Обратноходовой импульсный источник питания

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

В статье описан импульсный блок питания, управляемый специализированной микросхемой. В устройстве применен стандартный импульсный трансформатор от телевизионных блоков.

Казалось бы, источники питания (ИП), являющиеся неотъемлемыми элементами абсолютно всех радиоэлектронных устройств, должны быть менее всего подвержены быстротекущим изменениям - ведь они существуют уже более чем полстолетия. Но развитие современных схемотехнических решений не обходит стороной и эту самую обширную область радиоэлектроники.

Вначале традиционные батарейные ИП сменились сетевыми ламповыми с LС-фильтрами, а затем транзисторными и интегральными стабилизаторами линейного регулирования.

Борьба за экономичность и совершенствование массогабаритных показателей способствовала разработке и внедрению импульсных ИП (ИИП). Наряду с полу- и полномостовыми ИИП широкое распространение получили обратноходовые источники, поскольку без принятия специальных мер опасность возникновения сквозного тока в мостовых ИИП (вследствие подачи в одно из плеч открывающего напряжения, когда из-за своих инерционных свойств другое плечо еще полностью не закрылось) всегда приводила к работе коммутирующих элементов в режиме замыкания и выходу из строя дорогостоящих мощных высоковольтных транзисторов. Эти специальные меры значительно усложняли мостовые ИИП, и поэтому в бытовой технике более широкое распространение получили обратноходовые ИИП, в которых коммутирующий транзистор в первый такт обеспечивает аккумуляцию электромагнитной энергии в обмотках и магнитопроводе накопительного трансформатора, а во второй - ее передачу в нагрузку. Чтобы убедиться в относительной сложности таких ИИП, достаточно взглянуть на схемы модуля питания МП-403 телевизоров ЗУСЦТ, 4УСЦТ или кассеты разверток и питания КРП-501 телевизоров 5УСЦТ.

И только последние разработки специалистов фирмы Siemens и отечественных производителей, создавших микросхему для управления обратноходовыми ИИП ТDA4605 (отечественный аналог КР1033ЕУ5 - так называемый ШИМ-контроллер), значительно упростили радиолюбителям задачу разработки высоконадежных и экономичных ИИП. Хотя справочник [1], содержащий сведения по ШИМ-контроллерам, и не свободен от некоторых погрешностей, следует отметить его большую ценность для конструктораразработчика ИИП. В пособии [2] описана работа ИИП в телевизорах 6-го поколения, использующих отечественную микросхему КР1033ЕУ5, но отсутствует справочная информация (значения напряжения, осциллограммы сигналов), характеризующая ее работу. К сожалению, ни в одном из упомянутых источников не приведены намоточные параметры накопительного трансформатора. Тем не менее, используя имеющиеся справочные характеристики, в радиолюбительских целях всегда можно приспособить уже существующие импульсные трансформаторы для создания необходимого современного ИИП. Решить эту проблему помогут материалы публикуемой статьи, они также могут оказаться полезными для радиолюбителей, занимающихся модернизацией и ремонтом отечественной и импортной видеотехники.

Сервисные функции, выполняемые микросхемой, весьма обширны:

• "мягкий" запуск ИИП при плавном увеличении длительности пусковых импульсов;
• стабилизация выходного напряжения в рабочем режиме управлением длительности коммутирующих импульсов;
• "привязка" начала коммутирующих импульсов к моменту завершения передачи запасенной энергии в нагрузку;
• защита ИИП в режимах холостого хода и замыкания в нагрузке;
• отключение ИИП при колебаниях напряжения сети свыше установленных пределов;
• подавление паразитных колебательных процессов, инициируемых накопительным трансформатором;
• тепловая защита (отключение микросхемы при температуре корпуса свыше +125 °С).

Функциональное назначение выводов микросхемы приведено в табл. 1.

Таблица 1

Номер вывода	Функциональное назначение
1	Вход управляющего усилителя
2	Вход сигнала, имитирующего изменение тока в накопительной обмотке трансформатора
3	Вход делителя сетевого напряжения для отключения коммутирующих импульсов при его отклонении от допустимого значения
4	Общий вывод
5	Выход коммутирующих импульсов
6	Напряжение питания микросхемы
7	Вход для подключения интегрирующего конденсатора, управляющего длительностью импульсов при "мягком" запуске ИИП
8	Вход сигнала для определения перехода через ноль импульса во вторичной обмотке

Основные характеристики

Напряжение питания, В	7,5...13
Частота переключения коммутирующих импульсов, кГц, не более	165
Мощность ИИП (определяется типом магнитопровода и параметрами коммутирующего транзистора), Вт, не более	250
Входное напряжение управляющего усилителя, В	0,37...0,43
Пределы изменения коммутирующего напряжения для перезарядки емкости затвор-исток коммутирующего МОП-транзистора, В	-0,3...+6
Пределы изменения коммутирующего тока, А	-1,5...+1,5

Управляющий усилитель - основной элемент микросхемы. Получая сигнал от дополнительной обмотки трансформатора и сравнивая его с внутренним образцовым напряжением, он формирует коммутирующие импульсы различной длительности, которая определяется значениями тока в нагрузке и выпрямленного сетевого напряжения. Длительность импульсов изменяется таким образом, чтобы поддерживать неизменное напряжение на выходе ИИП.

Основной элемент ИИП - накопительный импульсный трансформатор, который, в принципе, может быть любым. Широкий диапазон регулирования выходного напряжения, обеспечиваемый микросхемой, а также большой набор выходных обмоток трансформатора облегчают задачу по созданию ИП с необходимыми параметрами. Целесообразно, например, рассмотреть использование импульсного трансформатора ТПИ-8-1, описанного ранее на страницах журнала "Радио" [3].

Схема ИИП, созданная по материалам [1,2] и адаптированная к применению указанного трансформатора, изображена на рис. 1 (неиспользуемые обмотки трансформатора не показаны, выводы 4 и 10 отсутствовали изначально).

Устройство содержит помехоподавляющий фильтр, препятствующий проникновению в питающую сеть высокочастотных помех (L1, C1-C3); токоограничительный резистор, ограничивающий бросок тока при включении ИИП (R1); мостовой выпрямитель сетевого напряжения (VD1); делитель напряжения в цепи обратной связи управляющего усилителя микросхемы, формирующий уровень стабилизации выходного напряжения ИИП (R2, R6, R7, VD2); фильтр в цепи питания ИИП, снижающий уровень пульсаций входного напряжения (С4); делитель напряжения для контроля изменения сетевого напряжения и отключения ИИП при недопустимых его колебаниях (R3, R4); формирователь пилообразного напряжения для имитации изменения тока в накопительных обмотках импульсного трансформатора (R5, C5); формирователь импульсов в цепи сигнала обратной связи (VD3, C6); интегрирующий конденсатор в цепи управления "мягким" запуском ИИП (С7); фильтрующий конденсатор в цепи питания микросхемы (С8); токоограничительный резистор в режиме запуска микросхемы до ее выхода на рабочий режим (R8); выпрямитель напряжения, питающего микросхему от обмотки связи (II) трансформатора в рабочем режиме (VD4); цепь подачи импульсов для управления коммутирующим транзистором (R9-R11, VD5); цепь ограничения пиковых выбросов напряжения на стоке транзистора (VD6, R12, C10); демпфирующую цепь для устранения паразитных колебаний (C11, R13); помехоподавляющий фильтр в цепи определения начала такта формирования коммутирующего импульса (перехода импульса выходного напряжения через ноль) и цепи обратной связи управляющего усилителя (R14, C9, R15, C12); выпрямитель и фильтр выходного напряжения (VD7, C13); токоограничительный резистор в цепи выходного напряжения (R16).

Результаты испытания устройства с разными выходными обмотками и номиналами используемых элементов, приведенными на схеме, для получения выходного напряжения 12 В при токе нагрузки 1,25 А приведены в табл. 2.

Таблица 2

Обмотка III	Напряжение, В
7-11	12,5
16-20	8
3-5	2,2
8-12	10
6-12	55

Для выбора выходной обмотки следует воспользоваться табл. 3, содержащей параметры медных обмоточных проводов, которые наиболее часто применяют в импульсных трансформаторах. Обмотка III, рассчитанная на напряжение 24 В при "штатном" использовании, содержит 16 витков из трех параллельно соединенных проводников ПЭВТЛ-0,35. Их общее сечение - около 0,3 мм²и эквивалентно проводнику диаметром 0,62 мм. Для плотности тока 4,25 А/мм², соответствующей повышению температуры трансформатора на 30 °С, допустимый ток в обмотке составляет 1,28 А, что вполне удовлетворяет предъявленным требованиям (воспользовавшись калькулятором, номенклатуру проводников легко продолжить в сторону увеличения и уменьшения диаметра). Если использовать обмотки V и VI (выводы 14, 18 и 16, 20 соответственно [3]), соединив их параллельно, на выходе ИИП можно получить ток до 3,5 А.

Таблица 3

Диаметр провода с изоляцией, мм	Диаметр по меди, мм	Допустимый ток, А
0,41	0,35	0,41
0,44	0,38	0,48
0,47	0,41	0,56
0,5	0,44	0,65
0,53	0,47	0,74
0,55	0,49	0,8
0,58	0,51	0,87
0,6	0,53	0,94
0,62	0,55	1,01
0,64	0,57	1,08
0,66	0,59	1,16
0,69	0,62	1,28
0,72	0,64	1,37
0,75	0,67	1,5
0,77	0,69	1,59
0,8	0,72	1,73

Как и в модуле питания МП-403, накопительная обмотка - это обмотка I (выводы 1, 19). Особое внимание следует обратить на правильное подключение (фазировку) выводов (обычно на схемах начало обмотки всегда обозначают точкой). Номера выводов дополнительной обмотки связи и питания микросхемы указаны на рис 1.

Следует иметь в виду, что рабочий ток в обмотке связи зависит от суммарной мощности нагрузки и не обязательно достигает максимального значения 1,5 А. При оценке рабочего напряжения обмоток необходимо помнить: пропорциональная зависимость между числом витков и напряжением соблюдается только для вторичных обмоток и не касается первичной обмотки, поскольку они работают в различные полупериоды (такты) импульсного напряжения, и соотношение между их рабочими напряжениями будет зависеть от скважности коммутирующих импульсов.

Эквивалент нагрузки при налаживании - три параллельно соединенных резистора ПЭВТ-25 сопротивлением 30 Ом каждый. Перед подачей напряжения сети необходимо включить в разрыв цепи между точками А и Б (рис.1) амперметр на 0,5 А. Его используют здесь не только как измерительный прибор, показывающий реакцию устройства на изменение номиналов элементов (увеличение потребляемого тока будет свидетельствовать о повышении тока нагрузки или напряжения на вторичных обмотках), но и как надежный индикатор включенного состояния бесшумно работающего ИИП. Это предотвратит случайное поражение током при налаживании.

Полезно также проверить исправность коммутирующего транзистора, собрав простейшую измерительную цепь по схеме рис. 2 (там же показана цоколевка полевых транзисторов КП707В2, КП812Б1 и их зарубежных аналогов IRFBC30, IRFBC40, BUZ90A, 2SK1221 и др.). Увеличивая с шагом 0,1 В напряжение на затворе транзистора, убеждаются, что начиная от порогового напряжения (1...5 В в зависимости от типа и параметров транзистора), ток в цепи стока плавно увеличивается и достигает 500 мкА примерно через 0,5 В после открывания. Лучше применить источники питания с защитой по току, предварительно установленной на уровне 1 мА. Это исключит повреждение транзисторов даже при ошибках подключения из-за неизвестной их цоколевки.

После проведения указанных подготовительных мероприятий подстроечный резистор R7 следует установить в среднее положение и включить в сеть ИИП. Во время налаживания устройство лучше располагать на рабочем столе элементами вниз: тогда печатная плата защитит от травм во время возможного взрыва оксидных конденсаторов в результате превышения напряжения из-за неправильного подключения обмоток.

При недостаточном во вторичных обмотках напряжении для выхода ИИП на рабочий режим будут слышны характерные пощелкивания трансформатора вместе с высоким тоном ("цыканье"), обусловленные периодическим включением пускового режима по мере увеличения до порогового значения напряжения на конденсаторе С8. В процессе налаживания ИИП в первую очередь необходимо проверить влияние положения подвижного контакта подстроечного резистора R7 на параметры выходных импульсов.

Очень аккуратно следует подходить к выбору параметров элементов цепи формирования пилообразного напряжения (R5, С5), определяющей максимальную длительность открытого состояния переключательного транзистора. Напряжение на конденсаторе С5 в микросхеме сравнивается с напряжением на входе управляющего усилителя, и коммутирующий импульс прекращается при их совпадении. Если эти элементы выбраны неправильно, в момент отключения ИИП от сети уменьшение напряжения на выходе фильтра сетевого питания будет скомпенсировано увеличением длительности коммутирующих импульсов и превышением допустимого значения стокового тока транзистора, что приведет к его повреждению.

