Импульсный и аналоговый блок питания своими руками

Доброго времени суток дорогие друзья, в этой статье хочу поделиться с вами своим опытом по созданию импульсных источников питания. Речь пойдет о том как собрать своими руками импульсный источник питания на микросхеме IR2153.

Микросхема IR2153 представляет собой высоковольтный драйвер затвора, на ней строят много различных схем, блоки питания, зарядные устройства и т. д. Напряжение питания варьируется от 10 до 20 вольт, рабочий ток 5 мА и рабочую температуру до 125 градусов Цельсия.

Начинающие радиолюбители побаиваются собрать свой первый импульсный блок питания, очень часто прибегают к трансформаторным блокам. Я в свое время тоже опасался, но все таки собрался и решил попробовать, тем более что деталей было достаточно для его сборки. Теперь поговорим не много о схеме. Это стандартный полумостовой источник питания с IR2153 на борту.

Детали

Диодный мост на входе 1n4007 или готовая диодная сборка рассчитанная на ток не менее 1 А и обратным напряжением 2019 В.

Резистор R1 не менее двух ватт можно и 5 Ватт 24 кОм, резистор R2 R3 R4 мощностью 0,25 Ватт.

Конденсатор электролитический по высокой стороне 400 вольт 47 мкф.

Выходной 35 вольт 470 – 2019 мкФ. Конденсаторы фильтра пленочные рассчитанные на напряжение не менее 250 В 0,1 — 0,33 мкФ. Конденсатор С5 – 1 нФ. Керамический, конденсатор С6 керамический 220 нФ, С7 пленочный 220 нФ 400 В. Транзистор VT1 VT2 N IRF840, трансформатор от старого блока питания компьютера, диодный мост на выходе полноценный из четырех ультрабыстрых диодах HER308 либо другие аналогичные.

В архиве можно скачать схему и плату:

Печатная плата изготовлена на куске фольгированного одностороннего стеклотекстолита методом ЛУТ. Для удобства подключения питания и подключения выходного напряжения на плате стоят винтовые клемники.


Схема импульсного блока питания на 12 В

Преимущество этой схемы в том, что эта схема очень популярная в своем роде и ее повторяют многие радиолюбители в качестве своего первого импульсного источника питания и КПД а разы больше не говоря уже и размерах. Схема питается от сетевого напряжения 220 вольт по входу стоит фильтр который состоит из дросселя и двух пленочных конденсаторов рассчитанных на напряжение не менее 250 – 300 Вольт емкостью от 0,1 до 0,33 мкФ их можно взять из компьютерного блока питания.

В моем случае фильтра нет, но поставить желательно. Далее напряжение поступает на диодный мост рассчитанный на обратное напряжение не менее 400 Вольт и током не менее 1 Ампера. Можно и поставить готовую диодную сборку. Дальше по схеме стоит сглаживающий конденсатор с рабочим напряжением 400 В, поскольку амплитудное значение сетевого напряжение составляет в районе 300 В. Емкость данного конденсатора подбирается следующим образом, 1 мкФ на 1 Ватт мощности, так как я не собираюсь выкачивать из этого блока большие токи, то в моем случае стоит конденсатор на 47 мкФ, хотя из такой схемы можно и выкачивать сотни ватт. Питание микросхемы берется с переменки, здесь организован источник питания резистор R1 который обеспечивает гашение тока, желательно ставить помощнее не менее двух ватт так как осуществляется его нагрев, затем напряжение выпрямляется всего одним диодом и поступает на сглаживающий конденсатор а затем на микросхему. 1 вывод микросхемы плюс питания и 4 вывод это минус питания.

Можно и собрать отдельный источник питания для нее и подать согласно полярности 15 В. В нашем случае микросхема работает на частоте 47 – 48 кГц для такой частоты организована RC цепочка состоящая из резистора R2 15 ком и пленочного или керамического конденсатора на 1 нФ. При таком раскладе деталей микросхема будет работать правильно и вырабатывать прямоугольные импульсы на своих выходах которые поступают на затворы мощных полевых ключей через резисторы R3 R4 номиналы их могут отклоняться в пределах от 10 до 40 Ом. Транзисторы необходимо ставить N канальные, в моем случае стоят IRF840 с рабочим напряжением сток исток 500 В и максимальным током стока при температуре 25 градусов 8 А и максимальной рассеиваемой мощностью 125 Ватт. Далее по схеме стоит импульсный трансформатор, после него идет полноценный выпрямитель из четырех диодов марки HER308, обычные диоды тут не подойдут так как они не смогут работать на высоких частотах, поэтому ставим ультрабыстрые диоды и после моста напряжение уже поступает на выходной конденсатор 35 Вольт 2019 мкФ, можно и 470 мкФ особо больших емкостей в импульсных блоках питания не требуется.

Вернемся к трансформатору, его можно найти на платах компьютерных блоков питания, определить тут его не сложно на фото видно самый большой вот он то нам и нужен. Чтобы перемотать такой трансформатор необходимо прослабить клей, которым склеены половинки феррита, для этого берем паяльник или паяльный фен и потихоньку прогреваем трансформатор, можно опустить в кипяток на несколько минут и аккуратно разъединяем половинки сердечника. Сматываем все базовые обмотки, наматывать будем свои. Из расчета того что мне на выходе нужно получить напряжение в районе 12-14 Вольт, первичная обмотка трансформатора содержит 47 витков проводом 0,6 мм в две жилы, делаем изоляцию между намоткой обычным скотчем, вторичная обмотка содержит 4 витка того же провода в 7 жил. ВАЖНО производить намотку в одну сторону, каждый слой изолировать скотчем, отмечая начало и конец обмоток иначе ни чего работать не будет, а если и будет тогда блок не сможет отдать всю мощность.

Проверка блока

Ну а теперь давайте протестируем наш блок питания так как мой вариант полностью исправен то я сразу подключаю в сеть без страховочной лампы.

Проверим выходное напряжение как видим оно в районе 12 – 13 В не много гуляет от перепадов напряжения в сети.

В качестве нагрузки автомобильная лампа на 12 В мощностью 50 Ватт ток соответственно протекает 4 А. Если такой блок дополнить регулировкой тока и напряжения, поставить входной электролит большей емкости, то можно смело собирать зарядное устройство для авто и лабораторный блок питания.

Перед запуском блока питания необходимо проверить весь монтаж и включаем в сеть через страховочную лампу накаливания 100 Ватт, если Лампа горит в полный накал значит ищите ошибки при монтаже сопли не смытый флюс либо не исправен какой то компонент и т д. При правильной сборке лампа должна слегка вспыхнуть и погаснуть, это нам говорит, что Конденсатор по входу зарядился и ошибок в монтаже нет. Поэтому перед установкой компонентов на плату их необходимо проверять даже если они новые. Еще один не мало важный момент после запуска напряжение на микросхеме между 1 и 4 выводом должно быть не менее 15 В. Если это не так подбирать нужно номинал резистора R2.

Смотрите видео

Доброго времени суток форумчане и гости сайта Радиосхемы! Желая собрать приличный, но не слишком дорогой и крутой блок питания, так чтоб в нём всё было и ничего это по деньгам не стоило, перебрал десятки вариантов. В итоге выбрал лучшую, на мой взгляд, схему с регулировкой тока и напряжения, которая состоит всего из пяти транзисторов не считая пары десятков резисторов и конденсаторов. Тем не менее работает она надёжно и имеет высокую повторяемость. Эта схема уже рассматривалась на сайте, но с помощью коллег удалось несколько улучшить её.

Я собрал эту схему в первоначальном виде и столкнулся с одним неприятным моментом. При регулировке тока не могу выставить 0.1 А — минимум 1.5 А при R6 0.22 Ом. Когда увеличил сопротивление R6 до 1.2 Ом — ток при коротком замыкании получился минимум 0.5 А. Но теперь R6 стал быстро и сильно нагреваться. Тогда задействовал небольшую доработку и получил регулировку тока намного более шире. Примерно от 16 мА до максимума. Также можно сделать от 120 мА если конец резистора R8 перекинуть в базу Т4. Суть в том, что до падения напряжения резистора добавляется падения перехода Б-Э и это дополнительное напряжение позволяет раньше открыть Т5, и как следствие — раньше ограничить ток.

