Устройства РЗА БЭМП - Блоки питания

Блоки питания

Блоки питания серии БПНТ предназначены для обеспечения бесперебойным питанием (выпрямленным напряжением) устройств РЗА, установленных на энергообъектах с переменным оперативным током, в нормальном и аварийных режимах.

Подключение

Блоки питания являются комбинированными и подключаются к двум трансформаторам тока защищаемого присоединения и трансформатору собственных нужд или к измерительному трансформатору напряжения. В режиме близкого короткого замыкания, при глубокой посадке напряжения, блоки обеспечивают питание от токовых входов.

Особенности

  • БПНТ-1 обеспечивает выходную мощность 32 W и имеет дополнительный выход для заряда внешних конденсаторных батарей, замедляющих снижение уровня напряжения на нагрузке после исчезновения тока и напряжения на входах блока питания.;
  • БПНТ-2 имеет уменьшенные  габариты по сравнению с БПНТ-1 за счет исключения одного из трансформаторов тока, повышения минимального тока до 8 А и ограничения выходной мощности  (от токовых входов) до 23 W;
  • БПНТ-3 имеет параметры БПНТ-2 и включает в себя два реле с дешунтирующими контактами повышенной мощности, чем обеспечивается возможность коммутации соленоидов отключения выключателей при токах до 150 А.;
  • БПНТ-4 имеет параметры БПНТ-2 и включает в себя блок конденсаторов.и устройство его заряда от цепи напряжения.  Емкость блока конденсаторов - 100 мкF при напряжении 400 V.

Условия эксплуатации

 Климатическое исполнение  УХЛ или Т, категория  размещения «3.1» по ГОСТ 15150-69.

 Диапазон рабочих температур окружающего воздуха от минус 40 до плюс 55 ºС для исполнения УХЛ3.1 и от  минус 20 до плюс 55 ºС  для исполнения Т3.1

Группа механического исполнения М7 по ГОСТ 17516.1-90, при этом вибрационные нагрузки в диапазоне частот от 0,5 до 15 Hz с ускорением 3 g, в диапазоне частот от 16 до 100 Hz с ускорением  1 g.

Степень защиты оболочки блоков и контактных зажимов для присоединения внешних проводников  IP00 по ГОСТ 14254-96.

rza.cheaz.ru

Бестрансформаторные блоки питания — Копилка знаний


Конденсаторно-стабилитронный выпрямитель

Бестрансформаторные маломощные сетевые блоки питания с гасящие конденсатором получили широкое распространение в радиолюбительских конструкциях благодаря простоте своей конструкции, несмотря на такой серьезный недостаток, как наличие гальванической связи блока питания с сетью.

Входная часть блока питания (рис. 6.2) содержит балластный кон­денсатор С1 и мостовой выпрямитель из диодов VD1, VD2 и ста­билитронов VD3, VD4. Для ограничения броска тока через диоды и стабилитроны моста в момент включения в сеть последовательно с балластным конденсатором следует включить токоограничивающий резистор сопротивлением 50... 100 Ом, а для разрядки конденсатора после отключения блока от сети, параллельно ему — резистор со­противлением 150...300 кОм. К выходу блока подключают оксидный конденсатор фильтра емкостью 2000 мкФ на номинальное напря­жение не менее 10 В. В результате получаются функционально законченные блоки питания.

При использовании мощных стабилитронов (Д815А ... Д817Г), их можно установить на общий радиатор, если в обозначении их типа присутствуют буквы ПП (стабилитроны Д815АПП...Д817ГПП имеют обратную полярность выводов). В противном случае диоды и стабилитроны необходимо поменять местами. Гальваническая связь сети с выходом блока питания, а значит, и с питаемой аппаратурой, создает реальную опасность поражения электрическим током. Об этом следует помнить при конструировании и налаживании блоков с конденсаторно-стабилитронным выпрямителем.

 

Два бестрансформаторных блока питания
Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи перемен­ного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив темпера­туру корпуса через полчаса. Если конденсатор успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике. Практически не нагреваются специальные конденса­торы для промышленных электроустановок — они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т.п.


Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтовый общего назначения на ток нагрузки до 0,3 А (рис. 6.3) и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 6.4). Дели­тель напряжения пятивольтового источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток короткого замыкания на выходе блока питания равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки — 27 В.

Широко распостраненные электронно-механические часы-будиль­ники китайского производства обычно питают от одного гальва­нического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА.

Напряжение, снятое с делителя CI, С2, выпрямляет узел на эле­ментах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12 В.

 

Маломощный конденсаторный выпрямитель с ШИМ стабилизатором
Предлагаемый вашему вниманию бестрансформаторный конден­саторный выпрямитель работает с автостабилизацией выходного напряжения во всех возможных режимах работы (от холостого хода до номинальной нагрузки). Это достигнуто за счет карди­нального изменения принципа формирования выходного напря­жения — не за счет падения напряжения от импульсов тока выпрямленных полуволн сетевого напряжения на сопротивлении стабилитрона, как в других подобных устройствах, а за счет из­менения времени подключения диодного моста к накопительному конденсатору.
Схема стабилизированного конденсаторного выпрямителя приве­дена на рис. 6.12. Параллельно выходу диодного моста включен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме. База ключево­го транзистора VT1 через пороговый элемент (стабилитрон VD3) соединена с накопительным конденсатором С2, отделенным по постоянному току от выхода моста диодом VD2 для исключения быстрого разряда при открытом VT1. Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает известным образом. При увеличении напряжения на С2 и откры­вании VD3 транзистор VT1 также отрывается и шунтирует выход выпрямительного моста. Вследствие этого напряжение на выходе моста скачкообразно уменьшается практически до нуля, что при­водит к уменьшению напряжения на С2 и последующему выклю­чению стабилитрона и ключевого транзистора.


Далее напряжение на конденсаторе С2 снова увеличивается до момента включения стабилитрона и транзистора и т.д. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на функ­ционирование импульсного стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсации напряже­ния на С2. Ключевой транзистор VT1 для уменьшения потерь должен быть с большим коэффициентом усиления, например, составной КТ972А, КТ829А, КТ827А и др. Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно, применив более высоковольтный стабилитрон или два низковольтных, соединенных последователь­но. При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлени­ем 250 Ом может составлять 23...24 В. По предложенной методике можно застабилизировать выходное напряжение одно-полупериодного диодно-конденсаторного выпрямителя, выпол­ненного, например, по схеме рис. 6.13. Для выпрямителя с плю­совым выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен n-p-п транзистор КТ972А или КТ829А, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3. При достижении на кон­денсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открывания стабилитрона, транзистор VT1 тоже открывается. В результате амплитуда положительной полуволны напряжения, поступающе­го на С2 через диод VD2, уменьшается почти до нуля. При умень­шении же напряжения на С2 транзистор VT1, благодаря стаби­литрону, закрывается, что приводит к увеличению выходного напряжения. Процесс сопровождается широтно-импульсным ре­гулированием длительности импульсов на входе VD2, следовательно, напряжение на конденсаторе С2 остается стабилизированным как на холостом ходу, так и под нагрузкой.

