Блок живлення ATX: як він є (частина 1)

Прогрес не стоїть на місці, в домашньому господарстві використовується безліч електронних приладів і всім їм потрібно блок живлення. У великих апаратах його вбудовують в корпус пристрою, а «дрібниця» задовольняється зовнішнім виконанням. Але щось втрачається, щось перестає задовольняти вимогам і доводиться купувати нові моделі. А чи так це необхідно? Чи можна зробити свій блок живлення або поліпшити старий? Одні з найбільш затребуваних типів БП - ті, що вбудовуються в підсилювачі низької частоти. Сам підсилювач, особливо початкового рівня, зібрати не важко, зазвичай на все йде одна-дві мікросхеми і трохи «дріб'язку», проблема виникає з блоком живлення. Давайте про це і поговоримо.



Подібний блок має на увазі використання низькочастотного трансформатора для отримання зниженої напруги, з якого формується постійне вихідна напруга. Типова топологія БП виглядає наступним чином:

Типова топологія БП виглядає наступним чином:

Вхідна напруга мережі 220 вольт через запобіжник FU1 подається на первинну обмотку трансформатора TV1 (висновки 1-2). На його вторинної обмотці (висновки 3-4) наводиться змінна напруга, яке випрямляється доданими випрямлячем D1, згладжується конденсатором С1 і подається на вихід. Така побудова є типовим, змінюються лише номінали і кількість компонентів, а топологія залишається колишньою.

Розглянемо призначення елементів схеми.

  • Запобіжник FU1 захищає блок живлення і мережу 220 вольт від надмірного струму. При збільшенні струму в ланцюзі вище граничного він руйнується (розплавляється низкоплавкая зволікання) і ланцюг розривається.
  • Трансформатор TV1 перетворює величину напруги з первинної сторони у вторинну, при цьому забезпечується гальванічна розв'язка виходу від мережі 220 вольт.
  • Доданий випрямляч D1 випрямляє змінну напругу в однополярної пульсуюче.
  • Конденсатор С1 згладжує вихідна напруга.

Тепер докладніше про використання елементів пристрою.



Запобіжник захищає пристрій у разі виникнення екстрених ситуацій. При перевантаженні або короткому замиканні в навантаженні виникає великий струм в первинній обмотці, що може привести до її перегріву з послідуючим горінням пристрою. Крім того, не виключена ймовірність пробою межслойной ізоляції, і фазну напругу потрапить на вихід. Краще вже відключений БП, ніж подібне, тому присутність запобіжника обов'язково.

До слова, найчастіше елемент захисту монтують в обмотку трансформатора, що дозволяє відключати його при критичному нагріванні. На жаль, такий прийом спрацьовує тільки один раз, і відновити працездатність трансформатора вдається не завжди - запобіжник, в конструктивному виконанні резистора 0.125 Вт, підключений до зовнішнього кінця первинної обмотки і «намотаний» разом з нею під шаром ізоляції.

Трансформатор перетворює змінну напругу в магнітне поле, яке наводить напруга у вторинній обмотці. Ступінь зниження (підвищення) вихідної напруги, інакше кажучи «коефіцієнт трансформації» залежить від співвідношення числа витків в цих обмотках.

Доданий випрямляч служить для перетворення змінної напруги (позитивної і негативної полярності) з вторинної обмотки в однополярну форму.

Вихідний конденсатор згладжує пульсації вихідної напруги. Справа в тому, що трансформатор «надає» напруга тієї ж форми, що і в мережі 220 вольт, а саме синусоїдальної. До слова, під час роботи від безперебійних джерел його форма може бути далеко не синусоїдальної. Форма випрямленої напруги непостійна в часі, є в наявності тривале зниження до нуля вольт, тому необхідна установка елемента, що підтримує вихідну напругу постійної величини, що виконується на згладжуючому конденсаторі. Розглянемо процеси, що відбуваються докладніше, на моделі блоку живлення 10 В.

На зображенні представлена ​​напруга, струми вторинних обмоток трансформатора і вихідних напруг для трьох варіантів:

1. (червоний). Вихідний конденсатор відсутній.
2. (зелений). Вихідний конденсатор присутній, але його ємності явно недостатньо.
3. (синій). Вихідний конденсатор володіє достатньою ємністю.

