Статья больше ознакомительная, если захотите сделать импульсный источник питания, то вам придется пару месяцев смотреть всякие разные видео на ютубе, читать статьи на всяких сайтах. И везде будет какая-то недосказанность, остальное придется доискивать.
Я пока только в теории прикинул на чем буду собирать блок питания и каких он будет размеров. Ну примерно для 170-200 и даже в теории до 500 ватт хватит ферритового колечка на 29мм... Т.е. блок питания будет достаточно компактным, пока практики с намоткой нет, я соберу инвертор и буду на нем эксперментировать с разными колечками, разными диаметрами, но это в будущем.
Для всех рассчетов сгодятся программы от человека с псевдонимом Старичок. У него их много и для дросселей тоже....
Теперь попробую структурировать всё, что удалось накопать за последнее время, по мере появления дополнительной информации - статья будет пополняться.
Чем отличается импульсный источник питания (блок питания)?
Помните блок питания от приставки Sega? Он такой тяжелый что розетку выламывал из стены и посмотрите на миниатюрный зарядник от вашего смартфона, быстрые зарядники не в счет, они чуть крепнее, у них мощность больше. Но у сеги адаптер примерно на 10 ватт и ваш зарядник к смартфону 5в 1А тоже на 10 ватт, а быстрые зарядки по 20-30 ватт и даже они меньше адаптера от сеги.
Если бы блок питания для компьютера на 700-800 ватт был обычным, то он бы весил килограмм 20 и был размером с весь ваш системник, сейчас пришла эпоха импульсных блоков питания! Они при большей мощности в сто раз компектнее, нужно меньше килограмм меди на производство, получается всё дешевле, но есть свои заморочки с ними, их нужно уметь готовить...
Почему импульсные блоки питания мощнее и компактнее?
Точной формулы вам не покажу, но если кратко, то одной из составляющей, от которой пропорционально растет КПД трансформатора - частота тока. Обычный переменный ток в розетке 50-60герц, а для импульсных источников питания применяется около 50 килогерц, что в 1000 раз больше. Чем выше частота, тем лучше показатели, но сильно высоко задрать не позволят характеристки сердечника, скорость силовых ключей и много других параметров, если ниже сделать, то попадем в звуковой диапазон и будут лишние помехи да еще и сам трансформатор будет раза в 2-3 больше.
На чем мотать импульсный трансформатор?
Для высокочастотных транформаторов уже не сгодится обычная трансформаторная сталь, сердечник ставят из феррита. Лично не проверял, но люди, которые делают блоки питания, говорят что торроид (круглое колечко) компактнее и мощнее, чем Ш-образные сердечники.
Только лишь формой не обойтись, материал тоже у всех разный, есть отечественные кольца типа M1000, M2000, M6000, можно задействовать их, а есть всякие Epcos, самое главное - магнитная пронгицаемость, чем выше, тем меньше витков надо наматывать и еще верхние пределы нужно смотреть по частотам, к примеру Epcos до 150 килогерц написано что держит, а M6000H указан предел в 30 килогерц, для нашего трансформатора 50 килогерцного уже не сгодится.
Можно в том же чипдипе поизучать ассортимент, почитать описания и позабивать в рассчетную программу разные сердечники, попробовать слепить максимально миниатюрный и мощный блок питания в теории, на практике могут быть конечно отклонения и габаритная мощность колечка не соответсовать реальной...
В общем, чем больше колечко, тем меньше на него мотать и тем мощнее может получиться трансформатор, програмка от Старичка поможет сориентироваться и прикинуть что и как...
Чем мотать импульсный трансформатор?
Мотать можно и витой парой и проводом МГТФ, но лучше сгодится эмалированная медь, рублей за 200 можно купить катушку на 100 метров, должно хватить.
Самое главное - импульсные трансформаторы не получится мотать как обычные, толстенными жилами по 2мм, тут есть свои ограничения, и чем толще жилка провода, тем меньше частоту можно будет взять!
Таблица примерно такая, взято тут
| Максимальная частота (кГц) | Диаметр не более (мм) |
|---|---|
| 50 | 0.6 |
| 70 | 0.5 |
| 90 | 0.4 |
Ну а как же нам достичь нужного тока для обмотки? Просто берется жгут из нескольких тонких проводков, он выглядит как плоский шлейф, им наматывают и на выходе все проводочки спаивают...
Чтобы посчитать площадь сечения - нужна формула Пи*R2
R - это радиус, половина диаметра, который получаем со штангенциркуля, не забываем убавить толщину лаковой изоляции. На один квадратный мм сечения закладывается 3-4 Ампера тока.
Первичная обмотка должна осилить все вторичные, а вторичные должны быть достаточной суммарной площади, чтобы ток отдать нужный и не сплавиться.
Драйвер или инвертор импульсного трансформатора
Драйвера собираются на IR2153 или на SG3525, первая микросхема позволяет буквально из нескольких деталек собрать драйвер, вторая чуть сложнее и уже умнее в плане стабилизации выходного напряжения.
Общая упрощенная схема выглядит так - сперва 220 вольт проходит через диодный мост, там в постоянное 310 превращается, т.к. из переменного мы верха срезаем синуса, то напряжение пульсирует, чтобы такого не было на вход ставят электролиты примерно по 1мкф на 1 ватт и напряжением 400 вольт чтоб не пробило, дальше микросхемой управляется парочка силовых транзисторов на 600 вольт, которые попеременно включаются и создают переменный ток с частотой под 40-50 килогерц и больше, дальше это на трансформатор и на выходе выпрямляется.
Обратная связь лепится через оптопару, с выхода трансформатора снимается напряжение, контроллер понижает или повышает частоту, управляя тем самым КПД трансформатора и подправляя тонко выходным напряжением, когда оно просаживается под нагрузкой, то на вход меняется частота. Но тут нужно быть аккуратным, если выходных катушек несколько, то нагруженную обмотку контролируемую повысит контроллер, а остальные обмотки выходные задираются. И к примеру в компе в китайских блоках бывает 12 вольт проседает до 11.5, контроллер до 12 задирает, а 5 вольт при это до 5.6 поднимается, так можно жесткие диски или юсб-устройства убить.
Тут на ум приходит такое - либо на каждую линию свой трансформатор со своим контролем, либо на выходе стабилизаторы импульсные или линейные, при большой нагрузке линейные превратят блок в печку.
Оптопара представляет из себя светодиод и светочуствительный элемент типа фототранзистора, который проводит ток сильнее, если светодиод светится сильнее, так происходит линейная зависимость тока на выходе и ругулятора на входе в трансформатор.
Без защиты никак
- Плавный пуск (soft start)
Чем мощнее блок питания, тем больше электролит на входе, и чем больше электролит на входе, тем сильнее выброс энергии в сеть при включении прибора в розетку. Искрящая вилка при включении, мигающий свет, сейчас даже у пылесосов есть плавный пуск, чтобы не шатать электросеть.
В простейших и маломощных блоках просто ставится термистор, принцип действия такой - сперва сопротивление больше, на термисторе рассеивается тепло, он разогревается и сопротивление уменьшается, при этом плавненько, схема выходит на полную мощность. Есть недостаток - если выдернуть и вставить быстро вилку из розетки, то термистор горячий и плавного пуска не будет, ну хоть такое и то лучше чем ничего.
Более продвинутая схема плавного старта сперва через резистор заряжает плавно конденсатор, потом включает на полную мощность и параллельно драйвер с его нагрузкой подключает, вместо резистора иногда ставят транзистор, он плавно увеличивает ток, там буквально пару секунд, а потом замыкается релешкой, тут всё от фантазии зависит.
2. Защита от перенапряжения
Ходят рассказы про обрыв нуля и что в квартиру может прилететь 380 вольт, в этом случае в схему в самом начале, после предохранителя ставится варистор, при определенном напряжении он вдруг коротит схему, сам взрывается, но успевает сжечь предохранитель, и блок питания, и весь прибор остаются живыми.
3. Входной сетевой фильтр
Сетевой фильтр выполняется из конденсаторов и дросселей, гасит как приходящие помехи, так сеть защищает от себя, дросселей два типа ставят сразу или один, один с одной обмоткой, другой с двумя - это синфазный. Но я пока в этой теме не вник, но фильтр не помешает в финальном устройстве, без него сеть загадится.
4. Защита от КЗ и перенапряжения
В некоторых случаях и транзисторы и диоды может разорвать, в другом случае если прибор где-то коротнет, то блок питания выжгет весь прибор, а так он уйдет в защиту и ничего особо не произойдет. Защита делается токовым трансформатором, 2-3 витка толстенным проводов на первичку и побольше витков на вторичку, когда ток протекает по проводнику большой, то на вторичку ток какой-то поступает, который к примеру транзистором усиливается и при определенном значении размыкает схему, блокирует шим-контроллер, тут как токовые клещи, почитайте про токовые трансформаторы, если любопытно.