Импульсные источники питания (ИИП) обычно являются достаточно сложными устройствами, из-за чего начинающие радиолюбители стремятся их избегать. Тем не менее, благодаря распространению специализированных интегральных ШИМ-контроллеров, есть возможность конструировать достаточно простые для понимания и повторения конструкции, обладающие высокими показателями мощности и КПД. Предлагаемый блок питания имеет пиковую мощность около 100 Вт и построен по топологии flyback (обратноходовой преобразователь), а управляющим элементом является микросхема CR6842S (совместимые по выводам аналоги: SG6842J, LD7552 и OB2269).
Внимание! В некоторых случаях для отладки схемы может понадобится осциллограф!
Технические характеристики
Размеры блока: 107х57х30 мм (размеры готового блока с Алиэкспресс, возможны отклонения).
Выходное напряжение: версии на 24 В (3-4 А) и на 12 В (6-8 А).
Мощность: 100 Вт.
Уровень пульсаций: не более 200 мВ.
На Али легко найти множество вариантов готовых блоков по этой схеме, например, по запросам вида "Artillery power supply 24V 3A", "Блок питания XK-2412-24", "Eyewink 24V switching power supply" и тому подобным. На радиолюбительских порталах данную модель уже окрестили "народной", ввиду простоты и надёжности. Схемотехнически варианты 12В и 24В различаются незначительно и имеют идентичную топологию.
Обратите внимание! В данной модели БП у китайцев весьма высок процент брака, поэтому при покупке готового изделия перед включением желательно тщательно проверять целостность и полярность всех элементов. В моём случае, например, диод VD2 имел неверную полряность, из-за чего уже после трёх включений блок сгорел и мне пришлось менять контроллер и ключевой транзистор.
Подробно методология проектирования ИИП вообще, и конкретно этой топологии в частности, тут рассматриваться не будет, ввиду слишком большого объёма информации — см. отдельные статьи.
Далее подробно разберём назначение элементов в схеме.
Импульсный блок питания мощностью 100Вт на контроллере CR6842S.
Назначение элементов входной цепи
Рассматривать схему блока будем слева-направо:
| F1 | Обычный плавкий предохранитель. |
| 5D-9 | Терморезистор, ограничивает бросок тока при включении блока питания в сеть. При комнатной температуре имеет небольшое сопротивление, ограничивающее броски тока, при протекании тока разогревается, что вызывает снижение сопротивления, поэтому в дальнейшем не влияет на работу устройства. |
| C1 | Входной конденсатор, для подавления несимметричной помехи. Ёмкость допустимо немного увеличить, желательно чтобы он был помехоподавляющим конденсатором типа X2 или имел большой (10-20 раз) запас по рабочему напряжению. Для надёжного подавления помех должен иметь низкие ESR И ESL. |
| L1 | Синфазный фильтр, для подавления симметричной помехи. Состоит из двух катушек индуктивности с одинаковым числом витков, намотанных на общем сердечнике и включенных синфазно. |
| KBP307 | Выпрямительный диодный мост. |
| R5, R9 | Цепочка, необходимая для запуска CR6842. Через неё осуществляется первичный заряд конденсатора C4 до 16.5В. Цепь должна обеспечивать ток запуска не менее 30 мкА (максимум, согласно даташиту) во всём диапазоне входных напряжений. Также, в процессе работы посредством этой цепочки осуществляется контроль входного напряжения и компенсация напряжения при котором закрывается ключ — увеличение тока, втекающего в третий пин, вызывает понижение порогового напряжения закрытия ключа. |
| R10 | Времязадающий резистор для ШИМ. Увеличение номинала данного резистора уменьшит частоту переключения. Номинал должен лежать в пределах 16-36 кОм. |
| C2 | Сглаживающий конденсатор. |
| R3, C7, VD2 | Снабберная цепь, защищающая ключевой транзистор от обратных выбросов с первичной обмотки трансформатора. R3 желательно использовать мощностью не менее 1Вт. |
| C3 | Конденсатор, шунтирующий межобмоточную ёмкость. В идеале должен быть Y-типа, либо же должен иметь большой запас (15-20 раз) по рабочему напряжению. Служит для уменьшения помех. Номинал зависит от параметров трансформатора, делать слишком большим нежелательно. |
| R6, VD1, C4 | Данная цепь, запитываясь от вспомогательной обмотки трансформатора образует цепь питания контроллера. Также данная цепь влияет на цикл работы ключа. Работает это следующим образом: для корректной работы напряжение на седьмом выводе контроллера должно находиться в пределах 12.5 — 16.5 В. Напряжение 16.5В на этом выводе является порогом, при котором происходит открытие ключевого транзистора и энергия начинает запасаться в сердечнике трансформатора (в это время микросхема питается от C4). При понижении ниже 12.5В микросхема отключается, таким образом конденсатор C4 должен обеспечивать питание контроллера пока из вспомогательной обмотки не поступает энергии, поэтому его номинала должно быть достаточно чтобы удерживать напряжение выше 12.5В пока ключ открыт. Нижний предел номинала C4 следует рассчитывать исходя из потребления контроллера около 5 мА. От времени заряда данного конденсатора до 16.5В зависит время закрытого ключа и определяется оно током, который может отдать вспомогательная обмотка, при этом ток ограничивается резистором R6. Кроме всего прочего, посредством данной цепи в контроллере предусмотрена защита от перенапряжения в случае выхода из строя цепей обратной связи — при превышении напряжения выше 25В контроллер отключится и не начнёт работать пока питание с седьмого пина не будет снято. |
| R13 | Ограничивает ток заряда затвора ключевого транзистора, а также обеспечивает его плавное открытие. |
| VD3 | Защита затвора транзистора. |
| R8 | Подтяжка затвора к земле, выполняет несколько функций. Например, в случае отключения контроллера и повреждения внутренней подтяжки данный резистор обеспечит быстрый разряд затвора транзистора. Также, при корректной разводке платы обеспечит более короткий путь тока разряда затвора на землю, что должно положительно сказаться на помехозащищённости. |
| BT1 | Ключевой транзистор. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку. |
| R7, C6 | Цепь служит для сглаживания колебаний напряжения на токоизмерительном резисторе. |
| R1 | Токоизмерительный резистор. Когда напряжение на нём превышает 0.8В контроллер закрывает ключевой транзистор, таким образом регулируется время открытого ключа. Кроме того, как уже говорилось выше, напряжение при котором будет закрыт транзистор также зависит от входного напряжения. |
| C8 | Фильтрующий конденсатор оптопары обратной связи. Допустимо немного увеличить номинал. |
| PC817 | Опторазвязка цепи обратной связи. Если транзистор оптопары закроется это вызовет повышение напряжения на втором выводе контроллера. Если напряжение на втором выводе будет превышать 5.2В дольше 56 мс, это вызовет закрытие ключевого транзистора. Таким образом реализована защита от перегрузки и короткого замыкания. |
В данной схеме 5-й вывод контроллера не используется. Однако, согласно даташиту на контроллер, на него можно повесить NTC-термистор, который обеспечит отключение контроллера в случае перегрева. Стабилизированный выходной ток данного вывода — 70 мкА. Напряжение срабатывания температурной защиты 1.05В (защита включится при достижении сопротивления 15 кОм). Рекомендуемый номинал термистора 26 кОм (при 27°C).
Параметры импульсного трансформатора
Поскольку импульсный трансформатор это один из самых сложных в проектировании элементов импульсного блока, расчёт трансформатора для каждой конкретной топологии блока требует отдельной статьи, поэтому подробного описания методологии тут не будет, тем не менее для повторения описываемой конструкции следует указать основные параметры используемого трансформатора.
Следует помнить, что одно из важнейших правил при проектировании — соответствие габаритной мощности трансформатора и выходной мощности блока питания, поэтому первым делом, в любом случае, выбирайте подходящие вашей задаче сердечники.
Чаще всего данная конструкция поставляется с трансформаторами, выполненными на сердечниках типа EE25 или EE16, либо аналогичных. Собрать достаточно информации по количеству витков в данной модели ИИП не удалось, поскольку в разных модификациях, несмотря на схожие схемы, используются различные сердечники.
Увеличение разницы в количестве витков ведёт к уменьшению потерь на переключение ключевого транзистора, но повышает требования к его нагрузочной способности по максимальному напряжению сток-исток (VDS).
Для примера, будем ориентироваться на стандартные сердечники типа EE25 и значение максимальной индукции Bmax = 300 мТ. В этом случае соотношение витков первой-второй-третьей обмотки будет равно 90:15:12.
Следует помнить, что указанное соотношение витков не является оптимальным и возможно потребуется корректировка соотношений по результатам испытаний.
Первичную обмотку следует наматывать проводником не тоньше 0.3мм в диаметре. Вторичную обмотку желательно выполнять сдвоенным проводом диаметром 1мм. Через вспомогательную третью обмотку течёт малый ток, поэтому провода диаметром 0.2мм будет вполне достаточно.
Описание элементов выходной цепи
Далее кратко рассмотрим выходную цепь источника питания. Она, в общем-то, совершенно стандартна, от сотен других отличается минимально. Интересна может быть лишь цепочка обратной связи на TL431, но её мы тут подробно рассматривать не будем, потому что про цепи обратной связи есть отдельная статья.
| VD4 | Сдвоенный выпрямительный диод. В идеале подбирать с запасом по напряжениютоку и с минимальным падением. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку. |
| R2, C12 | Снабберная цепь для облегчения режима работы диода. R2 желательно использовать мощностью не менее 1Вт. |
| C13, L2, C14 | Выходной фильтр. |
| C20 | Керамический конденсатор, шунтирующий выходной конденсатор C14 по ВЧ. |
| R17 | Нагрузочный резистор, обеспечивающий нагрузку для холостого хода. Также через него разряжаются выходные конденсаторы в случае запуска и последующего отключения без нагрузки. |
| R16 | Токоограничивающий резистор для светодиода. |
| C9, R20, R18, R19, TLE431, PC817 | Цепь обратной связи на прецизионном источнике питания. Резисторы задают режим работы TLE431, а PC817 обеспечивает гальваническую развязку. |
Что можно улучшить
Вышеописанная схема обычно поставляется в готовом виде, но, если собирать схему самому, ничто не мешает немного улучшить конструкцию. Модифицировать можно как входные, так и выходные цепи.
Если в ваших розетках земляной провод имеет соединение с качественной землёй (а не просто ни к чему не подключен, как это часто бывает), можно добавить два дополнительных Y-конденсатора, соединённых каждый со своим сетевым проводом и землёй, между L1 и входным конденсатором C1. Это обеспечит симметрирование потенциалов сетевых проводов относительно корпуса и лучшее подавление синфазной составляющей помехи. Вместе с входным конденсатором два дополнительных конденсатора образуют т.н. «защитный треугольник».
После L1 также стоит добавить ещё один конденсатор X-типа, с той же ёмкостью что у C1.
Для защиты от импульсных бросков напряжения большой амплитуды целесообразно параллельно входу подключать варистор (например 14D471K). Также, если у вас есть земля, для защиты в случае аварии на линии электроснабжения, при которой вместо фазы и нуля фаза попадаётся на оба провода, желательно составить защитный треугольник из таких же варисторов.
Защитный треугольник на варисторах.
При повышении напряжения выше рабочего, варистор снижает своё сопротивление и ток течёт через него. Однако, ввиду относительно низкого быстродействия варисторов, они не способны шунтировать скачки напряжения с быстро нарастающим фронтом, поэтому для дополнительной фильтрации быстрых скачков напряжения желательно параллельно входу подключать также двунаправленный TVS-супрессор (например, 1.5KE400CA).
Опять же, при наличии земляного провода, желательно добавить на выход блока ещё два Y-конденсатора небольшой ёмкости, включенных по схеме «защитного треугольника» параллельно с C14.
Для быстрой разрядки конденсаторов при отключении устройства параллельно входным цепям целесообразно добавить мегаомный резистор.
Каждый электролитический конденсатор желательно зашунтировать по ВЧ керамикой малой ёмкости, расположенной максимально близко к выводам конденсатора.
Ограничительный TVS-диод будет не лишним поставить также и на выход — для защиты нагрузки от возможных перенапряжений в случае проблем с блоком. Для 24В версии подойдёт, например 1.5KE24A.
Автор: Internet. Опубликовано в Источники питания
S-60-12 — AC/DC преобразователь мощностью 60 Вт. Корпус: для монтажа на шасси, серия
Основные технические параметры:
Мощность: 60 Вт;
Количество выходов: 1
U вых: 12 В;
вых A: 0. 5 А;
Механическая подстройка выходного напряжения: ± 10%;
КПД: 76 %;
Уровень пульсаций (размах): 100 мВ;
1 фазное подключение
Входное напряжение : 100. 260 В (Номинальное: 230 В);
Схема AC-DC преобразователя S-60-12 12V- 5A.
C25m C3679 C5609
— Входной сигнал: AC 100-240V/1.1A/50-60Hz
— Выход: 12V/3.16A/55W
Состав: KA3843A , 8N600 , PC817.
SWITCHING ADAPTER
MODEL: WK02-1210
INPUT: 100-240VAC 50/60Hz 0.3А
OUTPUT: 12V — 1.0A
Схема WK02-1210 , D13005K, S8050, nec2501
Программа от STM Electronics для расчёта таких AC/DC преобразователей, практически симулятор , покрутив который становится понятно что и как на что влияет — схема достаточно неприхотлива. "vipersoft.exe"(3.8 MБ)
Большой выбор блоков питания на http://aliexpress.com/
Видео испытание макс. мощности от Rеmоnter
В схемотехнике современных импульсных источников питания (ИИП) приобрели широкую популярность ШИМ-регуляторы, выполненные в малогабаритных планарных корпусах с шестью выводами. Обозначение типа корпуса может быть SOT-23-6, SOT-23-6L, SOT-26, TSOP-6, SSOT-6. Внешний вид и расположение выводов показаны на рисунке ниже. В данном случае на левом фрагменте картинки представлена кодовая маркировка LD7530A
Назначение выводов:
1 — GND. (Общий провод).
2 — FB. (FeedBack — Обратная Связь). Вход для управления длительностью импульсов сигналом с выходного напряжения. Иногда может иметь обозначение COMP (входной компаратор).
3 — RI/RT/CT/COMP/NC — В зависимости от типа микросхемы, может быть задействован для частотозадающей RC цепи (RI/RT/CT), либо для организации защиты, как вход компаратора отключения ШИМ при пороговом значение на его входе, указанном в документе. В некоторых типах микросхем этот вход может быть никак не задействован (NC — No Connect).
4 — SENSE, по другому CS (Current Sense) — Вход с датчика тока в истоке ключа.
5 — VCC — Вход напряжения питания и запуска микросхемы.
6 — OUT (GATE) — Выход для управления затвором (Gate) ключа.
Функционально подобные регуляторы работают по принципу популярных ранее микросхем ШИМ серии xx384x, которые хорошо зарекомендовали себя в плане надёжности и устойчивости.
Некоторые затруднения часто возникают при замене или выборе аналога для подобных ШИМ-регуляторов по причине применения кодовой маркировки в обозначении типа микросхем. Ситуация осложняется большим количеством производителей компонентов, которые не всегда предоставляют документацию в массовый доступ, так же не все производители готовых устройств снабжают схемами ремонтные сервисные центры, поэтому реальные схемные решения ремонтникам часто приходится изучать по установленным компонентам и монтажным соединениям непосредственно на плате.
В практике часто встречаются микросхемы ШИМ и кодом маркировки EAxxx и Eaxxx. Официальной документации на них не найдено в свободном доступе, но сохранились обсуждения на форумах и кусочки картинок из PDF от System General, которая публикует их как SG6848T и SG6848T2. Рисунок прилагается.
Вниманию мастеров предлагаем таблицы, составленные из доступной в интернете информации и документов PDF для подбора аналогов при замене наиболее распространённых шестиногих планарных ШИМ c цоколёвкой выводов: pin1 — GND, pin2 — FB (COMP), pin4 — Sense, pin5 — Vcc, pin6 — OUT.
Основным их различием является применение и назначение вывода 3.
ШИМ-регуляторы (PWM), без использования вывода 3.
| Name | Part Namber | Diler | Marking |
|---|---|---|---|
| SG6849 | SG684965TZ | Fairchild / ON Semi | BBxx |
| SG6849 | SG6849-65T, SG6849-65TZ | System General | MBxx EBxx |
| SGP400 | SGP400TZ | System General | AAKxx |
ШИМ-регуляторы (PWM) с установкой резистора 95-100 kOhm на вывод 3.
Применяя перечисленные ниже ШИМ, частоту следует установить резистором RT (RI) от вывода 3 на землю. Обычно его номинал выбирается 95-100 kOhm для частоты 65-100 KHz. Более точно смотрите в прилагаемой документации. Файлы PDF упакованы в RAR.
| Name | Part Namber | Diler | Marking |
|---|---|---|---|
| AP3103A | AP3103AKTR-G1 | Diodes Incorporated | GHL |
| AP8263 | AP8263E6R, A8263E6VR | AiT Semiconductor | S1xx |
| AT3263 | AT3263S6 | ATC Technology | 3263 |
| CR6848 | CR6848S | Chip-Rail | 848H16 |
| CR6850 | CR6850S | Chip-Rail | 850xx |
| CR6851 | CR6851S | Chip-Rail | 851xx |
| FAN6602R | FAN6602RM6X | Fairchild / ON Semi | ACCxx |
| FS6830 | FS6830 | FirstSemi | |
| GR8830 | GR8830CG | Grenergy | 30xx |
| GR8836 | GR8836C, GR8836CG | Grenergy | 36xx |
| H6849 | H6849NF | HI-SINCERITY | |
| H6850 | H6850NF | HI-SINCERITY | |
| HT2263 | HT2263MP | HOT-CHIP | 63xxx |
| KP201 | Kiwi Instruments | ||
| LD5530 | LD5530GL LD5530R | Leadtrand | xxt30 xxt30R |
| LD7531 | LD7531GL, LD7531PL | Leadtrend | xxP31 |
| LD7531A | LD7531AGL | Leadtrend | xxP31A |
| LD7535/A | LD7535BL, LD7535GL, LD7535ABL, LD7535AGL | Leadtrend | xxP35-xxx35A |
| LD7550 | LD7550BL, LD7550IL | Leadtrend | xxP50 |
| LD7550B | LD7550BBL, LD7550BIL | Leadtrend | xxP50B |
| LD7551 | LD7551BL/IL | Leadtrend | xxP51 |
| LD7551C | LD7551CGL | Leadtrend | xxP51C |
| NX1049 | XN1049TP | Xian-Innuovo | 49xxx |
| OB2262 | OB2262MP | On-Bright-Electronics | 62xx |
| OB2263 | OB2263MP | On-Bright-Electronics | 63xx |
| PT4201 | PT4201E23F | Powtech | 4201 |
| R7731 | R7731GE/PE | Richtek | 0Q= |
| R7731A | R7731AGE | Richtek | > |
| SD4870 | SD4870TR | Silan Microelectronics | 4870 |
| SF1530 | SF1530LGT | SiFirst | 30xxx |
| SG5701 | SG5701TZ | System General | AAExx |
| SG6848 | SG6848T, SG6848T1, SG6848TZ1, SG6848T2 | Fairchild / ON Semi | AAHxx EAxxx |
| SG6858 | SG6858TZ | Fairchild / ON Semi | AAIxx |
| SG6859A | SG6859ATZ, SG6859ATY | Fairchild / ON Semi | AAJFxx |
| SG6859 | SG6859TZ | Fairchild / ON Semi | AAJMxx |
| SG6860 | SG6860TY | Fairchild | AAQxx |
| SP6850 | SP6850S26RG | Sporton Lab | 850xx |
| SP6853 | SP6853S26RGB, SP6853S26RG | Sporton Lab | 853xx |
| SW2263 | SW2263MP | SamWin | |
| UC3863/G | UC3863G-AG6-R | Unisonic Technologies Co | U863 U863G |
| XN1049 | XN1049, XN1049TP | Innuovo Microelectronics | 49 xxx |
ШИМ-регуляторы, в которых вывод 3 используется иначе.
При использовании перечисленных ниже ШИМ (PWM-контроллеров) следует обратить внимание на вывод 3, который может использоваться для организации защиты — тепловой или от превышения входного напряжения.
Частота может быть фиксированной 65kHz, либо устанавливаться номиналом конденсатора на выводе 3.
При замене любых микросхем на аналоги внимательно изучайте документацию. Файлы PDF упакованы в архив RAR.
| Name | Part Namber | Diler | Marking |
|---|---|---|---|
| AP3105/V/L/R | AP3105KTR-G1, AP3105VKTR-G1, AP3105LKTR-G1, AP3105RKTR-G1 | Diodes Incorporated | GHN GHO GHP GHQ |
| AP3105NA/NV/NL/NR | AP3105NAKTR-G1, AP3105NVKTR-G1, AP3105NLKTR-G1, AP3105NRKTR-G1 | Diodes Incorporated | GKN GKO GKP GKQ |
| AP3125A/V/L/R | AP3125AKTR-G1, AP3125VKTR-G1, AP3125LKTR-G1, AP3125RKTR-G1 | Diodes Incorporated | GLS GLU GNB GNC |
| AP3125B | AP3125BKTR-G1 | Diodes Incorporated | GLV |
| AP3125HA/HB | AP3125HAKTR-G1, AP3125HBKTR-G1 | Diodes Incorporated | GNP GNQ |
| AP31261 | AP31261KTR-G1 | Diodes Incorporated | GPE |
| AP3127/H | AP3127KTR-G1, AP3127HKTR-G1 | Diodes Incorporated | GPH GSH |
| AP3301 | AP3301K6TR-G1 | Diodes Incorporated | GTC |
| FAN6862 | FAN6862TY | Fairchild / ON Semi | ABDxx |
| FAN6863 | FAN6863TY, FAN6863LTY, FAN6863RTY | Fairchild / ON Semi | ABRxx |
| HT2273 | HT2273TP | HOT-CHIP | 73xxx |
| LD7510/J | LD7510GL, LD7510JGL | Leadtrend | xxP10 xxP10J |
| LD7530/A | LD7530PL, LD7530GL, LD7530APL, LD7530AGL | Leadtrend | xxP30 xxxP30A |
| LD7532 | LD7532GL | Leadtrend | xxP32 |
| LD7532A | LD7532AGL | Leadtrend | xxP32A |
| LD7532H | LD7532HGL | Leadtrend | xxP32H |
| LD7533 | LD7533GL | Leadtrend | xxP33 |
| LD7536 | LD7536GL | Leadtrend | xxP36 |
| LD7536R | LD7536RGL | Leadtrend | xxP36R |
| LD7537R | LD7537RGL | Leadtrend | xxP37R |
| ME8204 | ME8204M6G | MicrOne | ME8204xx |
| NCP1250 | NCP1250ASN65T1G, NCP1250BSN65T1G, NCP1250ASN100T1G, NCP1250BSN100T1G | ON Semiconductor | 25xxxx |
| NCP1251 | NCP1251ASN65T1G, NCP1251BSN65T1G, NCP1251ASN100T1G, NCP1251BSN100T1G | ON Semiconductor | 5xxxxx |
| OB2273 | OB2273MP | On-Bright-Electronics | 73xx |
| R7735 | R7735AGE, R7735HGE, R7735GGE, R7735RGE, R7735LGE | Richtek | |
| UC3873/G | UC3873-AG6-R, UC3873G-AG6-R | Unisonic Technologies | U873 U873G |
Таблица пополняется по мере поступления информации.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