В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением парал­лельно диоду VD1 нужно включить p-n-р транзистор КТ973А или КТ825А. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом — около 11 В, напряжение пульсации — 0,3...0,4 В.
В обоих предложенных вариантах бестрансформаторного выпря­мителя стабилитрон работает в импульсном режиме при токе в единицы миллиампер, который никак не связан с током нагруз­ки выпрямителя, с разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями напряжения сети. Поэтому потери в нем существен­но уменьшены, и теплоотвод ему не требуется. Ключевому тран­зистору радиатор также не требуется.
Резисторы Rl, R2 в этих схемах ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного «дребезга» контактов сетевых вилки и розетки, процесс включения сопровождается серией кратковременных за­мыканий и разрывов цепи. При одном из таких замыканий гася­щий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т.е. примерно до 300 В. После разры­ва и последующего замыкания цепи из-за «дребезга» это и сетевое напряжения могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства. Конкретный пример: мак­симальный коллекторный ток транзистора КТ972А равен 4 А, поэтому суммарное сопротивление ограничительных резисторов должно составлять 600 В / 4 А = 150 Ом. С целью уменьшения потерь сопротивление резистора R1 можно выбрать 51 Ом, а ре­зистора R2 — 100 Ом. Их мощность рассеяния — не менее 0,5 Вт. Допустимый коллекторный ток транзистора КТ827А составляет 20 А, поэтому для него резистор R2 необязателен.

По этой теме читайте на сайте :


kopilca.ru

Бестрансформаторные сетевые источники питания с гасящим конденсатором

Автор: Лупенко Александр

Несколько схем и расчет бестрансформаторных блоков питания с гасящим конденсатором

Сетевой источник питания с гасящим конденсатором (рис. 1), по сути, есть делитель напряжения, у которого верхнее плечо – конденсатор, а нижнее представляет собой сложную нелинейную диодно-резисторно-конденсаторную цепь. Этим и определены недостатки (и достоинства, конечно) таких устройств.

Рисунок 1:

Для того чтобы источник мог работать в широком интервале тока нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения выполнить чисто реактивным, например, конденсаторным (рис. 2).

Рисунок 2:

Он позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя делать в обычном источнике с гасящим конденсатором. Как показано в статье С. Бирюкова “Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором” – “Радио”, 1997, N 5, с. 48-50, – последовательный стабилизатор можно использовать только при ограничении напряжения на его входе, что опять-таки заметно снижает КПД.

Источник с конденсаторным делителем напряжения целесообразно использовать для совместной работы с импульсными стабилизаторами. Идеально подходит он для устройства, длительно потребляющего малый ток, но требующего в определенный момент резкого его увеличения. Пример – квартирное сторожевое устройство на микросхемах “МОП с исполнительным узлом на реле и звуковом сигнализаторе.

Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг в 90 град. относительно напряжения сети, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения. Исходя из вышесказанного, ток через делитель вроде бы можно выбрать сколь угодно большим. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому целесообразно принять ток через делитель напряжения в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.

Расчет источника с емкостным делителем несложен. Как следует из ф-лы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uвых и полный выходной ток (стабилитрона и нагрузки Iвых) источника по схеме 1,а связаны следующим образом:

Iвых = 4fC1(2Uc-Uвых)

Эта формула пригодна и для расчета источника с конденсаторным делителем, в ней просто надо заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанных на рис. 2. a Uc – на Uc2x (напряжение на конденсаторе С2 при RH = °°), т. е.

Uc2x = Uc-C1/(C1+C2)

Тогда
Iвых = 4f(C1+C2)x x[Uc-C1-i/2/(C1+C2)-Unbix]
или после очевидных преобразований
Iвых = 4f-C1 [Uc^2 -ивых(1+С2/С1)].

Поскольку падение напряжения на диодах моста Uд при малых значениях Квых становится заметным, получим окончательно

Iвых = 4f-C1 [Uc^/2- (Цвых + 2Цд) (1 + С2/С1)].

Из формулы видно, что при Рн=0 (т. е. при Uвых=0) ток Iвых, если пренебречь падением напряжения на диодах, остается таким же, как у источника питания, собранного по схеме 1 ,а. Напряжение же на выходе без нагрузки уменьшается:
Uaux = =Uc-C1^/2/(C1+C2)-2Un.

Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения – соотношение значений емкости С1/С2 обратно пропорционально значениям падающего на С1и С2 напряжения. Например, если С1″ =1 мкф, а С2=4 мкФ, то напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети, a Uc2=Uc/5, что при напряжении сети Uc = 220 В соответствует 186 и 44 В. Необходимо учесть, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает действующее, и выбрать конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор С1 успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике.

Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок – они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т. п.

Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтный общего назначения (рис. 3) на ток нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 4).

Рисунок 3:

Рисунок 4:

Делитель напряжения пятивольтного источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток замыкания (при Rн=0) равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки – 27 В.

Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снятое с делителя С1С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12В.



radio-stv.ru

Бестрансформаторный блок питания. Расчет. Ч2

   

   Итак, давайте разберем последовательность расчета бестрансформаторного источника питания, рассмотренного в предыдущей статье. Описанная метода не претендует на истину в последней инстанции и может отличаться от других источников. Дополнительную информацию по такой схеме можно почерпнуть на зарубежных ресурсах, погуглив в сети запрос "capacitor power supply".

рис. 1

   Первое от чего мы должны отталкиваться при расчете бестрансформаторного источника питания - это ток нагрузки. На рисунке 1 он обозначен как Iam, а в качестве нагрузки выступает резистор R3. Заменим этот резистор небольшой схемой с микроконтроллером и определим потребляемый ею ток. 

рис. 2


Сделать это можно двумя способами: 
- путем расчета, просуммировав примерное потребление всех компонентов схемы,
- с мощью амперметра включенного между источником напряжения и нашей схемой.

   Второй способ, конечно, будет точнее, но он осуществим только при наличии собранной схемы. Попробуем выполнить теоретический расчет.
  
   В схеме на рисунке 2 три основных потребителя - стабилизатор 7805, микроконтроллер ATtiny13 и светодиод. Для простоты положим, что микроконтроллер при подаче питания всего лишь зажигает светодиод, а потом крутится в бесконечном цикле.
   Ток покоя стабилизатора 7805 по даташиту равен 5 мА (параметр quiescent current). При изменении тока нагрузки и входного напряжения значение тока покоя меняется на 0.5 - 0.8 мА. Значение небольшое и можно им пренебречь.
   Оценить потребление микроконтроллера ATtiny13 можно по графику Active Supply Current vs. VCC, представленнму в даташите в разделе Electric Characteristics. Допустим, у нас напряжение питания 5 Вольт, а тактовая частота - 9.6 МГц. При таких условиях attiny13 потребляет в активном режиме 5.5 мА.
Ток светодиода рассчитываем по формуле:

Iled = (Upin - Uled)/R2

где Upin - напряжение логической единицы на выводе микроконтроллера, В; Uled - прямое падение напряжения на светодиоде, В.

   Для зеленого светодиода прямое падение напряжения равно примерно 2 В, Upin примерно 5 В, значит ток через светодиод будет равен:

Iled = (5 - 2)/330 = 9 мА.

   Если быть честным, то при любом вытекающем токе напряжение на выводе микроконтроллера будет меньше напряжения питания. В чем можно убедиться, изучив график I/O Pin Source Current vs. Output Voltage (Low Power Ports, VCC = 5V), представленный в даташите. При токе 9 мА, напряжение на выводе микроконтроллера ATtiny13 будет примерно 4.8 В. Но мы, опять таки, не учитываем такие мелочи в расчете.

Итого: 5 + 5.5 + 9 = 19.5 мА.
Реальное значение потребляемого тока 18.6 мА.

   Как видишь, разница незначительная. Округлим расчетное значение в большую сторону и будем отталкиваться от значения Iam = 20 мА.

   Ток нагрузки нам известен, теперь нужно рассчитать значение тока на входе источника питания. На рисунке 1 он обозначен как Iac. В отличие от постоянного тока нагрузки, ток на входе бестрансформаторного источника питания переменный. А переменный ток характеризуется такими величинами как амплитудное и действующее значение. 
   Амплитудное значение переменного тока - это максимальное значение тока за период колебания. Действующее значение переменного тока - это такая величина постоянного тока, который за время равное одному периоду колебания переменного тока, выделит на том же сопротивлении R такое же количество тепла, что и переменный ток.
   Для переменного тока, изменяющегося по синусоидальному закону, амплитудное и действующее значения связаны следующим соотношением:

где Iac - действующее значение, А; а Im - амплитудное, А.


   Действующее значение переменного тока на входе схемы Iac рассчитывается из тока нагрузки Iam по следующей формуле:

Таким образом, ток на входе схемы будет равен:

Iac = 20*2.221 = 44,4 мA действующее значение
Im = 44*1.41 = 62.6 мA амплитудное значение

 

   У всех линейных стабилизаторов, к которым относится и микросхема 7805, есть такой параметр как dropout напряжение - наименьшая разность напряжений между входом и выходом. Этот параметр определяет минимальное входное напряжение стабилизатора, при котором он все еще будет работать в номинальном режиме. Для микросхемы 7805 выходное напряжение равно 5 В, а типовое dropout напряжение равно 2 В. Значит минимальное входное напряжение для стабилизатора 7805 будет составлять 5 + 2 = 7 В. С учетом того, что на конденсаторе С2 напряжение будет пульсировать, 7 Вольт - это минимальное значение пульсирующего напряжения. Накинем 1 В для запаса и будем отталкиваться от значения 8 Вольт.

 

   В качестве стабилизатора не обязательно выбирать микросхему 7805, можно использовать то, что есть под рукой. При этом нужно учитывать следующие параметры:
- максимальное входное напряжение стабилизатора,
- максимальный выходной ток стабилизатора,
- dropout напряжение,
- максимальная рассеиваемая мощность.

   Нагрузка у нас запитывается от сети во время положительного полупериода входного напряжения. Во время отрицательного полупериода нагрузка получает энергию от конденсатора С2. За время отрицательного полупериода он не должен успеть разрядиться до напряжения меньше 8 В. Этого не случиться, если начальное напряжение на конденсаторе и его емкость достаточны для поддержания заданного тока нагрузки. 

   Емкость сглаживающего конденсатора рассчитывается по следующей формуле.

C > Iam/(2*f*dU),

где Iam - ток нагрузки, А; f - частота переменного напряжения, Гц; С - емкость конденсатора, Ф; dU - размах пульсаций, В.

dU = Umax - Umin

Umin у нас равно 8 В.
Umax выбираем из следующих соображений. Большее напряжение позволяет использовать конденсатор меньшей емкости, но сильнее нагружает стабилизатор, который вынужден гасить на себе остаточное напряжение. Меньшее напряжение разгружает стабилизатор напряжения, но требует конденсатор большей емкости.
Я выбрал 9.3 В.

С2 > 0.02/(2*50*(9.3 - 8)) = 0.000153 Ф = 153 мкФ

   Выбираем большее соседнее значение из ряда Е12 – 180 мкФ.
   Также не забываем про максимальное напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Берем с полуторным или двойным запасом, например на 16 Вольт.

   Требуемое номинальное напряжение стабилитрона равно максимальному напряжению на сглаживающем конденсаторе С2 плюс величина падения напряжения на диоде VD2, то есть:

9.3 + 0.7 = 10 В. 

0.7 - это значение падения напряжения на диоде, включенном в прямом направлении. Стандартное значение, используемое в инженерных расчетах.

   Помимо номинального напряжения стабилизации также важны такие параметры стабилитрона как номинальный и максимальный токи стабилизации, максимальный постоянный прямой ток, максимальный импульсный ток и рассеиваемая мощность. 

   Для данной схемы я выбрал стабилитрон 1N4740А, который имеет следующие характеристики:

- номинальное напряжение стабилизации 10 В,
- номинальный ток стабилизации 25 мА,
- максимальный ток стабилизации 91 мА,
- максимальный импульсный ток 454 мА,
- максимальный ток в прямом направлении 200 мА,
- рассеиваемая мощность 500 мВт.

   В положительный полупериод сетевого напряжения через стабилитрон может протекать ток в диапазоне от 0 до 62 мА (Im). Если нагрузка будет потреблять меньший ток, стабилитрон будет брать часть тока на себя, если нагрузка отключится, весь входной ток будет протекать через стабилитрон. Поэтому максимальный ток стабилизации стабилитрона должен быть больше амплитудного значения входного тока. В нашем случае > 62 мА. У стабилитрона 1N4740 максимальный ток стабилизации 91 мА, значит, по этому параметру он подходит. 

   В отрицательный полупериод стабилитрон будет работать как обычный диод, и через него будет протекать весь входной ток источника питания. Нагрузка в этот момент запитывается от конденсатора C2. В прямом направлении стабилитрон выдерживает 200 мА, это больше амплитудного значения входного тока (62 мА), значит, по этому параметру он тоже подходит.

   Рассчитаем максимальную мощность, которая будет рассеиваться на стабилитроне. В положительный полупериод сетевого напряжения на стабилитроне будет 10 В, в отрицательный полупериод Ud = 1.2 В (значение из даташита для тока 200 мА). Для расчета возьмем среднее значение переменного тока за полпериода. Оно рассчитывается по формуле:

Iav = (2 * Im)/3.14 = 0.637*Im

где Im - амплитудное значение переменного тока, А.

  Максимальная мощность рассеиваемая на стабилитроне будет равна:

P = (0.637 * Im)*Ust + (0.637 * Im)*Ud = (0.637 * Im)*(Ust + Ud)
P = 0.637*62*(10 + 1.2) = 442 мВт

   Такая мощность будет рассеиваться на стабилитроне в худшем случае - когда через него будет идти весь ток нагрузки. На практике значение мощности будет меньше, так как в положительный полупериод через стабилитрон будет протекать меньший ток. По этому параметру стабилитрон тоже проходит.

Ток нагрузки Iam = 20 мА.
Максимальное обратное напряжение на диоде приблизительно равно номинальному напряжению стабилитрона VD1, то есть 10 В.
Мощность, рассеиваемая на диоде, равна P = Ud*Iam = 0.7 * 20 = 14 мВт.
Берем по каждому из этих значений двойной запас и выбираем диод. Я выбрал диод 1N4148. 

   Сетевое напряжение бытовой электросети составляет 220 В. Эта так называемое действующее значение. Действующее значение в корень из 2 раз меньше амплитудного значения. Я уже говорил об этом выше.
Амплитудное значение сетевого напряжения составляет:

Um = 220 * 1.41 = 311 В

   В начальный момент включения схемы, когда конденсатор C1 разряжен, может происходить бросок тока. Нужно подобрать такой номинал резистора R2, чтобы при максимальном входном напряжении импульсный ток через стабилитрон был меньше 454 мА.

R2 > Um/Ispike = 311/450 = 691 Ом

Выбираем ближайшее значение из ряда E24 - 750 Ом

Мощность рассеиваемая на этом резисторе будет равна

Pr = Iac * Iac * R = 44 * 44 * 750 Ом = 1.5 Вт

Берем 2 ваттный резистор.

 

   Номинал конденсатора С1 рассчитывается по следующей формуле:

где Iac – действующее значение тока в цепи, А; Uac – минимальное действующее значение напряжения в цепи, В; f – частота переменного напряжения, Гц; R – сопротивление резистора R2, Ом.

   Формула выведена из закона Ома для цепи переменного тока, состоящей из конденсатора и резистора.

   Все величины известны:

Iac = 44 мА
Uac = 220 В
R2 = 750 Ом
f = 50 Гц

   Подставляем их формулу и получаем значение C1. Оно будет равно 650 нФ. Возьмем большее соседнее значение из ряда Е12 - 680 нФ.

   Рабочее напряжение С1 должно быть больше чем Um = 311 В. Можно взять конденсатор с рабочим напряжением 400 В, но лучше взять конденсатор рассчитанный на 600 В.

   В качестве C1 нужно выбирать конденсаторы, предназначенные для работы в цепях переменного тока, например отечественные металлопленочные конденсаторы К73-17 или их импортные аналоги. Если не удается подобрать конденсатор нужное емкости, можно соединить два конденсатора меньшей емкости параллельно.

   Резистор R1 выбираем номиналом 1.5-2 МОм. Мощность, которая будет рассеиваться на этом резисторе, можно грубо оценить по формуле:

P = (Uac*Uac)/R1 = (220*220)/1500000 = 32 мВт

Выбираем резистор мощностью 0.125 -  0.25 Вт.


Разъем Х1 для подключения устройства к сети. 
Разъем Х3 для подачи постоянного напряжения при отладке и программировании устройства.

   Ну и напоследок о самом главном.
   Не подключайте устройство с бестрансформаторным источником питания к компьютеру или программатору, когда оно запитано от сети. Что-то из них может сгореть.
   Для программирования или отладки устройства запитывайте его от отдельного источника постоянного напряжения, когда оно отключено от сети.
   Не дотрагивайтесь до элементов и проводников устройства, когда оно подключено к сети, это может привести к поражению электрическим током.
   Не подключайтесь к работающему устройству осциллографом.

chipenable.ru

Блок питания с трансформатором и гасящим конденсатором


Блок питания с трансформатором и гасящим конденсатором

  Блоки питания с балластным конденсатором и разделительным трансформатором завоевали популярность у радиолюбителей благодаря малым габаритам и тем, что они гальванически не связаны с сетью. Однако при разработке таких устройств необходимо учитывать ряд факторов, чтобы исключить аварийные ситуации, в результате которых могут выйти из строя не только источник питания, но и нагрузка. Автор статьи, обобщив опыт создания подобных устройств, рекомендует, на что следует обратить внимание при их конструировании и налаживании. В радиолюбительской практике широкое применение нашли источники с балластным конденсатором и разделительным трансформатором [1-6]. Подобное решение позволяет конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок).

  Трансформатор Т1 выполняет функцию разделительного. Он работает при малом входном и выходном напряжении. Его конструкция весьма проста. Конденсатор С1 - балластный, а резистор R2 ограничивает импульс тока при включении. Напряжение на первичной обмотке трансформатора ограничивают стабилитроны VD1 и VD2.

  В колебательном контуре, состоящем из конденсатора С1, индуктивности первичной обмотки трансформатора L и приведенного к первичной обмотке сопротивления нагрузки Rн, возможен резонанс, который может привести к выходу из строя источника питания.

  Допустим, что в нагруженном источнике на первичной обмотке напряжение равно 20 В (типичный случай). Это означает, что приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RН примерно в 10 раз меньше емкостного сопротивления |Xc1| конденсатора С1 и образует с ним делитель напряжения 10:1 (приближенно), т.е. |Хс1|=10Rн. При правильно рассчитанном трансформаторе индуктивное сопротивление первичной обмотки |XL| должно примерно в 10 раз превышать приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Rн поэтому добротность упомянутого контура крайне низка, никакого резонанса быть не может.

  Совершенно иная ситуация возникает при отключенной нагрузке (на холостом ходу). Если выполняются указанные выше соотношения |Хс1|=10Rн и |ХL|=10Rн,то |Xc1|=|XL| и возникает резонанс. Если на вход вместо сетевого подать напряжение 1 ...2 В, то на первичной обмотке ненагруженного трансформатора оно за счет резонанса увеличится в 10 и более раз - добротность получившегося контура достаточно большая, однако при подаче сетевого напряжения такого подъема не будет. С увеличением напряжения на обмотке сверх номинального (20 В) магнитопровод трансформатора входит в насыщение, его индуктивность уменьшается, и контур перестает быть настроенным в резонанс.

  Однако, если трансформатор выполнен с хорошим запасом по допустимому входному напряжению, подъем может быть весьма значительным. Это вызовет увеличение напряжения на конденсаторе С1 по сравнению с работой в номинальном режиме, и если конденсатор выбран без запаса - может произойти пробой. Возможны и другие не менее тяжелые последствия. Поэтому, как и для бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором, недопустима работа без номинальной нагрузки. Обычное решение - подключение стабилитрона к выходу источника или двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов (или одного симметричного) к первичной обмотке (см. рисунок).

  Так задача решается для относительно маломощных блоков питания. Для аналогичных мощных устройств (очень простыми получаются зарядные устройства для автомобильных аккумуляторных батарей [2-4]) такими мерами не обойтись. Здесь можно подключить параллельно первичной или вторичной обмотке аналог симметричного динистора [7, рис. 5,а] или обеспечить релейную защиту от режима холостого хода [3].

  Особое внимание необходимо уделить выбору балластного конденсатора по номинальному напряжению. Это наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он способен надежно и длительно работать. Для большинства типов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока всегда меньше номинального, за исключением металлобумажных конденсаторов МБГЧ, К42-19, полипропиленовых К78-4 и полиэтилентерефталатных К73-17 на номинальное напряжение до 250 В включительно, у которых эти параметры равны. Поэтому при выборе типа и номинального напряжения необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного напряжения.

  В момент подключения (или отключения) блока питания к сети в его цепях происходит переходный процесс, который через некоторое время сменяется установившимся режимом. Не вдаваясь в теоретические основы переходных процессов, отметим два закона коммутации:
1. Ток в дросселе (приборе с индуктивным сопротивлением) не может изменяться скачком, или, иначе, ток после коммутации имеет то же значение, которое он имел в момент, непосредственно предшествующий коммутации.
2. Напряжение на конденсаторе не может изменяться скачком, или, иначе, напряжение после коммутации имеет то же значение, что и непосредственно до коммутации.

