Блок живлення 5в1а своїми руками. Блок живлення: з регулюванням та без, лабораторний, імпульсний, пристрій, ремонт

Блоки живлення з трансформаторами на частоту 50 Гц сьогодні практично здали свої позиції імпульсним з високою робочою частотою, які за тієї ж вихідної потужності мають, як правило, менші габарити та масу, вищий ККД. Основні стримуючі фактори для самостійного виготовлення імпульсних блоків живлення радіоаматорами - труднощі з розрахунком, виготовленням або придбанням готового імпульсного трансформатора або феритового магнітопроводу для нього. Але якщо для складання малопотужного імпульсного блоку живлення використовувати готовий трансформатор від комп'ютерного блоку живлення формфактора ATX, завдання значно спрощується.

У мене виявився несправний комп'ютерний блок живлення IW-ISP300J2-0 (ATX12V300WP4). У ньому був заклинений вентилятор, пробитий малопотужний діод Шотки, а більше половини всіх встановлених оксидних конденсаторів здуті та втратили ємність. Однак чергова напруга на виході +5VSB була. Тому було прийнято рішення, використовуючи імпульсний трансформатор джерела чергової напруги та деякі інші деталі, виготовити інше імпульсне джерело живлення з вихідною напругою 5 при струмі навантаження до 2,5 А.

У блоці живлення ATX вузли джерела чергової напруги легко відокремити. Він дає напругу 5 і розрахований на максимальний струм навантаження 2 А і більше. Щоправда, у старих блоках живлення цього типу він може бути розрахований на струм всього 0,5 А. За відсутності на етикетці блоку пояснювального напису можна орієнтуватися на те, що трансформатор джерела чергової напруги з максимальним струмом навантаження 0,5 А значно менший від трансформатора джерела на 2 А.

Схема саморобного імпульсного блоку живлення з вихідною напругою 5...5,25 при максимальному струмі навантаження 2,5 А зображена на рис. 1. Його генераторна частина побудована на транзисторах VT1, VT2 та імпульсному трансформаторі T1 за образом і подобою наявної в комп'ютерному блоці, з якого було вилучено трансформатор.

Мал. 1. Схема саморобного імпульсного блоку живлення

Вторинні вузли вихідного блоку живлення (після випрямляча напруги +5) було вирішено не повторювати, а зібрати за традиційною схемою з інтегральним паралельним стабілізатором напруги в якості вузла порівняння вихідної напруги зі зразковим. Вхідний мережевий фільтр зібраний з наявних деталей з урахуванням вільного місцядля їхнього монтажу.

Змінна напруга мережі 230 В через плавку вставку FU1 і замкнуті контакти вимикача SA1 надходить на RLC фільтр R1C1L1L2C2, який не тільки захищає блок від перешкод з мережі живлення, але і не дає створюваним самим імпульсним блоком перешкод проникнути в мережу. Резистор R1 та дроселі L1, L2, крім того, зменшують кидок споживаного струму при включенні блоку. Після фільтра напруга мережі надходить на бруківку діодний випрямляч VD1-VD4. Конденсатор C9 згладжує пульсацію випрямленої напруги.

На високовольтному польовому транзисторі VT2 зібрано генераторний вузол перетворювача напруги. Резистори R2-R4 призначені для запуску генератора. Сумарну потужність цих резисторів збільшено, оскільки друкована плата блоку живлення, з якого вони вилучені, під ними помітно потемніла внаслідок перегріву. З тієї ж причини демпфуючий резистор R8 встановлений більшої потужності, а як VD6 застосований більш потужний, ніж у прототипі, діод.

Стабілітрон VD5 захищає польовий транзистор VT2 від перевищення допустимої напруги між затвором та витоком. На біполярному транзисторі VT1 зібрано вузол захисту від навантаження та стабілізації вихідної напруги. При збільшенні струму початку транзистора VT2 до 0,6 А падіння напруги на резисторі R5 досягне 0,6 В. Транзистор VT1 відкриється. В результаті напруга між затвором та витоком польового транзистора VT2 зменшиться. Це запобігає подальшому збільшення струму в каналі сток-витік польового транзистора. Порівняно з прототипом опір резистора R5 зменшено з 1,3 до 1,03 Ом, резистора R6 збільшено з 20 до 68 Ом, ємність конденсатора C13 збільшена з 10 до 22 мкФ.

Напруга з обмотки II трансформатора T1 надходить на діод випрямляння Шотки VD8, розмах напруги на висновках якого близько 26 В. Пульсації випрямленої напруги згладжує конденсатор C15. Якщо з тих чи інших причин вихідна напругаблоку живлення прагне збільшитися, зростає напруга на вході паралельного паралельного стабілізатора напруги DA1. Струм, що тече через випромінюючий діод оптрона U1, збільшується, його фототранзистор відкривається. Транзистор VT1, що відкрився в результаті, зменшує напругу між затвором і витоком польового транзистора VT2, що повертає вихідну напругу випрямляча до номінального значення. Ланцюг з резистора R16 і конденсатора C16 запобігає самозбудження стабілізатора.

Виготовлене джерело живлення оснащене стрілочним вимірювачем струму навантаження PA1, що значно підвищує зручність користування ним, оскільки дозволяє швидко оцінити струм, споживаний навантаженням. Шунтом для мікроамперметра PA1 служить омічний опір обмотки дроселя L4. Світлодіоди HL1 та HL2 підсвічують шкалу мікроамперметра.

На вихідні роз'єми XP2 та XS1 напруга надходить через фільтр L5C19. Стабілітрон VD9 з діодом VD10 запобігають надмірному підвищенню вихідної напруги при несправності ланцюгів його стабілізації.

Робоча частота перетворювача – близько 60 кГц. При струмі навантаження 2,3 А розмах пульсацій випрямленої напруги на конденсаторі C15 – близько 100 мВ, на конденсаторі C18 – близько 40 мВ та на виході блоку живлення – близько 24 мВ. Це дуже непогані показники.

ККД блоку живлення при струмі навантаження 2,5 А – 71 %, 2 А – 80 %, 1 А – 74 %, 0,2 А – 38 %. Струм короткого замикання виходу – близько 5 А, споживана від мережі потужність при цьому – близько 7 Вт. Без навантаження блок споживає від мережі близько 1 Вт. Вимірювання споживаної потужності та ККД проводилися при живленні блоку постійною напругою, що дорівнює амплітуді мережевого.

При тривалій роботі з максимальним струмом навантаження температура всередині його корпусу досягала 40 о С при температурі навколишнього повітря 24 о С. Це значно менше, ніж у малогабаритних. імпульсних джерелживлення, що входять до комплектів різних побутових електронних приладів. При струмі навантаження, що дорівнює половині заявленого максимального значення, вони перегріваються на 35...55 про С.

Більшість деталей описуваного блоку живлення встановлені на платі розмірами 75x75 мм. Монтаж – двосторонній навісний. Як корпус застосовано пластмасову розподільна коробкарозмірами 85x85x42 мм для зовнішньої електропроводки. Блок у відкритому корпусі показано на рис. 2, яке зовнішній вигляд - на рис. 3.

Мал. 2. Блок у відкритому корпусі

Мал. 3. Зовнішній виглядблоку

При виготовленні блоку слід звернути особливу увагу на фазування обмоток трансформатора T1, початок і кінець жодної з них не повинні бути переплутані. Застосований трансформатор 3PMT10053000 (від згаданого вище комп'ютерного блоку живлення) має також призначену для випрямляча напруги -12 обмотку, яка в даному випадку не використана. Замість нього можна застосувати майже будь-який подібний трансформатор. Для орієнтування при підборі трансформатора наводжу значення індуктивності використаних обмоток: I - 2,4 мГн, II - 17 мкГн, III - 55 мкГн.

Як PA1 застосовано мікроамперметр M68501 (індикатор рівня від вітчизняного магнітофона). Майте на увазі, що мікроамперметри цього типу різних років випуску мають дуже великий розкид опору вимірювального механізму. Якщо встановити потрібну межу вимірювання підбіркою резистора R13 не вдається, потрібно послідовно включити з дроселем L4 дротяний резистор невеликого опору (орієнтовно 0,1 Ом).

При градуюванні мікроамперметра несподівано з'ясувалося, що він дуже чутливий до статичної електрики. Піднесена пластмасова лінійка могла відхилити стрілку приладу до середини шкали, де вона могла залишитися після того, як лінійка була прибрана. Усунути це явище вдалося видаленням наявної плівкової шкали. Замість неї було приклеєно липку алюмінієву фольгу, якою були обклеєні й вільні ділянки корпусу. Екран із фольги слід з'єднати дротом з будь-яким висновком мікроамперметра. Можна спробувати обробити корпус мікроамперметр антистатичним засобом.

Надруковану на принтері паперову шкалу наклеюють на місце віддаленої. Зразок шкали зображено на рис. 4. Як бачите, цей мікроамперметр помітно нелінійний.

Мал. 4. Зразок шкали

Резистор R1 - імпортний не загоряється. Замість такого резистора можна встановити дротяний потужністю 1...2 Вт. Вітчизняні металопленочні та вуглецеві резистори як R1 не підходять. Інші резистори загального застосування(С1-14, С2-14, С2-33, С1-4, МЛТ, РПМ). Резистор R19 для поверхневого монтажу припаяний безпосередньо до розетки XS1.

Оксидні конденсатори – імпортні аналоги К50-68. Використання конденсаторів C15, C18, C19 з номінальною напругою 10 В замість часто застосовуваних імпульсних блокахживлення оксидних конденсаторів на напругу 6,3 значно підвищує надійність пристрою. Плівковий конденсатор C2 ємністю 0,033...0,1 мкФ призначений для роботи на змінній напрузі 275 В. Інші конденсатори - імпортні керамічні. Конденсатори C14, C17 припаяні між висновками оксидних конденсаторів. Конденсатор C20 встановлений усередині штекера ХР2.

Потужне складання діодів Шотки S30D40C взято з несправного комп'ютерного блоку живлення. У цьому пристрої вона може працювати без тепловідведення. Замінити її можна на MBR3045PT, MBR4045PT, MBR3045WT. MBR4045WT При максимальному струмі навантаження корпус цієї збірки нагрівається до 60 про С - це найгарячіший елемент у пристрої. Замість діодної збірки можна застосувати два звичайні діоди в корпусі DO-201AD, наприклад, MBR350, SR360, 1N5822, з'єднавши їх паралельно. До них з боку висновків катодів потрібно прикріпити додаткове мідне тепловідведення, показане на рис. 5.

Мал. 5. Додаткове мідне тепловідведення

Замість діодів 1N4005 підійдуть 1 N4006, 1 N4007, UF4007, 1N4937, FR107, КД247Г, КД209Б. Діод FR157 можна замінити на FR207, FM207, FR307, PR3007. Один із перерахованих діодів підійде і замість КД226Б. Заміною діода FR103 може бути будь-який з UF4003, UF4004, 1N4935GP RG2D, EGP20C, КД247Б. Замість стабілітрона BZV55C18 підійдуть 1N4746A, TZMC-18.

Світлодіоди HL1, HL2 - білого кольорусвітіння з вузла підсвічування РКІ мобільного телефону. Їх приклеюють до мікроамперметра ціанакрилатним клеєм. Транзистор KSP2222 можна замінити будь-яким із PN2222, 2N2222, KN2222, SS9013, SS9014, 2SC815, BC547 або серії КТ645 з урахуванням відмінностей у призначенні висновків.

Польовий транзистор SSS2N60B вилучений з несправного блоку живлення і встановлений на ребристий алюмінієвий тепловідведення з площею охолоджуючої поверхні 20 см 2 , причому всі висновки транзистора повинні бути електрично ізольовані від тепловідведення, при роботі блоку живлення з максимальним струмом навантаження. Замість транзистора SSS2N60B можна застосувати SSS7N60B, SSS6N60A, SSP10N60B, P5NK60ZF, IRFBIC40, FQPF10N60C.

Оптрон EL817 можна замінити іншим чотирививідним (SFH617A-2, LTV817, PC817, PS817S, PS2501-1, PC814, PC120, PC123). Замість мікросхеми LM431ACZ підійде будь-яка функціонально аналогічна у корпусі ТО-92 (TL431, AZ431, AN1431T).

Всі дроселі - промислового виготовлення, причому магнітопроводи дроселів L1, L2, L4 - H-подібні феритові. Опір обмотки дроселя L4 – 0,042 Ом. Чим більший цей дросель за розміром, тим менше нагріватиметься його обмотка, тим точніше вимірюватиме струм навантаження мікроамперметр PA1. Дросель L5 намотаний на кільцевому магнітопроводі, чим менше опір його обмотки і чим більша її індуктивність, тим краще. Дросель L3 - надіта на виведення загального катода діодного складання VD8 феритова трубка довжиною 5 мм.

Штекер XP2 з'єднаний з конденсатором C19 здвоєним багатожильним проводом 2x2,5 мм 2 довжиною 120 см. Розетка XS1 USB-AF закріплена в отворі корпусу пристрою клеєм.

Перше включення виготовленого пристрою в мережу змінного струму виробляють без навантаження через лампу розжарювання потужністю 40...60 Вт на 235, встановлену замість плавкою вставки FU1. Попередні випробування під навантаженням виконують замінивши FU1 лампою розжарювання потужністю 250...300 Вт. Нитки ламп розжарювання за нормальної роботи блока живлення не повинні світитися. Безпомилково виготовлений із справних деталей пристрій починає працювати відразу.

При необхідності підбіркою резистора R13 можна встановити показання амперметра. Підбираючи резистор R14, встановлюють вихідну напругу блоку живлення рівним 5...5,25 В. Підвищена напруга компенсує її падіння на дротах, що з'єднують блок з навантаженням.

Виготовлене джерело живлення можна експлуатувати спільно з доопрацьованим USB-концентратором, до якого можна буде підключити до чотирьох зовнішніх жорстких дисків типорозміру 2,5 дюйми, що працюють одночасно. Потужності буде достатньо і для живлення, наприклад таких пристроїв, як .

Література

1. Бутов А. Доопрацювання USB-концентратора. – Радіо, 2013, № 11, с. 12.

2. Бутова. Перетворювач напруги 5/9 для живлення радіоприймачів. – Радіо, 2013, № 12, с. 24, 25.

5 вольт – одна з найбільш широко використовуваних напруг. Від цієї напруги живиться більшість програмованих та непрограмованих мікроконтролерів, всіляких індикаторів та тестерів. Крім того, 5 вольт використовується для зарядки всіляких гаджетів: телефонів, планшетів, плеєрів і так далі. Я впевнений, що кожен радіоаматор може вигадати безліч застосувань цій напрузі. І у зв'язку з цим я підготував для вас три хороші на мій погляд варіанти блоків живлення зі стабілізованою вихідною напругою 5 вольт.

Перший варіант – найпростіший.

Цей варіант відрізняється мінімальною кількістювикористовуваних деталей, крайньої простоти складання і неймовірною 'живучістю' – блок майже неможливо вбити. Отже, перейдемо до схеми.

Ця схема змальована з недорогої зарядки телефону, має стабілізацію вихідної напруги і здатна видавати струм до 0.5 А. Насправді блок може видавати і більше, але при підвищенні струму на виході починає спрацьовувати захист від навантаження і вихідна напруга починає зменшуватися. Захист від перевантажень і КЗ реалізований на резисторі 10 ом в ланцюзі емітера силового транзистора та малопотужному транзисторі s9014. При підвищенні струму через первинну обмотку трансформатора на емітерному резистори створюється падіння напруги, достатнє для відкриття s9014, який у свою чергу притягує базу силового транзистора до мінуса, тим самим закриваючи його і зменшуючи тривалість імпульсів через первинну обмотку. У разі зміни номіналу даного резистора можна збільшити або зменшити струм спрацьовування захисту. Сильно збільшувати не варто, тому що це спричинить підвищення нагрівання силового транзистора і збільшить ймовірність виходу останнього з ладу.

Стабілізація виконана на поширеному оптроні pc817і на стабілітроні 3.9 (при зміні номіналу якого можна змінювати вихідну напругу). При перевищенні вихідної напруги світлодіод оптрона починає світитися яскравіше, викликаючи підвищення струму через транзистор оптрона на базу s9014 і, як наслідок, закриття силового ключа. При зменшенні вихідної напруги, навпаки, транзистор оптрона почне закриватися і s9014 не обриватиме імпульси на базі силового ключа, тим самим збільшуючи їх тривалість і, відповідно, збільшення вихідної напруги.

Особливу увагу варто приділити намотуванні трансформатора. Це найчастіше є фактором, що відштовхує новачків від імпульсних блоків живлення. Отже, оскільки блок однотактний, нам знадобиться трансформатор із немагнітним зазором між половинками сердечника. Зазор потрібен для швидкого розмагнічування сердечника і запобігання входу фериту в насичення. Розрахунок трансформатора в ідеалі треба проводити в спеціальних програмахАле для тих, кому цього робити не хочеться, скажу, що в таких малопотужних блоках живлення первинна обмотка складається з 190-220 витків дроту 0.08-0.1мм. Грубо кажучи, що більше сердечник, то менше витків. Поверх первинки в тому самому напрямку мотається базова обмотка. Вона складається з 7 – 15 витків того ж дроту. І наприкінці вже товстішим дротом мотається вторинка. Число витків 5-7. Вкрай важливо мотати всі обмотки в одному напрямку та пам'ятати, де початок і кінець. На схемі та на платі (яку можете завантажити тут) крапками вказані початки обмоток.

За схемою тут більше додати нічого, вона досить проста і не потребує особливих навичок для збирання. Всі компоненти можна змінювати в межах 25%, блок чудово працюватиме. Силовий транзистор можна ставити будь-якій зворотній провідності, що відповідає потужності та з розрахунковою напругою колектора не менше 400 вольт. Базовий транзистор – будь-який малопотужний NPN з такою ж цоколівкою, як і s9014.

Даний блок потужно застосовувати там, де не потрібен високий струм, а потрібна компактність, наприклад для живлення Arduino або заряджання пристроїв з акумуляторами невеликої ємності. З плюсів даного БП можна відзначити компактність, наявність захисту та стабілізації та, звичайно, простоту складання. З мінусів, мабуть, лише мала вихідна потужність, яку можна підняти, збільшуючи ємність вхідного фільтруючого конденсатора.

Блок до речі виглядає так:

Другий варіант – потужніший.

Цей варіант дуже схожий на попередній, але потужніший. Блок має доопрацьовану зворотний зв'язокі, отже, найкращу стабілізацію. Погляньмо на схему.

Схема є блоком чергового живлення комп'ютерного бп. На відміну від попередньої схеми в цій потужніший силовий транзистор, велика ємність вхідного фільтруючого конденсатора і, найголовніше, трансформатор з більшою габаритною потужністю. Все це якраз і впливає на вихідну потужність. Ще в даній схемі, на відміну від першої, зроблено нормальну стабілізацію на TL431 – джерелі опорної напруги.

Принцип роботи тут такий самий, як і в попереднього варіанта. Через резистор 560 кОм на базу силового ключа подається початкова напруга зміщення, він відкривається і через первинну обмотку починає текти струм. Наростання струму в первинці викликає наростання струму у всіх інших обмотках, отже струм, що виникає в базовій обмотці, ще сильніше відкриватиме транзистор, і цей процес продовжиться доти, поки транзистор повністю не відкриється. Коли він відкриється, струм через первичку перестане змінюватися, а значить на вторинному ринку перестане текти і транзистор закриється і цикл повторюватиметься.

Про роботу захисту по струму та стабілізації я докладно розповів вище і не бачу сенсу повторюватися, тому що тут все працює так само.

Оскільки цей блок живлення зроблений на основі чергування комп'ютерного блоку, трансформатор використовував готовий і не перемотував. Трансформатори EEL-19B. Розрахункова габаритна потужність 15-20 Вт.

Як і в попередній схемі, номінали компонентів можна відхиляти в межах 25%, так як у різних комп'ютерних БП ця схема чудово працює з різними компонентами. Цей екземпляр, завдяки вихідному струму в 2 А, можна використовувати як зарядку для телефонів і планшетів або для інших споживачів, які потребують великого струму. З достоїнств цієї конструкції можна відзначити простоту видобутку радіодеталей, адже напевно у кожного є неробочий блок живлення від старого комп'ютера або телевізора, а там простої бази вистачить на 3 - 4 таких бп. Також плюсом можна вважати чималий вихідний струм і непогану стабілізацію. З мінусів справедливо можна відзначити розмір плати (вона досить висока через трансформатор) і можливість свисту при холостому ході. Свист може з'явитися через несправність будь-якого елемента, або просто через занадто низьку частоту перетворення на холостому ходу. Під навантаженням частота зростає.

Третій варіант – найпотужніший.

Цей варіант для тих, кому потрібна величезна потужність та чудова стабілізація. Якщо вам не шкода пожертвувати компактністю, цей блок є спеціально для вас. Отже, дивимось схему.

На відміну від попередніх двох варіантів, у цьому застосовується спеціалізований ШІМ – контролер UC3843, який, на відміну від транзисторів, як не вміє змінювати ширину імпульсів і спеціально зроблений для застосування в однотактних блоках живлення. Також у UCшки частота не змінюється в залежності від навантаження і її можна чітко розрахувати у спеціалізованих калькуляторах.

Отже, принцип роботи. Початкове харчування надходить через резистор 300 ком на 7 ніжку мікросхеми, вона запускається і починає генерувати імпульси, які виходять з 6 ніжки і йдуть на полівик. Частота цих імпульсів залежить від елементів Rt і Ct. З зазначеними компонентами частота виході 78,876 кГц. Ось до речі пристрій мікросхеми:

На цій мікросхемі дуже зручно реалізовувати захист струму, у неї для цього є спеціальний висновок - current sense. При напрузі більше 1 вольта на цій ніжці спрацює захист і контролер зменшить тривалість імпульсів. Стабілізація тут зроблена за допомогою вбудованого підсилювача помилки current sense comparator. Оскільки на 2 виведення у нас 0 вольт, підсилювач error amp. Завжди видає логічну одиницю і йде на вхід підсилювача current sense comparator, формуючи тим самим опорну напругу 1 вольт на його вході, що інвертує. При перевищенні напруги на виході блоку живлення фототранзистор оптрона відкривається і шунтує 1 виведення мікросхеми на мінус. При цьому знижується напруга на вході, що інвертує current sense comparator, а так як на його не інвертує в момент відкриття транзистора наростає напруга, то в який то момент воно перевищить напругу на вході, що інвертує (при КЗ трапляється те ж саме) і current sense comparator видасть логічну одиницю, що у свою чергу призведе до зменшення тривалості імпульсів і, зрештою, до зниження напруги на виході блоку живлення. Стабілізація в даному блоці живлення дуже хороша, щоб ви розуміли, наскільки вона хороша, при підключенні резистора 1 Ом на вихід напруга падає всього на 0.06 вольта, при цьому на ньому розсіюється 25 Вт тепла і він згоряє через пару секунд. Взагалі, цей блок може видавати і 30 Вт і 35, так як у ролі ключа тут застосований польовий транзистор. На схемі вказано 4n60, але я поставив irf840, тому що у мене їх багато. Мікросхема може видавати управління польовиком струм до 1 А, що дозволяє без додаткового драйвера керувати досить потужними польовими ключами.