Schema unei surse de alimentare comutatoare 24V 5A. Sursă de alimentare comutată puternică. Principiul de funcționare al sursei de alimentare

Sursa de alimentare cu comutare de putere redusă poate fi utilizată într-o mare varietate de modele de radio amatori. Circuitul unui astfel de UPS este deosebit de simplu, astfel încât poate fi repetat chiar și de radioamatorii începători.

Parametrii principali ai sursei de alimentare:
Tensiune de intrare - 110-260V 50Hz
Putere - 15 wați
Tensiune de ieșire - 12V
Curent de ieșire - nu mai mult de 0,7 A
Frecventa de operare 15-20kHz

Componentele inițiale ale circuitului pot fi obținute din gunoiul disponibil. Multivibratorul a folosit tranzistori din seria MJE13003, dar dacă se dorește, aceștia pot fi înlocuiți cu 13007/13009 sau similar. Astfel de tranzistori sunt ușor de găsit în sursele de alimentare cu comutare (în cazul meu, au fost scoase de la o sursă de alimentare a computerului).

Condensatorul de alimentare este selectat cu o tensiune de 400 Volți (cel puțin 250, ceea ce nu recomand cu insistență)
Dioda zener folosită a fost una de tip casnic D816G sau una de import cu o putere de aproximativ 1 watt.

Pod de diode - KTs402B, puteți utiliza orice diode cu un curent de 1 Amperi. Diodele trebuie selectate cu o tensiune inversă de cel puțin 400 volți. Din interiorul importat puteți instala 1N4007 (un analog intern complet al KD258D) și altele.

Transformatorul de impuls este un inel de ferită de 2000NM, dimensiunile în cazul meu sunt K20x10x8, dar au fost folosite și inele mari, dar nu am schimbat datele de înfășurare, a funcționat bine. Înfășurarea primară (rețeaua) constă din 220 de spire cu un robinet din mijloc, firul este de 0,25-0,45 mm (nu mai are rost).

Înfășurarea secundară în cazul meu conține 35 de spire, ceea ce oferă o ieșire de aproximativ 12 volți. Sârma pentru înfășurarea secundară este selectată cu un diametru de 0,5-1 mm. Puterea maximă a convertorului în cazul meu nu este mai mare de 10-15 wați, dar puterea poate fi modificată prin selectarea capacității condensatorului C3 (în acest caz, datele de înfășurare ale transformatorului de impulsuri se schimbă deja). Curentul de ieșire al unui astfel de convertor este de aproximativ 0,7 A.
Selectați o capacitate de netezire (C1) cu o tensiune de 63-100 volți.

La ieșirea transformatorului, ar trebui să utilizați numai diode cu impulsuri, deoarece frecvența este destul de mare, este posibil ca redresoarele convenționale să nu facă față. FR107/207 sunt probabil cele mai accesibile dintre diodele de comutare, adesea găsite în UPS-urile de rețea.

Sursa de alimentare nu are nicio protecție la scurtcircuit, așa că nu trebuie să scurtcircuitați înfășurarea secundară a transformatorului.

Nu am observat nicio supraîncălzire a tranzistorilor; cu o sarcină de ieșire de 3 wați (ansamblu LED), sunt înghețați, dar pentru orice eventualitate, pot fi instalați pe radiatoare mici.

Lista radioelementelor

Într-o călătorie lungă cu o mașină personală sau pentru relaxare ca un „sălbatic” în natură, este o idee bună să aveți cu dvs. echipamente electrice de uz casnic, de exemplu, un uscător de păr, un aparat de ras electric, o cameră foto sau video. Dar, din cauza lipsei de prize, este imposibil să furnizați energie dispozitivelor dintr-o rețea obișnuită.

Singura sursă de energie în acest caz poate fi doar bateriile auto, dar tensiunea lor constantă de 12 volți nu este suficientă pentru dispozitivele de acasă care funcționează pe curent alternativ de 220 volți. Există o incompatibilitate completă în doi parametri principali simultan.

Dar nu disperați, există o cale de ieșire din această situație - aceasta este utilizarea unui mic convertor de curent de impuls. Va ajuta la transformarea „apa în vin”, adică 12 volți de tensiune a bateriei, în curentul necesar pentru funcționarea tuturor dispozitivelor - 220 volți.

Principiul de funcționare

Principiul funcționării sale este de a transforma tensiunea alternativă de la rețea, având o frecvență de 50 Hz, într-un tip dreptunghiular similar. Acesta este apoi transformat pentru a atinge anumite valori, redresat si filtrat. Un astfel de tranzistor de mare putere, care joacă simultan rolul unui transformator de impuls și al unui comutator, convertește tensiunea curentă.

Conform schemei, acestea sunt de două tipuri: controlate extern, implementate în majoritatea aparatelor electrice și autogeneratoare de tip impuls.

De asemenea, astfel de transformatoare sunt produse în diferite dimensiuni și puteri, în funcție de aplicația specifică, dar dimensiunile nu sunt principalul lucru în ele, deoarece eficiența unor astfel de dispozitive crește odată cu creșterea frecvenței, o creștere a faptului care face posibilă în mod serios reduceți dimensiunea și greutatea miezului de oțel. Ele funcționează de obicei în intervalul de frecvență de la 18 la 50 kHz.

Zona de aplicare

Domeniul de aplicare al convertoarelor de putere comutatoare pentru uz casnic este în continuă extindere. Astăzi sunt folosite pentru furnizarea de energie a tuturor echipamentelor de uz casnic și informatic, precum și în dispozitive de alimentare neîntreruptibilă și încărcătoare pentru baterii pentru diverse scopuri, alimentarea sistemelor de iluminat de joasă tensiune și alte nevoi.

Adesea achiziționarea unui astfel de dispozitiv asamblat din fabrică nu este foarte justificată, din motive de economie sau din punct de vedere al parametrilor tehnici specifici unității solicitate. În acest caz, construirea unui convertor de impulsuri poate fi cea mai bună opțiune. Această abordare este de obicei mai rațională datorită unei game largi de componente ieftine.

Avantaje și dezavantaje

Atunci când cumpărați un UPS, este necesar să corelați toate avantajele și dezavantajele acestuia cu cerințele specifice de funcționare în fiecare caz particular, iar dacă le satisface, puteți achiziționa unitatea în siguranță.

Avantajele comutării surselor de alimentare:

• Greutatea redusă a unității, datorită dimensiunii mai mici a transformatorului necesar pentru funcționare și ca urmare a designului redus al întregului convertor. Designul este echipat cu un filtru de tensiune de ieșire mai mic, deoarece, cu o putere comparabilă cu analogii, dispozitivul cu impulsuri are o frecvență de conversie mai mare.
• Unitățile de mare putere au cea mai mare eficiență, ajungând până la 90-98%. Astfel de dispozitive au pierderi minime de energie datorită numărului minim de operațiuni de comutare a tastelor, deoarece se află într-o singură poziție de cele mai multe ori, în timp ce în alte tipuri de unități este cheltuită o putere semnificativă pentru operațiunile cu acesta.
• Un ordin de mărime grad mai mare de fiabilitate a stabilizatorilor de tip impuls în comparație cu analogii liniari, care sunt acum utilizați numai în plăcile de alimentare cu curenți scăzuti, de exemplu, cuptoare cu microunde sau difuzoare și alte unități de putere redusă proiectate pentru funcționare continuă timp de câțiva ani fara intretinere.
• În plus, avantajul lor este un domeniu extins de frecvență și tensiune, care poate fi implementat doar în unități de tip liniar foarte scumpe, care sunt inaccesibile consumatorului mediu. Acest lucru vă permite să utilizați o unitate portabilă de impulsuri chiar și atunci când călătoriți în întreaga lume, deoarece caracteristicile sale pot fi ajustate într-o gamă largă, ajustându-le pentru a funcționa de la prize din diferite țări, cu frecvențe și tensiuni diferite în rețea.
• Spre deosebire de dispozitivele liniare, datorită versatilității convertoarelor de impulsuri de 12 V, a fost lansată producția de masă de componente pentru acestea, ceea ce a redus pozitiv costul acestora și a crescut accesibilitatea pentru consumatorul mediu. Cu toate acestea, această caracteristică, desigur, nu sa extins la variantele lor mai puternice; sunt scumpe.
• De regulă, astfel de dispozitive sunt proiectate cu mai multe grade de protecție împotriva situațiilor de urgență din rețea: întreruperi de curent, scurtcircuite, lipsă de sarcină de ieșire.

Dezavantajele comutării surselor de alimentare:

• Lucrările de reparații ale acestora sunt dificile, deoarece majoritatea elementelor lor interne funcționează într-o rețea comună fără izolație galvanică.
• Principiul de funcționare în impuls în sine are un dezavantaj sub forma interferențelor de înaltă frecvență, care necesită suprimare pentru utilizarea unităților cu majoritatea echipamentelor. Și cu unele dintre speciile sale, care au o sensibilitate crescută la interferențe, nu sunt deloc compatibile.
• Curentul de intrare este limitat la puterea minimă la care unitatea va începe să funcționeze.

Sistem

Baza majorității convertoarelor de curent de tip impuls este schema bloc a unui transformator de impuls simplu, care include mai multe blocuri:

• Un bloc care convertește curentul de curent alternativ în curent continuu la ieșire. Se bazează pe o punte de diodă, care acționează ca un redresor de tensiune alternativă și un condensator care nivelează ondulațiile de tensiune care au fost rectificate. Poate fi echipat cu dispozitive auxiliare: filtre de tensiune de rețea care netezesc ondulațiile generatorului de impulsuri și termistori pentru a atenua supratensiunea atunci când este pornit. Prezența sau absența componentelor suplimentare afectează costul unității și reprezintă o zonă de economii la achiziționarea unei versiuni bugetare a unității.
• Un bloc generator de impulsuri care creează impulsuri de o frecvență dată pentru a alimenta înfășurarea primară a unui transformator. Diferite modele funcționează la frecvențe diferite, dar limitele fluctuației sale pentru toate dispozitivele variază de la 30 la 200 kHz. Transformatorul este inima dispozitivului, deoarece prin acesta are loc izolarea galvanică de rețeaua electrică și curentul este convertit pentru a îndeplini parametrii necesari.
• Al treilea este un bloc pentru transformarea curentului alternativ care vine de la transformator în curent continuu. Include diode pentru redresarea tensiunii și filtre ondulate, care sunt mult mai complexe decât omologul lor din primul bloc și includ deja mai mulți condensatori și o bobine. Ca element de economisire, pentru a reduce costurile, convertoarele pot fi echipate cu condensatoare și bobine de minimum necesar pentru funcționare, capacitatea și respectiv inductanța.

Cum să o faci singur

Instrumente necesare:

• masina de lipit;
• freze laterale;
• ornitorici;
• pensetă;
• Bisturiu.

Ghid pas cu pas

• În primul rând, la intrare este instalat un termistor RTS, care acționează ca un rezistor semiconductor cu un coeficient de temperatură pozitiv. Este capabil să-și crească brusc rezistența atunci când o anumită valoare a temperaturii este depășită, de exemplu, atunci când este necesar să se protejeze întrerupătoarele de alimentare, când unitatea abia începe să funcționeze și condensatorii încă se încarcă.
• În continuare, este instalată o punte de diode pentru a rectifica tensiunea rețelei de intrare cu un curent de 10A. Puteți utiliza diferite ansambluri de diode: „vertical” sau „taburet”.
• Apoi, o pereche de condensatoare sunt lipite la intrare într-un raport de 1 µF la 1 W de putere.
• Rezistoarele domestice de tip MLT-2 sunt utilizate ca rezistență de amortizare într-o rețea de curent alternativ cu o putere de 2 W.
• Pentru a regla porțile tranzistoarelor cu efect de câmp care funcționează sub un curent de 600 V, se montează un driver IR, care deschide alternativ porțile tranzistoarelor cu efect de câmp cu o frecvență determinată de piesele de pe picioarele Rt și Ct.
• Tranzistoarele cu efect de câmp sunt selectate de cel puțin 200V, având o rezistență minimă în faza deschisă de funcționare. Cantitatea de rezistență este direct proporțională cu încălzirea dispozitivului și invers proporțională cu randamentul acestuia.
• La instalarea acestora, flanșele tranzistoarelor nu pot fi scurtcircuitate, astfel încât garniturile sunt folosite pentru izolație.
• Transformer, este mai ușor să luați un transformator coborâtor obișnuit de la o unitate computer veche. Dar îl puteți înfășura și singur pe tori de ferită bazat pe o frecvență de conversie de 100 kHz și ½ din tensiunea convertită.
• Bornele transformatorului sunt scurtcircuitate în același mod ca și placa de la care a fost luat.
• La ieșire, sunt instalate diode cu timpi scurti de recuperare - nu mai mult de 100 ns, de exemplu, din grupul HER.
• Capacitatea tamponului la ieșire nu trebuie exagerată cu mai mult de 10 mii uF.
• Ca orice unitate electrică, o sursă de alimentare comutată de casă în timpul asamblarii impune cerințe sporite privind îngrijirea și acuratețea în timpul procesului de asamblare. Este necesar să instalați corect părțile polare și să luați măsuri de precauție atunci când lucrați cu rețeaua electrică. Așa este, blocul proiectat nu necesită ajustări sau ajustări.

Unitate reglabilă DIY/cu un singur ciclu/împingere-tragere/bipolară

• Pentru a asambla o sursă de alimentare reglată, este necesar să folosiți unul sau doi tranzistori de tip semiconductor în circuitul său de asamblare. Cu toate acestea, pentru a monitoriza tensiunea, va trebui să instalați un senzor sub forma unui voltmetru. Apoi, pe baza citirilor sale, va fi posibilă reglarea tensiunii optime de ieșire pentru funcționarea diferitelor dispozitive, pentru a nu le arde. Tensiunea este reglată cu ajutorul unui rezistor variabil.
• În cel mai simplu bloc cu un singur ciclu, curentul este convertit prin funcționarea unui singur tranzistor, care se deschide și se închide, trecând impulsuri de o anumită frecvență.
• Modificarea sa îmbunătățită, care funcționează la frecvență dublă și, în consecință, o eficiență mai bună, este un convertor push-pull, în care doi tranzistori se deschid și se închid unul după altul.
• Designul bipolar al blocului este și mai complicat, deoarece necesită instalarea unui amplificator operațional și a diodelor zener. În acest caz, o atenție deosebită trebuie acordată calității lipirii și corespondenței secțiunii transversale a firelor cu curentul.

Reparatie UPS

De regulă, constă în înlocuirea pieselor defecte, arse cu altele noi. Dar dificultatea nu este nici măcar în instalarea piesei noi în sine, ci în găsirea celei defecte. Pentru a face acest lucru, efectuați următoarele operații:

• Inspecția externă a plăcii unității pentru prezența condensatoarelor umflate, rezistențe carbonizate și alte elemente cu defecte.
• Inspecția lipirii transformatorului, a tranzistoarelor cheie și a microcircuitelor, precum și a șocurilor.
• Verificarea circuitului de alimentare pentru o întrerupere: cablul în sine, întrerupătorul de siguranță, întrerupătorul de curent dacă este prezent, precum și șocurile și puntea redresorului sună.
• Diagnosticul inițial al oricărei piese se realizează fără demontare și numai atunci când există o presupunere bine întemeiată că este defectuoasă poate fi dezlipită și verificată separat.
• De asemenea, este necesar să verificați circuitul pentru scurtcircuite.
• După efectuarea diagnosticului vizual și instrumental al echipamentului și înlocuirea elementelor nefuncționale, acestea încep testarea la tensiunea de funcționare a rețelei. Dar un bec obișnuit de 150-200 Watt 220 volți este folosit ca siguranță. Acesta va preveni arderea întregului convertor dacă există o defecțiune și va semnala natura defectului. Deci, dacă becul clipește puternic și se stinge, emițând un raster, atunci cel mai probabil condensatorii sunt defecte. Puteți verifica funcționarea acestora doar înlocuindu-le cu altele noi. Un alt caz este când lampa a clipit și s-a stins imediat complet. Această opțiune implică testarea individuală a tuturor rezistențelor circuitului de pornire. În cele din urmă, ultimul caz - lampa arde la luminozitate maximă. În acest caz, trebuie să verificați din nou complet întregul circuit.

• Când construiți un convertor de curent de impuls cu propriile mâini, ar trebui să vă amintiți că toate instalațiile și testarea unității sunt efectuate sub tensiune periculoasă pentru viață și sănătate. Prin urmare, se recomandă insistent să instalați întrerupătoare automate de curent în încăperea în care se lucrează, care funcționează împreună cu un dispozitiv de oprire a curentului de urgență. Un astfel de sistem este capabil să protejeze o persoană de șoc electric chiar dacă atinge o fază.
• Când lucrați cu convertoare de curent cu impulsuri, chiar și cu unități standard de la un computer, trebuie să respectați întotdeauna măsurile de siguranță. De exemplu, condensatoarele electrolitice incluse în circuitul lor, chiar și după ce au fost deconectate de la rețea, țin curenți de înaltă tensiune pentru o lungă perioadă de timp. Prin urmare, înainte de a continua cu orice manipulări cu ele, acestea trebuie mai întâi să fie descărcate prin scurtcircuitarea bornelor lor.
• Și, în sfârșit, atunci când efectuați orice lucrare legată de electricitate, ar trebui să utilizați întotdeauna instrumente de lucru concepute în acest scop. De exemplu, mânerele tuturor șurubelnițelor, tăietorilor laterali și altor unelte trebuie să fie izolate.

O sursă de alimentare comutată este un sistem invertor în care tensiunea alternativă este convertită în tensiune continuă și apoi sunt generate impulsuri de înaltă frecvență din aceasta. Un astfel de dispozitiv este destul de scump și doar oamenii bogați îl pot cumpăra. Toți cei care nu aparțin acestei categorii încearcă să facă dispozitivul cu propriile mâini. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de materialele necesare și de un circuit de alimentare cu comutație de 12 V 5A.

Informații generale

Înainte de a realiza o sursă de alimentare comutată cu propriile mâini, trebuie să studiați în detaliu caracteristicile de proiectare, principiul de funcționare, avantajele și dezavantajele acesteia. Folosind aceste informații, puteți accelera procesul de creare, precum și puteți face dispozitivul mai bun și mai durabil.

Componente

Cel mai adesea, o sursă de alimentare cu comutație de casă este realizată conform unui design standard folosind câteva elemente importante. Este folosit pentru a regla tensiunea de intrare atunci când alimentați lămpi cu LED sau alte dispozitive de iluminat. Designul blocului include mai multe componente:

Principiul de funcționare

Sursa de alimentare comutată se caracterizează prin simplitatea sa de funcționare. Nu doar un specialist, ci și un începător cu cunoștințe de bază în acest domeniu îl poate înțelege cu ușurință. Din acest motiv, dispozitivele sunt considerate cele mai accesibile și sunt adesea folosite pentru a atinge diverse scopuri. Ele funcționează după cum urmează:

1. Tensiunea de intrare AC este convertită în DC.
2. Apoi ia forma unui impuls dreptunghiular de înaltă frecvență și este alimentat la transformator.
3. Acolo, cu ajutorul feedback-ului negativ, are loc procesul de stabilizare a tensiunii.

Feedback-ul poate fi creat în unul din două moduri. Ambele vă permit să îndepliniți eficient funcțiile atribuite și să evitați situațiile neprevăzute. Modalități de organizare a feedback-ului:

1. Fără a crea decuplare (se folosește un divizor de tensiune cu rezistență).
2. Cu izolare galvanică (ieșire înfășurare transformator sau optocupler).

Procesul de menținere a tensiunii de ieșire are loc în mod similar.

Avantaje și dezavantaje

O sursă de alimentare cu comutație făcută de sine, ca orice alt dispozitiv, are mai multe avantaje. Datorită lor, designul este foarte popular și este adesea folosit într-unul sau altul domeniu al activității umane. Aspectele pozitive ale sursei de alimentare includ următorii factori:

În ciuda numărului mare de avantaje, designul are și câteva dezavantaje. Ele trebuie luate în considerare, deoarece vor evita defecțiunile și vor reduce riscul de funcționare de proastă calitate a dispozitivului. Printre dezavantaje se numără următoarele:

1. Dificultăți în ajustarea independentă a parametrilor dispozitivului.
2. Zgomot de impuls puternic.
3. Necesitatea suplimentării circuitului cu compensatoare de factor de putere.
4. Dificultate în efectuarea lucrărilor de reparații și întreținere.
5. Grad scăzut de fiabilitate.

Fabricare de bricolaj

Pentru ca dispozitivul să funcționeze corect și să îndeplinească funcțiile care îi sunt atribuite, trebuie respectate o serie de reguli. Cu ajutorul lor, puteți obține rezultatul dorit și puteți reduce probabilitatea erorilor.

În timpul fabricării unei surse de alimentare cu comutare, ar trebui să țineți cont nu numai de sfaturile producătorilor de piese, ci și de recomandările specialiștilor. Ele îi vor ajuta pe începători să evite cele mai simple greșeli și să-și facă treaba în cel mai scurt timp posibil. Sfaturi pro:

1. În cele mai multe cazuri, circuitul de alimentare nu necesită filtre speciale sau feedback.
2. Dintre numeroasele tranzistoare cu efect de câmp, este recomandat să cumpărați piese de tip IR. Ele rezistă bine la temperaturi ridicate și nu se deteriorează la expunerea prelungită la căldură.
3. Dacă într-o structură auto-asamblată, tranzistoarele devin foarte fierbinți în timpul funcționării, atunci trebuie instalat un dispozitiv de răcire suplimentar (ventilator).

Materiale și instrumente necesare

Înainte de a începe fabricarea dispozitivului, trebuie să pregătiți toate materialele și instrumentele necesare. Datorită acestui lucru, nu veți fi distras în timp ce lucrați pentru a găsi acest articol sau acela. În procesul de creare a dispozitivului vei avea nevoie:

Pe lângă componentele structurii, este necesar să se pregătească diverse instrumente. Vor fi folosite pentru asamblarea dispozitivului, deci trebuie să fie de înaltă calitate și ușor de utilizat.

Instrumente necesare:

• cleşte;
• șurubelnițe de diferite dimensiuni;
• pensetă;
• echipamente de lipit;
• consumabile pentru lipire.

Procesul de construire

După ce toate activitățile pregătitoare au fost finalizate, puteți începe asamblarea dispozitivului cu propriile mâini. Circuitul de comutare a surselor de alimentare este întocmit în prealabil. Această activitate poate fi realizată independent sau cu ajutorul unui specialist.

Prima variantă este mult mai ieftină, dar necesită ca maestrul să aibă cunoștințe în domeniul electronicii și mult timp.

Instrucțiuni pas cu pas:

Testarea dispozitivului

Pentru a verifica funcționalitatea sursei de energie pulsată asamblată, trebuie să efectuați câțiva pași simpli. Acestea vor ajuta la identificarea diferitelor probleme și erori făcute în timpul procesului de asamblare. Procedură:

1. Se realizează prima conexiune pe termen scurt a dispozitivului la circuit.
2. Dacă totul este făcut corect, lumina ar trebui să se aprindă, indicând faptul că dispozitivul este alimentat cu energie.
3. Apoi ar trebui să lăsați sursa de alimentare în stare de funcționare pentru câteva minute.
4. După acest timp, trebuie să opriți dispozitivul și să verificați temperatura tuturor părților sale. Încălzirea unuia sau mai multor elemente va indica o eroare în timpul procesului de asamblare.
5. La a doua pornire se determină valoarea tensiunii. Această operație poate fi efectuată folosind un tester special.
6. Sursa de alimentare este lăsată să funcționeze aproximativ 1 oră.
7. După perioada de timp specificată, elementele sunt verificate pentru gradul de încălzire.
8. Dacă niciunul dintre elemente nu devine fierbinte, atunci toate sunt verificate pentru curent ridicat după oprirea alimentării.

Măsuri de siguranță

Când utilizați unitatea de puls, trebuie să respectați reguli simple de siguranță. Acestea vor ajuta la evitarea leziunilor de diferite severitate și la reducerea probabilității unei urgențe. Precauții de bază:

O sursă de energie pulsată este un dispozitiv util și necesar pe care nu îl puteți cumpăra doar gata făcut, ci și îl puteți face singur. A doua opțiune este mai populară, deoarece vă permite să obțineți un dispozitiv de înaltă calitate, cu costuri financiare și de timp minime.

Urmând sfaturile profesionale și regulile de siguranță, puteți reduce semnificativ riscul de rănire și puteți evita accidentele.

Să-ți faci propria sursă de alimentare de 12 V nu este dificil, dar va trebui să înveți puțină teorie pentru a o face. În special, din ce noduri constă blocul, de ce este responsabil fiecare element al produsului, principalii parametri ai fiecăruia. De asemenea, este important să știți ce transformatoare să folosiți. Dacă nu există unul potrivit, puteți derula singur înfășurarea secundară pentru a obține tensiunea de ieșire dorită. Ar fi util să aflați despre metodele de gravare a plăcilor cu circuite imprimate, precum și despre realizarea carcasei sursei de alimentare.

Componente de alimentare

Elementul principal al oricărei surse de alimentare este. Cu ajutorul acesteia, tensiunea din rețea (220 Volți) este redusă la 12 V. În modelele discutate mai jos, puteți utiliza atât transformatoare de casă cu o înfășurare secundară rebobină, cât și produse finite, fara modernizare. Trebuie doar să țineți cont de toate caracteristicile și să efectuați calculul corect al secțiunii transversale a firului și al numărului de spire.

Al doilea cel mai important element este redresorul. Este realizat din una, două sau patru diode semiconductoare. Totul depinde de tipul de circuit folosit pentru asamblarea sursei de alimentare de casă. De exemplu, pentru implementare trebuie să utilizați doi semiconductori. Pentru rectificarea fără creștere, unul este suficient, dar este mai bine să utilizați un circuit de punte (toate ondulațiile de curent sunt netezite). După redresor, trebuie să existe un condensator electrolitic. Este recomandabil să instalați o diodă Zener cu parametri adecvați; vă permite să creați o tensiune stabilă la ieșire.

Ce este un transformator

Transformatoarele utilizate pentru redresoare au următoarele componente:

1. Miez (miez magnetic din metal sau feromagnet).
2. Înfășurarea rețelei (primar). Alimentat la 220 volți.
3. Înfășurare secundară (step-down). Folosit pentru a conecta un redresor.

Acum despre toate elementele în detaliu. Miezul poate avea orice formă, dar cele mai comune sunt în formă de W și în formă de U. Cele toroidale sunt mai puțin obișnuite, dar specificitatea lor este diferită; ele sunt mai des utilizate în invertoare (convertoare de tensiune, de exemplu, de la 12 la 220 de volți) decât în ​​dispozitivele de redresare convenționale. Este mai convenabil să faceți o sursă de alimentare de 12V 2A folosind un transformator cu un miez în formă de W sau în formă de U.

Înfășurările pot fi amplasate fie una peste alta (mai întâi primarul, apoi secundar), pe un cadru, fie pe două bobine. Un exemplu este un transformator cu miez în U care are două bobine. Pe fiecare dintre ele, jumătate din înfășurările primare și secundare sunt înfășurate. Când conectați un transformator, este necesar să conectați bornele în serie.

Cum se calculează un transformator

Să presupunem că decideți să înfășurați singur înfășurarea secundară a transformatorului. Pentru a face acest lucru, va trebui să aflați valoarea parametrului principal - tensiunea care poate fi îndepărtată dintr-o tură. Aceasta este cea mai simplă metodă care poate fi utilizată la fabricarea unui transformator. Este mult mai dificil să calculați toți parametrii dacă este necesar să înfășurați nu numai înfășurarea secundară, ci și cea primară. Pentru a face acest lucru, este necesar să cunoașteți secțiunea transversală a circuitului magnetic, permeabilitatea și proprietățile acestuia. Dacă calculați singur o sursă de alimentare de 12V 5A, atunci această opțiune se dovedește a fi mai precisă decât adaptarea la parametrii gata pregătiți.

Înfășurarea primară este mai dificil de înfășurat decât înfășurarea secundară, deoarece poate conține câteva mii de spire de sârmă subțire. Puteți simplifica sarcina și puteți face o sursă de alimentare de casă folosind o mașină specială.

Pentru a calcula înfășurarea secundară, trebuie să înfășurați 10 spire cu firul pe care intenționați să îl utilizați. Asamblați transformatorul și, respectând măsurile de siguranță, conectați înfășurarea lui primară la rețea. Măsurați tensiunea la bornele înfășurării secundare, împărțiți valoarea rezultată la 10. Acum împărțiți numărul 12 la valoarea rezultată. Și obțineți numărul de spire necesare pentru a genera 12 volți. Puteți adăuga puțin pentru a compensa (o creștere de 10% este suficientă).

Diode pentru alimentare

Alegerea diodelor semiconductoare utilizate în redresorul de alimentare depinde direct de ce valori ale parametrilor transformatorului trebuie obținute. Cu cât este mai mare curentul pe înfășurarea secundară, cu atât mai puternice trebuie utilizate diodele. Ar trebui să se acorde preferință acelor părți care sunt fabricate pe bază de siliciu. Dar nu ar trebui să luați cele de înaltă frecvență, deoarece nu sunt destinate utilizării în dispozitive de redresare. Scopul lor principal este detectarea semnalelor de înaltă frecvență în dispozitivele de recepție și transmisie radio.

Soluția ideală pentru sursele de alimentare cu putere redusă este utilizarea ansamblurilor de diode; cu ajutorul acestora, 12V 5A poate fi plasat într-un pachet mult mai mic. Ansamblurile de diode sunt un set de patru diode semiconductoare. Sunt folosite exclusiv pentru redresarea curentului alternativ. Este mult mai convenabil să lucrați cu ele; nu trebuie să faceți multe conexiuni; este suficient să aplicați tensiune de la înfășurarea secundară a transformatorului la două terminale și să eliminați tensiunea constantă de la cele rămase.

Stabilizarea tensiunii

După fabricarea transformatorului, asigurați-vă că măsurați tensiunea la bornele înfășurării secundare ale acestuia. Dacă depășește 12 volți, atunci este necesară stabilizarea. Chiar și cea mai simplă sursă de alimentare de 12 V va funcționa prost fără aceasta. Trebuie avut în vedere faptul că tensiunea din rețeaua de alimentare nu este constantă. Conectați un voltmetru la o priză și efectuați măsurători în momente diferite. Deci, de exemplu, în timpul zilei poate sări la 240 de volți, iar seara poate scădea chiar și la 180. Totul depinde de sarcina de pe linia de alimentare.

Dacă tensiunea se modifică în înfășurarea primară a transformatorului, aceasta va fi, de asemenea, instabilă în secundar. Pentru a compensa acest lucru, trebuie să utilizați dispozitive numite stabilizatoare de tensiune. În cazul nostru, puteți utiliza diode zener cu parametrii corespunzători (curent și tensiune). Există multe diode zener, selectați elementele necesare înainte de a face o sursă de alimentare de 12V.

Există, de asemenea, elemente mai „avansate” (tip KR142EN12), care sunt un set de mai multe diode zener și elemente pasive. Caracteristicile lor sunt mult mai bune. Există, de asemenea, analogi străini de dispozitive similare. Trebuie să vă familiarizați cu aceste elemente înainte de a vă decide să faceți singur o sursă de alimentare de 12 V.

Caracteristici de comutare a surselor de alimentare

Sursele de alimentare de acest tip sunt utilizate pe scară largă în computerele personale. Au două tensiuni de ieșire: 12 Volți - pentru alimentarea unităților de disc, 5 Volți - pentru funcționarea microprocesoarelor și a altor dispozitive. Diferența față de sursele de alimentare simple este că semnalul de ieșire nu este constant, ci pulsat - forma sa este similară dreptunghiurilor. În prima perioadă de timp apare semnalul, în a doua este zero.

Există, de asemenea, diferențe în designul dispozitivului. Pentru o funcționare normală, o sursă de alimentare cu comutație de casă trebuie să redreseze tensiunea rețelei fără a-și reduce mai întâi valoarea (nu există transformator la intrare). Sursele de alimentare cu comutare pot fi utilizate atât ca dispozitive de sine stătătoare, cât și ca analogi modernizați - baterii reîncărcabile. Drept urmare, puteți obține cea mai simplă sursă de alimentare neîntreruptibilă, iar puterea acesteia va depinde de parametrii sursei de alimentare și de tipul bateriilor folosite.

Cum să obțineți energie neîntreruptă?

Este suficient să conectați sursa de alimentare în paralel cu bateria, astfel încât atunci când alimentarea este oprită, toate dispozitivele continuă să funcționeze în modul normal. Când rețeaua este conectată, sursa de alimentare încarcă bateria, principiul este similar cu funcționarea sursei de alimentare a unei mașini. Iar atunci când sursa de alimentare neîntreruptibilă de 12V este deconectată de la rețea, toate echipamentele sunt furnizate de tensiune din baterie.

Dar există momente când este necesar să obțineți o tensiune de rețea de 220 de volți la ieșire, de exemplu, pentru a alimenta computerele personale. În acest caz, va fi necesar să introduceți un invertor în circuit - un dispozitiv care transformă o tensiune continuă de 12 volți într-o tensiune alternativă de 220. Circuitul se dovedește a fi mai complicat decât cel al unei simple surse de alimentare, dar poate fi asamblat.

Filtrarea și tăierea componentei variabile

Filtrele ocupă un loc important în tehnologia redresoarelor. Aruncă o privire la sursa de alimentare de 12 V, care este cel mai comun circuit. Este format dintr-un condensator și rezistență. Filtrele elimină toate armonicile inutile, lăsând o tensiune constantă la ieșirea sursei de alimentare. De exemplu, cel mai simplu filtru este un condensator electrolitic cu o capacitate mare. Dacă vă uitați la funcționarea sa la tensiuni constante și alternative, principiul său de funcționare devine clar.

În primul caz, are o anumită rezistență și în circuitul echivalent poate fi înlocuit cu o rezistență constantă. Acest lucru este relevant pentru efectuarea calculelor folosind teoremele lui Kirchhoff.

În al doilea caz (când curge curent alternativ), condensatorul devine conductor. Cu alte cuvinte, poate fi înlocuit cu un jumper care nu are rezistență. Va conecta ambele ieșiri. La o examinare mai atentă, puteți vedea că componenta alternativă va dispărea, deoarece ieșirile se închid în timp ce curge curentul. Doar tensiunea constantă va rămâne. În plus, pentru a descărca rapid condensatorii, sursa de alimentare de 12V pe care o montați singur trebuie să fie echipată cu un rezistor cu rezistență mare (3-5 MOhm) la ieșire.

Fabricarea carcasei

Colțurile și plăcile din aluminiu sunt ideale pentru realizarea carcasei sursei de alimentare. Mai întâi trebuie să faceți un fel de schelet al structurii, care poate fi ulterior acoperit cu foi de aluminiu de o formă adecvată. Pentru a reduce greutatea sursei de alimentare, puteți utiliza metal mai subțire ca carcasă. Nu este dificil să faci o sursă de alimentare de 12 V cu propriile mâini din astfel de materiale reziduale.

Un cuptor cu microunde este ideal. În primul rând, metalul este destul de subțire și ușor. În al doilea rând, dacă faceți totul cu atenție, vopseaua nu va fi deteriorată, astfel încât aspectul va rămâne atractiv. În al treilea rând, dimensiunea carcasei cuptorului cu microunde este destul de mare, ceea ce vă permite să faceți aproape orice carcasă.

Fabricarea PCB-urilor

Pregătiți folia PCB tratând stratul metalic cu o soluție de acid clorhidric. Dacă nu există, atunci puteți folosi electrolitul turnat în bateriile auto. Această procedură va degresa suprafața. Lucrați pentru a preveni ca soluțiile să ajungă pe piele, deoarece puteți avea arsuri severe. După aceasta, clătiți cu apă și sifon (puteți folosi săpun pentru a neutraliza acidul). Și poți desena o imagine

Puteți realiza un desen folosind un program special de calculator sau manual. Dacă faceți o sursă obișnuită de 12V 2A și nu una cu comutare, atunci numărul de elemente este minim. Apoi, atunci când aplicați un desen, puteți face fără programe de modelare, doar aplicați-l pe suprafața foliei.Este indicat să faceți două sau trei straturi, lăsându-l pe cel anterior să se usuce. Utilizarea lacului (de exemplu, pentru unghii) poate da rezultate bune. Adevărat, desenul poate deveni neuniform din cauza pensulei.

Cum să gravați o placă

Puneți placa pregătită și uscată într-o soluție de clorură ferică. Saturația sa ar trebui să fie astfel încât cuprul să fie corodat cât mai repede posibil. Dacă procesul este lent, se recomandă creșterea concentrației de clorură ferică din apă. Dacă acest lucru nu ajută, atunci încercați să încălziți soluția. Pentru a face acest lucru, umpleți un recipient cu apă, puneți în el un borcan cu soluție (nu uitați că este indicat să îl păstrați într-un recipient de plastic sau sticlă) și încălziți la foc mic. Apa caldă va încălzi soluția de clorură ferică.

Dacă aveți mult timp sau nu aveți clorură ferică, atunci utilizați un amestec de sare și sulfat de cupru. Placa este pregătită într-un mod similar și apoi plasată în soluție. Dezavantajul acestei metode este că placa de alimentare este gravată foarte lent; va dura aproape o zi pentru ca tot cuprul să dispară complet de pe suprafața PCB. Dar, în lipsa uneia mai bune, puteți folosi această opțiune.

Instalarea componentelor

După procedura de gravare, va trebui să clătiți placa, să îndepărtați stratul protector de pe șine și să le degresați. Marcați locația tuturor elementelor și găuriți pentru ele. Nu trebuie folosit un burghiu mai mare de 1,2 mm. Instalați toate elementele și lipiți-le pe șine. După aceasta, este necesar să acoperiți toate pistele cu un strat de tablă, adică să le cosiți. O sursă de alimentare de 12 V făcută de sine stătător cu cositorizarea șinelor de montare vă va dura mult mai mult.

Majoritatea dispozitivelor electronice moderne practic nu folosesc surse de alimentare analogice (transformatoare), acestea sunt înlocuite cu convertoare de tensiune în impulsuri. Pentru a înțelege de ce s-a întâmplat acest lucru, este necesar să se ia în considerare caracteristicile de design, precum și punctele forte și punctele slabe ale acestor dispozitive. De asemenea, vom vorbi despre scopul principalelor componente ale surselor pulsate și vom oferi un exemplu simplu de implementare care poate fi asamblată cu propriile mâini.

Caracteristici de proiectare și principiu de funcționare

Dintre cele mai multe metode de conversie a tensiunii în componente electronice de alimentare, două care sunt cele mai răspândite pot fi identificate:

1. Analogic, al cărui element principal este un transformator coborâtor, pe lângă funcția sa principală, oferă și izolație galvanică.
2. Principiul impulsului.

Să vedem cum diferă aceste două opțiuni.

PSU bazat pe un transformator de putere

Să luăm în considerare o diagramă bloc simplificată a acestui dispozitiv. După cum se poate observa din figură, la intrare este instalat un transformator coborâtor, cu ajutorul acestuia, amplitudinea tensiunii de alimentare este convertită, de exemplu, de la 220 V obținem 15 V. Următorul bloc este un redresor, acesta sarcina este de a converti curentul sinusoidal într-unul pulsat (armonica este afișată deasupra imaginii simbolice). În acest scop, se folosesc elemente semiconductoare de redresare (diode) conectate printr-un circuit în punte. Principiul lor de funcționare poate fi găsit pe site-ul nostru.

Următorul bloc îndeplinește două funcții: netezește tensiunea (se folosește un condensator de capacitate adecvată în acest scop) și o stabilizează. Acesta din urmă este necesar pentru ca tensiunea să nu „scădeze” atunci când sarcina crește.

Diagrama bloc dată este mult simplificată; de regulă, o sursă de acest tip are un filtru de intrare și circuite de protecție, dar acest lucru nu este important pentru explicarea funcționării dispozitivului.

Toate dezavantajele opțiunii de mai sus sunt legate direct sau indirect de elementul principal de proiectare - transformatorul. În primul rând, greutatea și dimensiunile sale limitează miniaturizarea. Pentru a nu fi nefondat, vom folosi ca exemplu un transformator coborâtor 220/12 V cu o putere nominală de 250 W. Greutatea unei astfel de unități este de aproximativ 4 kilograme, dimensiunile 125x124x89 mm. Vă puteți imagina cât ar cântări un încărcător de laptop bazat pe acesta.

În al doilea rând, prețul unor astfel de dispozitive este uneori de multe ori mai mare decât costul total al celorlalte componente.

Dispozitive cu impulsuri

După cum se poate observa din diagrama bloc prezentată în figura 3, principiul de funcționare al acestor dispozitive diferă semnificativ de convertoarele analogice, în primul rând în absența unui transformator de intrare descendente.

Să luăm în considerare algoritmul de operare al unei astfel de surse:

• Filtrul de rețea este furnizat cu energie; sarcina acestuia este de a minimiza zgomotul din rețea, atât la intrare, cât și la ieșire, care apare ca urmare a funcționării.
• Apoi, intră în funcțiune unitatea de conversie a tensiunii sinusoidale în tensiune constantă pulsată și un filtru de netezire.
• În etapa următoare, un invertor este conectat la proces; sarcina sa este legată de formarea de semnale dreptunghiulare de înaltă frecvență. Feedback-ul către invertor se realizează prin unitatea de control.
• Următorul bloc este IT, este necesar pentru modul generator automat, alimentarea cu tensiune a circuitului, protecție, controlul controlerului, precum și sarcina. În plus, sarcina IT include asigurarea izolației galvanice între circuitele de înaltă și joasă tensiune.

Spre deosebire de un transformator coborâtor, miezul acestui dispozitiv este realizat din materiale ferimagnetice, acest lucru contribuind la transmiterea fiabilă a semnalelor RF, care pot fi în intervalul 20-100 kHz. O trăsătură caracteristică a IT este că atunci când îl conectați, includerea începutului și a sfârșitului înfășurărilor este critică. Dimensiunile mici ale acestui dispozitiv fac posibilă producerea de dispozitive miniaturale; un exemplu este cablarea electronică (balastul) unui LED sau lampă de economisire a energiei.

• Apoi, redresorul de ieșire intră în funcțiune, deoarece funcționează cu tensiune de înaltă frecvență; procesul necesită elemente semiconductoare de mare viteză, astfel încât diode Schottky sunt utilizate în acest scop.
• În faza finală, netezirea se realizează pe un filtru avantajos, după care se aplică tensiune la sarcină.

Acum, așa cum am promis, să ne uităm la principiul de funcționare al elementului principal al acestui dispozitiv - invertorul.

Cum funcționează un invertor?

Modularea RF poate fi realizată în trei moduri:

• frecvența pulsului;
• fază-impuls;
• lățimea impulsului.

În practică, se folosește ultima opțiune. Acest lucru se datorează atât simplității implementării, cât și faptului că PWM are o frecvență de comunicare constantă, spre deosebire de celelalte două metode de modulare. O diagramă bloc care descrie funcționarea controlerului este prezentată mai jos.

Algoritmul de funcționare al dispozitivului este următorul:

Generatorul de frecvență de referință generează o serie de semnale dreptunghiulare, a căror frecvență corespunde celei de referință. Pe baza acestui semnal, se formează un dinte de ferăstrău U P, care este furnizat la intrarea comparatorului K PWM. Semnalul UUS care vine de la amplificatorul de control este furnizat la a doua intrare a acestui dispozitiv. Semnalul generat de acest amplificator corespunde diferenței proporționale dintre U P (tensiune de referință) și U RS (semnal de control din circuitul de feedback). Adică, semnalul de control UUS este, de fapt, o tensiune nepotrivită cu un nivel care depinde atât de curentul de pe sarcină, cât și de tensiunea de pe aceasta (U OUT).

Această metodă de implementare vă permite să organizați un circuit închis care vă permite să controlați tensiunea de ieșire, adică, de fapt, vorbim despre o unitate funcțională liniar-discretă. La ieșire sunt generate impulsuri, cu o durată în funcție de diferența dintre semnalele de referință și cele de control. Pe baza acesteia, se creează o tensiune pentru a controla tranzistorul cheie al invertorului.

Procesul de stabilizare a tensiunii de ieșire se realizează prin monitorizarea nivelului acesteia; atunci când se modifică, tensiunea semnalului de control U PC se modifică proporțional, ceea ce duce la creșterea sau scăderea duratei dintre impulsuri.

Ca urmare, puterea circuitelor secundare se modifică, ceea ce asigură stabilizarea tensiunii de ieșire.

Pentru a asigura siguranța, este necesară izolarea galvanică între sursa de alimentare și feedback. De regulă, optocuplele sunt utilizate în acest scop.

Punctele forte și punctele slabe ale surselor pulsate

Dacă comparăm dispozitive analogice și cu impulsuri de aceeași putere, acestea din urmă vor avea următoarele avantaje:

• Dimensiune și greutate reduse datorită absenței unui transformator coborâtor de joasă frecvență și a elementelor de control care necesită îndepărtarea căldurii folosind radiatoare mari. Datorită utilizării tehnologiei de conversie a semnalului de înaltă frecvență, este posibilă reducerea capacității condensatoarelor utilizate în filtre, ceea ce permite instalarea unor elemente mai mici.
• Eficiență mai mare, deoarece pierderile principale sunt cauzate doar de procese tranzitorii, în timp ce în circuitele analogice se pierde constant multă energie în timpul conversiei electromagnetice. Rezultatul vorbește de la sine, crescând eficiența la 95-98%.
• Cost mai mic datorită utilizării elementelor semiconductoare mai puțin puternice.
• Gamă mai largă de tensiune de intrare. Acest tip de echipament nu este pretențios în ceea ce privește frecvența și amplitudinea; prin urmare, este permisă conectarea la rețele de diferite standarde.
• Disponibilitatea unei protecții fiabile împotriva scurtcircuitelor, suprasarcinii și a altor situații de urgență.

Dezavantajele tehnologiei cu impulsuri includ:

Prezența interferenței RF este o consecință a funcționării convertorului de înaltă frecvență. Acest factor necesită instalarea unui filtru care suprimă interferențele. Din păcate, funcționarea sa nu este întotdeauna eficientă, ceea ce impune unele restricții privind utilizarea dispozitivelor de acest tip în echipamente de înaltă precizie.

Cerințe speciale pentru sarcină, aceasta nu trebuie redusă sau mărită. De îndată ce nivelul curentului depășește pragul superior sau inferior, caracteristicile tensiunii de ieșire vor începe să difere semnificativ de cele standard. De regulă, producătorii (chiar și cei recent chinezi) asigură astfel de situații și instalează o protecție adecvată în produsele lor.

Scopul aplicatiei

Aproape toate electronicele moderne sunt alimentate din blocuri de acest tip, de exemplu:

Asamblarea unei surse de alimentare comutatoare cu propriile mâini

Să luăm în considerare circuitul unei surse de alimentare simple, în care se aplică principiul de funcționare descris mai sus.

Denumiri:

• Rezistoare: R1 – 100 Ohm, R2 – de la 150 kOhm la 300 kOhm (selectabile), R3 – 1 kOhm.
• Capacități: C1 și C2 – 0,01 µF x 630 V, C3 -22 µF x 450 V, C4 – 0,22 µF x 400 V, C5 – 6800-15000 pF (selectabil), 012 µF, C6 – 10 µF x 750 µF – 220 µF x 25 V, C8 – 22 µF x 25 V.
• Diode: VD1-4 - KD258V, VD5 și VD7 - KD510A, VD6 - KS156A, VD8-11 - KD258A.
• Tranzistor VT1 – KT872A.
• Stabilizator de tensiune D1 - microcircuit KR142 cu indice EH5 - EH8 (în funcție de tensiunea de ieșire necesară).
• Transformator T1 - se folosește un miez de ferită în formă de w cu dimensiunile 5x5. Înfăşurarea primară este înfăşurată cu 600 de spire de sârmă Ø 0,1 mm, secundarul (pinii 3-4) conţine 44 de spire Ø 0,25 mm, iar ultima înfăşurare conţine 5 spire Ø 0,1 mm.
• Siguranță FU1 – 0,25A.

Configurația se reduce la selectarea valorilor R2 și C5, care asigură excitarea generatorului la o tensiune de intrare de 185-240 V.