В процессе налаживания для подключения ИИП к сети следует использовать надежные коммутационные элементы (тумблеры, выключатели, а не сетевые вилки и розетки), так как возникающий дребезг контакта может быть причиной выхода из строя коммутирующего транзистора.

После завершения налаживания устройство должно уверенно выходить на рабочий режим, о чем будут свидетельствовать бесшумная работа ИИП и показания контрольного амперметра в пределах 100...350 мА в зависимости от нагрузки. Если этого не происходит, значит, в устройстве есть неисправные детали или допущены ошибки в монтаже.

Через первые несколько десятков секунд работы ИИП следует отключить от сети и проконтролировать тепловой режим транзистора, трансформатора, диодов, затем повторить то же через несколько десятков минут работы. При отсутствии перегрева необходимо отрегулировать выходное напряжение и проконтролировать форму сигналов в соответствии с рис.3.

Анализ работы устройства показал, что при использовании уже готового импульсного трансформатора накопительную обмотку лучше оставить неизменной, а обмотку связи выбрать на напряжение 8...9 В при "штатном" использовании, т. е. для трансформатора ТПИ-8-1 необходима обмотка связи, содержащая шесть витков (обмотка с номерами выводов 14 - 18).

Может оказаться, что выбранный трансформатор не обеспечивает требуемых параметров ИИП, вследствие чего потребуется замена вторичных обмоток. Жесткая технология изготовления импульсных трансформаторов (распределение обмоток в строго заданном порядке, соблюдение зазоров между краем обмотки и наружной стороной каркаса, выбор диаметра проводов в зависимости от рабочего тока, распределение неполного слоя "вразрядку" по всей ширине обмотки с целью создания однородного магнитного поля внутри рабочего объема трансформатора) требует при изготовлении особой тщательности и аккуратности в сборке. Но разборка трансформатора, склеенного эпоксидным клеем, практически невозможна без использования фрезеровального оборудования (после разрезания фрезой трансформатора потребуется восстановить рабочий зазор на центральном стержне его уменьшением на толщину разреза). Поэтому единственный выход в создавшейся ситуации - распайка электростатического (помехозащитного) экрана из медной фольги, удаление ненужных обмоток и намотка на их месте "челночным" способом требуемой обмотки, причем вместо провода большого диаметра более предпочтительно использование нескольких параллельных проводников меньшего диаметра с эквивалентным общим сечением.

В устройстве применены недефицитные детали. Конденсаторы С1 К73-17, С2, C3, С10, СП - К73-9, все на номинальное напряжение 630 В, С4 - К50-32. Если нагрузка ИИП превышает 50 Вт, параллельно конденсатору С4 необходимо подсоединить еще один такой же или использовать К50-35Б емкостью 220 мкф (или 330 мкф) на напряжение 350 В. Конденсатор С6 - К53-30 или другой. Оксидные конденсаторы С8, С13 К50-35. Остальные - любые керамические на номинальное напряжение 63... 100 В. Все постоянные резисторы - МЛТ, за исключением R16 С5-16МВ. Подстроечный резистор R7 - СПЗ-386. Диодный мост заменим КЦ405Б, КЦ405В или отдельными диодами с допустимым обратным напряжением не менее 400 В и рабочим током 1 А. Диоды VD6 и VD7 - импульсные с номинальной частотой не ниже 35 кГц, причем первый из них на номинальное напряжение не менее 600В и ток 1 А, второй - 100В и 5 А (для низковольтных ИП). Вместо промышленного дросселя сетевого фильтра L1 применим самодельный: используют ферритовое кольцо 1500НМ-2000НМ наружным диаметром около 20 мм с намотанными на нем обмотками в несколько десятков витков из двух проводников МГТФ-0,35.

Все элементы ИИП смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм (рис. 4). В отверстия А и Б платы запаивают перемычку после завершения налаживания устройства. Конденсатор С4 закрепляют параллельно плате с помощью проволочного хомута, установленного на углублении в торцевой части корпуса; концы хомута запаивают в соответствующие отверстия. Минусовый вывод конденсатора для обеспечения надежности электрического контакта подсоединяют к плате через шайбу с лепестком и гайку на резьбовой части корпуса. Конденсатор СИ и резистор R13 соединяют навесным монтажом, второй вывод конденсатора с подпаянным монтажным лепестком подсоединяют непосредственно к металлической пластине корпуса транзистора, устанавливаемой на теплоотвод. Это позволит значительно снизить уровень излучаемых помех. С этой же целью ИИП размещают в металлическом корпусе с вентиляционными отверстиями для охлаждения.

К сети устройство подключают гибким монтажным проводом: в разрыв одного проводника подпаивают выключатель и предохранитель с током срабатывания, в два раза превышающим рабочий, измеренный амперметром во время налаживания (как отмечено ранее, он будет зависеть от нагрузки). Вторичную обмотку подключают гибкими изолированными проводниками в зависимости от требуемого значения напряжения на выходе ИИП. Транзистор VT1 смещен к границе платы с тем, чтобы его можно было через слюдяную пластину крепить непосредственно к металлическому корпусу устройства или к теплоотводу с эффективной охлаждающей площадью 100...200 см2.

Следует помнить, что ИИП гальванически связан с сетью: при неосторожном обращении это может быть причиной поражения электрическим током. По правилам техники электробезопасности на время налаживания ИИП необходимо подключать к сети через разделительный трансформатор мощностью не менее 300 Вт.

Литература

1. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение: Справочник. - М.: ДОДЭКА, 1997.
2. Лукин Н. В., Корякин-Черняк С. Л.Узлы и модули современных телевизоров (выпуск третий). - Киев-М.: Наука и техника & Солон, 1995.
3. Потапов А., Кубрак С., Гармаш А.Модуль питания МП-403. - Радио, 1991, № 6, с. 44-46.

Авторы: В.Косенко, С.Косенко, В.Федоров, г.Воронеж

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Электрическая батарея из бетона 26.07.2023 Светлое будущее энергоснабжения стало ближе благодаря инновационным наушникам Noise Buds VS104 Max TWS, созданным с использованием совершенно уникальной технологии. На этот раз ученые из Массачусетского технологического института (MIT) представили на свет "бетонные батареи" - эффективные накопители энергии, способные превратить сам цемент в проводник электричества. Этот важный прорыв может позволить в будущем внедрить системы хранения энергии прямо в строительные материалы, обеспечивая электричеством дома, дороги и транспортные средства. Цемент, основной компонент бетона, обычно плохо проводит электричество. Однако исследователи смогли изменить его свойства, добавив технический углерод. Полученный материал позволяет создать ионисторы - эффективные устройства для накопления электрической энергии. Эксперименты подтвердили функциональность "бетонных батарей", которые успешно питали светодиодную лампочку. Ионисторы, также известные как суперконденсаторы, представляют собой эффективные устройства, объединяющие преимущества конденсаторов и химических аккумуляторов. Они обладают ведущими электродами и проводящим электролитом, способным накапливать заряды. Такая система является безопасной и надежной благодаря использованию несгораемых материалов. Исследователи MIT представили новый способ интеграции ионисторов в структурные материалы, включая бетон. В результате смешивания цемента с техническим углеродом и водой, внутри затвердевшей структуры образуется ведущая сеть, способствующая накоплению электрической энергии. Эффективность "бетонных батарей" доказана на практике: созданный из них ионистор способен питать светодиод, а общая емкость такой батареи позволяет накопить до 10 киловатт-часов энергии - достаточно для обеспечения среднего частного дома электричеством на целый день. Особенно привлекательно то, что для создания этих "бетонных батарей" используются доступные и дешевые материалы, что упрощает их массовое производство. Если данная технология будет успешно масштабирована, она может преобразить строительную индустрию, позволив интегрировать системы хранения энергии в различные строительные сооружения и даже дороги, обеспечивая устойчивое и эффективное энергоснабжение.

Другие интересные новости:

▪ Пассивное охлаждение автомобильного салона

▪ Умные рубашки поло Ralph Lauren

▪ Ускоритель GeForce GTX 970 EXOC Sniper Edition

▪ Влияние просмотра телевизора на размер мозга

▪ Первые гонки на молекулярных машинах

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовые электроприборы. Подборка статей

▪ статья Бюджетная система Российской Федерации. Шпаргалка

▪ статья Почему небо днем синее, а во время заката - красное? Подробный ответ

▪ статья Штукатур. Должностная инструкция

▪ статья Ночник на светодиодах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стелька с электроподогревом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026