Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Работа стабилизаторов тока

Схема стабилизатора напряжения 220в своими руками

Минимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.

Особенности полевых структур

В радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.

Принцип действия полевого и биполярного транзисторов

На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором. При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.

Принцип управления переходом

В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.

⇡#Методика тестирования блоков питания

Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой – совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ – для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.

Цвет точки означает процент отклонения:

  • зеленый: ≤ 1%;
  • салатовый: ≤ 2%;
  • желтый: ≤ 3%;
  • оранжевый: ≤ 4%;
  • красный: ≤ 5%.
  • белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).

Пример отличной КНХ (Corsair HX750i)

Посредственная КНХ (Antec VP700P)

Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.

Стенд для тестирования БП

Другой не менее важный тест – определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ – для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).

Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый – 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.

Высокочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)

Низкочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)

Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени

Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ

Высокочастотные пульсации: на грани допустимого (старый БП)

Низкочастотные пульсации: ужасно (старый БП)

В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.

График КПД

Более насущный для пользователя вопрос – шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром – также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.

График скорости вращения вентилятора (AeroCool KCAS-650M)

Виды стабилизаторов

В простейшем варианте применяют ограничитель сил тока из резистора, установленного последовательно в цепь со светодиодом. Стандартные приборы подключают к источникам 5V (12V). Увеличивая напряжение, можно улучшить точность, однако при этом снизится КПД.

Максимальные значения электрических параметров источника должны быть на 10% больше рабочих значений светодиода. Падение напряжения указано в сопроводительной документации. Для расчета резистора (R) применяют следующую формулу:

(Uп – Uc)/ Iпот,

где:

  • Uп – напряжение источника питания;
  • Uc – падение на светодиоде;
  • Iпот – ток потребления.

Пример:

  • Uп = 5 V;
  • Uc = 2,5 V;
  • Iпот = 0,25 А;
  • R = (5-2,5)/0,3 ≈ 8,33 Ом;
  • ближайший номинал – 8,45 Ом;
  • мощность резистора = 0,3*0,3*8,45 ≈ 0,75 Вт.

К сведению. Последняя строка расчета наглядно демонстрирует энергетические потери. Нагревающийся резистор будет повышать температуру окружающей среды.

Усовершенствованные схемы собирают из следующих компонентов:

  • трансформатором изменяют нужным образом амплитуду сигнала;
  • для выпрямления применяют обычный мостик из диодов;
  • конденсаторами сглаживают пульсации;
  • резисторами ограничивают выходные токи.

Транзисторный стабилизатор напряжения и тока отличается экономичностью. Электрическое сопротивление во входной цепи устанавливают в качестве датчика. Этот компонент дополняет стабилитрон. Изменение напряжения на эмиттере позволяет регулировать выходные параметры автоматически без контроля и вмешательства со стороны пользователя.

Аналогичные функции вместо стабилитрона способен выполнить эмиттерный переход биполярного транзистора при соответствующем включении в электрическую схему.

Полевой транзистор применяют для подключения цепочек из нескольких светодиодов, других мощных нагрузок

Вместо набора из нескольких радиодеталей удобнее пользоваться специализированными микросхемами. Такие изделия обеспечивают высокую точность поддержания рабочих параметров выходного сигнала. Как в примере со стабилитроном, в определенной цепи устанавливают резистор для оперативного детектирования изменения силы тока.

Отдельно следует отметить импульсные схемы стабилизаторов. Такие изделия создают на основе быстродействующих электронных ключей. Главной особенностью является возможность оперировать с относительно высокими значениями выходных напряжений.

Выбор схемы включения

Стабилизатор тока на транзисторе

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

⇡#Вторичная цепь

Вторичная цепь – это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой – 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки – одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине – 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.

Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В – экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.

ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно – на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.

Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других – падает напряжение

Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации

Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.

Стабилизирующие дроссели и выходной фильтр (Antec VP700P)

В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.

Преобразователь DC-DC для шины 5 В (CoolerMaster G650M)

Выходной фильтр

Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.

В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.

Характеристики

Батареи и аккумуляторы характеризуются такими основными параметрами:

  1. номинальное напряжение;
  2. номинальная емкость. Измеряется в ампер-часах (А*ч) или миллиампер-часах (мА*ч);
  3. номинальный ток нагрузки;
  4. саморазряд. Обозначает, как быстро уменьшается заряд в батарее при ее бездействии. К примеру, саморазряд литий-ионного аккумулятора при температуре +25С составляет 1,6% в мес.;
  5. температура эксплуатации.

Для автомобильных аккумуляторов важны:

  1. резервная емкость. Время, в течение которого источник при падении напряжения до 10,5 В способен выдавать ток в 25 А. В норме составляет не менее 90 мин;
  2. ток холодной прокрутки. Сила тока, генерируемая аккумулятором при температуре -18С в течение 10 сек. с напряжением на клеммах не ниже 7,5 В. Этот параметр характеризует способность устройства запустить двигатель автомобиля зимой.

Пульсирующий ток на выходе выпрямителя принято раскладывать на постоянную и переменную составляющую, при этом он характеризуется:

  • максимальным и минимальным значением Imax и Imin;
  • амплитудой переменной составляющей Iac;
  • величиной постоянной составляющей Idc;
  • коэффициентом пульсаций (отношение амплитуды переменной составляющей к величине постоянной).

Схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

Ниже показана базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах:

Рисунок 1 – Базовая схема источника стабилизированного тока на MOSFET транзисторах

На мой взгляд, она удивительно проста – два NMOS-транзистора и один резистор. Давайте посмотрим, как она работает.

Как видите, сток Q1 накоротко замкнут с затвором. Это означает, что Vзатвор = Vсток (VG = VD), и, следовательно, Vзатвор-сток = 0 В (VGD = 0 В). Итак, Q1 находится в области отсечки, области триода или области насыщения? Он не может быть заперт, потому что, если ток не протекает через канал, напряжение на затворе будет равно напряжению питания (VDD), и, следовательно, Vзатвор-исток (VGS) будет больше, чем пороговое напряжение Vпорог (можно смело предположить, что VDD выше, чем Vпорог). Это означает, что Q1 всегда будет в режиме насыщения (также называемом «активным» режимом), потому что Vзатвор-сток = 0 В, и одним из способов выражения условия насыщения MOSFET транзистора является то, что Vзатвор-сток должно быть меньше, чем Vпорог.

Если вспомнить, что через затвор полевого MOSFET транзистора не течет устойчивый ток, мы можем увидеть, что опорный ток Iопор будет равен току стока Q1. Мы можем настроить значение этого опорного тока, выбрав соответствующее значение для резистора настройки Rнастр. Так какое отношение всё это имеет к Q2? Итак, на ток утечки полевого MOSFET транзистора при насыщении влияет отношение ширины канала к его длине и напряжение затвор-исток:

\

На данный момент мы игнорируем модуляцию длины канала; следовательно, как показывает формула, ток стока не зависит от напряжения сток-исток

Теперь обратите внимание, что истоки у обоих полевых транзисторов подключены к земле, и что их затворы замкнуты вместе – иными словами, оба имеют одинаковое напряжение затвор-исток. Таким образом, если предположить, что оба устройства имеют одинаковые размеры канала, их токи стока будут одинаковыми, независимо от напряжения на стоке Q2

Это напряжение обозначено как Vит, что означает напряжение на компоненте источника тока; это помогает напомнить нам, что Q2, как и любой хорошо работающий источник тока, генерирует ток смещения, который не зависит от напряжения на его клеммах. Еще один способ сказать это – Q2 имеет бесконечное выходное сопротивление:

Рисунок 2 – Q2 имеет бесконечное выходное сопротивление

В этих условиях ток никогда не протекает через выходное сопротивление Rвых, даже если Vит очень велико. Это означает, что ток смещения всегда в точности равен опорному току.

Распространенным названием для этой схемы является «токовое зеркало». Вы, вероятно, можете понять, почему – ток, генерируемый правым транзистором является зеркальным отражением (т.е. равным) опорному току, протекающему через левый транзистор

Это название особенно подходит, когда вы принимаете во внимание визуальную симметрию, демонстрируемую представлением типовой схемы

Кстати, для старых микросхем часто требовался внешний резистор для Rнастр. Однако в настоящее время производители используют встроенные резисторы, которые обрезаются при производстве для достижения достаточной точности.

Сравнение источников тока и напряжения

Большинство источников электроэнергии ( электросеть , аккумулятор и т. Д.) Лучше всего моделировать как источники напряжения . Такие источники обеспечивают постоянное напряжение, а это означает, что пока ток, потребляемый от источника, находится в пределах возможностей источника, его выходное напряжение остается постоянным. Идеальный источник напряжения не дает энергии, когда он нагружен разомкнутой цепью (т. Е. С бесконечным импедансом ), но приближается к бесконечной мощности и току, когда сопротивление нагрузки приближается к нулю ( короткое замыкание ). Такое теоретическое устройство должно было бы иметь выходной импеданс нулевого Ом последовательно с источником. Реальный источник напряжения имеет очень низкий, но ненулевой выходной импеданс : часто намного меньше 1 Ом.

И наоборот, источник тока обеспечивает постоянный ток, пока нагрузка, подключенная к клеммам источника, имеет достаточно низкий импеданс. Идеальный источник тока не будет обеспечивать энергию короткого замыкания и приближаться к бесконечным энергиям и напряжению, поскольку сопротивление нагрузки приближается к бесконечности (разомкнутая цепь). Идеальный источник тока имеет бесконечное выходное сопротивление параллельно с источником. Реальный источник тока имеет очень высокий, но конечный выходной импеданс . В случае транзисторных источников тока типичное сопротивление составляет несколько МОм (на низких частотах).

Идеальный источник тока не может быть подключен к идеальной открытой схеме , так как это создаст парадокс работает постоянный, отличный от нуля тока (от источника тока) через элемент с определенным нулевого током (обрыв цепи). Кроме того, источник тока не следует подключать к другому источнику тока, если их токи отличаются, но такое расположение часто используется (например, в усилительных каскадах с динамической нагрузкой, схемах КМОП и т. Д.)

Точно так же идеальный источник напряжения не может быть подключен к идеальному короткому замыканию (R = 0), поскольку это привело бы к аналогичному парадоксу конечного ненулевого напряжения на элементе с определенным нулевым напряжением (короткое замыкание). Кроме того, источник напряжения не следует подключать к другому источнику напряжения, если их напряжения различаются, но, опять же, это устройство часто используется (например, в каскадах с общей базой и дифференциальном усилении).

Напротив, источники тока и напряжения могут быть соединены друг с другом без каких-либо проблем, и этот метод широко используется в схемотехнике (например, в каскодных схемах , с общим источником тока эмиттера и т. Д.)

Поскольку не существует идеальных источников любой из разновидностей (все реальные примеры имеют конечный и ненулевой импеданс источника), любой источник тока можно рассматривать как источник напряжения с таким же полным сопротивлением источника и наоборот. Эти концепции рассматриваются в теоремах Нортона и Тевенина .

Зарядка конденсатора от источника постоянного тока и от источника напряжения различна. Линейность сохраняется при зарядке конденсатора источником постоянного тока с течением времени, тогда как зарядка конденсатора источником напряжения происходит экспоненциально со временем. Это особое свойство источника постоянного тока помогает обеспечить надлежащее согласование сигнала с почти нулевым отражением от нагрузки.

Источник питания 1502D Plus от Yaogong – недорогой лабораторный блок с защитой от перегрузки

При ремонте техники нередко требуется проверить само устройство или его компоненты электрической нагрузкой определенной мощности, и с этой задачей отлично справится прибор Yaogong 1502D +. Модель может использоваться как лабораторный блок питания для ремонта ноутбуков, телефонов, а также как учебный лабораторный источник питания. С возможностью регулировки тока от 0.6 до 2 Ампер и напряжения от 0 до 15 Вольт устройство справится с большинством базовых задач.

Регулировка в импульсном лабораторном блоке питания осуществляется с помощью четырех потенциометров на передней панели. Параметры выходной силы тока устанавливаются с точностью до сотых долей Ампера, напряжение регулируется с точностью до десятых Вольта. Также можно выбрать напряжения из шести фиксированных пресетов – 1.6, 3.6, 4.8, 6 или 7.2 Вольта. Максимальная мощность постоянного тока на выходе составляет 30 Ватт.

Yaogong 1502D + – это AC DC регулируемый блок питания, работающий на основе импульсной схемы преобразования переменного тока. Прибор имеет высокие показатели эффективности, при этом блок остается легким и компактным. Уровень пульсаций и шумов в тракте не превышает 0.5 милливольта. Вес модели – всего 1.6 килограмма, при длине металлического корпуса не более 19 сантиметров.

В приборе реализован целый комплекс защит, позволяющих использовать источник питания для диагностики различных нештатных ситуаций. Например, защита OCP от скачков тока поможет определить короткое замыкание в цепи без риска нанести вред блоку питания. Главное – правильная эксплуатация, Yaogong 1502D Plus рекомендуется использовать при температуре помещения от минус 20 до плюс 40 градусов и относительной влажности менее 90 процентов.

Статьи и инструкции:
Обзор многофункциональной цифровой измерительной головки PZEM-051 (DC 6.5-100В, 0-100А) с внешним шунтомОбзор источника питания постоянного тока YAOGONG-1502D+

Регулируемый источник — ток

Вольт-амперные характеристики вентилей на диодах типа.| Схема протекторного вентильного устройства со смещенным порогом открывания ( 0 3 В.

Регулируемый источник тока выполнен по классической схеме. Делитель R1R2 задает необходимый токовый режим в цепи базы эмиттерного повторителя.

Упражнение 5.5. Спроектируйте регулируемый источник тока на диапазон от ЮмкА до 1 мА на базе схемы 317, Если ( Увх равно 15 В, каков будет рабочий диапазон напряжения на выходе.

Выпрямитель L / Z2 работает в режиме регулируемого источника тока, для чего он охвачен отрицательной обратной связью по току.

На верхнюю управляющую обмотку 5 — 6 напряжение подается от внешнего маломощного регулируемого источника тока. Для заданного магнитного сопротивления магнитной цепи величина магнитного потока, выводящего сердечник из состояния насыщения, прямо пропорциональна созданной магнитодвижущей силе. По этой причине этот тип управления часто называют управлением с помощью магнитодвижущей силы магнитного усилителя. Нижняя управляющая обмотка / — 2 осуществляет так называемое управление перебросом. В отрицательный полупериод приложенного напряжения величина внешнего переменного сопротивления R определяет величину потока, выводящего сердечник из насыщения. Этот метод не требует внешнего источника питания и обеспечивает очень простое плавное регулирование выходного сигнала.

При проверке коэффициента торможения первичные обмотки трансформаторов 7Т2 и ТТз подключаются к двум независимым регулируемым источникам тока. Якорь РПз заклинивается в притянутом положении. При неизменном тормозном токе определяется ток срабатывания пускового органа при различных уставках коэффициента торможения.

Провод для плавких вставок можно подобрать и экспериментально, подключившись им к поверочной установке с регулируемым источником тока через соответствующий амперметр. При повышении тока до перегорания проволоки замечаем предельное значение тока для этой плавкой вставки.

При измерении / Е и / в запоминающее устройство выдает линейно-нарастающее напряжение, которое при помощи регулируемого источника тока задает ток через измеряемый диод. С другой стороны на диод из схемы сброса подается ток противоположной полярности. При переходе рабочей точки с падающей ветви на восходящую происходит скачок напряжения, на который реагирует анализатор. Ток, протекающий в цепи диода, измеряется индикатором. При измерении Ua, Us и UfV анализатор отключается от запоминающего устройства, а к измеряемому диоду подключается индикатор.

Схемы силовых цепей индукторного двигателя.

Последовательно с ними включен транзистор VT, который работает в режиме широтно-импульсной модуляции и выполняет функции регулируемого источника тока.

Пологопадающую ВАХ трансформаторов ТДФ создают с помощью электромагнитного шунта 3 ( рис. 55), имеющего обмотки 4, питающиеся от отдельного регулируемого источника тока. Шунт 3 набран из стальных пластин и установлен неподвижно внутри сердечника 1 трансформатора.

Статорные цепи асинхронного короткозамкнутого двигателя МА ( рис. 5.28) подключены к преобразователю частоты с непосредственной связью НПЧ, который выполнен на трех регулируемых источниках тока UZA, UZB и UZC. Каждый из источников тока представляет собой реверсивный тиристорный преобразователь постоянного тока, охваченный отрицательной обратной связью по току фазы и настроенный с помощью регуляторов фазных токов.

Структурная схема экскаваторного электропривода постоянного тока.

Исследования показали, что перспективным вариантом системы ТП-Д является система источник тока-двигатель, в которой якорь двигателя питается от нереверсивного ТП, работающего в режиме регулируемого источника тока. В этой системе используется реверсивный полупроводниковый преобразователь для возбуждения двигателя. При воздействии на возбуждение двигателя обеспечивается управление знаком и значением момента и скорости ЭП.

Зависимость коэффициента.| Схема цилиндрического счетчика.

Регулируемые источники

Регулируемый источник состоит из таких компонентов:

  • понижающий трансформатор;
  • выпрямитель;
  • сглаживающий фильтр (устраняет пульсации);
  • стабилизатор постоянного напряжения.

Стабилизатор постоянного напряжения — интегральная микросхема, поддерживающая выходное напряжение на одном уровне, независимо от его колебаний на входе.

Колебаний обусловленных перепадами напряжения в электросети, изменением тока нагрузки или температуры. Блоки с такими стабилизаторами называют регулируемыми.

Сегодня распространены импульсные блоки питания, они состоят из таких компонентов:

  • входной выпрямитель;
  • инвертор;
  • понижающий высокочастотный трансформатор;
  • выходной выпрямитель.

Инвертор превращает предварительно выпрямленный ток снова в переменный, но при этом значительно повышает его частоту — до 10-15 кГц. При такой частоте, габариты трансформатора и потери в нем значительно сокращаются. Инвертор состоит из ключевых транзисторов, управляемых микросхемой.

Этот же принцип реализован в сварочных инверторах, чем и объясняется их компактность.

Существует множество микросхем-стабилизаторов с разными свойствами. К примеру, микросхема LM317 рассчитана на ток до 1,5 А и позволяет регулировать напряжение на выходе. Более мощный стабилизатор — микросхема LM350.  

Мощный стабилизатор на полевике

Рассмотрим сборку схемы стабилизатора, предназначенного для блока питания большой мощности. Здесь улучшены свойства прибора с помощью мощного электронного ключа в виде полевого транзистора.

При разработке мощных силовых стабилизаторов любители чаще всего применяют специальные серии микросхем 142, и ей подобные, которые усилены несколькими транзисторами, подключенными по параллельной схеме. Поэтому получается силовой стабилизатор.

Схема такой модели прибора изображена на рисунке. В нем использован мощный полевик IRLR 2905. Он служит для переключения, однако в этой схеме он применен в линейном режиме. Полупроводник имеет незначительное сопротивление и обеспечивает ток до 30 ампер при нагревании до 100 градусов. Он нуждается в напряжении на затворе до 3 вольт. Его мощность достигает 110 ватт.

Полевиком управляет микросхема TL 431. Стабилизатор имеет следующий принцип действия. При подсоединении трансформатора на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 13 вольт, которое выпрямляется выпрямительным мостом. На выравнивающем конденсаторе значительной емкости появляется постоянное напряжение 16 вольт.

Это напряжение проходит на сток полевого транзистора и по сопротивлению R1 идет на затвор, при этом открывая транзистор. Часть напряжения на выходе через делитель попадает на микросхему, при этом замыкая цепь ООС. Напряжение прибора повышается до тех пор, пока входное напряжение микросхемы не дойдет границы 2,5 вольт. В это время микросхема открывается, уменьшая напряжение затвора полевика, то есть, немного закрывая его, и прибор работает в режиме стабилизации. Емкость С3 делает быстрее выход стабилизатора на номинальный режим.

Величина напряжения выхода устанавливается 2,5-30 вольт, путем выбора переменным сопротивлением R2, его величина может меняться в больших пределах. Емкости С1, С2, С4 дают возможность стабильному действию стабилизатора.

Для такого прибора наименьшее падение напряжения на транзисторе составляет до 3 вольт, хотя он способен работать при напряжении около нуля. Такой недостаток возникает поступлением напряжения на затвор. При малом падении напряжения полупроводник не будет открываться, так как на затворе должно быть плюсовое напряжение по отношению к истоку.

Для снижения падения напряжения цепь затвора рекомендуется подключать от отдельного выпрямителя на 5 вольт выше, чем напряжение выхода прибора.

Хорошие результаты можно получить при подключении диода VD 2 к мосту выпрямления. При этом напряжение на конденсаторе С5 повысится, так как падение напряжения на VD 2 станет ниже, чем на диодах выпрямителя. Для плавного регулирования напряжения выхода постоянное сопротивление R2 нужно заменить переменным резистором.

Величину выходного напряжения определяют по формуле: U вых = 2,5 (1+R2 / R3). Если применить транзистор IRF 840, то наименьшее значение напряжения управления на затворе станет 5 вольт. Емкости выбирают танталовые малогабаритные, сопротивления – МЛТ, С2, Р1. Выпрямительный диод с небольшим падением напряжения. Свойства трансформатора, моста выпрямления и емкости С1 подбирают по нужному напряжению выхода и тока.

Полевик рассчитан на значительные токи и мощность, для этого необходим хороший теплоотвод. Транзистор служит для монтажа на радиатор путем пайки с промежуточной пластиной из меди. К ней припаивают транзистор с остальными деталями. После монтажа пластину размещают на радиаторе. Для этого пайка не нужна, так как пластина имеет значительную площадь контакта с радиатором.

Если использовать для наружной установки микросхему П_431 С, сопротивления Р1, и чип-конденсаторы, то их располагают на печатной плате из текстолита. Плату паяют к транзистору. Настройка прибора сводится к монтажу нужного значения напряжения. Необходимо проконтролировать прибор и проверить его, имеется ли самовозбуждение на всех режимах.

Простой, мощный регулируемый стабилизатор напряжения

Watch this video on YouTube

Информация из обзоров

Ряд важных параметров, влияющих на выбор качественного БП, не указывается ни на коробке, ни на сайте производителя. Возможно, только кратко и не детально в виде маркетинговой рекламы – «использование японского конденсатора».

Данные характеристики можно узнать только из подробных обзоров конкретных моделей в сети, в том числе и на нашем ресурсе.

Стабильность напряжений

По требованиям стандарта ATX12V отклонение напряжений должно укладываться в 5%. Например, для линии +12 В стабильным считается напряжение при различных нагрузках в пределах от +11.4 до +12.6 В. У качественно выполненной схемотехники отклонения укладываются в 1-2%, и это значение иногда указывается на сайте производителя.

В последнее время даже в бюджетных БП отказываются от групповой стабилизации напряжений, применяя DC-DC преобразователи. Это положительно влияет на стабильность напряжений по всем линиям. Аббревиатура DC-DC на упаковке дает некую гарантию.

Схемотехника

Фото вскрытого блока питания только в редких случаях можно увидеть на упаковке или на сайте производителя. В основном это фрагменты в виде упомянутой выше платы DC-DC преобразователя или японского конденсатора, который может быть единственным во всей схемотехнике.

Давайте рассмотрим типичную схемотехнику:

Фильтр электромагнитных помех в виде конденсаторов и дросселей. Если он отсутствует, а такое возможно в очень бюджетных моделях, то такой БП не следует рассматривать к покупке. Часть фильтра распаивается непосредственно на розетке.
Для защиты БП от короткого замыкания или импульсов напряжения устанавливается варистор и плавкий предохранитель

Они также могут отсутствовать, часто экономят именно на варисторе. 
Выпрямитель тока в виде одной или двух диодных сборок, могут быть на радиаторе или без. 
Корректор мощности APFC присутствует во всех современных БП, его задача обеспечивать работу в широком диапазоне входных напряжений – от 100 до 250 В.
Высоковольтный конденсатор – именно его часто ставят японского производства, но это не столь важно, если прочие комплектующие низкого качества. 
Главный преобразователь. Топологии различаются: это может быть прямоходовой преобразователь (Forward), мостовой преобразователь (Bridge)

В более дорогих БП используется LLC-преобразователь, о чем производитель непременно указывает на упаковке. Его можно распознать по дополнительному дросселю и конденсатору колебательного контура.
Основной трансформатор. С него снимается напряжение +12 В. При групповой стабилизации также и +5 В.
Трансформатор дежурного питания. К дежурному питанию относиться ШИМ-контроллер и конденсаторы. К ним повышенные требования, так как они работают при выключенном ПК и вентилятор при этом не крутится. 
Выпрямитель вторичной цепи. Может быть на основе диодов Шоттки в бюджетных вариантах или на основе синхронных выпрямителей в виде мосфетов, что предпочтительнее.
Групповую стабилизацию можно определить по двум дросселям – групповой стабилизации и насыщаемого дросселя. 
Как мы говорили выше, все чаще используют преобразователь DC-DC. В этом случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением +12 В, а напряжения +5 В и +3,3 В получают, уже преобразуя постоянный ток. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Выходной фильтр. Его задача сглаживать пульсации напряжений. В состав выходного фильтра входит дроссель и конденсаторы, в том числе и твердотельные. Экономия на данном фильтре, уменьшение количества конденсаторов и их емкости меньше 2000 мкФ приводит к большей амплитуде пульсаций, что сказывается на качестве напряжений. 
В модульных БП также имеется вертикальная плата с разъемами. В современных моделях питание на нее подается по шине, в бюджетных вариантах — по проводам.
Для охлаждения силовых элементов используются металлические радиаторы. Комплектующие с большими тепловыми потерями требуют крупных радиаторов, более эффективные могут охлаждаться и небольшими радиаторами. 
Защита БП. За нее отвечает специальный контроллер – супервизор. Стандарт ATX12V предусматривает основные виды защиты, но на практике они не всегда реализованы. Важно наличие защиты от короткого замыкания по всем линиям. По спецификации установленного супервизора можно определить, какие виды защиты он поддерживает.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации