Попалось оборудование DES-1228, решил изучить внутренности в плане блоков питания устройств. На фото представлены два блока питания от одного и того же оборудования, только разных модификаций.
Верхнее более раннее, IES1228ME.A1G
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Нижнее более позднее, IES1228ME.A2G
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Блок питания DES-1228. (SU40-6120333-T) Версия 3.33А
Внутренности коммутатора DES-1228. Места для блока питания — куча
Смотрим что же написано. Версия более ранняя IES1228ME.A1G
Версия железа A1, версия прошивки 1.00.В04. И характерная надпись с описанием.
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Сам блок выглядит солидно, все таки на ток рассчитан до 3.3А (по сравнеинию с его последующим собратом в 2А) две пластины с охлаждением полевого транзистора и сдвоенного диода.
Правая часть — высоковольтная (вход), левая — низковольтная(выход). ШИМ на микросхеме nL01. Не нашел описание на эту микруху.
Поизучал и перерисовал схему блока питания. (вероятно, что-то и мог упустить). Красным обозначены элементы которые в схеме должны стоять, но их нет.
В этой версии: — со стороны смд компонентов — отсутствуют 5-ть элементов (это резисторы не запаяны и конденсаторы) — со стороны остальных компонентов отсутствует дроссель L1 на входе, он заменен обычными перемычками (удешевнение конструкции) — не запаяно три компонента (конденсатор и пара фильтрующих Y-конденсаторов CY2,CY3)
Блок питания DES-1228. (SU25-3120200-T) Версия 2А
Места внутри столько же. Блоки питания взаимозаменяемые, крепление соответственно одинаковое.
Более поздняя версия, IES1228ME.A2G
Смотрим что же написано. Версия выше IES1228ME.
A2G
Версия железа A2, версия прошивки 1.00.В06. Характерная надпись отсутствует.
Упрощение номер 1. Экономим на краске )
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.0А OUTPUT: 12V = 2A
Блок выглядит менее солидно. Охлаждение намного меньше. Конденсатор в высоковольтной цепи — меньше. Трансформатор меньше. Упрощение номер 2. Экономят на выходном токе
Правая часть — высоковольтная (вход), левая — низковольтная(выход). ШИМ на микросхеме JbP3. Не нашел описание на эту микруху.
Опять посидел какое-то время за изучением, появилась схема блока питания. (возможно что-то и не учел)
Ниже привел две схемы обоих блоков. Красным перечеркнуты элементы которые в одном блоке отсутствуют.
Сравнение: — не понятно назначение шунтирующей цепи из резистора и диода в цепи затвора полевого транзистора Q1 (R27, D22) (блок 2А) — в блоке 2А появляется резистор R7 97k на 3-м выводе шим. — в блоке 3.3А есть связь между обной обмоткой трансформатора T1 и 4-м выводом шим через резистор R3, R6 (750к). в блоке же 2А эта связь отсутствует — конструкция 2А блока упростилась, упразднен дроссель L по выходу (конструктивно не предусмотрен). И конденсатор С6 отсутствует — в остальном схемы идентичны (может просто номиналы немного отличаться).
Поднимаем выходное напряжение блока питания
Mail1977 подсказал, помог. А не увеличить ли нам напряжение блока питания, чтоб запитать большее число светодиодов в одной цепочке. Скажем чтоб запитать 6-ть светодиодов с падением напряжения на каждом в 3.2В потребуется увеличить напряжение до 19,5В (3.2 х 6 = 19.2 В). У нас светодиоды 1Вт с падением напряжения от 3.2В до 3.4В. Поэтому предел напряжения от 19,2В до 20.4В.
Блок питания построен на «управляемом стабилитроне» TL431.
Для тех кто хочет заглянуть поглубже и посмотреть внутренности, есть статья «Реверс-инжениринг TL431» habrahabr.ru/post/257387/
На схеме на управляемый вход подключен делитель из резисторов R10(3.9к) и R13 (1к). Если вместо R10 (синим на схеме выделено)
подключить подстроечный резистор номиналом в 10к Ом, выставив на нем значение в 3.9к и крутить плавно, то и выходное напряжение будет изменяться. ПРи увеличении сопротивления будет увеличиваться выходное напряжение. Но не более того что указано на выходных конденсаторах (25В). У меня выше 21-22В не удавалось поднять. Теоретически если заменить конденсаторы с 25В на 50В, то можно попробовать еще поднять напряжение.