  При подключении блока питания к сети конденсатор еще не заряжен и падение напряжения на нем равно нулю. Ток в индуктивности не может возникнуть мгновенно, поэтому напряжение на резисторе равно нулю и сетевое напряжение полностью приложено к первичной обмотке трансформатора, которая рассчитана на существенно меньшее значение. Именно при включении возникает высокая опасность межвиткового пробоя и исчезает преимущество в простоте исполнения трансформатора с намоткой "внавал", чем он и заслужил широкую популярность у радиолюбителей. Особенно опасно подключение блока питания к сети, в которой в этот момент действует амплитудное или близкое к нему напряжение. Актуальное значение приобретает задача ограничения напряжения на первичной обмотке в момент подключения. Токоограничительный резистор не спасает в такой ситуации. Это заставляет искать иное решение, позволяющее предупредить возможность межвиткового пробоя в трансформаторе и защитить элементы блока питания от повышенного в десятки раз напряжения.

  Ограничитель напряжения на двух встречно-последовательно включенных параллельно первичной обмотке стабилитронах (см. рисунок) позволяет решить и эту задачу. Для каждого полупериода ограничитель работает как параметрический стабилизатор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Балластную функцию выполняет при этом в основном токоограничительный резистор R2. Резистор должен быть рассчитан на кратковременный ток перегрузки, а стабилитроны, как правило, обеспечивают его.

  Если в номинальном режиме стабилитроны открываются и работают как стабилизаторы, может возникнуть разность амплитуд импульсов выпрямленного тока положительной и отрицательной полуволн. Такой эффект объясняется тем, что положительные полуволны стабилизирует один стабилитрон, а отрицательные - другой. Известно, что напряжение стабилизации двух экземпляров стабилитронов даже одной партии может значительно различаться. Это порождает дополнительную составляющую пульсации частоты 50 Гц, которую труднее подавить сглаживающим фильтром, чем 100 Гц.

  Для уменьшения дополнительной составляющей пульсации, возникающей из-за различия напряжения стабилизации, можно рекомендовать вместо встречно-последовательного соединения двух стабилитронов включить один стабилитрон в диагональ диодного моста параллельно первичной обмотке. Это позволит сохранить надежность блока питания.

  Если не предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения, можно рекомендовать подборку стабилитронов с минимальным напряжением стабилизации на 1...3 В больше максимального амплитудного напряжения на первичной обмотке в установившемся режиме. Параметрический стабилизатор в этом случае будет выполнять функции только ограничителя напряжения в момент включения и на холостом ходу. А после выхода блока питания на установившийся режим он автоматически отключается, значительно повышая экономичность блока.

ЛИТЕРАТУРА
1. Пожаринский Л. Маломощный блок питания. - Радио, 1978, №5, с. 56.
2. Кутергин Г. Простое зарядное устройство. - Радио,1978, №5,с.27.
3. Долин Е. Вариант зарядного устройства. - Радио,1983, №5,с.58.
4. Бирюков С. Простое зарядное устройство. - Радио,1997, №3,с.50.
5. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1997, №5, с. 48-50.
6. Прокопцев Ю. Еще об источниках питания с гасящим конденсатором. - Радио, 1998, №12, с. 46.
7. Алексеев С. Симметричные динисторы - в источниках питания. - Радио, 1998, №10, с. 70, 71.

Б. САДОВСКОВ
г. Челябинск
Радио №1, 2000

Источник: shems.h2.ru

www.qrz.ru

Блок питания для одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входных напряжений на LNK304

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Блок питания для одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входных напряжений на LNK304

Введение.

Для питания маломощной аппаратуры, не требующей гальванической развязки, от сети переменного тока 220В часто применяются бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором. Их преимущество - простота, минимум деталей и отсутствие моточных изделий (трансформаторов). Недостатки - малый ток, низкий КПД и нестабильность выходного напряжения и тока нагрузки. Пример такого блока показан на рисунке.

Рис. Типовая схема бестрансформаторного источника питания с гасящим конденсатором

Тем не менее они достаточно широко находят применение даже в заводских устройствах. Я вдоволь намучался с реле напряжения РН-40, которое начало чудить после двух лет работы, причина - блок питания, выполненый по варианту а). В более продвинутом РН-40А блок собран уже по варианту б). Затем как приличный кот из семьи радиолюбителей для себя, любимого, я собрал аналогичное устройство на МК - "Устройство защиты от критических изменений сети 220 Вольт" [1], но блок питания сделал уже по варианту б). Затем был собран"Трехканальный вольтметр на контроллере от Eddy71" [2] с запиткой от одной фазы. При установке в трехфазную розетку конденсаторный блок питания с питанием от одной фазы вызывал срабатывание УЗО. Запитка от трех фаз потребовала бы трех габаритных конденсаторов типа 1мкФ*630В и кучи диодов, т.к. для нормальной работы конденсатору нужен двухполупериодный выпрямитель. Опять чувство неудовлетворенности осталось.

Тут в городскую квартиру пришла беда - 380В, а все эти реле напряжения стоят на даче. Чтобы не воевать с ЖЭКом, купил заводские DigiTOP V-protector. Заявленое индицируемое (а значит и рабочее) напряжение 50-400В. Почему-то в интернет читать про них полез уже после покупки и был непрятно удивлен - там также стоит источник питания с гасящим конденсатором [3], выполненый судя по всему по варианту б), хотя я ожидал чего-то более серьезного.

На форумах прозвучала очень разумная фраза о том, что все устройства защиты должны выдерживать максимальное напряжение, чтобы на сгореть самим, а после возврата напряжения в норму снова включить нагрузку. А моя возня с конденсаторными блоками очень сильно уронила уровень доверия к ним.

 

Теоретическая часть.

Итак, нужен относительно простой, недорогой, компактный блок питания с выходным током до 100-150мА. Блок будет применяться в приборах с изолированым корпусом, не требующих частого контакта с человеком - типа щитовых вольтметров, реле напряжений и аналогичных устройств. (Для устройств, требующих гальваниченкую развязку или больший ток будем применять трансформаторные / импульсные блоки). Современная элементная база предлагает нам серию микросхем LinkSwitch-TN LNK304-306, но у них заявленый диапазон входных напряжений - 85-265VAC. Применение их в источниках питания описано, например в "Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика" [4], там же приводится сравнение с конденсаторными блоками.

А нам нужен блок питания со входным напряжением 40-400VAC!

Заинтересовала статья "Устройство защиты от перенапряжения 220В" [5], но два конденсатора по 3,3мкФ*450В это многовато по объему, да и сама входная часть вызвала вопросы, ответов на которые чтение форумов не дало. Первичный поиск радиолюбительских конструкций (т.е. собраных дома своими руками) также ничего не дал.

К счастью, на помощь пришли производители микросхем для источников питания. Более глубокий поиск дал Design Example Report, а именно - технологиию StackFET (добавление последовательно с ключом микросхемы внешнего МОП-транзистора). Статья называется "3 W Wide Range Flyback Power Supply using LNK304P" [6], и она же на русском - "Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети" [7]. Заявлены параметры: Input: 57 VAC - 580 VAC; Output: 12 V, 250 mA.

Очень круто, но для моих применений слишком сложная (в том числе требует намотки трансформатора), хотя идея прекрасная и есть гальваническая развязка.

Дальнейшие изыскания показали другое решение - "Импульсные источники питания ST для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии" [8] на VIPer17. Тут заявлено входное напряжение 90…440В, также есть гальваническая развязка (что снова требует намотки трансформатора), но зато для снижения прикладываемого к микросхеме напряжения применено более простое решение - линейный ограничитель-стабилизатор напряжения.

Чтобы избежать излишнего цитирования, выдержки из статей приводить не буду, но категорически советую почитать - познавательно и нужно для понимания вопроса.

 

Практическая часть.

И вот то, "ради чего все и писалось". Практическая схема бестрансформаторного импульсного блока питания от одно- и трехфазной сети с широким диапазоном входного напряжения.

Скомбинируем эти схемы. Преобразователь возьмем на LNK304 по стандартной схеме из даташита. Добавим к нему линейный ограничитель-стабилизатор напряжения, построенный на N-канальном транзисторе как в [8]. А вот выпрямитель сделаем однополупериодным, чтобы обеспечить прямое прохождение "нуля". Дело в том, что сборка [1] показала, что при отпускании реле (т.е. уменьшении потребляемого тока) измеренное напряжение подскакивает вольт на 10. Скорее всего это происходит из-за изменения падения напряжения на нижних диодах мостового выпрямителя.

Конечно, такая схема не обеспечит функционирование в случае пропадания нейтрали, но для правильности измерения так лучше. Для питания устройства, которое не требует прямой связи с "нулем", нужно использовать полноценную трехфазную четырехпроводную схему выпрямителя на двух мостиках, как в [6]-[8].

Расчет программой PIXls Designer 9 для LinkSwitch-TN LNK304: при VACmin=85V, VACmax=265V, FL=50, topology - Buck,

Vout, V 5 7
Iout, A 0.08-0.15 0.08
Cin, mkF 4.7 4.7 
Output Inductor (MIN), mkHn 311-610 421
Rbias, kOm 2.0 2.0
Cfb, mkF 10 10
Rfb, kOm 3.84 6.13
Rfb, kOm, мой (при R3=2К) 4.06 6.48

Расчет Rfb по стандартной формуле (для Vfb=1.65V) дает несколько другие результаты.

Плата разведена под конкретный корпус, поэтому сильно отличается от референсного дизайна, что не сказалось на работоспособности. От 220В (однофазного) запустилась сразу. При номиналах R3=2K, R1+R2=6K5 (4K7+1K8) выдает 6,7В на выходе (по расчетам - 7,01). Для проверки вначале нагружена на резистор 160 Ом (42мА), затем подключен вольтметр [2] с током потребления 36-40мА. С каждой из нагрузок по отдельности и с двумя нагрузками одновременно работает нормально.

Файл с платой не привожу, т.к схема очень простая (посмотрите как изящен референсный дизайн в даташите на LNK304) - развести под свои корпус и детали не составит труда.

 

 

 

 

 

Детали.

Все описано в даташите на микросхему [9]. "Любой стандартный дроссель подходит. Рекомендуется на гантельке". Дроссель L2 в целях экономии взят от БП АТХ, L1 - покупной, но я думаю, что при наличии L-метра можно и перемотать на гантельке. Конденсаторы C6-C7 пленочные на напряжение не менее 400В. C5 - на напряжение 400-450В, конденсатор C2 - LowESR, диод D1 обязательно UltraFast (UF4005), остальные диоды - дешевые медленные 1N4005-4007 (падение напряжения на D1 и D2 должно совпадать). Резисторы R1-R3 желательно (но не обязательно) прецезионные, т.к. есть возможность составить из двух. Транзистор Q1 - высоковольтный (2 Ом/600 В).

 

Испытания.

Испытания проводились на таком полигоне: выход ЛАТРа подключаем к половинке первичной обмотки (т.е. 110В) ТС-180. С полной первички (220В) снимаем напряжение на схему (вторичка ТС-180 не истпользуется). Т.е. ТС-180 включен как автотрансформатор с коэффициентом 1:2.

Выставляем на ЛАТРе 110В - на ТС-180 и входе схемы будет около 220В, на C5 - около 300В. Плавно повышаем, с какого-то момента (около 250-260В на входе блока) напряжение на конденсаторе на C5 застабилизировалось на 350В, что говорит о правильной работе линейного ограничителя-стабилизатора.

Затем подключаем блок напрямую к ЛАТРу и снижаем напряжение. У меня блок работал до напряжения на входе 60В, выдавая стабильное выходное 6.7В. Выход достаточно чистый, пульсации минимальные.

Таким образом диапазон входного напряжения составляет 60-400VAC! Что полностью меня устраивает.

Возможно, будет работать и при более высоком напряжении - не проверял. При более низком, как я понимаю будет зависеть от экземпляра LNK30х, т.к PIXls Designer 9 намекает, что минимальное входное постоянное напряжение должно быть более 70В. Кто сможет более квалифицировано протестировать этот блок - милости прошу!

Микросхемы LNK304-306 позволяют строить блоки с выходным током до 360мА, что недостижимо для источников с гасящим конденсатором, т.к там действует эмпирическая формула - 1мкФ гасящей емкости на 60мА выходного тока. Представьте себе для 360мА пленочный конденсатор 6мкФ*630В!

Да и КПД вместе с потребляемым от сети током впечатляет, даже с учетом возможной погрешности измерения тестером DT-5808

Vin, V Iпот, mA
конденсаторный блок блок на LNK304
100 31 6.2
150 46 4.3
220 68 3.2
250 78 3

Т.е. у блока на LNK304 потребляемая мощность практически неизменна (как и должно быть), а у конденсаторного - растет с повышением напряжения, т.к. излишки гасятся параллельным стабилизатором (на стабилитроне, транзисторе или тиристоре).

Единственным существенным недостатком является отсутствие гальванической развязки, но для устройств, полностью изолированых от корпуса, это непринципиально. А удорожание конструкции за счет приобретения микросхемы и транзистора полностью компенсируется огромным диапазоном входных напряжений, увеличенным выходным током и стабильным выходом.

Теперь понятие "бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором" для меня больше не существует.

Внимание! Схема не имеет гальванической развязки с сетью, при тестировании и наладке будьте предельно осторожны!

А вот собственно и трехфазный вольтметр, для которого блок питания и собирался (да, такое вот напряжение на даче по фазам):

 

 Литература.

  1. "Устройство защиты от критических изменений сети 220 Вольт" - https://radioded.ru/skhema-na-mikrokontrollere/ustroystvo-zaschity-ot-kriticheskih-izmeneniy-seti-220-v
  2. "Трехканальный вольтметр на контроллере от Eddy71" - https://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=2461
  3. "Реле напряжения DigiTOP V-protector 40A. Испытания" - https://www.mastercity.ru/forums/elektrika-i-slabotochka/elektrika/t123766-rele-napryazheniya-digitop-v-protector-40a-ispytaniya/
  4. "Недорогой вариант импульсного источника питания для электросчетчика" - https://www.qrz.ru/schemes/contribute/power/integrations/10.shtml
  5. "Устройство защиты от перенапряжения 220В" https://radiokot.ru/circuit/digital/security/05/ или https://electromost.com/index/0-19, форумы https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=25&t=95164&p=2237202#p2237202 и https://electromost.com/forum/2-12-3.
  6. "3 W Wide Range Flyback Power Supply using LNK304P" - DER-58 datasheet, в интернете.
  7. "Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети" - например, здесь https://www.terraelectronica.ru/show_pdf.php?pdf=/files/mail/01.pdf
  8. "Импульсные источники питания ST для однофазных и трехфазных счетчиков электроэнергии" - https://www.compel.ru/producer/st-microelectronics/
  9. LNK304-306 LinkSwitch-TN Family datasheet.

Файлы:
Разработка источника питания с широким диапазоном входного напряжения для промышленной трехфазной сети

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru

Из чего состоит импульсный блок питания часть 2

Я уже выкладывал видео по отдельным частям блока питания, но подумав решил, что делал это неправильно, а точнее, не совсем последовательно и решил исправиться.
Этой статьей я начинаю небольшой цикл из серии - "как это работает", где попробую показать поочередно все узлы типового импульсного блока питания, а также рассказать их предназначение и возможные места отказа компонентов.

Как я уже рассказывал, типовой блок питания состоит из следующих узлов:
1. Входной фильтр и выпрямитель с фильтрующими конденсаторами.
2. ШИМ контроллер и транзисторы инвертора.
3. Силовой трансформатор и цепи гашения выбросов.
4. Выходной выпрямитель, конденсаторы выходного фильтра и цепь обратной связи.

Если нарисовать упрощенную блок схему, то выглядеть это будет так. Бывают конечно некоторые исключения, но в целом картина будет очень похожа.
В качестве исключения скажу, что еще существуют блоки питания с переключаемыми конденсаторами, но это уже экслюзив.

Почти все узлы в свою очередь можно также разделить на составляющие части, потому возможно я буду описывать это отдельно, но сегодня я расскажу о том, с чего начинается импульсный блок питания. Например в планах выделить отдельное видео для описания корректоров коэффициента мощности.
А начинается блок питания со входного помехоподавляющего фильтра, выпрямителя и фильтрующих конденсаторов.

Первой идет защита, включающая в себя предохранитель, варистор, термистор и резистор для разряда входного помехоподавляющего конденсатора

Вторым идет фильтр от помех, попадающих от блока питания в сеть.
Он включает в себя конденсаторы Х и Y классов, а также синфазный дроссель.

Ну а последним будет выпрямитель и фильтрующие конденсаторы.

Хотя я уже рассказывал о входном фильтре и элементах защиты, но все таки немного отвлекусь на них и здесь.
Нормальный входной фильтр выглядит примерно так.

Как вариант так. Здесь также виден дроссель, конденсаторы, предохранитель и варистор.

Или вот фильтр блока питания Менвелл.

Вообще как я говорил, фильтр импульсного блока питания вещь не только важная, а часто и довольно сложная. иногда сложность и количество элементов фильтра становится сопоставимой с простеньким блоком питания. Например вот схема более сложного фильтра.

Кстати, подобные фильтры продаются как отдельные устройства, например от того же Менвела.

Мало того, сверху производитель даже указал схему, что весьма непривычно.
Вообще подобные фильтры попадались в отечественной компьютерной технике, до сих пор дома один такой лежит.

Но в любом случае ключевым элементом фильтра является двухобмоточный дроссель, благо определить его наличие весьма несложно.

Но попадаются весьма экономичные производители (которым не мешало бы по рукам надавать), которые вместо него ставят перемычки, понятно что они ничего не фильтруют.
Чаще всего они попадаются в самых дешевых блоках питания. Хотя у меня были исключения, в дорогом блоке были, а в дешевом стоял дроссель.

Не менее важным элементом является предохранитель. Для начала они бывают разные, а то и вообще заменяются резистором.
Нет, конечно есть специальные резисторы, но в итоге ставят обычные.
Для начала предохранители бывают разных типов и размеров. Такой маленький как на фото я бы не назвал хорошим.

А вот правильный вариант, он мало того что больше, так еще и защищен термоусадкой. И дело не в том, что больше - лучше, мы ведь не по Фрейду определяем размер предохранителя. Просто у большего предохранителя больше расстояние между выводами, потому разрыв цепи более надежен.

Обычно принято считать, что предохранитель должен защищать технику. Это так, но лишь наполовину. Если в схеме стоит варистор, то в случае превышения напряжения он начнет его ограничивать и в итоге спалит предохранитель, защитив тем самым технику. Мне попадалась фирменная техника, на которую подавали более 300 Вольт после отгорания нуля, после замены варистора и предохранителя все работало как и раньше.
Если варистора нет, то предохранитель выполняет только функцию защиты вашей электропроводки.

Маркировка варисторов очень проста. Три цифры, первые две значение, третья - множитель. Например в блоках питания ставят варисторы на 470 Вольт, маркировка 471.

Ну и конечно же конденсаторы. Я рассказывал о них в отдельном видеоролике, потому коротко.
Во первых конденсаторы Y типа легко спутать с варисторами, так как они имеют похожую маркировку, цвет и размеры. но у варисторов обычно маркировка проще, а Y конденсаторы толще и меньше. потому просто внимательно читайте маркировку.
С конденсаторами X типа, на фото он справа, все гораздо проще, ищем маркировку X1 или X2, а также указание рабочего напряжения.

Безопасные конденсаторы обычно имеют больше количество маркировки, потому отличить их можно даже по внешнему виду.

И соответственно X типа. Они бывают еще в корпусе голубого цвета, их можно увидеть в начале видео.

Следующим после всех фильтров идет выпрямитель. Его задача проста, получить из переменного тока постоянный, но и здесь могут ждать сюрпризы.
Обычно для выпрямления в импульсных блоках питания применяют диодный мост, это как бы понятно и естественно.

Но некоторые производители умудряются экономить даже на этом. У меня где-то валяются копеечные блоки питания в которых применен однополупериодный выпрямитель, а по сути только один диод.
В таком варианте уровень пульсаций на выходе выпрямителя будет существенно больше при той же емкости. Его конечно можно доработать, установив недостающие три диода, но если на нем так сэкономили, то дешевле его выкинуть.

Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, либо на базе диодной сборки, что конечно куда удобнее.

Кстати меня как-то спрашивали, а надо ли устанавливать диодную сборку на радиатор. Скажем так, это зависит от многих факторов, но если блок питания имеет пассивное охлаждение, то лучше привинтить к ней небольшой радиатор, например как сделано в блоках питания Менвелл.
Причем на фото блок питания мощностью всего 150 Ватт.

У блоков питания небольшой мощности чаще всего стоит только один конденсатор, хотя мне встречались и исключения.
Чаще всего эти блоки питания рассчитаны на широкий диапазон питающего напряжения.

У более мощных блоков питания вы скорее всего увидите вот такой переключатель. Он позволяет переключать диапазон входного напряжения в режим 110 или 220 Вольт.

При этом рядом будут находиться два конденсатора. Это все конечно необязательно, бывают мощные блоки питания с одним конденсатором и об этом я обязательно расскажу, Также встречаются маломощные с двумя конденсаторами, просто чаще всего сделано так, как видно на фото.

В сети я встречал заблуждения и некоторое непонимание процессов, происходящих при переключении напряжения, попробую объяснить.
В обычном для нас режиме выключатель разомкнут и к выходу диодного моста подключены два последовательно включенных конденсатора.
Резисторы нужны для разряда конденсаторов и небольшого выравнивания напряжения на них.

Так как не у всех в розетке 220 Вольт, а иногда бывает и в два раза меньше, то придумали простой вариант переключения.
Если замкнуть выключатель, то средняя точка соединения конденсаторов подключается к одному из входных контактов, диодный мост при этом начинает работать как два диода.

Если диоды поставить немного по другому, то схема становится более понятной.

И превращается в два однополупериодных выпрямителя, но включенных так, что один заряжает первый конденсатор от положительной полуволны, а второй делает то же самое со своим конденсатором, но от отрицательной. В итоге два меньших напряжения складываются и получаются полные 300-310 Вольт. Называется эта схема - выпрямитель с удвоением напряжения. Такой финт возможен только на переменном токе, благо много лет назад он выиграл в соревновании с постоянным.

Но у такого решения есть и небольшой минус. Так как схема работает в режиме удвоения, то если замкнуть выключатель при наших 220 Вольт, можно получить печальный результат. Выпрямитель попытается зарядить конденсаторы до напряжения в 310 Вольт каждый, а они обычно рассчитаны всего на 200.
В лучшем случае у них вздуются крышки и вся комната будет напоминать банку с молоком.

Но у меня были случаи и похуже, когда конденсатор просто разрывало и на плате оставалось только резиновое донышко.

Главное в такой ситуации, чтобы отлетевшая крышка не попала куда нибудь в важный орган, например глаз.

Следующий важный вопрос, который мне задают очень часто, это как определить необходимую емкость входного конденсатора.
Обычно рекомендуется емкость в микрофарадах равная мощности блока питания в Ваттах, но здесь также есть свои нюансы, попробую рассказать и показать на графиках.
В первом примере сетевое напряжение нормальное и емкость с запасом, видны небольшие пульсации.

Вот входное напряжение немного просело, все в порядке, за исключением того, что пульсации приблизились к желтой зоне, но пока это не критично.

Вернем напряжение в норму, но увеличим нагрузку. сразу видно что растет размах пульсаций, такой режим уже может быть вреден для входного конденсатора, в итоге у него снижается срок службы.

Оставим ту же мощность, но снизим входное напряжение. Амплитуда пульсаций немного возрастает, так как недостаток напряжения инвертор пытается компенсировать большим временем, в течение которого отбирается энергия от конденсатора. Вредно, но все работает.

Опустим напряжение еще ниже, ведь бывают такие ситуации, причем не обязательно на длительное время, например запуск компрессора холодильника или кондиционера при слабой сети может дать заметную просадку.
Напряжение на конденсаторе падает ниже красной зоны, т.е. на выходе блока питания мы увидим пульсации с частотой 100 Герц, это уже плохо.

Еще один эксперимент, поднимем немного напряжение, но уменьшим емкость конденсатора, результат такой же как и был, только размах пульсация стал больше, теперь это еще и очень вредно для конденсатора.

В приличных блоках питания обычно ставят конденсатор с большим запасом, это необходимо для стабильной работы в широком диапазоне питающего напряжения и увеличения срока службы конденсаторов.
Например блок питания монитора, мощность около 40-50 Ватт, конденсатор стоит с емкостью в 120мкФ, хотя при расчете только для 220 Вольт хватило бы и 47-56 мкФ. Мы же не думаем что производитель сделал это по доброте душевной.

Для улучшения параметров блока питания можно увеличить емкость конденсаторов, например поставив параллельно еще пару. но учтите, конденсаторы обязательно должны иметь одинаковую емкость, а желательно еще и быть при этом одинаковыми.

Так поступают производители некоторых блоков питания, здесь четыре конденсатора попарно соединены параллельно-последовательно.

Но также можно поставить один конденсатор по общей шине 310 Вольт, но в этом случае он должен быть минимум на 400 Вольт.

Я так дорабатывал блоки питания для мощного регулируемого блока. Ниже видно выпаянный переключатель входного напряжения, рекомендую делать это и другим, так как раз в год и выключенный блок питания может сгореть. 🙂

Еще один популярный вопрос, какие конденсаторы лучше ставить, фирма, марка и т.п.
В китайских блоках питания часто стоят либо подделки под фирменные, либо просто дешевые безымянные конденсаторы. Они конечно хуже чем фирменные, но практика показывает, что в данной цепи это не критично.

Главное чтобы конденсатор не оказался "матрешкой", потому лучше измерить им емкость и дальше принять решение, поменять или добавить им дополнительно другие.

В фирменных блоках питания конечно стоят нормальные конденсаторы, подделки или безымянные не попадались.

А теперь по поводу производителей. На самом деле к качеству входного конденсатора предъявляются не такие жесткие требования как в выходным. Но если хочется как лучше, то я бы советовал отказаться от нонейма и посмотреть в сторону фирменных конденсаторов.
Выбор их довольно большой, например Ниппон.

Или Samwha, которая раньше была Самсунгом, относительно недорого и качественно.

Nichikon, но они стоят дороже и попадаются реже.

Рубикон также хорошие конденсаторы, вот только жаль что их и подделывают довольно часто. Например в примерах выше они называются РубиконГ, как вы понимаете это совсем другое.

Кроме того рекомендую весьма хорошие конденсаторы CapXon серии KF

Или Jamicon.

Под конец я оставил вопрос, который мне задают немного реже, но тем не менее он также важен для правильного выбора конденсаторов фильтра.
Меня спрашивали о том, с какой максимальной рабочей температурой купить конденсаторы для замены родных в блоке питания.
По большому счету нормально будут работать и 85 и 105 градусов, но если ваш блок питания имеет пассивное охлаждение, то я рекомендовал бы применить конденсаторы рассчитанные на 105 градусов, в таком блоке питания они будут жить дольше. Если блок питания имеет активное охлаждение, то я не думаю что вы заметите существенную разницу.

Напоследок несколько фото уже почти раритетного блока питания. Этот блок был установлен в каком-то старом компьютере, если не путаю, болгарского производства. Там же была и клавиатура на датчиках Холла, при этом выполненная в металлическом корпусе, вещь практически неубиваемая, но от нее остались только кнопки с датчиками, теперь жалею что разобрал.
Так вот это блок питания с пассивным охлаждением и активным корректором мощности, т.е фактически тем, что сейчас продвигают как важную особенность. А 30 лет назад это уже было и довольно широко использовалось.
Блок имеет мощность в 270 Ватт, хотя на самой плате указано 260 Ватт. Выходные напряжения только 12 и 5 Вольт.
Произведен фирмой Boschert. Но как же я был удивлен узнав, что они даже вполне продаются, правда восстановленные.

А вот так выглядит мой блок питания. Возможно устрою ему отдельную фотосессию, думаю что он это заслужил 🙂
Извините за пыль, все таки много лет на балконе + переезд и ремонт в квартире.

На этом сегодня все, как всегда жду вопросов и предложений тем для новых видео и обзоров.

Опять чуть не забыл, собственно видео. Снимал первый раз в таком формате, если имеет смысл делать и дальше так, то пишите.

www.kirich.blog

alexxlab

leave a Comment