Виктор Егель

Страница 1 из 612345...Последняя »

Светодиодный светильник на 16 ватт

Здравствуйте уважаемые коллеги!! 

     В предыдущем уроке я рассказывал вам, как изготовить своими руками простой светодиодный светильник.

 

 

     Но в процессе эксплуатации  этого      светильника      выявились некоторые    недостатки:

     1. малая мощность освещения;
2. неудобное крепление светодиода на радиаторе;

3. сильная зависимость яркости свечения светильника от изменения напряжения в сети;

             Хочу представить вам второй вариант моего электрического светодиодного светильника на 16-ти одноваттных светодиодах. В качестве корпуса для этого варианта, я взял половинку корпуса от люминесцентной ламы на 2 х 20 ватт (распили ножовкой по металлу корпус и пластмасовый колпак, пополам). Получилось подобие переносного электрического фонаря.

  

   Посмотрим, из чего состоит светильник изнутри...

     Места внутри корпуса достаточно много. Есть место для радиатора со светодиодами,  место для источника питания и для блока стабилизаторов тока.    

     Блок радиатора со светодиодами представляет законченную конструкцию, немного отличающуюся от предыдущего светильника. Изменился способ крепления и расположение светодиодов на радиаторе. Но, предлагаемое  крепление светодиодов, это тоже не лучший вариант.

     Источником питания служит тот же ИБП, что и в первом варианте светильника, но на напряжение 29 вольт.  Для этого надо просто увеличить количество витков во вторичных полуобмотках w2-1 =  w2-2 =  51 витков в каждой, до напряжения 29 вольт. При этом диоды Д9 и Д10 должны быть на напряжение не ниже 100 вольт и частотой до 100 КГц.
Например диоды КД213А,Б,В.

     Блок стабилизаторов тока представляет отдельную конструкцию — два стабилизатора тока установлены на одну изолированную от корпуса площадку. На изолированной плате с контактами расположены детали.

     Как я уже отмечал в предыдущем видеоролике,  у меня очень неустойчивое напряжение в сети 220 В... В течение 5 минут может измениться от 215 В. до 195 В. и обратно, что очень сказывается на яркости свечения светильника.
     Для того, чтобы устранить такое неудобство, я применил в каждой группе последовательно  соединенных светодиодов, стабилизаторы тока. Они будут работать вместо уравнивающих резисторов R1 и R2 в первом светильнике.

            Электрическая схема самого светильника немного изменилась.  Необходимый ток для двух групп светодиодов также составляет 0,56 — 0,62 ампера. Выходное напряжение источника питания должно быть 29 — 30 вольт мощностью 25 ватт, при напряжении сети 220 вольт.
    Я использовал тот же, сделанный мной импульсный источник питания, что и в первом светильнике, но увеличил выходное напряжение источника до 30 вольт. Для этого нужно  увеличить число витков во вторичных полуобмотках  w2-1 и w2-2.
       Количество  витков  на 1 вольт для  этого  ферритового   кольца  n = 1,75,  нужное напряжение   во   вторичных  полуобмотках       w2-1 = w2-2 = 30 В.       Количество витков в полуобмотках:
w2-1 = w2-2 = n x 30 = 1,75 x 30 = 52.5 витка.
     Примем в каждой полуобмотке по 53 витка провода диаметром 0,5 — 0,6 мм. Все остальные параметры трансформатора остаются прежними.
     Схема электропитания светодиодов осталась та же — последовательно — параллельная: светодиоды по 8 штук в группе соединены последовательно, в свою очередь  эти две группы соединены параллельно. Чтобы получше рассмотреть схему, нажмите на рисунок левой кнопкой.
В каждую группу из 8 светодиодов, последовательно включен стабилизатор тока, собранный на мощном полевом транзисторе IRF540N.
     При изменении сетевого напряжения от 190 до 240 вольт, рабочий ток светодиодов изменяется незначительно, в пределах 280 — 310 миллиампер. Изменение яркости света в светильнике почти незаметно.

     Рассмотрим работу стабилизатора тока в группе № 1.
Например, напряжение в сети 200 вольт, напряжение на выходе источника питания равно 26 вольт. Падение напряжения на R1 равно 0,59 вольта, что соответствует току через группу светодиодов в 295 мА. При включении блока питания откроется полевой транзистор Т2 через резистор 25 КОм. Рабочий ток светодиодов пойдет через резистор R1, исток — сток полевого транзистора, группу светодиодов № 1.
Напряжение на затворе транзистора Т2, относительно общего провода, будет равно напряжению  источника  питания 26 вольт,
 что превосходит  предельно  допустимое напряжение И — З (+/- 20 вольт для IRF540N) для этого транзистора. Что бы не повышалось это напряжение сверх допустимого, ставим стабилизатор КС215 на 15,0 вольт.
Транзистор Т1 в это время закрыт  (мало напряжение Э — Б) и не шунтирует переход затвор — исток полевого транзистора.
С увеличением напряжения сети, увеличивается и напряжение на выходе блока питания, ток через R1 увеличивается, напряжение на нем также увеличивается. Начинает приоткрываться транзистор Т1 и шунтирует переход И — З полевого транзистора. Увеличивается сопротивление перехода И — С полевого транзистора, уменьшается ток в цепи светодиодов, т.е. идет процесс ограничения тока.
     Так  работает система стабилизации тока в цепи светодиодов.
При других значениях напряжения сети: 210, 220, 230, 240 вольт напряжения в разных точках схемы меняются, кроме значения тока, протекающего через светодиоды. Он  будет неизменен и равен 320 мА.  Соответственно и яркость свечения светильника почти не меняется.
     В таблице приводятся показания напряжения и тока в разных точках схемы при изменении напряжения питающей  сети.

     Стабилизатор тока можно сделать и на биполярном транзисторе (Т2 и Т4), но тогда нужно поднимать напряжение блока питания до 32 — 35 вольт, что не очень хорошо.

      

Мощные полевые транзисторы нужно ставить на радиаторы площадью 35 — 45 см.кв. на каждый транзистор. Радиаторы изолированы от корпуса и друг от друга. Транзистор установлен на радиатор без изолирующей прокладки.

    Детали, установленные в светильнике:

     — Резисторы: R1 и R2 — по 2 Ома, 1 ватт;  R3 и R4 — по 25 КОм, 0,5 ватт;
     — Транзисторы: Т1 и Т3 — КТ605, или  другие  маломощные,  на напряжение     40 — 50 вольт, с одинаковым коэффициентом усиления свыше 30;
     — Полевые транзисторы с изолированным затвором: Т2 и Т4 -  IRF540N или другие подобные транзисторы с изолированным затвором и малым сопротивлением открытого канала  И — С (исток — сток).
     — Светодиоды одноваттные — 16 штук.

             Спектр излучения светодиодов бывает от 2700 К (теплый белый), до 6500 К (холодный белый). Я пробовал и те и другие цвета.

«Теплый белый» — получается слишком желтоватый оттенок света, «холодный белый» — имеет немного «мертвецкий» свет, но зато намного ярче светит. Попросите в магазине светодиод со средней температурой, где то 4200 К.
Я применил одноваттные светодиоды «холодный белый», очень ярко светят. Если применить защитный колпак, «холодность» свечения сглаживается.

     Этот светодиодный светильник по яркости «ощущается» примерно так, как светит 100 ваттная лампочка с нитью накала.

Светодиодный светильник на 8 ватт

Здравствуйте уважаемые коллеги. 

Одно из основных направлений в развитии новых отраслей хозяйства, это экономия электрической энергии — использование энергосберегающих технологий и приборов. Наиболее перспективный из них — светодиодное освещение. В продаже появилось много разнообразных светодиодных ламп и светильников. Одним из таких примеров — это электрический светильник на светодиодах. Такой светильник я изготовил около года назад для туалетной комнаты, он исправно работает до сих пор.

         Он изготовлен на основе корпуса от пришедшего в негодность старого светильника. В этом светильнике были установлены две лампочки по 60 ватт. Сам корпус маленький, лампочки сильно накалялись, а потому корпус внутри сильно деформировался и кое — где даже обуглился. Я решил  использовать этот корпус для постройки светодиодного светильника.
     
Для изготовления такого светильника я использовал соответствующий источник питания и одноваттные светодиоды.
Кто-то из вас уже в курсе, как применять светодиоды вместо электрических лампочек, а иные не знают об этом. Почитайте литературу и поищите в интернете. Материала на эту тему там много.

Основной плюс светодиода, это его, по сравнению с электрической лампочкой, повышенная светоотдача на единицу затраченной электрической мощности. Она примерно в 5 раз выше, чем у электрической нити накаливания лампочки.
То есть, к примеру, 12 одноваттных светодиодов (при затраченной электрической мощности  в 12 ватт) выдадут такой же световой поток, как электрическая лампочка на 60 ватт. Экономия электрической энергии при этом составит 80%.
Существенный минус светодиода — во время работы сильно нагревается его корпус. Рабочая температура корпуса светодиода должна быть не выше 50 градусов, иначе очень сильно сокращается рабочий ресурс светодиода. Поэтому светодиод  должен стоять на радиаторе достаточных размеров.
     И еще одно непременное условие — ток через светодиод не должен превышать его номинальное значение (для одноваттного светодиода 300 — 320 мА).
     Рекомендуется даже снизить рабочий ток светодиода на10%.
       При условии приемлемой температуры и сниженного тока  питания, светодиод может работать  много лет.
      Для своего первого светодиодного источника я выбрал  одноваттные светодиоды мощностью по одному ватту в  количестве 8 штук. Этого количества конечно маловато, но уж  так  получилось.

          Все устройство делится на два блока.
Первый блок — это источник питания. Я использовал самодельный ИБП  мощностью 25 ватт.
Вот ссылка:
"Двухтактный автогенератор — ИБП своими руками".


 

 

 

 

 

   Второй блок — это светодиоды на радиаторе. Светодиоды помещены и закреплены на радиаторе скобой с винтами.

      Привожу электрическую схему всего светильника.      У меня составлены две группы по четыре светодиода и электрически соединены по последовательно — параллельной схеме. Рабочее напряжение каждого светодиода 3,3 вольта.
Каждая группа рассчитана на напряжение: 3,3 В х 4 шт = 13,2 вольта.
Ток каждого последовательно соединенного светодиода необходимо установить не более 0,3 ампера.
    Рабочий ток светодиода устанавливается в каждой группе подбором сопротивления R1 или R2.    R1 и R2 состоят из трех резисторов по 1 Ому.
     Выходное напряжение источника питания должно быть побольше, около 15 вольт. Излишек напряжения выделится на резисторах сопротивлений R1 и R2.
     Электрическая мощность одной группы из четырех светодиодов:
    Р = 13.2 В х 0,3 А = 3,96 ватта.
     Мощность  двух групп: 3,96 х 2 = 7,92 ватт или около 8 ватт.

 Есть разные способы крепления светодиода на радиатор. Я пробовал крепить через звездочку. Получается не очень удобно и дорого по цене.
Попробовал свой вариант крепления светодиода  — тоже не очень удобно. Попробуйте свой вариант крепления.    

 

     Площадь радиатора для светодиода  нужна примерно 20 см. кв. на один  светодиод,  то  есть на  все  светодиоды:  8 шт. х 20 см. кв. = 160 см.кв...
     Я применил радиатор с запасом, благо — есть место для расположения радиатора и алюминиевый лист. Это к лучшему, меньше будут греться светодиоды.
Оба вывода светодиода не имеют гальванической связи с корпусом, а потому светодиоды могут располагаться на радиаторе  без изолирующих прокладок.
  Конструкция получилась грубоватой, но зато надежной.

     Проверим потребление мощности светильником от электрической сети 220 В. Ток потребления от сети около 0,1 ампера, напряжение сети 220 вольт.
      Мощность потребляемая светильником от сети: 220 В х 0,1 А = 22 Ватта.
У меня нет прибора для измерения силы света, отдаваемого светильником.  Я включал для сравнения разные электрические лампочки.

 Мой светильник из 8 светодиодов равнозначен по силе света электрической лампочке с нитью накала, около  50 ватт, при условии, что потребляет от сети всего 22 ватта.

          Ток через светодиоды я ограничивал сопротивлениями R1 и R2 на уровне 300 миллиампер (0,3 ампера) в каждой группе из четырех светодиодов. Настройка тока ведется при одновременно включенных группах. Для контроля тока, проходящего через группу светодиодов, достаточно измерить вольтметром падение напряжения на резисторе в 1 Ом в обеих группах.  При  токе  через  резистор  в  0,3 ампера, падение напряжения на нем будет:   0,3 А. х 1 Ом = 0,3 В.
      Добавляя или убавляя из цепи (замыкая перемычкой) дополнительный резистор можно подобрать ток в цепи, в каждой группе, в пределах 280 — 300 миллиампер.

     Если проводить регулировку тока по отдельности в каждой группе, то могут возникнуть ошибки в измерениях. Сопротивления R1 и R2 составляются из резисторов номиналом по 1 Ому и мощностью 0,5 — 1 ватт, включенных последовательно по 2 — 3 штуки в группе.

      Вы можете применить большее количество светодиодов, например 12 штук. Соответственно напряжение источника питания нужно будет увеличить (две группы включены параллельно по 6 светодиодов) до 23 вольт:
      3,3 В. х 6 шт. = 19,8 В.
     Плюс падение напряжения на резисторах около 3 вольт, итого — 23 вольта.

     Этот светодиодный светильник на 8 светодиодов работает у меня уже больше года, без поломок и замечаний.
     Это был мой первый светодиодный светильник, а потому недостаточно продуманы некоторые узлы и детали.
     Постараюсь исправиться.

Трансформатор для двухтактного ИБП

Трансформатор для двухтактного ИБП.

Для статьи: "Двухтактный ИБП своими руками"

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или на сердечнике  другой формы.

Сердечник трансформатора подбирается по требуемой мощности на выходе инвертора.

    Есть много различных формул и разных программ по расчету ферритовых трансформаторов для импульсных источников питания.   Я перепробовал различные способы расчета ферритовых трансформаторов. Не буду вдаваться в их достоинства и недостатки. Каждый выбирает свой вариант расчета ферритового сердечника для импульсного блока питания.

     Вот некоторые мои рассуждения по этому поводу.
     Во первых: рекомендуемые к использованию, в результате расчетов, ферритовые сердечники (кольца, Ш-образные, броневые) не всегда имеются в наличии в торговых точках.
     Во вторых: тот ферритовый магнитопровод, что мы можем достать, как правило, не имеет никаких обозначений на корпусе о его магнитной проницаемости.
     Вот и получается, что все с таким трудом проведенные выкладки и расчеты количества витков в обмотках ферритового трансформатора, из за неопределенности в магнитной проницаемости феррита, теряют ценность.

      Я подошел к подбору выходного ферритового трансформатора с чисто практической стороны.
     Из технической литературы приведу таблицу  ферритовых колец для использования в качестве высокочастотный трансформаторов.
В этой таблице дан размер магнитопровода, его поперечное сечение по сердечнику, размер окна.
     Произведение площадей, сечения магнитопровода и окна, дает возможность определить его габаритную мощность на частоте в 20 килогерц.
На другой частоте соответственно и мощности будут другие.
Ферритовые сердечники будут работать и на более высокой частоте, но увеличатся потери в магнитопроводе и КПД трансформатора уменьшится. Но ничего, для нашего случая частота автогенератора не превысит 45 — 50 КГц, это нормально.
     В нашем случае нужно подобрать ферритовый сердечник на мощность свыше 20 ватт. У меня есть ферритовое кольцо снятое со старой аппаратуры вполне подходящее под наш случай. Его размер: К28×18х8 (наружний диаметр 28, внутренний 18, толщина 8 мм.).
По таблице его габаритная мощность свыше 200 ватт, что более чем достаточно  для данного устройства. Не нужно стремиться брать ферритовое кольцо меньших размеров, это якобы уменьшает габариты устройства. Ничего подобного.
     Чем больше окно кольца, тем удобнее расположить в нем витки и не нужно стеснять себя в диаметре провода. Чем больше диаметр провода в первичной и вторичной обмоток, тем меньше потерь в проводах и стабильнее выходное напряжение. К тому же, с увеличением сечения магнитопровода,  уменьшается количество витков на вольт, то есть будет меньше витков во всех обмотках.
     Количество витков на 1 вольт у ферритового трансформатора зависит от сечения сердечника магнитопровода.
  Известная формула для определения количества витков на вольт при расчете обмоток трансформатора изготовленного из стальных листов и работающего на частоте 50 герц:
n = 50  /S
Где: n – количество витков на вольт;
S – площадь поперечного сечения сердечника в см. кв.

     Для расчета количества витков на вольт ферритового трансформатора на частоты свыше 20 килогерц, я применяю  немного видоизмененную формулу:

       n = 0,7 / S;
где: S – площадь поперечного сечения ферритового сердечника в см. кв...
Площадь поперечного сечения выбранного нами кольца К28×18х8 будет:
S = (D — d) / 2 x l = (28 — 18) / 2 x 8 = 10 / 2 x 8 = 40 мм. кв. или 0,4 см. кв..
Количество витков на 1 вольт выбранного мной ферритового магнитопровода:
n = 0,7 / S = 0,7 / 0,4 = 1,75 витка на 1 вольт.

     Тогда количество витков первичной обмотки трансформатора Тр2 будет:
w1 = n x U1 = 1,75 х 145 = 253,75 витка. Примем 254 витка.
Диаметр провода 0,25 0,35 мм. Чем больше диаметр провода, тем мощнее будет ИБП, но все должно быть в разумных пределах.
     Вторичная обмотка состоит из двух полуобмоток w2-1 и w2-2, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение.
 Количество витков в каждой вторичной полуобмотке:
w2-1 = w2-2 = n x U2 = 1,75 х 15 = 26,25 витка.
С учетом падения напряжения на диодах Д9, Д10 количество витков во вторичной обмотке примем: w2-1 = w2-2 = 28 витков. Диаметр провода 0,6 — 0,7 мм.
     Напряжение обратной связи в обмотке w3 должно быть достаточным для работы генератора.  Для трансформатора Тр1 оно должно быть 6,5 вольт.
Количество витков в обмотке связи  w3 = n x 6,5 = 1,75 x 6,5 = 11,3 витка. Примем: w3 = 12 витков. Диаметр провода 0,3 мм.
     Трансформатор Тр2 будем мотать на ферритовом кольце по схеме приведенной на рисунке.

На рисунке показана последовательность намотки ферритового трансформатора.

     Ферритовое кольцо (рис. а) необходимо обмотать лакотканью или лучше  фторопластовой лентой (рис. б).
Поверх мотается первичная обмотка w1. На начало и конец провода, для жесткости, надевается хлорвиниловая трубочка и провод вместе с трубочкой закрепляется нитками.
     Витки обмотки необходимо равномерно распределить по всей длине кольца (рис.в).
 Для этого нужно заранее поверхность кольца разделить на секторы. Например на четыре сектора. Тогда в каждом секторе будет по 254 витка / 4 = 63,5 витков. Равномерно и последовательно намотав один сектор, переходим ко второму, еще 63,5 витка и т.д.

Идеальный случай, это  намотать обмотку виток к витку, что вряд ли получится.
     Начало и конец проводов обмотки не должны касаться друг друга, между ними надо сохранить промежуток в 2-3 мм... Это делается для избежания пробоя между витками начала и конца первичной обмотки.
     Намотка на кольцо производится с помощью самодельного челнока, который можно изготовить из медной проволоки, по форме как на рисунке.

     Предварительно рассчитав необходимую длину провода (количество витков в обмотке умноженное на длину одного витка, плюс длину выводов) с небольшим запасом, наматываем  на челнок.  Закрепляем начало провода обмотки , провод вместе с трубочкой, нитками на кольце и мотаем при помощи челнока.  При намотке провода на кольцо необходимо следить, чтобы провод не скручивался и не образовывались «барашки». Нужно запастись большим терпением и тогда все получится.
     Сначала процедура намотки кольца будет проходить с трудом, но по мере накопления опыта, работа ускорится.
     Поверхность намотанной первичной обмотки w1 необходимо обмотать лентой шириной 8 — 10 мм. из лакоткани или лучше фторопласта (рис. г).
     Далее мотается вторичная обмотка w2. Две полуобмотки w2-1 и w2-2 мотаются одновременно двумя проводами.
     Нужно определить длину каждого провода для w2-1 и w2-2. Предварительно измеряется длина одного витка, а затем умножается на количество витков, плюс 10 сантиметров на длину выводов, плюс запас 20 см.
       Провод для вторичной обмотки толстый и мотается без челнока, одновременно двумя проводами. Начала двух проводов закрепляются нитками, а затем виток за витком, двумя проводами продеваются в кольцо. Между началами и концами вторичных полуобмоток нужно оставить на кольце свободным расстояние 5-6 мм. В этот зазор  разместить витки обмотки w3
 Нужно стараться меньше гнуть провода и чтобы они оба не переплетались между собой.
     Необходимо так же равномерно распределить количество витков вторичной обмотки по всему кольцу, т.е. разбить количество витков на четыре сектора, как и в случае первичной обмотки. Необходимо мотать так, чтобы намотка уложилась в один ряд по всей длине, как на рисунке д).
Конец одной полуобмотки (w2-1) спаять с началом другой полуобмотки (w2-2). Получится полная обмотка w2 с выводом посередине (рис. д).
     Обмотка обратной связи w3 мотается на первичную обмотку в одном слое с вторичной w2. Мотать ее поверх обмотки w2 нельзя, так как это может повлиять на режим автогенерации.

УДАЧИ ВАМ!!!!

Двухтактный ИБП своими руками

Двухтактный ИБП своими руками





     Изготовим простой, но достаточно надежный преобразователь – инвертор своими руками. Рабочая схема такого инвертора или, говоря по другому, импульсного блока питания ИБП, изображена на рисунке. Эта схема является классической и с небольшими изменениями и дополнениями повсеместно используется.
      Своей целью в рекомендации к изготовлению этого преобразователя я считаю изготовление простого и доступного для каждого начинающего электрика – любителя, электронного прибора. При некотором практическом  навыке это несложно, хотя и придется приложить немного усилий и «потратить нервов».


     Зададимся целью создать источник питания постоянного напряжения на 15 вольт и мощностью 20 ватт в нагрузке. Можно задаться любым выходным напряжением и мощностью.
     Схема состоит из нескольких узлов: выпрямителя, устройства запуска, генератора импульсов, выходного устройства.

     Выпрямитель. Представляет из себя преобразователь переменного напряжения 220 вольт 50 герц в постоянное напряжение 310 вольт. Резистор R1 служит для ограничения первоначального броска тока заряда конденсатора С1. Переменное напряжение выпрямляется диодами D1 – D4 и сглаживается электролитическим конденсатором С1.

     Устройство запуска представляет из себя генератор пилообразного напряжения и состоит из резистора R2 конденсатора С2 и стабилитрона D7.

Импульсы  от этого генератора подаются на базу ключевого транзистора Т2.
Генератор запускающих импульсов работает только в момент пуска, а потом выключается.
     Генератор прямоугольных импульсов преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение высокой частоты 30 — 45 килогерц.

Трансформатор Тр1 служит для подачи импульсов управления на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.
Выходной трансформатор Тр2 преобразует высокое переменное напряжение в низкое выходное переменное напряжение (согласно коэффициента трансформации).

     Выходное устройство, это два выпрямительных диода (Д9 и Д10) и сглаживающие конденсаторы (С5 и С6).

     Сразу после включения питания 220 вольт, начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7) (точка 1). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора  Т2 (точка 2). Происходит запуск автогенератора.

      Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора  Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы (точка 3).

     С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9, Д10 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсаторами С5 и С6. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

     Предпочтение такой схемы двухполупериодного выпрямления ( с двумя диодами), перед схемой с помощью мостика, состоит в большем КПД выпрямительного устройства.

     Рабочее напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторах Т1 и Т2, не  превышает напряжения питания 310 вольт.
     Откуда берутся эти 310 вольт?

     Действующее значение переменного напряжения в сети Uд = 220 вольт, а амплитудное значение напряжения равно: Uа = Uд х v2 = 220 х 1,41 = 310 вольт.
     Электролитический конденсатор С1 заряжается до амплитудного значения этого напряжения Uа = 310 В.
     В рабочем состоянии, под нагрузкой, это напряжение падает до величины, примерно 290 – 295 вольт. Это напряжение также зависит от емкости конденсатора С1. Чем больше емкость С1, тем  напряжение на конденсаторе ближе к 310 вольтам.
     Напряжение на первичной обмотке ферритового трансформатора Тр2 составляет половину напряжения питания. Примем, для расчета, напряжение на С1 — 290 вольт. Один конец первичной обмотки соединен со средней точкой делителя из конденсаторов С3 и С4, которая имеет потенциал равный U = 290/2 = 145 вольт, то есть половину Uпит. Второй конец обмотки w1 (точка 3) — переключаемый узел эмиттер — коллектор силовых транзисторов Т1 и Т2.
На напряжение питания U = 145 вольт мы и будем рассчитывать выходной ферритовый трансформатор Тр2, об этом необходимо помнить.
     Генератор импульсов работает в режиме автогенерации. В этой схеме задействована цепь обратной связи ОС по напряжению (Тр2, w3 – R5 – Тр1, w3). Напряжение обратной связи с обмотки w3 выходного трансформатора Тр2 поступает на обмотку w3 трансформатора Тр1 через гасящий резистор R5. С обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 поступают разнополярные импульсы управления на базы транзисторов Т1 и Т2.
     Генератор импульсов самостоятельно, без устройства запускающего импульса, заработать не может.
      Трансформатор Тр1 наматывается на ферритовом кольце К10×6х4 (наружный диаметр 10 мм, внутренний диаметр 6 мм, ширина кольца 4 мм) марки НМ2000.
     Количество витков в обмотках: w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков.     Диаметр провода 0,3 – 0,4 мм в хорошей изоляции. Обмотки w1 и w2 мотать одновременно двумя проводами. Обмотки w1, w2 и w3 равномерно мотать по всему сердечнику. Сначала намотать обмотку w3, а затем поверх обмотки w1 и w2.
     Желательно как то пометить начала и концы этих обмоток, чтобы не перепутать. Я обычно мотаю обмотки w1 и w2 проводом с разным цветом изоляции. Начала обмоток пометить маркером или надеть колечки из хлорвиниловой трубочки подходящего диаметра.
Подключать эти обмотки к базам транзисторов необходимо в разной полярности: начало w1 к базе Т1, начало w2 к общему проводу; конец w1 к эмиттеру Т1, конец w2 к базе Т2.
     Отнеситесь к этому очень внимательно.

     Трансформатор Тр2 можно намотать на ферритовом кольце, на Ш – образном сердечнике или П — образной формы.
Пример построения трансформатора Тр2 на ферритовом кольце смотрите в статье: «Трансформатор для двухтактного ИБП, на ферритовом кольце.».

Перечень деталей схемы:
     Резисторы: R1 – 27 Ом, 1 ватт; R2 – 470 Ком; R3 = R4 = 8 Ом; R5 – 50 — 100 Ом.
     Конденсаторы: С1 – 20 МкФ  350 В; С2 – 47 нФ 250 В; С3, С4 – 200 нФ 250 В; С5 – 1,0 МкФ  50 В керамический; С6 – 100 МкФ.
     Диоды: Д1 – Д4, Д5, Д6, Д8 — N4007; Д7 – динистор DB3; Д9, Д10 — КД213 или другие с частой до 100 КГц и током не ниже 3 ампер.
     Транзисторы: Т1, Т2 – 13003, 700 В, 1,6 А или 13005, этот транзистор помощнее.
Транзисторы лучше поставить на два небольшие радиатора по 5 — 8 см.кв., чтобы не грелись.
     Трансформаторы:
     Тр1 — ферритовое кольцо К10×6х4, НМ2000, w1 = w2 = 7 витков, w3 = 21 витков, провод 0,3 – 0,4 мм.
     Тр2 — ферритовое кольцо К28×18х8, НМ2000;
     w1 – 254 витков провода 0,25 — 0,35 мм.;
     w2-1 и w2-2 по 28 витков провода 0,6- 0,7 мм.;
     w3 – 12 витков провода 0,3 мм.
Размеры кольца рассчитаны на мощность побольше 20 ватт. но это неплохо, будет запас по диаметру провода и его  размещению  в окне ферритового кольца.
     Если нет такого ферритового  кольца, можно взять кольцо с  размерами побольше. Количество витков в обмотках можно оставить то же, а диаметры проводов в обмотках немного увеличить. Тогда  мощность инвертора увеличится.

Наладка схемы двухтактного преобразователя – инвертора.

     Перед включением устройства в сеть необходимо проверить все соединения проводов и деталей, согласно электрической схемы. Во избежание пробоя силовых транзисторов Т1 и Т2 в случае неправильного соединения проводов, в разрыв сети 220 вольт временно включают электрическую лампочку на 220 вольт, мощностью 40 -60 ватт. После наладки схемы, ее отключают.
     Еще раз проверить подключение обмоток w1 и w2 трансформатора Тр1 к базам транзисторов Т1, Т2.
     На выход преобразователя нужно подключить маломощную лампочку на 15 — 24 вольта, 0,1 ампера, для контроля работы устройства питания. В последующем ее можно будет снять.
      Включаем питание 220 вольт на вход схемы. Если все соединения проведены правильно, лампочка  "Л" должна загореться, устройство работает.
     Если же лампочка не загорелась, генератор не работает, необходимо поменять полярность подключения обратной связи на трансформаторе Тр2 (w3, точки 4, 5). Значение резистора  R5 примите 75 Ом.

     После этого все должно работать.
Постоянное напряжение на выходе инвертора  около 15 вольт, ток нагрузки до 1,5 ампера.
       Внимание! Изготовленный вами инвертор собран по простой схеме и не имеет никаких защит ни по напряжению, ни по току. Поэтому его нельзя перегружать свыше 20 -30 ватт! Имейте это в виду!




Двухтактные Импульсные Блоки Питания

Двухтактные ИБП



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">


♥     Наибольшее распространение получили двухтактные источники вторичного электропитания, хотя и имеют более сложную электрическую схему по сравнению с однотактными. Они позволяют получать на выходе значительно большую выходную мощность при высоком КПД.
Схемы двухтактных преобразователей-инверторов имеют три вида включения ключевых транзисторов и первичной обмотки выходного трансформатора: полумостовая, мостовая и с первичной обмоткой имеющей отвод от середины.

♥     Полумостовая  схема построения ключевого каскада.
Ее особенностью является включение первичной обмотки выходного трансформатора в среднюю точку емкостного делителя С1 — С2.


♥     Амплитуда импульсов напряжения на переходах транзисторов эмиттер-коллектор Т1 и Т2 не превышает Uпит величины питающего напряжения. Это позволяет использовать транзисторы с максимальным напряжением Uэк до 400 вольт.
В то же время напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 не превышает значения Uпит/2, потому, что снимается с делителя С1 — С2 (Uпит/2).
Управляющее напряжение противоположной  полярности подается на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2 через трансформатор Тр1.

♥     В мостовом преобразователе емкостной делитель (С1 и С2) заменен транзисторами Т3 и Т4. Транзисторы в каждом полупериоде открываются попарно по диагонали (Т1, Т4) и (Т2, Т3).

Напряжение на переходах Uэк закрытых транзисторов не превышает напряжения питания Uпит. Но напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр3 увеличится и будет равно величине Uпит, что повышает КПД преобразователя. Ток же через первичную обмотку трансформатора Тр3 при той же мощности, по сравнению с полумостовой схемой, будет меньше.
Из за сложности в наладке цепей управления транзисторов Т1 – Т4,  мостовая схема включения применяется редко.

♥     Схема инвертора с так называемым пушпульным выходом наиболее предпочтительна в мощных преобразователях-инверторах. Отличительной особенностью в данной схеме является то, что первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 имеет вывод от середины. За каждый полупериод напряжения поочередно работает один транзистор и одна полуобмотка трансформатора.
♥     Данная схема отличается наибольшим КПД, низким уровнем пульсаций и слабым излучением помех. Достигается это за счет уменьшения тока в первичной обмотке и уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах.
Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки Тр2 возрастает до значения Uпит, а напряжение Uэк на каждом транзисторе достигает значения 2 Uпит (ЭДС самоиндукции + Uпит).
Необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэmах, равным 600 – 700 вольт.
Средний ток через каждый транзистор равен половине тока потребления от питающей сети.

Обратная связь по току или по напряжению.

♥     Особенностью двухтактных схем с самовозбуждением является наличие обратной связи (ОС) с выхода на вход, по току или по напряжению.

♥     В схеме обратной связи по току обмотка связи w3 трансформатора Тр1 включена последовательно с первичной обмоткой w1 выходного трансформатора Тр2. Чем больше нагрузка на выходе инвертора, тем больше ток в первичной обмотке Тр2, тем больше обратная связь и больше базовый ток транзисторов Т1 и Т2.
Если нагрузка меньше минимально допустимой, ток обратной связи в обмотке w3 трансформатора Тр1 недостаточен для управления транзисторами и генерация переменного напряжения срывается.
Иными словами, при пропадании нагрузки — генератор не работает.

 ♥     В схеме обратной связи по напряжению обмотка обратной связи w3 трансформатора Тр2 соединена через резистор R с обмоткой связи w3 трансформатора Тр1. По этой цепи осуществляется обратная связь с выходного трансформатора на вход управляющего трансформатора Тр1 и далее в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2.
♥     Обратная связь по напряжению слабо зависит от нагрузки. Если же на выходе будет очень большая нагрузка (короткое замыкание), напряжение на обмотке w3 трансформатора Тр2 снижается и может наступить такой момент, когда напряжение на базовых обмотках w1 и w2 трансформатора Тр1 будет недостаточно для управления транзисторами. Генератор перестанет работать .
При определенных обстоятельствах это явление может быть использовано как защита от короткого замыкания на выходе.
♥     На практике широко применяются обе схемы с обратной связью ОС как по току, так и по напряжению.

Двухтактная схема инвертора с ОС по напряжению

♥     Для примера, рассмотрим работу наиболее распространенной схемы преобразователя-инвертора – полумостовой схемы.
Схема состоит из нескольких независимых блоков:

      • — выпрямительный блок – преобразует переменное напряжение 220 вольт 50 Гц в постоянное напряжение 310 вольт;
      • — устройство запускающих импульсов – вырабатывает короткие импульсы напряжения для запуска автогенератора;
      • — генератор переменного напряжения – преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение прямоугольной формы высокой частоты 20 – 100 КГц;
      • — выпрямитель – преобразует переменное напряжение 20 -100 КГц в постоянное напряжение.

♥     Сразу после включения питания 220 вольт начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2. Происходит запуск автогенератора.
♥     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы.
С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9 — Д12 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсатором С5.
На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.
♥     Трансформатор Т1 используется для передачи импульсов обратной связи от выходного трансформатора Тр2 на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.

♥     Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:

    • — ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
    • — напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника постоянного тока в 310 вольт;
    • — при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
    • — выбросы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора Тр2 очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех.

♥     И еще одно замечание в пользу двухтактной схемы!!

Сравним работу двухтактного и однотактного автогенераторов с одинаковой нагрузкой.
♥     Каждый ключевой транзистор Т1 и Т2 за один такт работы генератора используется всего половину времени (одну полуволну), вторую половину такта «отдыхает». То есть вся вырабатываемая мощность генератора, делится пополам между обоими транзисторами и передача энергии в нагрузку идет непрерывно (то от одного транзистора, то от другого), во время всего такта. Транзисторы работают в щадящем режиме.
♥     В однотактном же генераторе накопление энергии в ферритовом сердечнике происходит во время половины такта, во второй половине такта идет ее отдача в нагрузку.

Ключевой транзистор в однотактной схеме работает в четыре раза более напряженном режиме, чем ключевой транзистор в двухтактной схеме.


style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">

Однотактные схемы ИБП

 Однотактные схемы ИБП



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4696043989">

 ♥     Однотактная схема ИБП, это преобразователь переменного напряжения сети (или постоянного напряжения аккумуляторной батареи) одной величины, в переменное, а затем выпрямленное, постоянное напряжение другой величины.
Такое название схема получила потому, что содержит один ключевой элемент и один рабочий такт (когда транзистор открыт) по накоплению магнитной энергии в ферритовом сердечнике трансформатора. Перемагничивание сердечника происходит пассивно (когда транзистор закрыт), без участия ключевого транзистора.
♥     Простая схема однотактного генератора с самовозбуждением изображена на рисунке.
Она состоит из выпрямителя (Д1-Д4) с конденсатором фильтра С1, генератора ВЧ напряжения на транзисторе Т и ферритовом трансформаторе Тр, выпрямителя вторичного напряжения Д7 с сглаживающим конденсатором С6.

♥     Само преобразование напряжения происходит на ферритовом трансформаторе Тр. Выходное напряжение преобразователя зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмоток.
Схема такого автогенератора применяется в простых и маломощных импульсных источниках питания, мощностью до 10 — 50 ватт.
♥     Однотактные ИБП могут быть с «обратным» и «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи. Ферритовый трансформатор выполняет функции индуктивного накопителя энергии.

♥     В простом однотактном, автогенераторном преобразователе напряжения с «обратным» включением выпрямительного диода (на рисунке), процесс накопления индуктивной энергии в трансформаторе и передача этой энергии в нагрузку разнесены во времени. При обратном включении выпрямительного диода на выходе схемы – передача энергии из первичной цепи во вторичную идет во время , когда транзистор закрыт.

♥     Рассмотрим работу схемы автогенератора ИБП с "обратным" включением диода.
Каждый период автоколебания состоит из двух интервалов времени:

     Т = tн + tи      где:
– время накопления магнитной энергии (транзистор открыт);
– время передачи индуктивной энергии, накопленной в ферритовом сердечнике, в нагрузку (транзистор закрыт).

♥     При включении питающего напряжения U, через входную цепь транзистора, протекает ток смещения, определяемый сопротивлением резистора базового смещения R2 (эпюра 1).
Транзистор приоткрывается, в результате чего течет ток коллектора через первичную обмотку трансформатора w1 (эпюра 2).
♥     Начинается этап накопления энергии в индуктивности трансформатора. Появляется наведенный ток в базовой обмотке wб, который поддерживает и увеличивает ток базы, а соответственно и ток коллектора транзисторного ключа. В это время ток во вторичной обмотке протекает через конденсатор С5.
♥     При достижении тока насыщения в цепи коллектора транзистора Т — прекращается нарастание магнитной энергии в сердечнике.
Магнитная энергия сердечника начинает убывать. На всех обмотках трансформатора Тр возникает ЭДС самоиндукции в обратной полярности от предыдущего значения.
Напряжение на базовой обмотке меняет полярность. На базе относительно эмиттера появляется минус, транзистор закрывается.
♥     Напряжение на обмотке w2 также меняет полярность. Начинается передача накопленной в ферритовом сердечнике индуктивной энергии во вторичную обмотку трансформатора. Открывается диод Д7, через него проходит ток заряда конденсатора С6 и ток в нагрузку (эпюра 3).
В период паузы (транзистор открыт, диод Д7 закрыт), напряжение на выходе поддерживается за счет разряда конденсатора С6 (эпюра 4).
♥     В момент, когда транзистор закрыт, начинается перезаряд конденсатора С4 (по цепочке: + питания, R2, С4, R5, базовая обмотка, — питания) и потенциал базы транзистора постепенно возрастает, по экспоненциальному закону до тех пор, пока не откроется переход эмиттер – база транзистора и в цепи потечет ток коллектора транзистора.
Процесс накопления и передачи магнитной энергии из первичной цепи во вторичную цепь повторяется.

В данной схеме при закрывании транзистора на его выводах Э – К, из за напряжения самоиндукции в первичной обмотке трансформатора, возникает высокое напряжение. Особенно значительно напряжение Uэк при холостом ходе (в момент закрывания транзистора).
♥     Применяют различные способы снижения выбросов напряжения на коллекторе транзистора:
— включаются RC цепочки параллельно первичной обмотке трансформатора (это С2, R3, Д5 и С3, R4),
— конденсатор C5 в цепи вторичной обмотки и другие технические решения.

♥     Существенным недостатком однотактной схемы питания является большое напряжение самоиндукции, наводимое в первичной обмотке трансформатора, превосходящее входное напряжение питания Eп в 2-4 раза.
В таких схемах нужны транзисторы, имеющие высокое рабочее напряжение коллектор – эмиттер, равное 700-1000 вольт.
Выходное напряжение Uн на нагрузке, определяется коэффициентом заполнения импульсов (соотношением времени открытого и закрытого состояния ключевого транзистора Т1).
Также используется система широтно-импульсного управления (ШИМ) в цепи базы транзистора.

♥     Особенность работы преобразователя с «прямым» включением выпрямительного диода во вторичной цепи, заключается в том, что передача энергии из первичной цепи во вторичную цепь передается в то время, когда транзистор открыт. Когда ключевой транзистор Т1 открыт, через первичную обмотку трансформатора протекает ток, который наводит переменное напряжение во вторичной обмотке.
Электрическая энергия идет в нагрузку и одновременно заряжает конденсатор С6. Затем, когда транзистор закрывается, конденсатор С6 отдает накопленную энергию в нагрузку.
♥     При закрывании транзистора на элементах схемы возникают перенапряжения, особенно значительные при малых токах нагрузки. Для исключения возможного пробоя транзистора и диода, применяют включение блокировочных конденсаторов в первичной (С3, R4) и вторичной (С5) обмотках трансформатора.
Из-за большого напряжения самоиндукции возможен пробой между витками первичной обмотки трансформатора.
Схемы автогенераторов с «прямым и обратным» включением выпрямительного диода во вторичной обмотке похожи, за исключением некоторых особенностей схемы.

Плюсы и минусы однотактной схемы генератора с самовозбуждением.

Плюсы:
— один ключевой транзистор в схеме,
— схема проще, чем двухтактная.

Минусы:

— намагничивание ферритового сердечника происходит только в одной полярности (пассивное размагничивание) вследствие чего не полностью используется магнитная индукция сердечника. Необходим немагнитный зазор в ферритовом сердечнике.
— при среднем токе потребления от сети, ток через ключевой транзистор больше в n-раз и потому необходимо выбирать транзистор с заведомо большим максимальным током.
— выбирается транзистор с Uкэ = 3 Uпит.
— возникают большие перенапряжения на элементах схемы.
— необходимо применять специальные меры защиты от перенапряжения в первичной обмотке трансформатора.

На практике в основном применяется схема автогенератора с «обратным» включением выпрямительного диода.



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="4696043989">

Импульсные источники электропитания — инверторы

Импульсные источники электропитания — инверторы.



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">

 ♥     Импульсные источники вторичного электропитания нашли широкое распространение в бытовой и промышленной аппаратуре. Импульсные источники электропитания вырабатывают постоянные и переменные напряжения, необходимые для электропитания блоков аппаратуры , путем ключевого преобразования выпрямленного сетевого напряжения 220 вольт и 50 герц.
♥     Преимущество ИБП по сравнению с традиционным трансформаторным источником питания обеспечивается заменой силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети 50 герц, малогабаритным импульсным трансформатором, работающим на частотах 16 – 40 килогерц, а также использованием импульсных методов стабилизации вторичных напряжений взамен компенсационных. Это приводит к снижению веса и габаритов изделия в 2-3 раза и повышению КПД источника до 80 — 90 %, а значит, дополнительно экономит электрическую энергию.
♥     Ключевые каскады преобразователя напряжения строятся по однотактной и двухтактной схемам.
В старых транзисторных телевизорах, в силу их специфического схемного построения, использовались однотактные ИБП.
Однотактные ИБП используются также в устройствах малой мощности до 50 ватт и более.
Наглядным примером являются различные зарядные устройства для питания мобильных телефонов, ноутбуков и много другого. Они нашли широкое распространение из-за простоты изготовления, малых размеров и высокой надежности.

♥     На рисунке изображена плата зарядного устройства от мобильного телефона. Она преобразует переменное напряжение 110 – 220 вольт в постоянное напряжение 5 вольт.

Увеличение мощности однотактных ИБП оказывается неэффективным из-за роста габаритных размеров и массы импульсного трансформатора (в сравнении с двухтактной схемой) и повышенных требований к ключевому транзистору (высокие напряжение и ток).
Двухтактные ИБП применяются при мощностях от нескольких ватт до сотен ватт, ввиду их простоты и экономичности.
♥     Пример использования двухтактного преобразователя:

Энергосберегающие лампы мощностью 20 ватт.

Мощные компьютерные блоки питания

Однотактная схема ИБП

♥     Однотактная схема ИБП представляет из себя преобразователь переменного напряжения сети (или постоянного напряжения аккумуляторной батареи) одной величины, в постоянное (выпрямленное) напряжение другой величины.
Генератор ВЧ напряжения, частотой 20 – 100 килогерц, может быть с самовозбуждением (автогенератор) или с внешним возбуждением (дополнительный генератор).
В маломощных (до10 ватт) и простых ИБП в основном применяется самовозбуждающийся автогенераторный преобразователь.
♥     Смотрите схему простого однотактного, с самовозбуждением, импульсного источника питания.

♥     Однотактная схема ИБП состоит из выпрямителя (Д1 – Д4) со сглаживающим конденсатором С1. В нем напряжение сети 220 вольт преобразуется в постоянное напряжение 310 вольт. Затем с помощью генератора импульсного напряжения (транзистор Т, трансформатор Тр), вырабатываются импульсы прямоугольной формы. С вторичной обмотки прямоугольные импульсы поступают на выпрямитель (Д6) со сглаживающим конденсатором (С5), получается постоянное напряжение.
Само преобразование напряжения происходит на ферритовом трансформаторе. Выходное напряжение зависит от соотношения витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
♥     Существенным недостатком однотактной схемы преобразователя является большое напряжение самоиндукции, наводимое в первичной обмотке трансформатора, превосходящее входное напряжение питания Eп в 2-4 раза. В таких схемах нужны транзисторы, имеющие максимальное напряжение коллектор — эмиттер равное 700-1000 вольт.

Применяют различные способы снижения выбросов напряжения на коллекторе транзистора:
— включаются RC цепочки (С2, R3) параллельно первичной обмотке трансформатора и конденсатор C4 в цепи вторичной обмотки.
— при использовании дополнительных устройств стабилизации выходного напряжения, например широтно – импульсной модуляции (ШИМ), возможна работа однотактного ИБП при изменении подключаемой нагрузки в широких пределах (от Р=0 до Pmax) при неизменном выходном напряжении.
Применяются и другие технические приемы защиты ключевого транзистора от перенапряжения.

Плюсы и минусы однотактной схемы ИБП.

Плюсы:
— один ключевой транзистор в схеме,
— схема проще, чем двухтактная.

Минусы:
— намагничивание ферритового сердечника происходит только в одной полярности, (пассивное размагничивание сердечника), вследствие чего не полностью используется магнитная индукция сердечника. Не полностью используется ферритовый сердечник по мощности. Необходим зазор в магнитном сердечнике.
— при среднем токе потребления от сети, ток через транзистор больше в n-раз (зависит от скважности импульсов) и потому необходимо выбирать транзистор с заведомо большим максимальным током.
— возникают большие перенапряжения на элементах схемы, достигающие 700 – 1000 вольт.
— необходимо применять специальные меры защиты от перенапряжения на элементах схемы.

Двухтактная схема ИБП

♥     Двухтактная автогенераторная схема ИБП состоит из выпрямителя входного переменного напряжения 220 вольт, устройства запуска генератора, генератора прямоугольных импульсов и выпрямителя выходного напряжения с конденсатором фильтра.
На рисунке изображена простая наиболее распространенная двухтактная схема автогенераторного, импульсного преобразователя – инвертора, полумостовая схема.

По сравнению со схемой однотактного автогенератора, двухтактный автогенератор имеет более сложную схему.

Добавляется:

— устройство автоматического запуска генератора импульсов;
— еще один ключевой транзистор;
— дополнительный трансформатор Тр1, для управления ключевыми транзисторами;
— два конденсатора полумоста (С3, С4);
— два диода (Д5, Д8) для защиты транзисторов от пробоя.

♥     Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:

— ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
— напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника питания 310 вольт;
— при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
— выбросы высокого напряжения в первичной обмотке очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех

♥     Несмотря на повышенную сложность двухтактная схема, в сравнении с однотактной, проще в настройке и эксплуатации.



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="2660907582">

Ферритовые кольца

Ферритовые кольца.

В таблице приведены параметры ферритовых колец марки М2000НМ:

  • — внешний и внутренний диаметры и высота кольцевого магнитопровода в миллиметрах;
  • — площадь поперечного сечения магнитопровода кольца Sк;
  • — площадь окна кольца Sо ;
  • — произведение площадей  Sк и Sо;
  • — мощность, которую может передать трансформатор, выполненный на ферритовом кольце.

 Габаритная мощность кольца соответствует работе трансформатора на частоте 20 КГц.

 

Можно заметить из таблицы, что габаритная мощность кольца зависит как от поперечного сечения магнитопровода, так и от площади окна кольца. Чем больше произведение Sк х Sо, больше масса кольца, тем больше мощность передаваемая трансформатором, выполненном на таком кольце.

Но это совершенно не значит, например, что на кольце К45×28х12 можно реализовать трансформатор мощностью в 951 ватт.

Теоретически это возможно, но практически, витки первичной и вторичных обмоток  просто не уместятся в окне кольца.

Количество витков на вольт первичной и вторичной обмоток, зависит от поперечного сечения магнитопровода ферритового кольца, а передаваемая мощность трансформатора косвенно зависит от площади окна кольца.

Зарядное устройство на тиристорах для зарядки аккумулятора

Зарядное устройство на тиристорах для зарядки аккумулятора.

Тиристорный регулятор в зарядном устройстве.
Для более полного ознакомления с последуущим материалом, просмотрите предыдущие статьи: «Двух полупериодная схема выпрямителя» и «Как изготовить трансформатор на П – образном сердечнике».


♣     В этих статьях  говориться о том, что существуют 2–х полупериодные схемы выпрямления с двумя вторичными обмотками, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение. Обмотки работают поочередно: одна на положительной полуволне, другая на отрицательной.
Используются два полупроводниковых выпрямительных диода.

♣     Предпочтительность такой схемы:

  • — токовая нагрузка на каждую обмотку и каждый диод в два раза меньше, чем на схему с одной обмоткой;
  • — сечение провода двух вторичных обмоток может быть в два раза меньше;
  • — выпрямительные диоды могут быть выбраны на меньший максимально допустимый ток;
  • — провода обмоток наиболее охватывают магнитопровод, магнитное поле рассеяния минимально;
  • — полная симметричность — идентичность вторичных обмоток;


♣     Используем такую схему выпрямления на П – образном сердечнике для изготовления регулируемого зарядного устройства на тиристорах.
Двух — каркасная конструкция трансформатора позволяет это сделать наилучшим образом.
К тому же две полу-обмотки получаются совершенно одинаковыми.

♣     И так, наше задание: построить устройство для зарядки аккумулятора с напряжением 6 – 12 вольт и плавным регулированием зарядного тока от 0 до 5 ампер.
Мною уже предлагался для изготовления «Выпрямитель для зарядки аккумулятора», но регулировка зарядного тока в нем проводится ступенчато.
Посмотрите в этой статье, как выполнялся расчет трансформатора на Ш – образном сердечнике. Эти расчетные данные подходят и под  П –образный трансформатор той же мощности.

Расчетные данные из статьи таковы:

  • — мощность трансформатора – 100 ватт;
  • — сечение сердечника – 12 см.кв.;
  • — выпрямленное напряжение - 18 вольт;
  • — ток — до 5 ампер;
  • — количество витков на 1 вольт – 4,2.

Первичная обмотка:

  • — количество витков – 924;
  • — ток – 0,45 ампера;
  • — диаметр провода – 0,54 мм.

Вторичная обмотка:

  • — количество витков – 72;
  • — ток – 5 ампер;
  • — диаметр провода – 1,8 мм.

♣     Эти расчетные данные примем за основу построения трансформатора на  П – образном сердечнике.
С учетом рекомендаций выше указанных статей по изготовлению трансформатора на П— образном сердечнике, построим выпрямитель для зарядки аккумулятора с плавной регулировкой зарядного тока.

Схема выпрямителя изображена на рисунке. Она состоит из трансформатора ТР, тиристоров Т1 и Т2, схемы управления зарядным током, амперметра на 5 — 8 ампер, диодного моста Д4 — Д7.
Тиристоры Т1 и Т2 одновременно выполняют роль выпрямительных диодов и роль регуляторов величины зарядного тока.

♣     Трансформатор Тр состоит из магнитопровода и двух каркасов с обмотками.
Магнитопровод может быть набран как из стальных  П – образных пластин, так и из разрезанного О – образного сердечника из навитой стальной ленты.
Первичная обмотка (сетевая на 220 вольт — 924 витка) делится пополам – 462 витка (а – а1) на одном каркасе, 462 витка (б – б1) на другом каркасе.
Вторичная обмотка (на 17 вольт) состоит из двух полуобмоток (по 72 витка) мотается на первом (А — Б) и на втором (А1 – Б1) каркасе по 72 витка. Всего 144 витка.

Третья обмотка (с — с1 = 36 витков) +(d — d1 = 36 витков) в сумме 8,5 В +8,5 В = 17 вольт  служит для питания схемы управления и состоит из 72 витков провода. На одном каркасе (с – с1) 36 витков и на другом каркасе (d — d1) 36 витков.
Первичная обмотка мотается проводом диаметром – 0,54 мм.
Каждая вторичная полуобмотка мотается проводом диаметром 1,3 мм., рассчитанным на ток 2,5 ампера.
Третья обмотка мотается проводом диаметром 0,1 — 0,3 мм, какой попадется, ток потребления здесь маленький.

♣     Плавная регулировка зарядного тока выпрямителя основана на свойстве тиристора переходить в открытое состояние по импульсу, поступающему на управляющий электрод. Регулируя время прихода управляющего импульса, можно управлять средней мощностью проходящей через тиристор за каждый период переменного электрического тока.

♣     Приведенная схема управления тиристорами работает по принципу фазо-импульсного метода.
Схема управления состоит из аналога тиристора, собранного на транзисторах Тр1 и Тр2, временной цепочки, состоящей из конденсатора С и резисторов R2 и Ry, стабилитрона Д7 и разделительных диодов Д1 и Д2. Регулировка зарядного тока производится переменным резистором Ry.

Переменное напряжение 17 вольт снимается с третьей обмотки, выпрямляется диодным мостом Д3 – Д6 и имеет форму (точка №1) (в кружке №1). Это, пульсирующее напряжение положительной полярности с частотой 100 герц, меняющее свою величину от 0 до 17 вольт. Через резистор R5 напряжение поступает на стабилитрон Д7 (Д814А, Д814Б или любой другой на 8 – 12 вольт). На стабилитроне напряжение ограничивается до 10 вольт и имеет форму (точка №2). Далее следует зарядно – разрядная цепочка (Ry, R2, C). При возрастании напряжения от 0 начинает заряжаться конденсатор С, через резисторы Ry, и R2.
♣     Сопротивление резисторов и емкость конденсатора (Ry, R2, C) подобраны таким образом, чтобы конденсатор зарядился за время действия одного полупериода пульсирующего напряжения. Когда напряжение на конденсаторе достигнет максимальной величины (точка №3), с резисторов R3 и R4 на управляющий электрод аналога тиристора (транзисторы Тр1 и Тр2) поступит напряжение для открытия. Аналог тиристора откроется и заряд электричества, накопленный в конденсаторе, выделится на резисторе R1. Форма импульса на резисторе R1 показана в кружке №4.
Через разделительные диоды Д1 и Д2 импульс запуска подается одновременно на оба  управляющих электрода  тиристоров Т1 и Т2. Открывается тот тиристор, на который в данный момент поступила положительная полуволна переменного напряжения с вторичных обмоток выпрямителя (точка №5).
Изменяя сопротивление резистора Ry, изменяем время за которое полностью зарядится конденсатор С, то есть изменяем время включения тиристоров во время действия полуволны напряжения. В точке №6 показана форма напряжения на выходе выпрямителя.
Изменяется сопротивление Ry, изменяется время начала открывания тиристоров, изменяется форма заполнения полупериода действующим током (фигура №6). Заполнение полупериода может регулироваться от 0 до максимума. Весь процесс регулирования напряжения во времени показан на рисунке.
♣     Все показанные замеры формы напряжения в точках №1 — №6 проведены относительно плюсового вывода выпрямителя.

Детали выпрямителя:
— тиристоры Т1 и Т2 – КУ 202И-Н на 10 ампер. Каждый тиристор устанавливать на радиатор площадью 35 – 40 см.кв.;
— диоды Д1 – Д6 Д226 или любые на ток 0,3 ампера и напряжение выше 50 вольт;
— стабилитрон Д7 — Д814А — Д814Г или любой другой на 8 – 12 вольт;
— транзисторы Тр1 и Тр2 любые маломощные на напряжение свыше 50 вольт.
Подбирать пару транзисторов необходимо с одинаковой мощностью, разными проводимостями и с равными коэффициентами усиления (не менее 35 — 50).
Мною опробованы разные пары транзисторов:  КТ814 – КТ815, КТ816 – КТ817; МП26 – КТ308, МП113 – МП114.
Все варианты работали хорошо.
— Сонденсатор емкостью 0,15 микрофарады;
— Резистор R5 ставить мощностью в 1 ватт. Остальные резисторы мощностью 0,5 ватта.
— Амперметр рассчитан на ток 5 – 8 ампер

♣     Необходимо с вниманием отнестись к монтажу трансформатора. Советую перечитать статью «Как изготовить трансформатор на П – образном сердечнике». Особенно то место, где приводятся рекомендации по фазировке включения первичной и вторичной обмоток.

 Можно использовать схему фазировки первичной обмотки  приведенную ниже,  как на рисунке.


♣     В цепь первичной обмотки последовательно включается электрическая лампочка на напряжение 220 вольт и мощность 60 ватт. эта лампочка будет служить вместо предохранителя.
Если обмотки будут сфазированы неправильно, лампочка загорится.
Если соединения проведены правильно, при включении трансформатора в сеть 220 вольт лампочка должна вспыхнуть и потухнуть.
На клеммах вторичных обмоток должно быть два напряжения по 17 вольт, вместе (между А и Б) 34 вольта.
Все монтажные работы необходимо проводить с соблюдением ПРАВИЛ ТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ!

 

Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод

Тиристор в цепи переменного тока. Импульсно — фазовый метод.



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1544101189">


♠     Система управления тиристорами в цепях переменного и пульсирующего тока использует, синхронизированную с сетью, бесконечную серию управляющих импульсов и осуществляет сдвиг фазы фронтов управляющих импульсов относительно перехода напряжения сети через ноль.
Сформированный специальным устройством управляющий импульс подается на переход управляющий электрод – катод тиристора, которым и подключает электрическую сеть в нагрузку.
Разберем работу такой системы на примере регулятора температуры жала электрического паяльника мощностью до 100 ватт и напряжением 220 вольт. Схема этого устройства изображена на рис 1.

 

♠     Регулятор температуры электрического паяльника в сети переменного тока 220 вольт, состоит из диодного мостика на КЦ405А, тиристора КУ202Н, стабилитрона , узла формирования импульсов управления.
С помощью мостика переменное напряжение превращается в пульсирующее напряжение (Umax = 310 B) положительной полярности (точка Т1).

Узел формирования состоит :
— стабилитрон,  формирует за каждый полупериод трапецевидное напряжение (точка Т2);
— временная зарядно-разрядная цепочка R2, R3, C;
— аналог динистора Тр1, Тр2.

С резистора R4 снимается напряжение импульса для запуска тиристора (точка 4).

На графиках (рис 2) показан процесс формирования напряжений в точках Т1 – Т5  при изменении переменного резистора R2 от нуля до максимума.

Через резистор R1 пульсирующее напряжение сети поступает на стабилитрон КС510.
На стабилитроне формируется напряжение трапецевидной формы величиной 10 вольт (точка Т2). Оно определяет начало и конец участка регулирования.


♠     Параметры временной цепочки (R2, R3, C) подобраны так, чтобы за время одного полупериода конденсатор С успел зарядиться полностью.
С началом перехода напряжения сети Uc через ноль, с появлением трапецеидального напряжения, начинает расти напряжение на конденсаторе С.  При достижении напряжения на конденсаторе Uк = 10 вольт, пробивается аналог тиристора (Тр1, Тр2). Конденсатор С через аналог разряжается на резистор R4 и, включенный параллельно ему, переход Уэ – К тиристора (точка Т3) и включает тиристор.
Тиристор КУ202 пропускает основной ток нагрузи по цепи:  сеть – КЦ405 – спираль паяльника – анод – катод тиристора – КЦ405 – предохранитель — сеть.
Резисторы R5 — R6 служат для устойчивой работы устройства.

♠      Запуск управляющего узла автоматически синхронизирован с напряжением Uc сети.
Стабилитрон может быть Д814В,Г,Д. или КС510,КС210 на напряжение 9 – 12 вольт.
Переменный резистор  R2 – 47 — 56 Ком мощностью не менее 0,5 ватт.
Конденсатор С – 0,15 — 0,22 мкФ, не более.
Резистор R1 – желательно набрать из трех резисторов по 8,2 Ком, двух ваттных, чтобы не сильно нагревались.
Транзисторы Тр1, Тр2 – пары КТ814А, КТ815А; КТ503А, КТ502А и др.

♠     Если регулируемая мощность не превысит 100 ватт, можно использовать тиристор без радиатора. Если мощность нагрузки больше 100 ватт необходим радиатор площадью 10 – 20 см.кв.
♠     В данном импульсно – фазовом методе импульс запуска для тиристора вырабатывается в пределах всего полупериода.
Т.е. происходит регулировка мощности почти от ноля до 100%, при регулировании фазового угла от а=0 до а=180 градусов.
На графиках в точке №5 показаны формы напряжений на нагрузке при выборочных фазовых углах: а = 160, а = 116, а = 85, а = 18 градусов.
При значении а = 160 градусов, тиристор закрыт почти во все время прохождения полупериода сетевого напряжения (мощность в нагрузке очень мала).
При значении а = 18 градусов, тиристор открыт почти во все время действия полупериода (мощность в нагрузке равна почти 100%).
В графиках в точке  №4 во время открытия тиристора, вместе с появлением запускающего импульса, добавляется падение напряжения на открытом тиристоре (Uп на графике в точке №4).

Все показанные эпюры напряжений в точках Т1 — Т5, относительно точки Т6, можно посмотреть на осциллографе.



style="display:inline-block;width:728px;height:90px"
data-ad-client="ca-pub-5076466341839286"
data-ad-slot="1544101189">

Страница 1 из 612345...Последняя »