Аналогично если будем уменьшать сопротивление, то и выходное напряжение будет уменьшаться. Выставляем нужное напряжение подстроечным и потом запаиваем смд резистор с более подходящим номиналом. Для более точной подборки можно комбинировать из двух последовательно соединненных резисторов номиналы.
Опытным путем подобрал резисторы. Вместо R10 в 3к9 запаял 6.8k + 510 Ом (7.3к получилось). Для светодиодов 3Вт падение напряжения в пределах 3.2 — 3.8В на светодиод. Значит выходное суммарное напряжение для 6-ти светодиодов — (20.4 — 22.8В) Выбрал 3.5В для одного светодиода, а для цепи 21В.
Если мы стабилизируем напряжение, то и ток будет в цепи постоянный. Ток для 3Вт светодиода настроил на 640 — 700мА (что-то из этого предела, сейчас точно не знаю, но он постоянный)
Вывод: — блоки питания устройств совершенствуются в сторону упрощения расходов — есть возможность простым способом повысить выходное напряжение БП
Самое интересное
Блок питания более ранний тот что на 3.3А не удалось повысить выше 17В, далее при увеличении сопротивления в плече TL431 лампы начинают мигать и напряжение на выходе скакать… В общем блок SU40-6120333-T (OUTPUT: 12V = 3.33A) можно будет использовать на напряжение не выше 17В…
Попалось оборудование DES-1228, решил изучить внутренности в плане блоков питания устройств. На фото представлены два блока питания от одного и того же оборудования, только разных модификаций.
Верхнее более раннее, IES1228ME.A1G
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Нижнее более позднее, IES1228ME.A2G
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Блок питания DES-1228. (SU40-6120333-T) Версия 3.33А
Внутренности коммутатора DES-1228. Места для блока питания — куча
Смотрим что же написано. Версия более ранняя IES1228ME.A1G
Версия железа A1, версия прошивки 1.00.В04. И характерная надпись с описанием.
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.2А OUTPUT: 12V = 3.33A
Сам блок выглядит солидно, все таки на ток рассчитан до 3.3А (по сравнеинию с его последующим собратом в 2А) две пластины с охлаждением полевого транзистора и сдвоенного диода.
Правая часть — высоковольтная (вход), левая — низковольтная(выход). ШИМ на микросхеме nL01. Не нашел описание на эту микруху.
Поизучал и перерисовал схему блока питания. (вероятно, что-то и мог упустить). Красным обозначены элементы которые в схеме должны стоять, но их нет.
В этой версии: — со стороны смд компонентов — отсутствуют 5-ть элементов (это резисторы не запаяны и конденсаторы) — со стороны остальных компонентов отсутствует дроссель L1 на входе, он заменен обычными перемычками (удешевнение конструкции) — не запаяно три компонента (конденсатор и пара фильтрующих Y-конденсаторов CY2,CY3)
Блок питания DES-1228. (SU25-3120200-T) Версия 2А
Места внутри столько же. Блоки питания взаимозаменяемые, крепление соответственно одинаковое.
Более поздняя версия, IES1228ME.A2G
Смотрим что же написано. Версия выше IES1228ME.
A2G
Версия железа A2, версия прошивки 1.00.В06. Характерная надпись отсутствует.
Упрощение номер 1. Экономим на краске )
Блок питания с характеристиками INPUT: 100-240V
50/60Гц 1.0А OUTPUT: 12V = 2A
Блок выглядит менее солидно. Охлаждение намного меньше. Конденсатор в высоковольтной цепи — меньше. Трансформатор меньше. Упрощение номер 2. Экономят на выходном токе
Правая часть — высоковольтная (вход), левая — низковольтная(выход). ШИМ на микросхеме JbP3. Не нашел описание на эту микруху.
Опять посидел какое-то время за изучением, появилась схема блока питания. (возможно что-то и не учел)
Ниже привел две схемы обоих блоков. Красным перечеркнуты элементы которые в одном блоке отсутствуют.
Сравнение: — не понятно назначение шунтирующей цепи из резистора и диода в цепи затвора полевого транзистора Q1 (R27, D22) (блок 2А) — в блоке 2А появляется резистор R7 97k на 3-м выводе шим. — в блоке 3.3А есть связь между обной обмоткой трансформатора T1 и 4-м выводом шим через резистор R3, R6 (750к). в блоке же 2А эта связь отсутствует — конструкция 2А блока упростилась, упразднен дроссель L по выходу (конструктивно не предусмотрен). И конденсатор С6 отсутствует — в остальном схемы идентичны (может просто номиналы немного отличаться).
Поднимаем выходное напряжение блока питания
Mail1977 подсказал, помог. А не увеличить ли нам напряжение блока питания, чтоб запитать большее число светодиодов в одной цепочке. Скажем чтоб запитать 6-ть светодиодов с падением напряжения на каждом в 3.2В потребуется увеличить напряжение до 19,5В (3.2 х 6 = 19.2 В). У нас светодиоды 1Вт с падением напряжения от 3.2В до 3.4В. Поэтому предел напряжения от 19,2В до 20.4В.
Блок питания построен на «управляемом стабилитроне» TL431.
Для тех кто хочет заглянуть поглубже и посмотреть внутренности, есть статья «Реверс-инжениринг TL431» habrahabr.ru/post/257387/
На схеме на управляемый вход подключен делитель из резисторов R10(3.9к) и R13 (1к). Если вместо R10 (синим на схеме выделено)
подключить подстроечный резистор номиналом в 10к Ом, выставив на нем значение в 3.9к и крутить плавно, то и выходное напряжение будет изменяться. ПРи увеличении сопротивления будет увеличиваться выходное напряжение. Но не более того что указано на выходных конденсаторах (25В). У меня выше 21-22В не удавалось поднять. Теоретически если заменить конденсаторы с 25В на 50В, то можно попробовать еще поднять напряжение.
Аналогично если будем уменьшать сопротивление, то и выходное напряжение будет уменьшаться. Выставляем нужное напряжение подстроечным и потом запаиваем смд резистор с более подходящим номиналом. Для более точной подборки можно комбинировать из двух последовательно соединненных резисторов номиналы.
Опытным путем подобрал резисторы. Вместо R10 в 3к9 запаял 6.8k + 510 Ом (7.3к получилось). Для светодиодов 3Вт падение напряжения в пределах 3.2 — 3.8В на светодиод. Значит выходное суммарное напряжение для 6-ти светодиодов — (20.4 — 22.8В) Выбрал 3.5В для одного светодиода, а для цепи 21В.
Если мы стабилизируем напряжение, то и ток будет в цепи постоянный. Ток для 3Вт светодиода настроил на 640 — 700мА (что-то из этого предела, сейчас точно не знаю, но он постоянный)
Вывод: — блоки питания устройств совершенствуются в сторону упрощения расходов — есть возможность простым способом повысить выходное напряжение БП
Самое интересное
Блок питания более ранний тот что на 3.3А не удалось повысить выше 17В, далее при увеличении сопротивления в плече TL431 лампы начинают мигать и напряжение на выходе скакать… В общем блок SU40-6120333-T (OUTPUT: 12V = 3.33A) можно будет использовать на напряжение не выше 17В…
Домашний мастер часто сталкивается с поломками сложной бытовой техники из-за отказов ее электрической схемы. Не всегда удается сразу выполнить такой ремонт. Часто требуются знания про импульсные блоки питания, принципы работы их составных частей.
Такие работники популярны, всегда востребованы, заслуживают уважения. Однако не все так сложно в этом вопросе, как кажется на первый взгляд.
Я выделил 7 правил, по которым работает любой ИБП, постарался объяснить их простыми словами для новичков. А что получилось — оценивайте сами.
Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.
Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.
Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.
Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.
Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций
Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:
- в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
- импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.
Причины появления помех в бытовой сети:
- апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
- работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
- последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.
Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.
Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.
Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.
Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)
Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.
Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.
Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.
Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.
Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.
Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.
Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.
У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.
Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.
Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.
У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.
Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.
Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.
Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.
▍ Блокинг-генератор
На этот источник напряжения я возлагал самые большие надежды, он очень прост, миниатюрен, и требует минимального количества деталей. Единственное, что ему требуется дефицитный трансформатор ТН30-220-400 или необходимо мотать трансформатор самостоятельно. Трансформатор, к счастью, удалось найти на блошином аукционе, где-то в Омске.
Всё началось с комментария radiolok
… Но блокинг-генератор с этим вполне справится. Я решил взять за основу трансформатор ТН30-220-400. 4 обмотки по 6.3В будут в роли первички, 13.5Вт выходной мощности, железо уже рассчитано на 400Гц.
Ниже в ветке было пояснение:
транзистор Т2 и далее — выкидываем, в качестве Тр1 ставим ТН30-220-400. из 4-х обмоток на 6.3в три штуки параллелим — это будет основная w2, вторую — на ОС(w1) бывшая первичка станет вторичкой. Питание будет уже 5-6В.
