Наша сеть партнеров Banwar
Знадобився мені для одного з моїх проектів блок живлення. Та такий щоб з невеликими габаритами і з пристойними характеристиками. Мені було потрібно напруга 5 вольт і струм не менше двох ампер. Однозначно, що блок живлення повинен бути імпульсним. Зараз існує безліч різних ШІМ контролерів на яких можна зробити такий блок живлення. Я вирішив зупиниться на мікросхемах від Power Integrations а точніше на Top Switch. Вибір обумовлений популярність і низькою ціною при непоганих характеристиках.
Крім цього не треба майже жодної обв'язки і налаштування! Коротше якраз для мене :-) Хочу нагадати що блок живлення є джерелом підвищеної небезпеки, так як деякі його деталі знаходяться під напругою загрожують життю людини. Високовольтний електролітичний конденсатор С2 в деяких випадках може тривалий час бути зарядженим! Коротше я попереджав. Хоча ток своїх не б'є :-)
Тепер трохи сухих цифр:
- Вхідна напруга від 85 до 265 вольт
- Вихідна напруга 5 вольт
- Максимальний струм 2 А
- Пульсації напруги ~ 30 мілівольт
- Захист від перегріву
- Захист від короткого замикання
А ось і схема цього девайса:
Нічого нового я тут не винайшов. Цю схему можна знайти в одному з численних апноутов виробника. Замість TL431 можна поставити звичайний стабілітрон, але впаде стабільність напруги і не можна буде його скоригувати. Для корекції напруги потрібно пограти резисторами R3 або R2. Можна поставити замість одного з них подстроечнік і встановити потрібне напруження.
трансформатор
Це мабуть найскладніша частина цього блоку харчування. Його доведеться намотувати самому. У Power Integrations навіть є програма призначена для розрахунку трансформаторів, але мого TOP222Y серед підтримуваних ШІМ контролерів чомусь не виявилося. Тому довелося палити мануали, читати форуми і питати знаючих людей. Параметри трансформатора дуже сильно залежать від сердечника. Сердечник який я застосував у своєму блоці був виламаний з іншого трансформатора від імпульсного блоку живлення принтера. Розміри сердечника такі:
Щоб розібрати готовий трансформатор довелося неабияк повозиться. Для того щоб половинки сердечника розклеїлись мені довелося варити трансформатор в киплячій воді деякий час :-) Як видно з малюнка сердечник вже має зазор посередині. Якщо у вашого сердечника немає такого зазору то його потрібно зробити проклавши між його половинками папір. Він повинен бути приблизно 0,1 - 0,2 мм. Намотувати трансформатор потрібно починати з первинної обмотки. Я намотував її проводом діаметром 0,2 мм. Всього я намотав 130 витків. Допустимо використовувати від 0,15 мм до 0,25 мм в залежності від потужності. Провід намотується виток до витка. Коли перший шар намотаний потрібно намотати поверх нього шар який-небудь тонкої ізоляційної плівки. Я використовував якусь жовту плівку від іншого трансформатора. Продовжувати намотувати другий шар обмотки потрібно з того ж місця де закінчився перший. У мене всього вийшло три шари. Коли первинка намотана потрібно намотати на неї пару шарів плівки щоб не замкнула вона зі вторічкой. Початок обмотки потрібно відзначити як коли. Це важливо! Початок обмотки позначено на схемі точкою, якщо кінці обмотки переплутати, то блок живлення не запуститися або буде віддавати крихітну потужність. Вторинку я мотав проводом діаметром 1 мм 6 витків. Її потрібно рівномірно розтягнути по всій поверхні. Після неї ще один шар ізоляції і мотає третю обмотку. Я мотав її тим же проводом що і первинне житло (0.2 мм) 12 витків. Їх так само маємо по всій довжині каркаса і не забуваємо про початок і кінець обмотки. Всі обмотки мотати треба в одному напрямку. Коли намотування обмоток завершена, наметовому ще один шар ізоляції, вставляємо сердечник, заклеює його, припаюємо проводки до штирькам на каркасі і трансформатор готовий!
розведення плати
Від розводки плати безпосередньо залежать характеристики блоку живлення. Через неправильно розведеною плати може впасти ККД блоку живлення, виникнуть пульсації вихідної напруги, блок почне створювати перешкоди, та й ще купа всього іншого включаючи нестабільну роботу. У даташіте виробник дає деякі поради з розведення друкованої плати і рекомендується їх дотримуватися. Дається навіть малюнок шматка друкованої плати. Набір основних правил розведення плати досить простий:
- C4 і R1 повинні бути максимально близько до висновків Sourсe і CONTROL
- Земля в «гарячій» частини блоку живлення це висновок Sourсe. Тому все доріжки які повинні бути підключені до землі слід вести саме до цього висновку. Навіть якщо це не зручно. Це добре відображено на принциповій схемі.
- Конденсатор С2 ставити ближче до ШІМ контролера
- Ноги у D1 і D2 повинні бути мінімально довжини і розташовані вони повинні бути якомога ближче до трансформатора
- Доріжка від виведення DRAIN до трансформатора повинна бути якомога коротше. Теж саме стосується і доріжки від трансформатора до плюса харчування.
Знаючи і застосовуючи ці правила можна розвести свою плату, бо моя я думаю далека від ідеалу і можна зробити краще. Крім того на моїй платі спочатку був відсутній конденсатор С5. Я зараз я розповім чому.
конденсатор С5
Страшний конденсатор як здається на перший погляд. Варто між високовольтної та низьковольтної частина блоку живлення. А це значить що якщо його раптом проб'є, то блок живлення перетвориться в машину смерті! Тому не можна ставити туди конденсатор який попало. Для таких цілей існують спеціальні Y конденсатори. Бувають Y1 і Y2 нам підійде будь-який з них з yoмокстью близько 3.3 нф. Щоб знати як він приблизно виглядає я сфотографував свій:
З цим конденсатором буде трохи щипати, якщо одночасно торкнутися заземлення і виведення блоку живлення. Але нічого страшного в цьому немає, цей конденсатор стояв абсолютно у всіх імпульсініках які мені доводилося розібрати. І всі вони точно також кусалися. Виникає питання, а навіщо взагалі він потрібен? Можна його не впаивать, блок живлення заведеться і буде працювати але видаватиме сильні пульсації на виході. На осциллограмме нижче можна бачити пульсації напруги на виході блоку живлення. У момент зняття показань, блок живлення був навантажений дротяним резистором 5 ом, а конденсатор С5 НЕ упаяний:
А тепер я упаяв конденсатор. Навантаження та ж сама:
Видно що пульсації сильно зменшилися, хоч і залишилися досить істотними. Але для мене це не особливо критично, тому що цей блок живлення буде всього лише заряджати пальчикові акумулятори. Щоб позбавиться від залишків пульсацій потрібно правильно намотати дросель і не шкодувати ємностей С6 і С7. До речі конденсатор С1 теж не простий. На ньому має бути написано X2. Його можна знайти в комп'ютерних блоках харчування. Він потрібен (як я зрозумів) щоб не випускати перешкоди які створює блок, в мережу 220 в.
Пусконалагоджувальні роботи
Ніяких танців з бубном влаштовувати мені не довелося. Все запрацювало відразу після першого включення. Та й налагоджувати то тут особливо нічого. Хіба що трохи підлаштувати вихідна напруга резисторами R3 або R2. Якщо страшно включати його в мережу, то можна замість запобіжника включити лампочку 220 вольт потужністю 100 ват. У момент включення лампочка повинна спалахнути а потім згаснути (якщо блок нічим не навантажений). Якщо лампочка горить і не гасне то швидше за вимикаємо блок живлення і шукаємо помилку. Якщо це перше випробування блок пройшов успішно то можна ставить запобіжник на місце і давати навантаження потихеньку. Я використовував нихромовую спіральку для цих цілей. Дав навантаження - спробував не гріється чи. Потім ще більше навантаження і ще ... Потім замкнув висновки блоку живлення накоротко. Нічого не вибухнуло і не згоріло. Спрацював захист і блок живлення почав легенько клацати намагаючись запуститися. Розтулив дроти і він стартував як ні в чому не бувало. До речі радіатор виявився не потрібен, нагрів TOP222Y виявився мінімальним. Я і не очікував такого.
підсумки
Блок живлення вийшов відмінний. Якщо ви ні коли не робили імпульсних блоків живлення, то починати краще за все саме з ШІМ контролерів TOP221-227. Простіше них навряд-чи можна щось придумати взагалі. Будь-які коментарі по темі і не зовсім - вітаються.
Завантажити друковану плату
Виникає питання, а навіщо взагалі він потрібен?