Как сделать импульсный блок питания своими руками

В современных бытовых приборах трансформаторные блоки питания вытеснены импульсными преобразователями напряжения. Чтобы понять сильные и слабые стороны этих устройств, ознакомиться с их конструктивными особенностями, стоит собрать импульсный блок питания своими руками.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Конструктивные особенности

Любой блок питания можно представить как преобразователь переменного тока электрической сети в постоянный ток с заданными параметрами. Из множества способов преобразования электроэнергии наибольшее распространение получили:

  • аналоговый, на основе понижающего трансформатора;
  • импульсный, с применением полупроводниковых приборов.

Аналоговый БП

Центральной частью таких БП является понижающий трансформатор с железным сердечником. Входное напряжение в 220 В и 50 Гц преобразуется до требуемой величины той же частоты. Далее ток выпрямляется, фильтруется и подается потребителю напрямую или через системы стабилизации. Данные схемы могут дополняться различными системами управления и автоматики, но общий принцип остается таким:

  • понижение;
  • выпрямление;
  • фильтрация;
  • регулировка и стабилизация.

Недостатки этой схемы:

  • большие габариты;
  • вес;
  • стоимость.

Для сравнения: понижение напряжения с 220 до 12 В и мощности нагрузки до 250 Вт потребует трансформатора весом около 4 кг и размерами БП 12 x 12 x 9 см, а объемом почти 1,5 л.

Преимуществом данной схемы является:

  • полная гальваническая развязка входной и вторичной цепи через трансформатор;
  • надежность;
  • простота и высокая ремонтопригодность.

Импульсные БП

Главное отличие — отсутствие на входе понижающего трансформатора. Основные этапы преобразования электричества в ИБП (импульсных блоках питания):

  • прохождение фильтра ВЧ-помех;
  • выпрямление;
  • инвертор преобразует постоянный ток в прямоугольное ВЧ-напряжение;
  • автогенерация и гальваническая развязка через импульсный трансформатор;
  • выпрямление ВЧ-напряжения;
  • фильтрация;
  • стабилизация.

Из сказанного понятно, что ВЧ-трансформатор на ферритовом сердечнике с инвертором выполняет функции аналогового устройства, но при этом обладает меньшими габаритами и массой.

Конструктивные особенности

Принцип работы устройства

Инвертор может использовать различные способы управления:

  • фазо-импульсный (ФИМ);
  • частотно-импульсный (ЧИМ);
  • широтно-импульсный (ШИМ).

Последний способ получил наибольшее распространение благодаря простоте и постоянству частоты преобразования.

Алгоритм работы инвертора

Основа — точный генератор прямоугольных колебаний. На их базе формируются пилообразные импульсы. Они подаются на один вход компаратора ШИМ, а на второй поступает сигнал с выхода БП, который отображает уровень выходного напряжения и характер нагрузки и управляет работой инвертора, регулируя подачу энергии на выход БП.

Благодаря этому импульсный преобразователь не только меньше по массо-габаритным показателям, но и выполняет функции стабилизатора, поддерживая напряжение в заданном диапазоне, чтобы полностью обеспечить гальваническую развязку входа и выхода. Кроме импульсного трансформатора, в цепях обратной связи применяются оптроны.

Преимущества и недостатки импульсных преобразователей

Импульсные БП имеют такие преимущества:

  • малые размеры;
  • больший КПД, достигающий 98%.
  • малая стоимость, поскольку высока доля автоматизированного производства;
  • широкий диапазон входного рабочего напряжения;
  • меньшая требовательность к качеству входящей электросети;
  • применение многообразных форм защиты от перегрева, перегрузок, КЗ, обрыва нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсных БП относят:

  • помехи ВЧ в диапазоне 20 -100 кГц;
  • установку дополнительных экранов и фильтров;
  • малый диапазон нагрузки.

Расчет мощности

Повторение уже готовой разработки БП не требует проведения расчетов. Копирование схемы и точный подбор компонентов гарантируют получение указанных параметров. Необходимость в расчетах появляется, если нужны другие характеристики блока или есть необходимость применять другие детали. Наибольшую сложность вызывает подбор требуемого феррита и расчет импульсного трансформатора. При пользовании онлайн-калькуляторами все параметры задавайте в сопоставимых единицах — вольтах, ваттах.

Расчет мощности

Необходимые для изготовления элементы

Для самостоятельного монтажа импульсного блока питания с ШИМ потребуется ряд деталей:

  • резисторы;
  • конденсаторы;
  • диоды;
  • транзисторы;
  • стабилитроны;
  • ферритовый сердечник, может быть, несколько;
  • обмоточные провода различного типа и диаметра от 0,1 до 2 мм;
  • возможно, специализированные микросхемы;
  • фольгированный материал для изготовления платы;
  • паяльная станция (или паяльник);
  • предохранители;
  • элементы конструкции или готовый корпус.

Точные номиналы и обозначения деталей невозможно указать из-за разнообразия схем. Такая информация указывается для каждого проекта отдельно.

Схемы ИБП

Перед выбором схемы ИБП нужно:

  • задать уровень входного напряжения;
  • определить выходной диапазон БП;
  • задать максимальную мощность или ток нагрузки.

С учетом заданных параметров выбирается проект ИБП. Отбор может производиться по типу регулирующих компонентов:

  • биполярные транзисторы;
  • полевые;
  • специализированные микросхемы.

Последние наиболее удобны, поскольку для сборки БП на их основе требуется минимум дополнительных деталей. Их настройка проста и заключается в подборе одного параметра. Типичным представителем такого чипа для устройств бесперебойного питания является UC3842. Однотактные преобразователи нашли применение в условиях лабораторного эксперимента, когда главным критерием являются малые габариты и простота.

Пошаговая инструкция по сборке

При сборке самодельного импульсного источника питания по готовой схеме важны внимательность, аккуратность и некоторый запас времени, чтобы выполнять каждый шаг без спешки:

  1. Выбираем схему и с помощью онлайн-калькуляторов выполняем расчет требуемых параметров БП, деталей.
  2. Собираем компоненты и материалы для выбранной схемы.
  3. Изготавливаем печатную плату.
  4. Набиваем печатную плату радиодеталями, резисторами, конденсаторами, дросселями, полупроводниками.
  5. Припаиваем все детали к проводникам на плате.
  6. Полупроводники желательно припаивать последними, чтобы избежать излишнего перегрева.
  7. Монтажом трансформатора лучше заняться в последнюю очередь.

После этого остается проверить работоспособность платы и при положительном тестировании закрепить ее в корпусе. Проверять работоспособность БП и его соответствие характеристикам лучше всего на лампочках в качестве нагрузки.

Ссылка на основную публикацию