Скажу сразу, что в объединении обмоток смысла не оказалось, это никак не влияет на работу схемы (что логично), а ток ограничивается резистором (R1 на схеме ниже), и он даже в самом худшем случае не будет превышать номинального тока одной обмотки. Но я честно проверил этот вариант, объединял обмотки, потом разъединял (ну надо же проверить гипотезу). Чтобы не путать читателя, я приведу другую, более наглядную схему из той же книги А.В. Касименко «Электролюминесцентные буквенно-цифровые индикаторы».
Напряжение питания у меня регулируемое. Резистор R1 ограничивает ток, который протекает через обмотку трансформатора и транзистор. Резистор R2 и конденсатор C определяет период работы этого генератора, по следующей формуле (из той же книги):
Таким образом, частота получается: Если взять резистор R2 = 50к, конденсатор оставить таким же, то в результате мы получим частоту 400 Гц, как нам и нужно. Когда я подбирал транзистор, то не особо морочился, открыл известный сайт и выбрал первый попавшийся на глаза транзистор NPN на 140 МГц, 160 В, 1,5 А —
2SB649AC
.
Хочу отметить один момент, что в указанной выше книге используются самодельные трансформаторы, с определёнными параметрами, а не заводские решения. В целом, намотать трансформатор проблем нет, нужно только время и терпение. Однако, у меня нету ни феррита, ни намоточного провода, ни терпения, поэтому решил обойтись тем что есть.
Приведу схему трансформатора ТН30-220-400
. Обратите внимание на точки в схеме блокинг-генератора из книги, и на точки в схеме трансформатора. Если включить их в противофазе, то работать не будет.
Схема трансформатора.
В качестве обмотки W1 выступала обмотка 3-4, в качестве обмотки W2 — обмотка 5-6. Вторичная обмотка W3, соответственно 1-2. На выходе обмотки я поставил токоограничивающий резистор 1 кОм.
Собираем всю схему на макетке и проводим испытания. Сколько я не бился, с параметрами резистора R2 и конденсатора, дающие 400 Гц, у меня не удалось зажечь ни одного сегмента ЭЛИ, только пробитые единичные точки иногда зажигались. Единственное, что удалось хоть как-то зажечь, была неоновая лампочка.
Слабо светится неоновая лампа.
Видны одиночные импульсы, период между ними в действительности 400 Гц, но очень большой период просто тишины. Как я понял, это определяется индуктивностью обмотки, потому что параметры резистора-конденсатора определяли только периодичность следования импульсов. Провозившись несколько вечеров с этой простенькой схемой, пришёл к номиналам R2 = 10 кОм (как в схеме из книги в данном посте), — это 20 кГц частота, которую выдаёт генератор, и она на пределе частоты пропускной способности трансформатора. При этих номиналах, мне удалось даже зажечь индикаторную лампу ИН-12А.
Осциллограмма полученного сигнала следующая (стоит делитель 1:10).
На самом деле, только об одном блокинг генераторе можно было бы написать отдельную статью, с кучей измерений, осциллограмм и прочего. Но я не получил с него сколь-нибудь вменяемого результата, при всей простоте решения. Скорее всего не подходит трансформатор под данную задачу, возможно я что-то делал не так. В любом случае выходной ток невероятно мал, и напряжение просаживается от любой минимальной нагрузки, даже такой, как один сегмент
ИЭЛ.
Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция
В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.
Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.
▍ Делаем DC-AC преобразователь на Arduino из доступных материалов
Как я уже сказал, накальный трансформатор, не сказать, чтобы прям редкость, но маловероятно, что он есть у вас дома. Да и напряжение 6,3 вольта сегодня достаточно редкое. А вот точно, что у вас есть дома — это трансформатор на 12 В, из какого-нибудь старого блока питания. Например, вот из такого:
В результате для сборки повышающего DC-AC преобразователя нам понадобится:
- Arduino
- Драйвер двигателя L298N
- Блок питания, в идеале регулируемый, но подойдёт и на 12 В
- Трансформаторный блок питания на 12 В
По теме блоков питания, всё просто, если вы найдёте БП на 9 вольт, то и питать всю схему нужно будет от 9 В.
Проверяем, что блок питания рабочий, и далее разбираем его. Эти адаптеры просто склеивают, и разбирать их надо также как кокос: по периметру, прямо по шву обстукиваем молотком, как появился щель, то вставляем плоскую отвёртку в неё и раскрываем его. Если наловчиться, то можно разбирать, полностью сохраняя корпус.
Вскрытый блок питания.
Блок питания устроен очень просто: трансформатор, на выходе диодный мост и фильтр на одном конденсаторе. Платка с диодным мостом и конденсатором нам более не нужна и смело отпаиваем её.
Далее собираем всё по следующей схеме:
Заливаем прошивку, и всё должно работать сразу из коробки.
Неоновая лампа светится.
Напряжение в данном случае равно 210 В. Поскольку у меня регулируемый блок питания, то это не проблема.
Очень интересно посмотреть осциллограммы работы этого устройства. Обращаю внимание, что амплитудное значение напряжения меандра совпадает с действующим значением.
Осциллограмма холостого хода.
Голубой цвет — это напряжение на входе трансформатора, жёлтое — это на выходе. Видны выбросы при смене фазы «меандр курильщика». Связано с пропускной способностью трансформатора. Но он проходит сразу же при приложении небольшой нагрузки. Пример той же осциллограммы при подключении неоновой лампы.
Осциллограмма под нагрузкой.
Преобразователь вышел достаточно мощный, и даже в состоянии зажечь лампу. Хотя мой блок питания с трудом потянул такую нагрузку, и хорошо так просел по току и напряжению. Но лампа светилась.
Более серьёзная нагрузка.
Любопытно также взглянуть на полученную осциллограмму.
Видна просадка по напряжению.
Очень интересно, как трансформатор справляется с высшими гармониками, вполне без проблем их пропуская. Напомню мою статью «Гармонические колебания», где я подробно рассказывал о том сколько гармоник в меандре. Это говорит о том, что этот трансформатор вполне подойдёт для использования в качестве звукового.
Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками
Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.
На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.
Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).
Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.
ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.
Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.
За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.
▍ С чего всё начиналось
Впервые я столкнулся с электролюминесцентными индикаторами (далее по тексту ЭЛИ) ещё в детстве, когда дядя показывал, как он работает, просто тыкая проводами в розетку. Но тогда ни знаний, ни умения у меня не было, но желание разобраться с ними осталось. Затем radiolok на своём лайв-канале начал выкладывать кучу видео, про его эксперименты с данными индикаторами. В результате я загорелся и купил несколько индикаторов ИЭЛ-0-IX 131-27
. Индикаторы БУ, работоспособность их неизвестна, и как проверить тоже непонятно. Питание для них требуется ~220В 400Гц, а лучше всего 1200Гц 180В. Первая мысль — это попробовать сунуть в розетку, для проверки работоспособности. Когда я сделал это, то у меня на глазах тут же случился пробой одного сегмента, потому что в розетке у нас по стандарту 230 В, а амплитудное значение будет выше уже не на 10 В, а на 14! Почему так происходит, разберёмся чуть позже. В результате я встал перед проблемой создания своего регулируемого источника питания для этих устройств.
Устройства индикации, где нужно высокое напряжение.
На самом деле, не только ЭЛИ требуют высокого напряжения, но и, например, электронная светобумага (aka EL paper), тоже требует для своего питания высокое переменное напряжение, и по сути тоже является ЭЛИ, только без рисунка. Она на фото слева. Неоновые лампы тоже питаются от высокого напряжения, но если для неоновой лампочки не очень важно, какое оно постоянное или переменное, то для газоразрядной индикаторной лампы ИН-12А, я всё же рекомендую использовать постоянное напряжение. При переменном, начинаются ёмкостные эффекты, и разряд “перескакивает” с цифры на цифру.
Резюмируя: необходимо сделать источник переменного напряжения, с выходной частотой 400 Гц и действующим значением напряжения 220 В.
Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта
Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.
Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.
Его энергия расходуется:
- вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
- затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.
По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.
Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.
Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы
На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.
Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.
В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.
При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.
Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.
Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.
Их защита осуществляется дополнительными цепочками из резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.
Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения
Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.
Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.
Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.
Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.
Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.
Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.
Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.
Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.
В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:
- уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
- и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.
3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП
По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:
- полумостовому;
- мостовому;
- или пушпульному принципу построения выходного каскада.
Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор
Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.
К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.
Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.
Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение
Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).
Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.
Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.
Пушпульная схема: важные особенности
Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.
Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.
Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.
К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.
Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.
На сегодняшний день производители GaN приборов часто сталкиваются с проблемами при создании нормально-закрытых GaN транзисторов, поскольку они, как правило, являются нормально-открытыми приборами. В своем проекте «Технология и моделирование нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов для монолитных ИС на основе GaN/Si структур» аспирантка кафедры квантовой физики и наноэлектроники Ольга Чуканова предложила усовершенствованный способ создания нормально-закрытого GaN транзистора с р-затвором и рассматривается решение проблем организации такого затвора.
«Создание монолитной ИС на основе GaN структур позволяет решить проблемы с цепями управления затвором и защиты, сократить время сборки и упростить ее, а также позволяет создавать надежные драйвера, – говорит Ольга. – Также в данном проекте мы исследуем возможность формирования приборов с различными длинами затвора в едином технологическом цикле (позволит объединить СВЧ и силовую технологии). Благодаря возможности формирования двух типов приборов различной конфигурации на одной пластине можно создавать цифровые монолитные интегральные схемы, тем самым расширив электронную компонентную базу России». На данный момент совместно с научным руководителем Владимиром Ильичом Егоркиным Ольга Чуканова уже отработала технологии формирования нормально-открытых транзисторов и технологию нормально-закрытых транзисторов с р-затвором. «Сейчас нами проводятся работы по математическому моделированию в Sentaurus TCAD транзисторов с различной конфигурацией приборов, – поясняет аспирантка. – Получив хорошие результаты моделирования, планируется переходить к экспериментальной проверке возможности совмещения двух технологий в едином технологическом цикле».
Работа Ольги является продолжением проекта «Разработка технологии и технологическая подготовка к производству кристаллов транзисторов на основе гетероструктур нитрида галлия на подложке кремния диаметром 150 мм для силовых преобразовательных модулей», который был создан совместно с «Зеленоградским нано-технологическим центром» (ЗНТЦ). Первая презентация этого проекта была представлена на конкурсе «Научная стажировка» от фонда «Синтез» Геннадия Комиссарова, где Ольга получила высшую награду.
После этой победы, летом 2022 года, аспирантка КФН проходила стажировку в ЗНТЦ. «Благодаря этому конкурсу в декабре прошлого года меня позвали на научный конгресс в образовательный в Сочи, который был посвящен году науки и технологий. На конгрессе мне предоставили возможность заявить о своих научных достижениях, выступив с презентацией на стенде «Россия – страна возможностей». Я эту возможность, конечно, не упустила».
Напомним, что конгресс в «Сириусе» стал одним из ключевых событий Года науки и технологий, объявленного по инициативе Президента России Владимира Путина. В рамках него состоялись круглые столы, сессии, дискуссии, посвященные результатам тематических месяцев Года науки и технологий, VIII Ежегодная национальная выставка «Вузпромэкспо». Также были организованы образовательные мероприятия по различным направлениям научно-исследовательской деятельности. Ольга выступала с докладом о своем проекте, выступление было высоко оценено экспертами.
Среди экспертов Конгресса молодых ученых были Дмитрий Чернышенко, заместитель Председателя Правительства РФ, Андрей Фурсенко, помощник Президента РФ, Валерий Фальков, министр науки и высшего образования РФ, Антон Кобяков, советник Президента РФ. Также в работе Конгресса принял участие Александр Сергеев, президент Российской академии наук.
«Ранее я также представляла свой проект на международном форуме «Силовая электроника – 2021» в октябре 2022 года. Затем проект «Технология и моделирование нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов для монолитных ИС на основе GaN/Si структур» принес нам победу в конкурсе «Умник. Проектная команда – электроника».
Ориентировочные сроки завершения проекта – дата окончания договора с Фондом содействия инновациям по конкурсу «Умник». Это конец 2022 года. Ученые предполагают, что шансы объединить две технологии с помощью наработок в рамках проекта достаточно высокие. «Возможно, в скором времени мы начнем разработку цифровой монолитной схемы, – говорит Ольга. – Но далеко загадывать не стоит. К большой цели в нашей сфере обычно следуют маленькими шагами!» Комментариев: 0
Схема стабилизации напряжения: как работает
Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.
С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.
Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.
В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.
Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.
Для закрепления материала в памяти рекомендую посмотреть видеоролик владельца Паяльник TV, который хорошо объясняет информацию про импульсные блоки питания: принципы работы на примере конкретной модели.
Надеюсь, что моя статья поможет вам выполнить ремонт ИБП своими руками за 7 шагов, которые я изложил в другой статье.
Задавайте возникшие вопросы в разделе комментариев, высказывайте свое мнение. Его будет полезно знать другим людям.