Рекомендуем такой вариант схемы с мультисима. Добавлен резистор (R9 100 Ом) в базу Т5 (Q5) для ограничения тока при крайнем левом положении резистора R8 (470 Ом). Регулирует от 10 мА до максимума.

На базе этого предложения провёл успешные испытания и в итоге получил простой лабораторный БП. Выкладываю фото моего лабораторного блока питания с тремя выходами, где:

  • 1-выход 0-22в
  • 2-выход 0-22в
  • 3-выход +/- 16в

Также помимо платы регулировки выходного напряжения устройство было дополнено платой фильтра питания с блоком предохранителей. Что получилось в итоге — смотрите далее:

Отдельная благодарность за улучшение схемы — Rentern. Сборка, корпус, испытания — aledim.

   Форум по БП

   Обсудить статью ЛУЧШИЙ САМОДЕЛЬНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

В большинстве устройств, применяются импульсные схемы блоков питания (ИБП) из-за их высоких электроэнергетических показателей и стабильности в работе. Но вместе с тем используются и аналоговые источники питания, обладающие простотой изготовления и высокой надёжностью. Существует огромное количество вариантов изготовления блоков питания своими руками, применяя различные схематические решения.

Виды и принцип работы

Выполнен блок питания (БП) самостоятельно или приобретён серийный экземпляр, требования, предъявляемые к нему неизменные, а именно: высокий коэффициент полезного действия (КПД), малый размер, высокая стабильность выходного сигнала, отсутствие электропомех, а также высокая надёжность.

Основная классификация источников питания осуществляется по режиму работы, он бывает линейным и инверторным. Соответственно Б. П. разделяются:

  • на аналоговые (линейные);
  • на цифровые (инверторные).

Из важных параметров БП выделяют:

  1. Тип выходного сигнала. В результате преобразования, напряжение на выходе может быть переменной или постоянной величины.
  2. Мощность. Характеризуется током, которое выдаёт устройство без ухудшения характеристик выходного напряжения. Единица измерения ватт.
  3. Коэффициент полезного действия. Показывает эффективность работы прибора, т. е. отношение преобразованной энергии к переданной. Чем показатель больше, тем менее греется устройство при работе.
  4. Защита от перегрузок. Способность устройства реагировать на возникновение нештатных ситуаций в питаемых им устройствах.
  5. Система охлаждения. По виду охлаждения разделяются на пассивные и активные. К пассивному виду относятся радиаторы или естественное охлаждение, к активному, нагнетатели воздуха или водяное охлаждение.

Аналоговый источник питания

Такие источники напряжения характеризуются надёжностью в работе и простотой изготовления. Недостатками являются размеры и вес, а также высокое ценообразование.

Ключевыми элементами линейного источника напряжений являются:

  • сетевой фильтр;
  • трансформатор.

Для получения постоянного напряжения после трансформатора добавляется диодный мост и электролитический конденсатор.

Трансформаторы применяются различного исполнения, единственно их первичная обмотка должна быть рассчитана на подключение к сети 220 вольт. По виду они бывают понижающими и повышающими. Сам трансформатор представляет собой электротехническое изделие, состоящее из двух частей. Сердечника, собранного из стали или феррита, и обмоток, выполненных в виде витков из проводникового материала. Для получения на выходе меньшего уровня сигнала, чем на входе, количество витков во вторичной обмотке делается меньше. Таким образом, изменяя это соотношение можно получить любое напряжение.

Сетевой фильтр предотвращает попадание помех в сеть от работающего оборудования и наоборот. Обычно представляет собой ёмкостно-индуктивную цепочку.

Принцип работы БП

Схема трансформаторного блока питания работает следующим образом. Напряжение сети проходит через фильтр, а с него попадает на первичную обмотку трансформатора. При прохождении по ней переменного тока, образовывается переменное магнитное поле. Этот поле пронизывает сердечник и все обмотки, в которых появляется ЭДС. Если к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, то под действием ЭДС через неё начинает протекать переменный ток.

Для получения напряжения постоянной величины, сигнал со вторичной обмотки трансформатора передаётся на выпрямительный узел. Это устройство собранно на четырёх диодах, включённых по мостовой схеме, и электролитического конденсатора. С электролита и снимается постоянное напряжение, предназначенное для питания приборов.

Импульсный источник питания

Работа ИБП основана на двойном преобразовании напряжения. Вначале, входной сигнал преобразуется в постоянное напряжение, а затем в импульсы высокой частоты. Трансформатор, применяющийся в схеме, не требует больших размеров. При совместном включении трансформатора и транзистора в режиме ключа, образовывается блокинг-генератор. Изменение и стабилизация выходного сигнала, происходит уменьшением длительности открытого состояния транзистора, которое управляется специализированной микросхемой. Её работа построена на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Преимущество такого вида БП:

  • малый вес;
  • невысокая стоимость;
  • КПД достигает 98%;
  • защита от короткого замыкания и перегрузок.

Из недостатков отмечается сложность схемотехники и то, что такой источник питания вносит высокочастотные помехи в линию электропередачи.

Принцип работы ИБП

Сетевое напряжение попадает на схему через предохранитель, затем на ёмкостной помехоподавляющий фильтр. Далее, на выпрямительный блок из диодов. К выходу выпрямителя подключена сглаживающая электролитическая ёмкость. Напряжение на конденсаторе уменьшается, через цепочку резисторов и стабилитрон, для обеспечения пускового значения микросхемы. Микросхема управляет работой ключевого транзистора через ограничивающий резистор.

При поступлении прямоугольного импульса на транзистор происходит его открывание, и через обмотку импульсного трансформатора начинает течь ток. В результате наводится ЭДС и появляется напряжение на вторичной обмотке. Если длительность импульса, приходящего на ключевой транзистор, увеличивается, то увеличивается и величина выходного сигнала, при уменьшении соответственно уменьшается.

Для получения стабильного сигнала применяется обратная связь. Она собирается на оптопаре и резисторе. При повышении значения сигнала на вторичной обмотке трансформатора увеличивается и ток, протекающий через оптопару, что приводит к снижению сопротивления фототранзистора оптопары. В результате увеличивается падение напряжения на резисторе и уменьшается на входе ШИМ контроллера. Длительность импульса, посылаемая микросхемой на транзисторный ключ, увеличивается.

Стабилизация выходного сигнала

При необходимости получения стабилизированного сигнала на выходе, перед нагрузкой, подключается интегральный стабилизатор. Например, постоянного уровня сигнала КРЕН5А, 7812, или с его регулировкой LM 317T и т. п. Стабилизаторы характеризуются входным рабочим диапазоном, то есть при изменении входного сигнала в этом диапазоне на входе всегда будет постоянное значение напряжения.

Кроме интегральных микросхем, используется и параметрический стабилизатор. Конструкция его отличается тем, что параллельно нагрузке подсоединяется стабилитрон с требуемым напряжением стабилизации. Последовательно к нагрузке и стабилитрону включается сопротивление. При увеличении тока в цепи, напряжение на стабилитроне практически не изменится из-за его вольт-амперной характеристики. А весь излишек напряжения упадёт на сопротивление. Для увеличения коэффициента стабилизации в схеме применяется дополнительное включение транзисторов как последовательно, так и параллельно стабилитрону.

Регулятор выходного напряжения

В случае необходимости изменения стабилизированного сигнала на выходе, применяют регулятор величины уровня сигнала. Один из простых регуляторов напряжения для блока питания, собирается на специализированной микросхеме LM 317.

Микросхема LM 317 обеспечивает регулировку сигнала в диапазоне от 1,2 до 37 вольт при максимальной силе тока 1,5 ампера. Само изменение напряжения происходит с помощью подстройки сопротивления резистора R1. Микросхема снабжена защитой от короткого замыкания.

Необходимо отметить, что в случае использования ИБП микросхема ШИМ контроллера, за счёт сужения и расширения фронта импульсов изменяет мощность, передаваемую в трансформатор, и играет роль регулятора напряжения. Изменения происходят с помощью переменного резистора, подключённого к управляющим выводам микросхемы.

Управление переменным напряжением

Не всегда нужен БП с постоянным уровнем сигнала, иногда требуется на выходе переменное напряжение. Для плавной регулировки выходного переменного сигнала используется схема с мощным тиристорным управлением.

Такая схема применяется как с активной, так и реактивной нагрузкой. Входное напряжение может меняться от 125 до 220 вольт.

В состав выпрямительного моста включается тиристор, играющий роль ключа управления. Как только происходит разряд конденсатора C1 через резистор R2, тиристор открывается. Величина сигнала, при котором происходит открытие тиристора, регулируется переменным резистором R1. Выходное напряжение изменяется в диапазоне от нуля до величины входного сигнала.

Схемы источников питания

Для самостоятельного изготовления БП, потребуется наличие радиоэлементов, аккуратность и принципиальна схема. Выполнить аналоговый, самодельный блок питания, обычно не вызывает трудностей. В то время как изготовить регулируемый импульсный блок питания своими руками, будет сложно даже для подготовленного радиолюбителя.

Линейный блок питания

Самая дорогостоящая деталь такого источника напряжения будет трансформатор. Для простоты изготовления лучше поискать трансформатор вида тор. Остальные радиоэлементы не являются дефицитными и их всегда можно легко достать. Для того чтоб выполнить простой регулируемый источник питания понадобится:

  • понижающий трансформатор;
  • четыре выпрямительных диода или готовый диодный мост;
  • электролитическая ёмкость 68—220 мкФ на 400 вольт;
  • резистор 200 Ом;
  • переменный резистор 6,8 кОм;
  • интегральный стабилизатор LM 317.

Трансформатор выбирается со вторичной обмоткой около 25 вольт. При необходимости нужное количество витков потребуется смотать или домотать самостоятельно. Следует отметить, что при использовании диодного моста, выходное напряжение поднимется на величину равную произведению переменного напряжения на число 1.41. Вся схема собирается на плате из текстолита или навесным монтажом. Управление уровнем сигнала осуществляется изменением сопротивления построечного резистора. Такой блок питания сможет выдавать от 1,2 и до 37 вольт при токе 1,5 ампера.

Цифровой блок питания

Сделать самостоятельно такой БП совсем непросто. Для выполнения простого импульсного блока самостоятельно, в первую очередь понадобится изготовить печатную плату. Для этого в домашних условиях используется лазерно-утюжный метод (ЛУТ). После того как плата будет готова и закуплены радиодетали, потребуется правильно всё распаять.

Работа схемы заключается в использовании микросхемы TL 494. Встроенный в неё генератор подаёт поочерёдно на транзисторы VT1, VT2 работающие в ключевом режиме, импульсы с частотой 30 кГц. Транзисторы соединены с управляющим трансформатором TR1, который управляет VT3, VT4. Конденсаторы С3, С4 являются фильтром питания.

Цепочка R7, C8 формирует питающее напряжение для микросхемы в первый момент включения, после разряда С8 питание уже подаётся через третью обмотку трансформатора TR2. Стабилитрон VD2 и ёмкость C6 предназначены для формирования сигнала, обеспечивающего работу микросхемы. Напряжение с третьего вывода трансформатора, через диоды Шотки и С9, С10, подаётся на вход радиоустройства.

Собрав источник напряжения, изучив его работу, в дальнейшем выполнить ремонт импульсных блоков питания телевизоров своими руками не составит труда. Да и такой же ремонт БП в компьютерных системах или зарядных устройствах, будет легко осуществим самостоятельно.

При самостоятельном изготовлении приборов необходимо соблюдать осторожность и помнить об электробезопасности при работе с сетью переменного тока 220 вольт. Как правило, верно выполненный БП из исправных деталей не потребует настройки и сразу начинает работать.