Форма напруги на вихідний обмотці, в першому наближенні, залишається синусоїдальної для всіх трьох випадків, але тільки в першому - обмотки трансформатора намотані мідним дротом, і хоча мідь добре проводить електричний струм, але її використовується досить багато, а тому опір обмоток вельми чутливо за величиною . Чим більше струм навантаження, ніж вона більш «імпульсна», тим сильніше спотворюється напруга на виході трансформатора.

Подивіться на форму струму для всіх трьох варіантів - у міру збільшення ємності згладжує конденсатора зростає величина струму споживання вторинної обмотки з одночасним його «звуженням» в зонах максимуму напруги. Струм навантаження блоку живлення 1 ампер, але від вторинної обмотки споживається 4 А, тобто слід говорити про «пік факторі» чотири. Інакше кажучи, в трансформаторному БП піковий струм вихідний обмотки в три-чотири рази більше струму навантаження, і в міру збільшення ємності згладжують конденсаторів він тільки зростає, хоч і не так суттєво. Це важливий момент.



Від загального до конкретного, розглянемо основні складові частини блоку живлення.

Мережевий трансформатор працює на частоті 50 Гц, що визначає тип муздрамтеатру - тонкі листи трансформаторного заліза. Товщина пластин, або стрічки, вибирається з рівня втрат на вихрові струми в залозі, так звані «струми Фуко» - змінне магнітне поле наводить напругу в будь-якому металевому предметі, не тільки в обмотках, а й в самому муздрамтеатрі. Для зменшення втрат застосовують тонкі листи з лакофарбовим покриттям для ізоляції між шарами. Втім, не будемо самостійно випилювати сердечник трансформатора з цільного шматка заліза.

За конструктивним виконанням трансформатори діляться на тороїдальні, стрижневі і броньові.

За конструктивним виконанням трансформатори діляться на тороїдальні, стрижневі і броньові

Зовні вони виглядають наступним чином: Зовні вони виглядають наступним чином:

Тороїдальний трансформатор. Це конструктивне виконання найпростіше - обмотки намотуються на кільці з стрічки трансформаторного заліза, ніяких спеціальних каркасів не потрібно. Крім того, у такого рішення найефективніше використання поверхні муздрамтеатру, що означає низьку розсіювання магнітного поля і зниження втрат в міді обмоток. Відсутність каркаса наближає провід до сердечника, діаметр витка зменшується, що знижує загальну довжину проводу, тобто його опір.

Бронєвой трансформатор набагато більш технологічні тороїдального - застосовується один каркас для намотування обмоток, сам процес виготовлення не викликає будь-яких технічних труднощів, не вимагає дуже специфічного обладнання, властивого тороідальним трансформаторів. На жаль, на цьому його достоїнства закінчуються і починаються недоліки - відносно низький коефіцієнт використання муздрамтеатру, сильно обмежений простір для обмоток, погане розсіювання тепла.

Стрижневою трансформатор займає середнє положення між тороідальним і броньовим - від останнього він «взяв» каркас для обмоток, а від першого - поліпшене використання поверхні муздрамтеатру. Та й за технічними властивостями даний тип розташований посередині між тороідальним і броньовим варіантами. З особливостей його виконання наголошу на тому, що кількість обмоток на трансформаторі подвоєно. А саме, на кожному стрижні присутній первинна (мережева) і вторинна обмотка (їх може бути декілька).


При підключенні такого трансформатора треба проявляти максимальну акуратність - завжди можна сплутати початок-кінець обмоток, що може закінчитися вельми сумно. У мене були випадки, коли в партії радянських трансформаторів деякий їх кількість мало «перевернутими» обмотками. Як легко зрозуміти, це призвело до необхідності «ручного налаштування» серійної продукції, регулювальники були щасливі.

Від виконання перейдемо до електричних характеристик. У домашніх умовах мало хто візьметься виготовляти подібне самостійно - намотування мережевий обмотки тороїдального трансформатора вкрай втомлює, а інші виконання вимагають каркас, який хоч і полегшує роботу, але все ж є проблемою. Найчастіше добирають необхідний трансформатор, видаляють з нього вторинні обмотки і намотують свої, з потрібною кількістю витків. Таке рішення досить легко реалізується - досить дізнатися кількість вольт на виток і намотати свої обмотки.

