Радиолюбители многое из электроники предпочитают изготавливать своими руками. Это дает много преимуществ, как в плане сохранения денежных средств, так и гарантий качества собранного изделия.
Очень часто радиолюбители предпочитают делать блок питания (БП), так как именно такое приспособление является основой домашней лаборатории.

В сегодняшней статье речь пойдет о таком БП, как импульсный блок питания регулируемого типа. Многие умельцы изготавливают его своими руками.

Информация о приборе

В жизни очень часто возникают ситуации, когда нужен такой прибор, как блок питания. От этого изделия можно запитать многие электрические приборы. Конечно, в такой ситуации можно использовать различные аналоги, например, автомобильные аккумуляторы. Но у них есть большой недостаток, который заключается в подаче постоянного напряжения в 12 В. А этого не хватает для подпитки стандартной бытовой аппаратуры.
Отличным решением в таких ситуациях будет использование импульсного преобразователя тока (регулируемого блока питания). Особенность такого прибора является возможность преобразовывать имеющееся напряжение, например 12 В, в то, которое нам нужно – 220 В.
Это стало возможным благодаря особому принципу работы. Он заключается в конвертировании переменного напряжения, имеющегося в сети с частотой 50 Гц, в аналогичное прямоугольного типа. После этого напряжение подвергается трансформации с целью достижения требуемого значения, выпрямляется и отфильтровывается. Схема работы такого прибора имеет следующий вид.

БП обладает повышенной мощностью (благодаря транзистору) и может одновременно выполнять роль ключа и импульсного трансформатора, преобразуя напряжение тока.
Обратите внимание! Эффективность работы блока питания (регулируемого типа) повышается входе нарастания частоты. Ее увеличение дает возможность значительно уменьшить вес и размеры используемого внутри изделия стального сердечника.
Импульсный тип блока питания может быть двух типов:

• управляемые извне. Такой блок питания используется в большинстве электрических приборов;
• автогенераторы импульсного типа.

Заводская модель

Схема сборки для каждого типа блока питания будет отличаться.
При этом выпускаемые серийные модели могут иметь разные показатели мощности и габариты. Все зависит от специфики их использования.

Заводские приборы такого типа функционируют в частотном диапазоне от 18 до 50 кГц. Но такую модель можно сделать при желании и своими руками. Некоторые любители радиоэлектроники могут даже переделать старый блок питания под новые потребности. Для новичков существует простая схема, которая позволит справиться с ней даже совсем неопытному человеку. Такая переделка ничем не будет уступать по качеству и техническим параметрам покупной модели.

Где используются

Область использования регулируемого типа импульсного блока питания с каждым годом расширяется. Это вязано с появлением все нового оборудования и новых сфер деятельности человека.
Блоки питания импульсного характера применяются в следующих областях:

• обеспечение энергии всех вариантов электроприборов (вычислительной техники и бытовых приборов);
• бесперебойное питание зарядных устройств, применяемых к аккумуляторным батареям;
• обеспечение питания низковольтных систем освещения. К таким типам подсветки относится использование светодиодных лент.

Подсветка потолка

Во всех этих ситуациях собранный своими руками прибор будет функционировать не хуже заводских моделей. При этом вы можете сделать его более универсальным. Простой тип блока питания самостоятельной сборки станет незаменимой частью вашей домашней лаборатории.

Достоинства и недостатки

Трансформатор

Импульсный регулируемый блок питания имеет следующие преимущества:

• небольшой вес. Это связано с тем, что здесь нужен трансформатор меньшего размера;
• более удобная конструкция преобразователя;
• наличие фильтра для выходного напряжения, который также имеет небольшие габариты;
• наивысший показатель КПД, который может доходить до 90-98%.Благодаря этому данный тип прибора имеет минимальную потерю энергии;
• на порядок больше степень надежности стабилизаторов;
• расширенный диапазон частоты. Это параметр касается также напряжения тока. Обычно такие возможности имеются в дорогих линейных блоках;
• массовый выпуск комплектующих, а отсюда — доступная стоимость сборки блока.

Кроме этого, такой тип прибора может обладать несколькими степенями защиты от:

• перебоев питания;
• перепадов напряжения;
• отсутствия выходной нагрузки;
• короткого замыкания.

Но помимо преимуществ у этого изделия имеются и недостатки:

• ремонт такого прибора несколько усложнен. Это связано с тем, что элементы блока питания функционируют без гальванической развязки;
• могут возникнуть высокочастотные помехи;
• повышенная чувствительность к помехам.

