|
||||||
Блок питания на TOP222Y — AVR devices
Понадобился мне для одного из моих проектов блок питания. Да такой чтоб с небольшими габаритами и с приличными характеристиками. Мне требовалось напряжение 5 вольт и ток не менее двух ампер. Однозначно, что блок питания должен быть импульсным. Сейчас существует великое множество различных ШИМ контроллеров на которых можно сделать такой блок питания. Я решил остановится на микросхемах от Power Integrations а точнее на Top Switch. Выбор обусловлен популярность и низкой ценой при неплохих характеристиках.
Кроме этого не надо почти ни какой обвязки и настройки! Короче как раз для меня 🙂 Хочу напомнить что блок питания является источником повышенной опасности, так как некоторые его детали находятся под напряжением угрожающим жизни человека. Высоковольтный электролитический конденсатор С2 в некоторых случаях может длительное время быть заряженным! Короче я предупреждал. Хотя ток своих не бьёт 🙂
Теперь немного сухих цифр:
- Входное напряжение от 85 до 265 вольт
- Выходное напряжение 5 вольт
- Максимальный ток 2 А
- Пульсации напряжения ~30 милливольт
- Защита от перегрева
- Защита от короткого замыкания
А вот и схема этого девайса:
Ничего нового я здесь не изобрел. Эту схему можно найти в одном из многочисленных апноутов производителя. Вместо TL431 можно поставить обычный стабилитрон, но упадёт стабильность напряжения и нельзя будет его скорректировать. Для коррекции напряжения нужно поиграть резисторами R3 или R2. Можно поставить вместо одного из них подстроечник и установить нужное напряжение.
Трансформатор
Это пожалуй самая сложная часть этого блока питания. Его придётся наматывать самому. У Power Integrations даже есть программа предназначенная для расчёта трансформаторов, но моего TOP222Y среди поддерживаемых ШИМ контроллеров почему то не оказалось. Поэтому пришлось курить мануалы, читать форумы и спрашивать знающих людей. Параметры трансформатора очень сильно зависят от сердечника. Сердечник который я применил в своем блоке был выдран из другого трансформатора от импульсного блока питания принтера. Размеры сердечника такие:
Чтоб разобрать готовый трансформатор пришлось изрядно повозится. Для того чтоб половинки сердечника расклеились мне пришлось варить трансформатор в кипящей воде некоторое время 🙂 Как видно из рисунка сердечник уже имеет зазор посередине. Если у вашего сердечника нет такого зазора то его нужно сделать проложив между его половинками бумагу. Он должен быть примерно 0,1 — 0,2мм. Наматывать трансформатор нужно начинать с первичной обмотки. Я наматывал её проводом диаметром 0,2 мм. Всего я намотал 130 витков. Допустимо использовать от 0,15 мм до 0,25 мм в зависимости от мощности. Провод наматывается виток к витку. Когда первый слой намотан нужно намотать поверх него слой какой-нибудь тонкой изоляционной плёнки. Я использовал какую-то жёлтую плёнку от другого трансформатора. Продолжать наматывать второй слой обмотки нужно с того же места где закончился первый. У меня всего получилось три слоя. Когда первичка намотана нужно намотать на нее пару слоёв плёнки дабы не замкнула она со вторичкой. Начало обмотки нужно отметить как либо. Это важно! Начало обмотки обозначено на схеме точкой, если концы обмотки перепутать, то блок питания не запуститься или будет отдавать крохотную мощность. Вторичку я мотал проводом диаметром 1 мм 6 витков. Её нужно равномерно растянуть по всей поверхности. После неё еще один слой изоляции и мотает третью обмотку. Я мотал её тем же проводом что и первичку (0.2 мм) 12 витков. Их так же располагаем по всей длине каркаса и не забываем про начало и конец обмотки. Все обмотки мотать надо в одном направлении. Когда намотка обмоток завершена, наматываем еще один слой изоляции, вставляем сердечник, заклеиваем его, припаиваем проводки к штырькам на каркасе и трансформатор готов!
Разводка платы
От разводки платы напрямую зависят характеристики блока питания. Из-за не правильно разведенной платы может упасть КПД блока питания, возникнут пульсации выходного напряжения, блок начнет создавать помехи, да и еще куча всего остального включая нестабильную работу. В даташите производитель дает некоторые советы по разводке печатной платы и рекомендуется их придерживаться. Дается даже рисунок куска печатной платы. Набор основных правил разводки платы довольно прост:
- C4 и R1 должны быть максимально близко к выводам SOURСE и CONTROL
- Земля в «горячей» части блока питания это вывод SOURСE. Поэтому все дорожки которые должны быть подключены к земле следует вести именно к этому выводу. Даже если это не удобно. Это хорошо отображено на принципиальной схеме.
- Конденсатор С2 ставить поближе к ШИМ контроллеру
- Ноги у D1 и D2 должны быть минимально длинны и расположены они должны быть как можно ближе к трансформатору
- Дорожка от вывода DRAIN до трансформатора должна быть как можно короче. Тоже самое касается и дорожки от трансформатора до плюса питания.
Зная и применяя эти правила можно развести свою плату, ибо моя я думаю далека от идеала и можно сделать лучше. Кроме того на моей плате изначально отсутствовал конденсатор С5. Я сейчас я расскажу почему.
Конденсатор С5
Страшный конденсатор как кажется на первый взгляд. Стоит между высоковольтной и низковольтной часть блока питания. А это значит что если его вдруг пробьёт, то блок питания превратится в машину смерти! Поэтому нельзя ставить туда конденсатор какой попало. Для таких целей существуют специальные Y конденсаторы. Бывают Y1 и Y2 нам подойдет любой из них с ёмокстью около 3.3 нф. Чтоб знать как он примерно выглядит я сфоткал свой:
С этим конденсатором будет немного щипать, если одновременно коснуться заземления и вывода блока питания. Но ничего страшного в этом нет, этот конденсатор стоял абсолютно во всех импульсиниках которые мне доводилось разобрать. И все они точно также кусались. Возникает вопрос, а зачем вообще он нужен? Можно его не впаивать, блок питания заведётся и будет работать но будет выдавать сильные пульсации на выходе. На осциллограмме ниже можно видеть пульсации напряжения на выходе блока питания. В момент снятия показаний, блок питания был нагружен проволочным резистором 5 ом, а конденсатор С5 не впаян:
А теперь я впаял конденсатор. Нагрузка та же самая:
Видно что пульсации сильно уменьшились, хоть и остались довольно существенными. Но для меня это не особо критично, т.к. этот блок питания будет всего лишь заряжать пальчиковые аккумуляторы. Чтоб избавится от остатков пульсаций нужно правильно намотать дроссель и не жалеть ёмкостей С6 и С7. Кстати конденсатор С1 тоже не простой. На нем должно быть написано X2. Его можно найти в компьютерных блоках питания. Он нужен (как я понял) чтоб не выпускать помехи которые создает блок, в сеть 220 в.
Пусконаладка
Ни каких плясок с бубном устраивать мне не пришлось. Всё заработало сразу после первого включения. Да и налаживать то тут особо нечего. Разве что немного подстроить выходное напряжение резисторами R3 или R2. Если страшно включать его в сеть, то можно вместо предохранителя включить лампочку 220 вольт мощностью 100 ватт. В момент включения лампочка должна вспыхнуть а потом погаснуть (если блок ни чем не нагружен). Если лампочка горит и не гаснет то скорее выключаем блок питания и ищем ошибку. Если это первое испытание блок прошел успешно то можно ставит предохранитель на место и давать нагрузку потихоньку. Я использовал нихромовую спиральку для этих целей. Дал нагрузку — попробовал не греется ли. Потом еще больше нагрузки и еще… Потом замкнул выводы блока питания накоротко. Ничего не взорвалось и не сгорело. Сработала защита и блок питания начал легонько щёлкать пытаясь запуститься. Разомкнул провода и он стартовал как ни в чем не бывало. Кстати радиатор оказался не нужен, нагрев TOP222Y оказался минимальным. Я и не ожидал такого.
Итоги
Блок питания получился отличный. Если вы ни когда не делали импульсных блоков питания, то начинать лучше всего именно с ШИМ контроллеров TOP221-227. Проще них вряд-ли можно что-то придумать вообще. Любые комментарии по теме и не совсем — приветствуются.
Скачать печатную плату
Импульсный БП 60Вт на TOP246Y.
Импульсный БП 60Вт на TOP246Y.
Представляю вниманию радиогубителей очередную схему обратноходового преобразователя, но уже сконструированного на основе микросхем из линейки TopSwitch-GX (Top242…250) что позволяет избавиться почти от половины дискретных элементов по сравнению с классическими на UC3842. Как обещает производитель Power Integrations (www.powerint.com) это позволяет повысить надёжность, технологичность устройства, минимизировать его габариты, сэкономить на стоимости платы, уменьшить время проектирования и соответственно изготовления устройства.
Максимальный ток нагрузки: 3А.
Основные узлы:
Выпрямитель сетевого напряжения на диодном мостике BR1 и конденсаторе C4, в схему выпрямителя включен фильтр помех на элементах L1, С1, С2, С3, который защищает не столько схему от входных помех, сколько саму сеть от ВЧ излучений БП. Смягчение броска зарядного тока конденсатора C4 выполняет термистор TR1. Защиту же блока от завышенного напряжения сети, обязан выполнять варистор Z1. При завышении напряжения свыше 300V пробивается Z1, обрывая цепь питания через F1. Причём фильтр ВЧ помех включён не стандартно в цепь постоянного напряжения, это позволяет избавиться от протекания переменного напряжения через конденсаторы С1, С2, С3.
Сердцем блока является DA1 о которой речь шла выше.
Резистор R1 задаёт ограничение максимального входного напряжения на уровне 265V AC. Резисторы R2, R3 определяют максимальный ток МОП ключа, и как правило задаются с 1%-ым допуском, при желании вывод X можно просто «посадить» на общую шину. Элементы D1, R4, C5 формируют необходимую для нормальной работы нелинейность трансформатора.
Цепь смещения (BIAS) образована элементами D2, R5, C6
Цепь обратной связи создающая гальваническую развязку и стабилизацию напряжения задаётся ZD1, R7, R8, U1.
Выпрямитель выходного напряжения образуют элементы D3, C9, C10. L2 — позволяет понизить пульсации выходного напряжения.
Теперь перейдём к изготовлению трансформатора.
Намотка трансформатора производится на каркасе предназначенном для магнитопровода E30/15/7 с магнитной проницаемостью 2500. Первичная обмотка (W1) содержит 34 витка провода ПЕВ-1, ПЕВ-2 диаметром 0,5 мм (должно получится примерно 1,4 слоя). Обмотка BIAS (W2) содержит 4 витка любого провода диаметром 0,1мм (не критично). Вторичная обмотка (W3) содержит 6 витков вдвое сложенного провода ПЕВ-1 или ПЕВ-2 диаметром 0,8 мм. Обмотку (W3) желательно расположить равномерно по длине каркаса. Укладывая обмотки следует между каждым отдельным слоем намотки прокладывать 1… 2 слоя лакоткани. А после намотки W2 можно выполнить экран и соединить его с общей шиной высоковольтного питания. Экран можно выполнять как полоской листовой меди, внимательно следя чтобы экран не образовал короткозамкнутого витка, для этого полоску меди отрезаем такой длины чтобы она образовывала на каркасе незамкнутый круг. Или же экран можно выполнить заполняя один слой подходящим изолированным проводом подходящего диаметра., при этом один конец соединяем с общей шиной выс. напр., второй оставляем «висящим в воздухе». На трансформатор после окончательной сборки можно одеть внешний защитный экран теперь уже образуя КЗ-ый виток и соответственно соединяя его с общей шиной. Естественно особо внимательно следует обращать внимание на фазировку обмоток, при не правильной фазировке блок просто не заведется или не будет отдавать должной мощности с сильным нагревом миккросхемы.
Табличка с деталями:
Элемент |
Номинал |
Допуск |
Примечание |
R1 |
2M |
5% |
Два последовательно соединенных резисторов по 1М |
R2 |
7,5M+5,6M |
1% |
Последовательно соединенные |
R3 |
20,5K |
1% |
|
R4 |
68K |
5% |
|
R5 |
4,7 |
5% |
|
R6 |
6,8 |
5% |
|
R7 |
68 |
5% |
|
R8 |
330 |
5% |
|
C1, C2, C3 |
0,47мкФx400B |
||
C4 |
150мкФх400В |
Можно больше, как по ёмкости, так и по напряжению. |
|
C5 |
4700х1кВ |
Керамика |
|
C6 |
1мкФх50В |
||
C7 |
0,1мкФх50В |
||
C8 |
10МкФх25В |
||
C9, C10 |
1000мкФх25В |
||
Z1 |
300В 2А |
||
TR1 |
10Ом 2А |
||
U1 |
PC817 |
||
D1 |
1N4937 |
Можно заменить на UF4005 |
|
D2 |
1N4148 |
||
D3 |
MBR760 |
Или другой шоттки на 5А 60В |
|
DA1 |
TOP246Y |
||
F1 |
1А 250В |
||
L1 |
47мкГн 1А |
||
L2 |
3,3мкГн 3А |
||
ZD1 |
1N5249 |
||
BR1 |
RS207 |
Запуск блока производится «навесив» на выход незначительную нагрузку, прекрасно подойдёт 20-ти вольтова лампочка. К сети блок подсоеденяется через бытовую лампочку 100Bт 220V. Для чего это, думаю понятно.
Подстройку выходного напряжения производим резисторами R7, R8. Увеличивая/уменьшая значение R8 получаем уменьшение/увеличение выходного напряжения и увеличивая/уменьшая значение R7 увеличение/уменьшение выходного.
Расположение выводов DA1 смотрим на рисунке:
Относительно площади радиаторов ничего не привожу, как правило на купленных на рынке нет опознавательных знаков. Вариант печатной платы можно посмотреть здесь, плата не от этого блока, но сделана на подобный блок выходной мощностью 30W.
На этом пожалуй всё. Желаю успехов!!!
А все вопросы можно сложить тут.
|
Как вам эта статья? |
Заработало ли это устройство у вас? |
Импульсные источники питания на микросхемах и транзисторах
Импульсные источники питания стали фактически непременным атрибутом любой современной бытовой техники, потребляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.
Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, применяются специальные схемные решения.
Так, для исключения сквозных токов через выходные транзисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени. Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе выходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходного напряжения может изменяться с помощью обратной связи.
Обычно для обеспечения надежности в импульсных источниках питания используют высоковольтные транзисторы, которые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в открытом состоянии). Особенно это касается устаревших ныне моделей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы появилась достойная замена биполярным транзисторам, традиционно используемых в выходных каскадах импульсных источников питания. Это специальные высоковольтные полевые транзисторы отечественного, и, главным образом, зарубежного производства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.
Биполярные симметричные импульсы регулируемой ширины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис. 5.1. Устройство может быть использовано в схемах авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (К561ЛЕ5/К561ЛА7) собран генератор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2. Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необходимости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.
На элементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) собраны компараторы напряжения; на DA1.2, DA1.4 выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через формирующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, СЗ, VD5) подаются прямоугольные импульсы. Заряд конденсаторов С2, СЗ происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответственно; разряд практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или СЗ достигнет порога срабатывания компараторов-ключей DA1.1 или DA1.3, соответственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.
Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой между импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1.2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов используется в схеме импульсного источника питания. Плавное регулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компараторов (конденсаторы С2, СЗ) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных импульсов) устанавливают подбором резистора R4.
Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и конденсаторами Са, Сб. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.
При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного делителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент полевой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулировать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым выходной мощностью преобразователя.
В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них. Импульсный источник питания (рис. 5.2) состоит из выпрямителей сетевого напряжения, задающего генератора, формирователя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения.
Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DD1.1, DD1.2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микросхеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка длительности осуществляется с помощью оптрона U1.
Выходной каскад формирователя коммутирующих импульсов собран на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт. Предварительный усилитель мощности выполнен на транзисторах ѴТ1, ѴТ2 типа КТ645А, а оконечный на транзисторах ѴТЗ, ѴТ4 типа КТ828 или более современных. Выходная мощность каскадов 2 и 60…65 Вт, соответственно.
На транзисторах ѴТ5, ѴТ6 и оптроне U1 собрана схема стабилизации выходного напряжения. Если напряжение на выходе источника питания ниже нормы (12 В), стабилитроны VD19, VD20 (КС182+КС139) закрыты, транзистор ѴТ5 закрыт, транзистор ѴТ6 открыт, через светодиод (U1.2) оптрона протекает ток, ограниченный сопротивлением R14; сопротивление фотодиода (U1.1) оптрона минимально. Сигнал, снимаемый с выхода элемента DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадения DD2.2 напрямую и через регулируемый элемент задержки (R3 R5, С4, VD2, U1.1), в силу его малой постоянной времени поступает практически одновременно на входы схемы совпадения (элемент DD2.2). На выходе этого элемента формируются широкие управляющие импульсы.
Рис. 5.2. Схема импульсного источника питания.
На первичной обмотке трансформатора Т1 (выходах элементов DD2.3, DD2.4) формируются двухполярные импульсы регулируемой длительности.
Если по какой-либо причине напряжение на выходе источника питания будет увеличиваться сверх нормы, через стабилитроны VD19, VD20 начнет протекать ток, транзистор VT5 приоткроется, VT6 закроется, уменьшая ток через светодиод оптрона U1.2. При этом возрастает сопротивление фотодиода оптрона U1.1. Длительность управляющих импульсов уменьшается, и происходит уменьшение выходного напряжения (мощности). При коротком замыкании нагрузки светодиод оптрона гаснет, сопротивление фотодиода оптрона максимально, а длительность управляющих импульсов минимальна. Кнопка SB1 предназначена для запуска схемы.
При максимальной длительности положительные и отрицательные управляющие импульсы не перекрываются во времени, поскольку между ними существует временная просечка, обусловленная наличием резистора R3 в формирующей цепи. Тем самым снижается вероятность протекания сквозных токов через выходные относительно низкочастотные транзисторы оконечного каскада усиления мощности, которые имеют большое время рассасывания избыточных носителей на базовом переходе. Выходные транзисторы установлены на ребристые теплоотводящие радиаторы с площадью не менее 200 см2. В базовые цепи этих транзисторов желательно установить сопротивления величиной 10…51 Ом.
Каскады усиления мощности и схема формирования двухполярных импульсов получают питание от выпрямителей, выполненных на диодах VD5 VD12 и элементах R9 R11, С6 С9, С12, VD3, VD4.
Трансформаторы Т1, Т2 выполнены на ферритовых кольцах К10x6x4,5 3000НМ; ТЗ К28х16х9 3000НМ. Первичная обмотка трансформатора Т1 содержит 165 витков провода ПЭЛШО 0,12, вторичные 2×65 витков ПЭЛ-2 0,45 (намотка в два провода). Первичная обмотка трансформатора Т2 содержит 165 витков провода ПЭВ-2 0,15 мм, вторичные 2×40 витков того же провода. Первичная обмотка трансформатора ТЗ содержит 31 виток провода МГШВ, продетого в кембрик и имеющего сечение 0,35 мм2, вторичная обмотка имеет 3×6 витков провода ПЭВ-2
1,28 мм (параллельное включение). При подключении обмоток трансформаторов необходимо правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.
Источник питания работоспособен в диапазоне изменения сетевого напряжения 130…250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60…65 Вт (стабилизированное напряжение положительной и отрицательной полярности 12 6 и стабилизированное напряжение переменного тока частотой 75 кГц, снимаемые со вторичной обмотки трансформатора Т3). Напряжение пульсаций на выходе источника питания не превышает 0,6 В.
При налаживании источника питания сетевое напряжение на него подают через разделительный трансформатор или феррорезонансный стабилизатор с изолированным от сети выходом. Все перепайки в источнике допустимо производить только при полном отключении устройства от сети. Последовательно с выходным каскадом на время налаживания устройства рекомендуется включить лампу накаливания 60 Вт на 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок в монтаже. Оптрон U1 должен иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.
Сетевой импульсный источник питания (рис. 5.3) разработан для телефонных аппаратов с автоматическим определителем номера или для других устройств с потребляемой мощностью 3…5 Вт, питаемых напряжением 5…24 В.
Источник питания защищен от короткого замыкания на выходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагрузки в пределах 20… 100% от номинального значения.
Управляемый генератор импульсов обеспечивает на базе транзистора ѴТЗ сигнал частотой 25…30 кГц.
Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10x6x3 из пресс-пермаллоя МП140. Обмотки дросселя L1, L2 содержат по 20 витков провода ПЭТВ 0,35 мм и расположены каждая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм. Дроссель L3 наматывают проводом ПЭТВ 0,63 мм виток к витку в один слой по внутреннему периметру кольца.
Рис 5.3. Схема сетевого импульсного источника питания.
Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Б22 из феррита М2000НМ1. Его обмотки наматывают на разборном каркасе виток к витку проводом ПЭТВ и пропитывают клеем. Первой наматывают в несколько слоев обмотку I, содержащую 260 витков провода 0,12 мм. Таким же проводом наматывают экранирующую обмотку с одним выводом (на рис. 5.3 показана пунктирной линией), затем наносят клей БФ-2 и обматывают одним слоем лакот-кани. Обмотку III наматывают проводом 0,56 мм. Для выходного напряжения 5 В она содержит 13 витков. Последней наматывают обмотку II. Она содержит 22 витка провода 0,15…0,18 мм. Между чашками обеспечивают немагнитный зазор.
Для создания высокого напряжения (30…35 кВ при токе нагрузки до 1 мА) для питания электроэффлювиальной люстры (люстры А. Л. Чижевского) предназначен источник питания постоянного тока на основе специализированной микросхемы типа К1182ГГЗ (рис. 5.4).
Источник питания состоит из выпрямителя сетевого напряжения на диодном мосте VD1, конденсатора фильтра С1 и высоковольтного полумостового автогенератора на микросхеме DA1 типа К1182ГГЗ. Микросхема DA1 совместно с трансформатором Т1 преобразует постоянное выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотное (30…50 кГц) импульсное.
Выпрямленное сетевое напряжение поступает на микросхему DA1, а стартовая цепочка R2, С2 запускает автогенератор микросхемы. Цепочки R3, СЗ и R4, С4 задают частоту генератора. Резисторы R3 и R4 стабилизируют длительность полуперио-дов генерируемых импульсов. Выходное напряжение повышается обмоткой L4 трансформатора и подается на умножитель напряжения на диодах VD2 VD7 и конденсаторах С7 С12. Выпрямленное напряжение подается на нагрузку через ограничительный резистор R5.
Конденсатор сетевого фильтра С1 рассчитан на рабочее напряжение 450 В (К50-29), С2 любого типа на напряжение 30 В. Конденсаторы С5, С6 выбирают в пределах 0,022…0,22 мкФ на напряжение не менее 250 В (К71-7, К73-17). Конденсаторы умножителя С7 С12 типа КВИ-3 на напряжение 10 кВ. Возможна замена на конденсаторы типов К15-4, К73-4, ПОВ и другие на рабочее напряжение 10 кВ или выше.
Рис. 5.4. Схема высоковольтного импульсного источника постоянного тока.
Высоковольтные диоды VD2 VD7 типа КЦ106Г (КЦ105Д). Ограничительный резистор R5 типа КЭВ-1. Его можно заменить тремя резисторами типа МЛТ-2 по 10 МОм. В качестве трансформатора используется телевизионный строчный трансформатор, например, ТВС-110ЛА. Высоковольтную обмотку оставляют, остальные удаляют и на их месте размещают новые обмотки. Обмотки L1, L3 содержат по 7 витков провода ПЭЛ 0,2 /им, а обмотка L2 90 витков такого же провода.
Цепочку резисторов R5, ограничивающих ток короткого замыкания, рекомендуется включить в «минусовой» провод, который подводится к люстре. Этот провод должен иметь высоковольтную изоляцию.
Устройство, именуемое корректором коэффициента мощности (рис. 5.5), собрано на основе специализированной микросхемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагрузкой, к синусоидальной.
Рис. 5.5. Схема корректора коэффициента мощности на микросхеме TOP202YA3.
Максимальное напряжение на входе 265 В. Средняя частота преобразователя 100 кГц. КПД корректора 0,95.
Схема источника питания с микросхемой той же фирмы Power Integration показана на рис. 5.6. В устройстве применен полупроводниковый ограничитель напряжения 1,5КЕ250А. Преобразователь обеспечивает гальваническую развязку выходного напряжения от напряжения сети. При указанных на схеме номиналах и элементах устройство позволяет подключать нагрузку, потребляющую 20 Вт при напряжении 24 В. КПД преобразователя приближается к 90%. Частота преобразования 100 кГц. Устройство защищено от коротких замыканий в нагрузке.
Рис. 5.6. Схема импульсного источника питания на микросхеме фирмы Power Integration.
Выходная мощность преобразователя определяется типом используемой микросхемы, основные характеристики которых приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Характеристики микросхем серии TOP221Y TOP227Y.
| Тип микросхемы | Рмах, Вт | Ток срабатывания защиты, А | Rcи открытого транзистора, Ом |
| TOP221Y | 7 | 0,25 | 31,2 |
| TOP222Y | 15 | 0,5 | 15,6 |
| TOP223Y | 30 | 1 | 7,8 |
| T0P224Y | 45 | 1,5 | 5,2 |
| T0P225Y | 60 | 2 | 3,9 |
| TOP226Y | 75 | 2,5 | 3,1 |
| T0P227Y | 90 | 3 | 2.6 |
На основе одной из микросхем ТОР200/204/214 фирмы Power Integration может быть собран простой и высокоэффективный преобразователь напряжения (рис. 5.7) с выходной мощностью до 100 Вт.
Рис. 5.7, Схема импульсного Buck-Boost преобразователя на микросхеме ТОР200/204/214.
Преобразователь содержит сетевой фильтр (С1, L1, L2), мостовой выпрямитель (VD1 VD4), собственно сам преобразователь U1, схему стабилизации выходного напряжения, выпрямители и выходной LC-фильтр.
Входной фильтр L1, L2 намотан в два провода на феррито-вом кольце М2000 (2×8 витков). Индуктивность полученной катушки 18…40 мГн. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом сердечнике со стандартным каркасом ETD34 фирмы Siemens или Matsushita, хотя можно использовать и иные импортные сердечники типа ЕР, ЕС, EF или отечественные Ш-образные ферритовые сердечники М2000. Обмотка I имеет 4×90 витков ПЭВ-2 0,15 мм; II 3×6 того же провода; III 2×21 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Все обмотки наматывают виток к витку. Между слоями должна быть обеспечена надежная изоляция.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
top224y лист данных (2/20 страниц) POWERINT | Трехконтактный автономный ШИМ-переключатель
TOP221-227
C
12/97
2
Рисунок 2. Функциональная блок-схема.
КонтактФункциональное описание
КонтактDRAIN:
Выходное соединение стока MOSFET. Обеспечивает внутренний ток смещения
во время запуска через внутренний переключаемый источник тока высокого напряжения
. Внутренняя точка измерения тока.
Контакт КОНТРОЛЯ:
Контакт входа усилителя ошибки и тока обратной связи для рабочего цикла
Управление.Подключение внутреннего шунтирующего регулятора для обеспечения внутреннего тока смещения
при нормальной работе. Он также используется как точка подключения
для байпаса питания и конденсатора с автоматическим перезапуском /
.
ИСТОЧНИК Вывод:
Корпус Y — Выходной MOSFET-вывод для подключения источника высокого напряжения
. Цепь первичной стороны
Общая и контрольная точка.
Корпус P и G — Общая цепь управления первичной стороны и контрольная точка
.
Вывод ИСТОЧНИКА (HV RTN): (только для корпусов P и G)
Подключение источника выходного полевого МОП-транзистора для возврата высокого напряжения.
PI-1935-091696
ВЫКЛЮЧЕНИЕ /
АВТОПЕРЕЗАПУСК
ШИМ
КОМПАРАТОР
ЧАСЫ
ПИЛА
ОСЦИЛЛЯТОР
0003000300030002 ВНУТРЕННИЙ
УПРАВЛЯЕМЫЙ
УПРАВЛЯЕМЫЙ
УПРАВЛЯЕМЫЙ
ПИТАНИЕ
5,7 В
4,7 В
ИСТОЧНИК
S
R
Q
Q
DMAX
—
+
CONTROL
—
CONTROL
—
7 В
IFB
RE
ZC
VC
МИНИМУМ
ВРЕМЯ РАБОТЫ
ЗАДЕРЖКА
+
—
VI
LIMIT
000
000
000 POWER
UPСБРОС
S
R
Q
Q
÷ 8
0
1
THERMAL
SHUTDOWN
SHUNT ERREGULATOR
/
000 000
PI-2084-052198
CONTROL
DRAIN
SOURCE
TO-220 (YO3A)
Вкладка внутри
Подключено к выводу источника
CONTROL
8
СЛИВ
ИСТОЧНИК (ВН RTN)
ИСТОЧНИК
ИСТОЧНИК
1
4
2
3
ИСТОЧНИК (ВН RTN)
ИСТОЧНИК (HV RTN)
ИСТОЧНИК
DIP-8 (P08A)
SMD-8 (G08A)
Рисунок 3.Конфигурация контактов.
.top224y техническое описание (6/20 страниц) POWERINT | Трехконтактный автономный ШИМ-переключатель
TOP221-227
C
12/97
6
Рис. 7. Принципиальная схема резервного источника питания TOPSwitch-II 4 Вт с 8-выводным PDIP.
Примеры приложений
Ниже приведены лишь две из множества возможных реализаций TOPSwitch
. Дополнительные примеры
см. В Справочнике и Руководстве по проектированию.
Резервный источник питания 4 Вт с 8-выводным PDIP
На рис. 7 показан резервный источник питания 4 Вт.Этот источник питания используется в устройствах
, где определенные функции режима ожидания (например, часы
в реальном времени, порт дистанционного управления) должны оставаться активными, даже если основной источник питания
выключен.
Вторичный 5 В используется для питания функции ожидания, а
неизолированный выход 12 В используется для питания ШИМ-контроллера
основного источника питания и других дополнительных функций первичного
.
Для этого приложения входные выпрямители и входной фильтр имеют размер
для основного источника питания и не показаны.Входная шина постоянного тока
может изменяться от 100 В до 380 В постоянного тока, что соответствует полному универсальному диапазону входного переменного тока
. TOP221 упакован в 8-контактный блок питания
.
Выходное напряжение (5 В) непосредственно измеряется стабилитроном
(VR1) и оптопарой (U2). Выходное напряжение
определяется суммой напряжения стабилитрона и падения напряжения на светодиоде
оптопары (падение напряжения на R1 незначительно).
Выходной транзистор оптопары управляет контактом CONTROL
TOP221. C5 обходит контакт CONTROL и обеспечивает компенсацию контура управления
и устанавливает частоту автоматического перезапуска.
Пики напряжения индуктивности рассеяния трансформатора подавляются
через R3 и C1 через диод D1. Обмотка смещения выпрямляется
и фильтруется D3 и C4, обеспечивая неизолированный выход 12 В
, который также используется для смещения коллектора выходного транзистора оптопары
.Изолированная выходная обмотка 5 В выпрямляется посредством
D2 и фильтруется через C2, L1 и C3.
Широкодиапазонный
Вход постоянного тока
D
S
C
КОНТРОЛЬ
PI-2115-111797
+
—
R3
47K
47K
000
2,2 нФ
1 кВ
D2
UF5401
TOP221P
L1
3,3
µH
D3
IN4148
000
000
000
000000
000
000000
000
000000 R1
10
Ом
C3
100
мкФ
10V
+ 5V
C5
47
µF
10V3
000
0003
000
C5
R2
100
Ом
VR1
TOPSwitch-II
T1
RTN
+
—
12 В без изоляции 900 03.
top224y лист данных (7/20 страниц) POWERINT | Трехконтактный автономный ШИМ-переключатель
C
12/97
TOP221-227
7
Универсальный блок питания 20 Вт с 8-выводным PDIP
На рисунке 8 показан вторичный регулируемый источник питания обратного хода 12 В, 20 Вт
с использованием TOP224P в восьмипроводном корпусе PDIP и
, работающих от универсального входного напряжения от 85 до 265 В переменного тока. Этот пример
демонстрирует преимущество более мощной 8-контактной выводной рамки
, используемой с семейством TOPSwitch-II.Этот недорогой корпус
передает тепло непосредственно плате через шесть выводов источника
, устраняя необходимость в радиаторе и связанных с этим расходах. КПД
обычно составляет 80% при низком уровне входного сигнала. Выходное напряжение
напрямую измеряется оптопарой U2 и стабилитроном VR2. Выходное напряжение
определяется напряжением стабилитрона (VR2), а напряжение
падает на светодиодах оптопары (U2) и резисторе R1.
Возможны другие значения выходного напряжения, регулируя коэффициент трансформации трансформатора
и значение стабилитрона VR2.
Электропитание переменного тока выпрямляется и фильтруется BR1 и C1 для создания высоковольтной шины постоянного тока
, подключенной к первичной обмотке T1.
, другая сторона первичной обмотки трансформатора, управляется встроенным высоковольтным полевым МОП-транзистором
TOPSwitch-II. D1 и VR1 фиксируют
скачков напряжения на переднем фронте, вызванных утечкой трансформатора
индуктивности. Вторичная обмотка питания выпрямляется и
фильтруется D2, C2, L1 и C3 для создания выходного напряжения 12 В.
R2 и VR2 обеспечивают небольшую предварительную нагрузку на выходе 12 В, чтобы
улучшить регулирование нагрузки при малых нагрузках. Обмотка смещения
выпрямляется и фильтруется D3 и C4 для создания напряжения смещения TOPSwitch
. L2 и Y1-предохранительный конденсатор C7 ослабляют общие токи эмиссии в режиме
, вызванные переключением высокого напряжения
сигналовна стороне DRAIN первичной обмотки и емкости
первичной на вторичную. Индуктивность утечки L2
с C1 и C6 ослабляет дифференциальные токи излучения
, вызванные основной гармоникой трапециевидной или треугольной формы волны первичного тока
.
C5 фильтрует внутренние пики тока заряда затвора
MOSFET на выводе CONTROL
, определяет частоту автоматического перезапуска и вместе с
R1 и R3 компенсирует контур управления.
PI-2019-033197
D2
MUR420
D3
1N4148
C2
330
µF
35 V
C3
000
000 V
C3
000
000 D1
BYV26C
VR1
P6KE200
VR2
1N5241B
11 В
R2
220
Ω
BR1
4002
BR1
4002
4002
F1
3.15 A
J1
C6
0,1
мкФ
250 В перем. Тока
L2
22 мГн
L
N
C5
47
000
000
000
000
S
C
CONTROL
TOPSwitch-II
R3
6,8
Ом
L1
3,3
µH
C4
0003
0003
0003
0003
100
Ом
C7
1 нФ
250 В переменного тока
Y1
+ 12 В
RTN
Рисунок 8.Принципиальная схема блока питания TOPSwitch-II с универсальным входом мощностью 20 Вт с использованием 8-выводного блока питания PDIP.
.top224y лист данных (1/20 страниц) POWERINT | Трехконтактный автономный ШИМ-переключатель
®
TOP221-227
Семейство TOPSwitch-II
Трехконтактный автономный ШИМ-переключатель
Рисунок 1. Типичное применение обратноходового режима.
проще. Опция стандартного пакета PDIP 8L снижает затраты на
приложений с низким энергопотреблением и высокой эффективностью. Рама внутреннего вывода
этого корпуса использует шесть выводов для передачи тепла от микросхемы
непосредственно к плате, что исключает стоимость радиатора.
TOPSwitch объединяет все функции, необходимые для коммутируемой системы управления режимами
, в трехконтактную монолитную ИС: силовой полевой МОП-транзистор
, ШИМ-контроллер, цепь пуска высокого напряжения, компенсацию контура
и схему защиты от неисправностей.
Основные характеристики продукта
• Самая низкая стоимость, наименьшее количество компонентов, решение переключателя
• Конкурентоспособная стоимость с линейными устройствами мощностью более 5 Вт
• Очень низкие потери переменного / постоянного тока — КПД до 90%
• Встроенный автоматический перезапуск и ток ограничение
• Фиксирующее тепловое отключение для защиты системного уровня
• Реализует обратную, прямую, повышающую или понижающую топологию
• Работает с первичной или оптической обратной связью
• Стабильно в прерывистом или непрерывном режиме проводимости
• Вкладка подключения источника для низкого EMI
• Простота схемы и средства проектирования сокращают время вывода на рынок
Описание
Семейство TOPSwitch-II второго поколения является более эффективным по цене
и обеспечивает несколько улучшений по сравнению с семейством TOPSwitch первого поколения
.Семейство TOPSwitch-II расширяет диапазон мощности
от 100 до 150 Вт для входа 100/115/230 В переменного тока
и от 50 до 90 Вт для универсального входа 85–265 В переменного тока.
Это дает преимущества технологии TOPSwitch для многих новых приложений
, например, телевизоров, мониторов, аудиоусилителей и т. Д. Многие значительные усовершенствования схемы
, которые снижают чувствительность к макету платы
и переходным процессам линии, теперь делают конструкцию даже
PI -1951-091996
AC
IN
D
S
C
CONTROL
TOPSwitch
®
6 W
10 W
15 W
000
000
000 TOP 20
TOP223Y
TOP224Y
TOP225Y
TOP226Y
TOP227Y
9 Вт
15 Вт
25 Вт
30 Вт
TOP2000 9222 или TOP2000 922922 TOP2000 или TOP2000 9222 TOP224G
ТАБЛИЦА ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ
TO-220 (Y) Package1
8L PDIP (P) или 8L SMD (G) Package2
.
P
MAX
5,6
ЧАСТЬ
ЗАКАЗ
НОМЕР
Один вход напряжения
100/115/230 В переменного тока
± 15%
3
Широкий диапазон входа
265 В переменного тока
Один вход напряжения
100/115/230 В переменного тока
± 15%
3
Широкодиапазонный вход
85–265 В переменного тока
P
MAX
5,6
7 Вт
15 Вт
30 Вт
45 Вт
60 Вт
75 Вт
90 Вт
P
MAX
4,6
12 Вт
25 Вт
50 Вт 75 W
100 Вт
125 Вт
150 Вт
P
MAX
4,6
Примечания: 1.Описание пакета: Y03A 2. Описание пакета: P08A или G08A 3. 100/115 В перем. Тока с входом удвоителя 4. Предполагается соответствующий нагрев
, чтобы поддерживать максимальную температуру перехода TOPSwitch ниже 100 ° C. 5. Припаивается к 1 кв. Дюйм. (6,45 см2), 2 унции. плакировка медью
(610 г / м2) 6. P
MAX — это максимальный практический уровень непрерывной выходной мощности для указанных условий. Допустимая непрерывная мощность
в данном приложении зависит от тепловой среды, конструкции трансформатора, требуемого КПД, минимально указанного входного напряжения, входной емкости
и т. Д.7. При использовании TOPSwitch-II в существующей конструкции TOPSwitch см. Раздел, посвященный основным приложениям.
ЧАСТЬ
ЗАКАЗ
НОМЕР
декабрь 1997 г.
.