Методика переробки:

1. Визначити первинну обмотку (або обмотки) трансформатора.
2. Видалити вторинні обмотки.
3. Намотати на трансформаторі тестову обмотку з відомим числом витків (наприклад, сто), діаметр проводу ролі не грає.
4. Підключити його до мережі 220 вольт і поміряти напругу на тимчасовій обмотці.

Знаючи напругу на тестовій обмотці і то, яке необхідно отримати, неважко обчислити потрібну кількість витків. Після видалення вторинних обмоток на каркасі звільнилося місце, ось виходячи з цього і кількості витків, можна обчислити діаметр проводу для вторинної. Тільки не забудьте два моменти - якщо вихідних обмоток кілька, то треба їх все вмістити на вільному просторі каркаса. І не слід забувати про шарі ізоляції поверх первинної - пробою фази на вторинну обмотку хотілося б отримати найменше. Втім, повернемося до теми.


При розгляді схеми заміщення трансформатора слід враховувати два фактори - опір первинної і вторинної обмоток, а також величину індуктивності первинної обмотки. Справа в тому, що трансформатор являє собою дросель, який підключений до джерела змінної напруги досить низької частоти. Це означає, що через первинну обмотку протікає струм навіть при відсутності навантаження на виході.

Візьмемо конкретний приклад і оцінимо вклад кожного параметра. Скажімо, трансформатор настільної лампи - 12 вольт, 20 Вт. Вимірювання показали наступні характеристики трансформатора:

  • Опір первинної обмотки 144 Ом;
  • Опір вторинної обмотки 0.7 Ом;
  • Індуктивність первинної обмотки 5.2 Гн;
  • Вихідна напруга холостого ходу 13.8 В.

Уявімо його в еквівалентному вигляді:

Уявімо його в еквівалентному вигляді:

Резистори R1 і R2 показують опір первинної і вторинної обмотки, L1 - індуктивність первинної сторони. «А» - «B» і «C» - «D» - «зовнішні» висновки обмоток.


Розглянемо два варіанти роботи трансформатора - без навантаження і з підключеною лампою розжарювання.

На холостому ходу вторинна обмотка нікуди не підключена, але через первинну обмотку тече деякий струм, який визначається кінцевою індуктивністю первинної обмотки. Величина струму визначається з імпедансу обмотки на частоті мережі (50 Гц) і напруги мережі (220 В). Імпеданс індуктивності вважається за звичайною формулою:

Z = 2 * PI * L * F

де:

  • PI = 3.14.
  • L - індуктивність котушки, Гн.
  • F - частота, Гц.

Для даного прикладу це становитиме 2 * 3.14 * 5.2 * 50 = 1.63 КОм. При напрузі в мережі 220 вольт через обмотку буде протікати струм 220 В / 1.63 кОм = 135 мА. Зверніть увагу, струм буде текти завжди, чи підключена навантаження до трансформатора чи ні. Це створює реактивний струм в проводах, але не вважається за споживану потужність ... принаймні лічильник електроенергії його не повинен враховувати. На жаль, негативні наслідки подібного струму все ж присутні - він протікає через первинну обмотку з кінцевим опором, що наводить в ній чисто активну потужність втрат:


P = I * I * R = 0.135 * 0.135 * 144 = 2.6 Вт.

Ось ця потужність вже активна і викликає цілком відчутний наслідок - трансформатор трохи нагрівається, навіть при відключеному навантаженні (виключеною лампочці).

фільтрація перешкод

Трансформатор досить непогано ізолює вихідну обмотку від перешкод в мережі, особливо в високочастотної частини звукового діапазону і вище. «Досить непогано», але ніяк не «добре» - у нього існує конструктивно-технологічне обмеження, що заважає отриманню високого ступеня ізоляції. А саме - обмотки дуже протяжні як по поверхні муздрамтеатру, так і по області їх взаємного зіткнення.

Особливо невдало йдуть справи у тороїдального варіанти виконання - міжшарового екран зробити вкрай складно і не технологічно, обмотки намотуються одна поверх іншої з невеликою кількістю шарів, що означає дуже велику поверхню зіткнення. У «стрижневого» і «броньового» трансформатора з цим краще - жорсткий каркас намотування позбавлений викривлень і дозволяє використовувати екрани, та й поверхня дотику обмоток менш «тороїдального» варіанту. Одна біда - повноцінні екрани в трансформаторах зустрічаються досить рідко. Часом екран начебто і є, але виконаний він «одним шаром тонкого дроту», що може виконувати свою функцію тільки на дуже низьких частотах.