Также здесь имеется ограничение по минимальной мощности, при которой блок питания начнет работать. Схема, используемая для сборки изделия своими руками, может потреблять значительное количество мощности.

Сложная схема

Также сборочная схема может требовать двухполярного питания. Для питания более мощных электрических систем следует использовать отдельный блок питания с необходимым количеством полюсов, мощность. При этом для напряжения также должно быть определены конкретные показатели. Поэтому для сборки своими руками, если вы являетесь любителем, нужна схема простого однополярного маломощного прибора.

Сборка

Многие радиолюбители для создания импульсного блока питания регулируемого типа используют другие модели старых преобразователей. Например, для этих целей отлично подойдет компьютерный БП. Здесь понадобится лишь треть его схемы.
Сборка имеет вид следующего алгоритма:

• изымаем схему из старого преобразователя;
• из нее следует вырезать часть, которая идет до трансформатора;

Примерный вид схемы

• далее из блока следует достать транзисторы для усиления сигнала, поступающего от генератора высокой частоты;
• для того чтобы сделать генератор, можно использовать самые простые схемы;
• для трансформатора, если его не получилось разобрать, можно использовать сердечник с внутренним сечением стержня в 25-30 мм2. Для первичной обмотки используем 40 витков, а для вторичной — 2х8 витков;

Обратите внимание! Чтобы избежать проникновения посторонних шумов с высокой частотой, трансформатор следует залить лаком.

• развязывающий трансформатор также берем из компьютерного блока. Его можно намотать на любой малогабаритный сердечник. Используем для этого тонкий провод;
• для охлаждения устанавливаем вентилятор. Он будет включаться при достижении тока в 1,5 А. При меньших показателях будет достаточно естественного охлаждения. Для включения вентилятора устанавливаем резистор R20.

Все детали нужно установить на печатную плату.

После этого необходимо распаять все детали и установить их в корпус. Теперь остается только установить вольтметр и амперметр. В результате вы получите простой импульсный блок питания с возможностью регулировать напряжение.

Готовый БП

В результате напряжение прибора составит от 2В до напряжения на вторичной обмотке.
Сделать импульсный блок питания регулируемого типа можно, используя разные схемы. При этом нужно точно следовать выбранной схеме и правильно припаять все составные части на плату. Используя качественные детали, вы своими руками изготовите нужный блок питания и сможете использовать его в самых разнообразных сферах, подключая к нему бытовые и вычислительные приборы.

Самодельные регулируемые транзисторные блоки питания: сборка, применение на практике

Cамодельный импульсный источника питания своими руками.

Автор конструкции (Сергей Кузнецов его сайт — classd.fromru.com) разрабатывал этот самодельный сетевой источник питания
для запитки мощного УМЗЧ (Усилителя Мощности Звуковой Частоты). Преимущества импульсных сетевых источников питания перед обычными трансформаторными источника питания очевидны:

• Вес получаемого изделия гораздо ниже
• Габариты импульсного источника питания гораздо меньше.
• КПД изделия, и соответственно тепловыделение ниже
• Диапазон питающих напряжений (скачков напряжения в сети) при которых блок питания может стабильно работать значительно шире.

Однако, изготовление импульсного сетевого источника питания требует гораздо больше усилий и познаний, по сравнению с изготовлением обычного низкочастотного 50 Герцового блока питания. Низкочастотный блок питания состоит из сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающих конденсаторов фильтра, импульсный же имеет гораздо более сложную структуру.

Основной минус импульсных сетевых блоков питания — наличие высокочастотных помех, с которыми придется побороться, в случае неправильной трассировки печатной платы, либо при неправильном выборе компонентной базы. При включении ИБП, как правило, в розетке наблюдается сильная искра. Это обуславливается большим пиковым током запуска блока питания, в виду заряда конденсаторов входного фильтра. Для исключения таких всплесков тока, разработчики проектируют различные системы «мягкого старта» которые в первой фазе работы заряжают малым током конденсаторы фильтра, а при окончании заряда организуют подачу уже полного напряжения сети на ИБП. В данном случае применен упрощенный вариант такой системы, представляющий собой последовательно соединенный резистор и термистор, ограничивающие ток заряда конденсаторов.

В основе схемы лежит шим-контроллер IR2153 в стандартной схеме включения. Полевые транзисторы IRFI840GLC можно заменить на IRFIBC30G, другие транзисторы автор ставить не рекомендует, так как это повлечет необходимость уменьшения номиналов R2, R3 и соответственно к росту выделяемого тепла. Напряжение на шим-контроллере должно быть не ниже 10 Вольт. Желательна работа микросхемы от напряжения 11-14 Вольт. Компоненты L1 C13 R8 улучшают режим функционирования транзисторов.

Дроссели, стоящие по выходу источника питания 10мкг намотаны проводом 1мм на ферритовых гантелях с магнитной проницаемостью 600НН. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Конденсаторы в источнике питания необходимо применять низкоимпендансные, с целью снижения ВЧ шумов.

Трансформатор был рассчитан при помощи программы Transformer 2. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Автор не рекомендует применение колец отечественного производства, в виду не идентичности параметров феррита и значительных потерь в трансформаторе. Печатная плата проектировалась под трансформатор типоразмера 30х19х20. При наладке источника питания запрещено соединять землю осциллографа в точку соединения транзисторов. Первый запуск блока питания желательно произвести при последовательно подключенной с источником лампе на 220в мощностью 25-40W, при этом нельзя сильно нагружать ИБП. Печатную плату блока в формате LAY можно скачать или

Иногда в нашей практике бывает необходим довольно мощный нестабилизированный источник постоянного напряжения. От такого источника можно запитать например подогреваемый столик 3D принтера , батарейный шуруповерт или даже мощный усилитель НЧ класса D (в этом случае ИБП стоит оборудовать дополнительным фильтром для уменьшения высокочастотных помех). В случае изготовления источника питания, рассчитанного на мощности 200 - 500 вт дешевле пойти по пути изготовления импульсного источника, так как сетевой трансформатор 50 Гц на такую мощность будет довольно дорог и очень тяжел.

Проще всего такой источник питания собрать по полумостовой схеме на основе драйвера IR2153. Эта микросхема обычно используется в качественных драйверах (электронных балластах) люминесцентных ламп.

Принципиальная схема импульсного блока питания на IR2153. Кликните на схеме, чтобы её увеличить

Сетевое напряжение 220В поступает на выпрямитель (диодный мост) через сетевой фильтр на элементах C1, C2, C3, C4, L1. Этот фильтр предотвращает проникновение высокочастотных помех от блока питания в электросеть. Термистор на входе устройства уменьшает бросок тока через диодный мост в момент включения блока питания в сеть, когда происходит заряд конденсаторов C5 и C6.

Катушку сетевого фильтра L1, термистор и конденсаторы C5 и C6 можно извлечь из старого компьютерного блока питания. импульсный силовой трансформатор Т1 придется намотать самостоятельно. Сердечник трансформатора берем также из старого компьютерного блока. Нужно разобрать трансформатор. Для этот помещаем трансформатор в емкость с водой (банку, кастрюльку) так, чтобы он был полностью погружен в жидкость. Ставим ескость на плиту и кипятим примерно полчаса. После этого сливаем воду, извлекаем трансформатор и пока он горячий, пытаемся аккуратно разобрать сердечник. Сматываем с каркаса все заводские обмотки и наматываем новые. Первичная обмотка содержит 40 витков провода диаметром 0.8мм. Вторичная обмотка содержит 2 части по 3 витка и намотана "косой" из 7 проводов того же провода диаметром 0.8мм.

Резистор R2 в цепи питания микросхемы должен быть мощностью не менее 2 W и в процессе работы он будет слегка нагреваться. Это нормально. Диодный мост выпрямителя сетевого напряжения можно составить из четырех диодов 1N5408 (3А 1000В). Транзисторы IRF840 нужно установить на радиатор через изолирующие прокладки. желательно установить в корпусе блока питания небольшой вентилятор для охлаждения этих транзисторов и других элементов схемы.

Первое включение блока питания в сеть нужно производить через лампу накаливания мощностью 100вт, включенную последовательно с предохранителем FU1. В момент включения в сель лампа может вспыхнуть, затем она должна погаснуть. Если лампа светится постоянно, это означает что с блоком проблемы - короткое замыкание в монтаже или неисправность компонентом. В этом случае включать блок в сеть напрямую без лампы накаливания нельзя. Нужно найти причину неисправности.

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.

Пример готового блока питания с Али:

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.

Импульсный блок питания мощностью 100Вт на контроллере CR6842S.

Назначение элементов входной цепи

Рассматривать схему блока будем слева-направо:

F 1	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.
C 1	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.
L 1	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.
R 5 , R 9	Цепочка, необходимая для запуска CR6842. Через неё осуществляется первичный заряд конденсатора C 4 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.
R 10	Времязадающий резистор для ШИМ. Увеличение номинала данного резистора уменьшит частоту переключения. Номинал должен лежать в пределах 16-36 кОм.
C 2	Сглаживающий конденсатор.
R 3 , C 7 , VD 2	Снабберная цепь, защищающая ключевой транзистор от обратных выбросов с первичной обмотки трансформатора. R 3 желательно использовать мощностью не менее 1Вт.
C 3	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.
R 6 , VD 1 , C 4	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 C 4). При понижении ниже 12.5В микросхема отключается, таким образом конденсатор C 4 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 C 4 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 R 6 . 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.
R 13	Ограничивает ток заряда затвора ключевого транзистора, а также обеспечивает его плавное открытие.
VD 3	Защита затвора транзистора.
R 8	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.
BT 1	Ключевой транзистор. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку.
R 7 , C 6	Цепь служит для сглаживания колебаний напряжения на токоизмерительном резисторе.
R 1	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.
C 8	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.

VD 4	Сдвоенный выпрямительный диод. В идеале подбирать с запасом по напряжению\току и с минимальным падением. Устанавливается на радиатор через изолирующую прокладку.
R 2 , C 12	Снабберная цепь для облегчения режима работы диода. R 2 желательно использовать мощностью не менее 1Вт.
C 13 , L 2 , C 14	Выходной фильтр.
C 20	Керамический конденсатор, шунтирующий выходной конденсатор C 14 по ВЧ.
R 17	Нагрузочный резистор, обеспечивающий нагрузку для холостого хода. Также через него разряжаются выходные конденсаторы в случае запуска и последующего отключения без нагрузки.
R 16	Токоограничивающий резистор для светодиода.
C 9 , R 20 , R 18 , R 19 , 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 L 1 и входным конденсатором C 1 . 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 L 1 также стоит добавить ещё один конденсатор X-типа, с той же ёмкостью что у C 1 .

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.

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 C 14 .

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.

Заключение

Схема достаточно проста для повторения и стабильна. Если добавить все, описанные в разделе "Что можно улучшить", компоненты, получится весьма надёжный и малошумящий блок питания.

Для понижения и выпрямления напряжения сети до 12 В традиционным способом идет передача энергии последовательно. Понадобятся блоки, изображенные на структурной схеме.

Силовой трансформатор на входе снижает напряжение с 220 вольт до 15, с запасом, чтобы потом в дальнейших схемах оно, неизбежно при выпрямлении и сглаживании теряя величину, опустилось как раз до нужных 12 вольт. Выпрямитель делается в виде моста из низковольтных диодов, в результате работы которого получается знакопостоянное пульсирующее напряжение. Делается так, что два полупериода попеременно идут то через одну пару диодов, то через другую, и на выходе напряжение начинает «дергаться» только в одну строну. Схема сглаживания содержит накапливающий заряды инерционный элемент - конденсатор большой емкости. Он заряжается от импульса и медленно поддерживает напряжение своим неторопливым разрядом до поступления следующего импульса. Это называется сглаживание, но еще делается и дополнительная стабилизация выходного напряжения, чтобы на него меньше влияла величина нагрузки.

Плюс такой схемы в том, что трансформатор на входе сразу «отвязывает» все дальнейшие схемы от высокого входного напряжения. Только за это приходится платить физически большим силовым трансформатором. В нашем случае трансформатор, питающий более-менее подходящую мощность прибора, например, в 300 ватт (старый телевизор), должен весить около 4 кг. Ну, понятно, поставил его, такой блок питания, на пол, и стоит, каши не просит. Но как быть для небольших устройств? Неужели катить его с собой на тележке? Кроме того, большая масса железа, работающая на маленькую нагрузку, порождает низкий КПД - около 50%.

Ну и цена, пропорциональная массе прибора, заставляет придумывать нечто более миниатюрное во всех отношениях.

Импульсные источники питания

В импульсных блоках питания, прежде всего, избавились от громоздкого понижающего трансформатора. Напряжение сразу выпрямляется, и уже им запитывается генератор импульсов, напряжение которого и можно потом понизить до любого желаемого уровня. Причем, габариты понижающих трансформаторов при этом напрямую зависят от частоты, выдаваемой генератором, - чем выше частота, тем меньше трансформатор. И уж потом такое питание, снова его выпрямив, используют в устройстве.

Видно, что традиционный блок питания переместился на нижний этаж; кроме того, имеется обратная связь, дополнительно настраивающая инвертор (генератор импульсов)

Силовой трансформатор здесь импульсный, работает после генератора импульсов. Он высокочастотный, так как частота генератора порядка 20–100 кГц. В качестве материала сердечника используется не обычное трансформаторное железо, а ферримагнетки, материалы на основе структурированных окислов железа, которые лучше выполняют свою функцию на высоких частотах.

Обмотки такого трансформатора имеют полярность, это играет роль при подключении начала и конца обмоток.

Такие блоки питания вполне реально изготовить совершенно маленькими, что можно увидеть на блоках питания энергосберегающих ламп - они умещаются в цоколь лампы.

Кстати, и использовать блок питания (балласт) такой лампы можно по другому назначению. Вернее, по своему назначению, но в другом устройстве, когда лампа - сверхнадежная и экономичная - все-таки перегорит.

Выходной выпрямитель после трансформатора делается на основе диодов Шоттки, имеющих меньшую, чем у обычных диодов, внутреннюю емкость, следовательно, лучше работающих на высокой частоте.

Схема обратной связи калибрует импульсы генератора сигналом рассогласования, который заставляет вырабатывать импульсы тем большей длительности, чем больше отличается выходное напряжение от нужного номинала. Этим на выход передается большая мощность, и напряжение выравнивается.

Обратноходовый блок управления инвертором создает гальваническую привязку выходной цепи к цепи входного напряжения. Чтобы от этого избавиться, используют оптроны - приборы оптической передачи, преобразователи электросигнал–свет–электросигнал.

Пример простого импульсного блок питания

Сейчас современные электронные потребительские устройства все выпускаются с импульсными блоками питания. Поэтому и самому сделать его из частей от других импульсных источников питания (ИИП) легко, а уж взять готовый блок или зарядное и слегка переделать под свое напряжение - и того проще.

Импульсный БП, то есть инверторный блок питания, характеризуется только выходным напряжением и номинальной мощностью. Входы у них у всех обычные - 220 В. Для устройств связи, модемов, например, часто встречается импульсный блок питания на 24 В. Ноутбуки чаще всего берут 19 В. Все ИБП, имеющие выход типа USB, вырабатывают 5 В. Для всего остального прочего, например, светодиодных линеек, чаще всего требуется знакомое и любимое нами по автомобильным аккумуляторам напряжение в 12 В.

Импульсный источник питания можно взять готовый, перенастроив его под требуемое напряжение выхода,

А можно собрать и самому на плате, воспользовавшись простейшей схемой.

Элементы легко приобретаются в магазинах компонентов схемотехники.

Кроме сборки элементов на плате, пользуясь данным описанием, можно сделать и импульсный трансформатор своими руками.

Недостатки импульсных БП и пути их устранения

Так как прямоугольные импульсы «не фэн-шуйны» - имеют резкие взлеты и спады напряжения (передние и задние фронты импульсов), это порождает высокочастотные помехи, способные пройти сквозь схемы с малым емкостным сопротивлением. На силовую часть различных устройств они обычно не влияют, но в умных схемах могут оказаться ощутимой нежелательной помехой.

Часто для питания компьютеров используют сетевые фильтры, пилоты, которые содержат такую функцию - подавление высокочастотных помех. Но импульсные БП сами могут являться источником таких шумовых сигналов, поэтому в нем необходимо применять дополнительную фильтрацию таких помех на выходе.

Импульсные блоки питания критичны к номиналам нагрузки, питаемая ими мощность не должна отличаться слишком сильно ни в сторону превышения, ни в сторону занижения. Регулировка обратной связью делается для того, чтобы в цифровых устройствах, которые такой БП снабжает напряжением, во время работы обычные для них колебания мощности, происходящие от включения/выключения каких-то блоков, регистров, и т. д. не ухудшали нормальную работу. Эти колебания происходят вокруг некоторого среднего значения мощности и не должны систематически отклоняться туда или сюда.

В реальных БП делается специальная защита от работы в недонагруженном или перенагруженном состоянии.