T RECHARGE ) - это время, необходимое для перезарядки суперконденсаторов от минимального рабочего напряжения (V UV ) преобразователя постоянного / постоянного тока до напряжения полной зарядки (V FC ) суперконденсаторов.Напряжение на отдельных суперконденсаторах в начале цикла перезарядки представляет собой минимальное рабочее напряжение, деленное на количество (N) суперконденсаторов, включенных последовательно. С этого момента в этой статье описывается приложение с двумя последовательно включенными суперконденсаторами. Ток перезарядки (I CHARGE ) определяется законом управления зарядом конденсатора:

Это предполагает, что напряжение на суперконденсаторе не разряжается ниже значения V UV / N. Это предположение справедливо, если период времени, когда входная мощность недоступна, таков, что ток утечки суперконденсатора не привел к значительному снижению напряжения на конденсаторе.Напряжение на суперконденсаторе может немного повыситься после отключения преобразователя постоянного / постоянного тока из-за эффекта диэлектрического поглощения. Время начального заряда T CHARGE для полностью разряженной батареи суперконденсаторов составляет:

На рисунке 1 показана блок-схема компонентов этого зарядного устройства суперконденсатора.

Рисунок 1. Блок-схема для зарядки двух суперконденсаторов серии

Для установки зарядного тока резистор R ILIM соединен с выводом I LIM LT3663 на землю.В таблице 1 приведены номинальные токи зарядки для различных значений R ILIM .

Таблица 1. Зарядный ток в зависимости от R ILIM
Зарядный ток (А) R ILIM Значение (кОм)
0,4 140
0,6 75
0,8 48,7
1.0 36,5
1,2 28,7

Напряжение полного заряда устанавливается резистивным делителем цепи в контуре обратной связи. Таблица 2 показывает различные напряжения полной зарядки в зависимости от значения R FB2 (резистор между выводом FB и землей), когда резистор R FB1 (резистор, подключенный между выводом V OUT и выводом FB) составляет 200 кОм. На рисунке 2 показана схема зарядки каждого суперконденсатора.

Таблица 2. Напряжение полной зарядки и R FB2
Напряжение полного заряда (В) R FB2 (кОм)
2,65 86,6
2,5 93,1
2,4 100
2,2 115
2.0 133

Рис. 2. Схема зарядного устройства конденсатора с использованием LT3663

Схема управления на рисунке 3 используется для балансировки напряжений суперконденсаторов во время их зарядки. Это достигается за счет установления приоритета зарядного тока суперконденсатора с более низким напряжением, в частности путем включения схемы зарядки для суперконденсатора с более низким напряжением при отключении цепи для другого суперконденсатора.

Рисунок 3.Схема управления зарядным устройством

Если верхняя цепь зарядки активирована, а нижняя цепь зарядки отключена, нижний суперконденсатор заряжается входным обратным током от верхнего зарядного устройства. Этот обратный ток составляет часть зарядного тока, поэтому верхний суперконденсатор заряжается быстрее. Схема управления состоит из 3.3V LDO (U6) и эталон точности 1.25V (U7). U1 и U2 сконфигурированы как разностные усилители с коэффициентом усиления, равным единице, для измерения напряжения на каждом суперконденсаторе, в то время как U3 - это разностный усилитель со смещенным уровнем, используемый для определения разности напряжений между двумя суперконденсаторами.По уровню переключения выхода U3 к опорному напряжению, два компаратора в U4 определить, какие потребности суперконденсаторных зарядок.

Дополнительная пара резисторов сдвига уровня (R14 и R15, R16 и R17) используется для обеспечения заряда обоих суперконденсаторов, когда они находятся в пределах окна 50 мВ. Когда оба суперконденсатора заряжаются, нижний суперконденсатор заряжается быстрее, потому что он заряжается своим зарядным током плюс входным обратным током верхнего зарядного устройства. Этот эффект можно увидеть на рисунке 4.Разрешающий сигнал нижнего зарядного устройства переключается, поскольку нижний суперконденсатор заряжается быстрее, чем верхний суперконденсатор, чтобы поддерживать разницу в 50 мВ между двумя суперконденсаторами. На рис. 5 показан эффект несовпадения значений емкости 2: 1, где верхняя часть - суперконденсатор 50F, а нижняя - 100F. Здесь напряжение на нижнем суперконденсаторе растет медленнее, и сигнал включения зарядного устройства верхнего суперконденсатора переключается, чтобы поддерживать баланс напряжений.

Рисунок 4.Зарядка конденсаторами одинаковой емкости

Рис. 5. Зарядка с несовпадающими конденсаторами

LT3663 позволяет использовать схему зарядки суперконденсатора с малым количеством компонентов с регулируемым напряжением полной зарядки и регулируемым пределом тока, что идеально подходит для суперконденсаторов большей емкости. Схема управления может контролировать и балансировать напряжение на каждом суперконденсаторе, даже если суперконденсаторы сильно различаются по емкости или начальному напряжению.

.

Линейно регулируемый источник питания в сравнении с импульсным | ОРЕЛ

Для повседневных электронных устройств, особенно с интегральными схемами, требуется надежный источник постоянного напряжения, который может обеспечивать питание в любое время без каких-либо сбоев. В этом блоге мы рассмотрим две топологии источников питания, которые следует рассмотреть для вашего следующего проекта: источники питания с линейным стабилизатором и импульсные источники питания. Выбор источника питания зависит от ваших требований к эффективности, занимаемому пространству, регулировке мощности, времени отклика при переходных процессах и стоимости.

Источник питания с линейной регулировкой

Линейные регуляторы были предпочтительными источниками питания до 1970-х годов для преобразования переменного тока (AC) в установившийся постоянный ток (DC) для электронных устройств. Хотя сегодня этот тип источника питания не используется так широко, он по-прежнему является лучшим выбором для приложений, требующих минимального шума и пульсаций.

Они могут быть громоздкими, но источники питания с линейным регулированием бесшумны. (Источник изображения)

Как они работают

Основным компонентом, обеспечивающим работу линейного регулятора, является стальной или чугунный трансформатор.Этот трансформатор выполняет две функции:

  • Он действует как барьер для разделения входа высокого напряжения переменного тока от входа низкого напряжения постоянного тока, который также отфильтровывает любой шум, попадающий в выходное напряжение.
  • Он снижает входное напряжение переменного тока с 115 В / 230 В до приблизительно 30 В, которое затем может быть преобразовано в постоянное напряжение постоянного тока.

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, а затем выпрямляется несколькими диодами. Затем он сглаживается до низкого постоянного напряжения парой больших электролитических конденсаторов.Это низкое постоянное напряжение затем регулируется как стабильное выходное напряжение с помощью транзистора или интегральной схемы.

Вот блок питания с линейным регулятором. (Источник изображения)

Регулятор напряжения в линейном источнике питания действует как переменный резистор. Это позволяет изменять значение выходного сопротивления в соответствии с требованиями к выходной мощности. Поскольку регулятор напряжения постоянно сопротивляется току для поддержания напряжения, он также действует как устройство рассеивания мощности.Это означает, что полезная мощность постоянно теряется в виде тепла, чтобы поддерживать постоянный уровень напряжения.

Трансформатор - это уже большой компонент, который нужно разместить на печатной плате (PCB). Из-за постоянной мощности и тепловыделения для источника питания линейного регулятора потребуется радиатор. Сами по себе эти два компонента делают устройство очень тяжелым и громоздким по сравнению с небольшим форм-фактором импульсного источника питания.

Предпочтительные приложения

Линейные регуляторы

известны своим низким КПД и большими размерами, но они обеспечивают бесшумное выходное напряжение.Это делает их идеальными для любого устройства, требующего высокой частоты и низкого уровня шума, например:

  • Цепи управления
  • Малошумящие усилители
  • Сигнальные процессоры
  • Автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование
  • Датчики и схемы сбора данных

Преимущества и недостатки

Источники питания с линейной стабилизацией могут быть громоздкими и неэффективными, но их низкий уровень шума идеально подходит для приложений, чувствительных к шуму. Некоторые преимущества и недостатки этой топологии, которые следует учитывать, включают:

Преимущества

  • Простое приложение .Линейные регуляторы могут быть реализованы как единый блок и добавлены в схему всего двумя дополнительными фильтрующими конденсаторами. Это позволяет инженерам любого уровня подготовки легко планировать и проектировать их с нуля.
  • Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже по сравнению с импульсными источниками питания.
  • Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания.Это делает их идеальными для любых чувствительных к шуму приложений, включая устройства связи и радио.

Недостатки

  • Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы можно использовать только для понижения напряжения. Для источника питания переменного и постоянного тока трансформатор с выпрямлением и фильтрацией необходимо будет разместить перед линейным источником питания, что увеличит общие затраты и усилия.
  • Ограниченные тиражи . Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение.Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный регулятор напряжения для каждого требуемого выхода.
  • Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Это также требует добавления радиатора, который увеличивает размер и вес устройства.

В наши дни энергоэффективных устройств низкий КПД линейно регулируемого источника питания может стать убийцей. Нормальный источник питания с линейной регулировкой будет работать с КПД около 60% при выходе 24 В.Когда вы рассматриваете входную мощность 100 Вт, вы получаете 40 Вт потери мощности.

Прежде чем рассматривать возможность использования источника питания с линейной регулировкой, мы настоятельно рекомендуем учитывать потери мощности, которые вы получите от входа к выходу. Вы можете быстро оценить эффективность линейного регулятора по следующей формуле:

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсные источники питания были представлены в 1970-х годах и быстро стали самым популярным способом подачи постоянного тока на электронные устройства.Что делает их такими замечательными? По сравнению с линейными регуляторами выделяются их высокий КПД и производительность.

В стандартный адаптер переменного тока входит импульсный блок питания. (Источник изображения)

Как они работают

Импульсный источник питания регулирует выходное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Этот процесс создает высокочастотный шум, но обеспечивает высокую эффективность при небольшом форм-факторе. При подключении к сети переменного тока напряжение 115 В или 230 В переменного тока сначала выпрямляется и сглаживается набором диодов и конденсаторов, которые обеспечивают высокое напряжение постоянного тока.Это высокое постоянное напряжение затем понижается с помощью небольшого ферритового трансформатора и набора транзисторов. В процессе понижения сохраняется высокая частота переключения от 200 кГц до 500 кГц.

Низкое постоянное напряжение, наконец, преобразуется в устойчивый выход постоянного тока с помощью другого набора диодов, конденсаторов и катушек индуктивности. Любое регулирование, необходимое для поддержания постоянного выходного напряжения, осуществляется путем регулировки ширины импульса высокочастотного сигнала. Этот процесс регулирования работает через цепь обратной связи, которая постоянно контролирует выходное напряжение и при необходимости регулирует соотношение включения-выключения сигнала ШИМ.

Вот импульсный источник питания, в котором на тонну больше деталей, чем с линейным регулированием. (Источник изображения)

Предпочтительные приложения

Чаще всего импульсные источники питания используются в приложениях, где важны время автономной работы и температура, например:

  • Электролиз, обработка отходов или применение топливных элементов
  • Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиация и морское применение
  • Научно-исследовательское, производственное и испытательное оборудование
  • Зарядка литий-ионных батарей, используемых в авиации и транспортных средствах
  • Процессы гальваники, анодирования и гальванопластики

Преимущества и недостатки

Импульсные источники питания

могут иметь более высокий КПД, чем линейные регуляторы, но их шум делает их плохим выбором для приложений радиосвязи и связи.Некоторые преимущества и недостатки этой топологии, которые следует учитывать, включают:

Преимущества

  • Малый форм-фактор . Понижающий трансформатор в ИИП работает на высокой частоте, что, в свою очередь, уменьшает его объем и вес. Это позволяет импульсному источнику питания иметь гораздо меньший форм-фактор, чем линейные регуляторы.
  • Высокая эффективность . Регулирование напряжения в импульсном источнике питания осуществляется без чрезмерного рассеивания тепла.КПД SMPS может достигать 85% -90%.
  • Гибкие приложения . К импульсному источнику питания можно добавить дополнительные обмотки, чтобы обеспечить более одного выходного напряжения. ИИП с трансформаторной изоляцией может также обеспечивать выходное напряжение, не зависящее от входного напряжения.

Недостатки

  • Сложная конструкция . По сравнению с линейными регуляторами планирование и проектирование импульсных источников питания обычно предназначено для специалистов по энергетике.Это не лучший источник питания, если вы планируете разработать свой собственный без внимательного изучения и опыта.
  • Высокочастотный шум . Операция переключения полевого МОП-транзистора в импульсном источнике питания обеспечивает высокочастотный шум в выходном напряжении. Это часто требует использования радиочастотного экранирования и фильтров электромагнитных помех в чувствительных к шуму устройствах.
  • Стоимость выше . Для более низкой выходной мощности 10 Вт или менее дешевле использовать линейно регулируемый источник питания.

Импульсные блоки питания никуда не денутся и станут лучшим выбором для приложений, не чувствительных к шуму. Сюда входят такие устройства, как зарядные устройства для мобильных телефонов, двигатели постоянного тока и многое другое.

Линейный регулятор

и SMPS в сравнении с

Теперь мы рассмотрим последнее сравнение между линейно регулируемыми и импульсными источниками питания при их параллельном сравнении. Некоторые из наиболее важных требований, которые необходимо учитывать, включая размер / вес, диапазон входного напряжения, рейтинг эффективности и уровень шума среди других факторов.Вот как он распадается:

Как спроектировать свой собственный Это выходит за рамки этого блога, чтобы объяснить, как разработать линейно регулируемый или импульсный источник питания. Однако есть несколько руководств, которыми мы хотели бы поделиться. Имейте в виду, что конструкция SMPS требует высокого уровня сложности и не рекомендуется для начинающих проектировщиков электроники. Руководства по проектированию линейно регулируемых источников питания

Руководства по проектированию импульсных источников питания

Power On В наши дни большинство электронных устройств должны преобразовывать сеть переменного тока в постоянное выходное напряжение постоянного тока.Для этой цели необходимо рассмотреть две топологии: источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания. Линейное регулирование идеально подходит для приложений, требующих низкого уровня шума, тогда как импульсные источники питания лучше подходят для портативных устройств, где важны срок службы батареи и эффективность. Решая, какую топологию выбрать, всегда учитывайте требуемый рейтинг эффективности, форм-фактор, выходную регулировку и требования к шуму. Готовы разработать свой первый линейный регулируемый или импульсный источник питания? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Источники питания с линейной регулировкой Импульсные источники питания
Размер Линейный блок питания мощностью 50 Вт обычно 3 x 5 x 5.5 ” Импульсный блок питания мощностью 50 Вт, обычно 3 x 5 x 1 дюйм
Вес Линейный источник питания 50 Вт - 4 фунта Импульсный источник питания 50 Вт - 0,62 фунта
Диапазон входного напряжения 105 - 125 В переменного тока и / или

210–250 В перем. Тока

90 - 132 В переменного тока или 180 - 264 В переменного тока без PFC

90-264 В переменного тока с PFC

КПД Обычно 40% -60% Обычно 70% -85%
EMI Низкий Высокая
Утечка Низкий Высокая
Схема Средняя сложность, можно проектировать с помощью направляющих Высокая сложность, требуется специальность
Нормы нагрузки 0.От 005% до 0,2% от 0,05% до 0,5%
Линейный регламент от 0,005% до 0,05% от 0,05% до 0,2%
Количество деталей Низкий, требуется только регулятор и фильтрация ввода / вывода Высокий, требуется переключатель, демпфер, трансформатор, конденсаторы, сеть обратной связи и т. Д.
.

Смотрите также