Існує ще один спосіб отримання високого ступеня придушення перешкод - рознести первинну і вторинну обмотки по різні боки муздрамтеатру, повністю виключивши передачу перешкоди через ємність між обмотками. Крім усунення ємнісний зв'язку такий спосіб дозволяє фільтрувати перешкоди за рахунок невисокої граничної робочої частоти муздрамтеатру. Трансформаторне залізо погано пропускає змінне поле середньої - високої частоти, що позитивно позначається на рівні перешкод на вторинній стороні.

На жаль, для цього трансформатор повинен бути намотаний спеціальним чином, що в серійному виробництві для побутових потреб не зустрічається. Для такого виконання в «тороідальному» трансформаторі первинна і вторинна обмотки повинні перебувати в протилежних сторонах кільця без взаємного контакту. У «стержневом» - мережеві обмотки необхідно розмістити на одному стрижні, вторинні на іншому. За конструктивним причин рознесення обмоток в броньовий трансформаторі виконати складніше, та й ефект від його застосування проявиться слабкіше - занадто компактне розміщення не дозволяє виключити ємнісний зв'язок між обмотками.

Трансформатор «для світильників» позбавлений будь-яких елементів ємнісний ізоляції обмоток, адже вони не тільки підвищують його вартість, але і знижують технічні характеристики, оскільки зростає індуктивність розсіювання між первинною і вторинною обмотками. Останнє в свою чергу призводить до збільшення вихідного опору. Але не все так погано, і звичайний трансформатор ефективно усуває перешкоди середньо-високочастотного діапазону. Навіть проникнувши через межобмоточную ємнісний зв'язок на вторинну сторону, перешкода зустріне на шляху проникнення як індуктивність котушки до її висновків, так і згладжує конденсатор досить великої ємності.

З вторинної обмотки трансформатора надходить змінна напруга, але для харчування апаратури потрібне постійне, тому блок живлення повинен бути зі схемою випрямлення. Зазвичай вона виконується на напівпровідникових діодах, синхронні випрямлячі застосовуються вкрай рідко - опір втрат трансформатора більше, ніж втрачається на pn переході діодів і сенс ускладнення схеми відсутня. У трансформаторному блоці живлення найчастіше застосовуються два схемних рішення - міст або напівміст з подвоєною кількістю обмоток.


міст

Дане схемне рішення означає застосування чотирьох діодів:

Діоди відкриваються парами, D1 - D3 для позитивної напівхвилі і D2 - D4 для негативної, в результаті на виході виходить напруга однієї полярності, хоч і з непостійною амплітудою.

Діоди відкриваються парами, D1 - D3 для позитивної напівхвилі і D2 - D4 для негативної, в результаті на виході виходить напруга однієї полярності, хоч і з непостійною амплітудою

Для згладжування вихідної напруги застосовується конденсатор досить великої ємності (С1).

напівміст

Така побудова випрямного вузла дещо нагадує «міст», але у нього в два рази менше діодів і подвоєно кількість вихідних обмоток трансформатора:

Така побудова випрямного вузла дещо нагадує «міст», але у нього в два рази менше діодів і подвоєно кількість вихідних обмоток трансформатора:

Що відразу кидається в очі - дві вторинні обмотки замість однієї. На елементи в сірому прямокутнику поки не звертайте уваги. Вихідні обмотки (висновки «3» - «5» і «1» - «4») включені в протифазі, напруга на виводі «3» дорівнює напрузі на виводі «4», але протилежно за знаком. Інакше кажучи, коли на одній обмотці «+», то на інший «-».

Інакше кажучи, коли на одній обмотці «+», то на інший «-»

Принцип роботи схеми приблизно такий же, як у раніше розглянутої - при позитивній напівхвилі «+» формується на виводі «3», відкривається діод D1 і на вихід слід позитивне напруга. При негативній напівхвиль на виведенні «3» виходить «-», а на виведення «4» стає «+», діод D2 відкривається і на виході також виходить позитивна напруга. У такій схемі використовуються всього лише два діода, що має (б) зменшити втрати на випрямному вузлі і отримати більш стабільну вихідну напругу.

На жаль, це далеко не так, застосування подібного рішення для отримання одного напруги неминуче програє «мосту» - при удваивании числа обмоток їх внутрішній опір зростає (приблизно в два рази), що призведе до великих втрат, ніж ще один pn перехід в мостовому випрямлячі. Детальніше питання буде розглянуто в розділі розрахунку блоку живлення. Запам'ятайте головне - вкрай не рекомендується використовувати полумостовой випрямляч в трансформаторних блоках харчування. Який же сенс, навіщо в розділі взагалі йде мова про таку конструкції випрямного вузла, якщо він програє «мосту»?

Все просто - на «мосту» можна отримати тільки одне напруга і все, а «напівміст» здатний надати як позитивне, так і негативне напруга, все з тих же обмоток. Подивіться ще раз на схему, в «сірому» прямокутнику зображені елементи, необхідні для отримання негативного напруги, причому тієї ж величини, що і позитивного. Ця частина працює точно так само, як і розглянута раніше, тільки діоди проводять в протилежної полярності і на виході формується негативна напруга.

Невеликий висновок - якщо апаратура вимагає однополярної вихідна напруга, то необхідно застосовувати бруківку схему випрямлення, а якщо двухполярной - здвоєну полумостового. До речі, якщо подивитися на схему уважніше, то виявиться, що подвійний напівміст являє собою міст, який працює з подвоєним напругою, при цьому дві вихідні обмотки трансформатора виконують роль сімметрірующего елемента для поділу вихідної напруги на дві рівні «половинки».

Трансформаторний блок живлення складається з трьох ключових елементів - самого трансформатора, який знижує напругу до потрібної величини, випрямного вузла, що формує однополярної напругу і, третього обов'язкового елемента пристрою - згладжує конденсатора. Сенс його існування в зниженні пульсацій напруги після випрямного вузла.

У мережі 220 вольт, від якої повинен працювати БП, являє собою змінну напругу синусоїдальної форми частотою 50 Гц. Проблема в тому, що синусоїда досить значну частину періоду володіє невеликим напругою, аж до нуля, а апаратура вимагає жорсткого утримання вихідної напруги в заданих рамках, тому пряме підключення до випрямного вузлу без додаткових фільтруючих засобів неможливо - пульсації будуть занадто великі і працездатність пристрою порушиться.

Для усунення проблеми після діодного випрямляча потрібно встановити елемент, який би запасав енергію при високому рівні синусоїдальної напруги і віддавав її на вихід при зниженні рівня синусоїди. Цього можна домогтися застосуванням конденсаторів досить великої ємності. На малюнку, наведеному раніше, вказані форми напруги для різної ємності згладжує конденсатора - чим вона вища, тим більше вихідна напруга схоже на пряму лінію, тобто рівень пульсацій зменшується. Вибір параметрів згладжують конденсаторів буде проведений в наступному розділі.

Розглянувши елементи, які використовуються в трансформаторному БП, перейдемо до конкретних, практичних рішень. Теорія суха і важка в освоєнні, тому краще щось зробити своїми руками, так простіше.

Є трансформатор з виміряними параметрами, можна зібрати на ньому блок живлення з цілком утилітарним застосуванням - джерело живлення підсилювача низької частоти. Для такого застосування найчастіше використовується однополярної харчування з напругою 12 вольт. Типові мікросхеми підсилювачів - TDA2005 (22 Вт), TDA1554Q (2 * 22 Вт), TDA7385 (4 * 30 Вт), TDA7386 (4 * 45 Вт) і інші. Габаритна потужність трансформатора навряд чи перевищує 20 Вт, було б занадто оптимістично намагатися живити від нього підсилювач могутніше 20 Вт, обмежимо асортимент першої мікросхемою зі списку, TDA2005. Втім, замість неї можна застосувати будь-яку іншу, і більш потужну - тільки не вдасться отримати повну віддачу на всі канали, а так працювати буде.

Мікросхема обрана, почнемо по порядку.

А чи так це необхідно?
Чи можна зробити свій блок живлення або поліпшити старий?
Який же сенс, навіщо в розділі взагалі йде мова про таку конструкції випрямного вузла, якщо він програє «мосту»?

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода