Как сделать импульсный блок питания своими руками?

На что обратить внимание при выборе?

Плюсы и минусы

Пошаговая инструкция

Процесс изготовления импульсного БП выглядит так:

• выполняют расчет изделия в онлайн-калькуляторе (публикуются на многих сайтах) или специальной программе. В зависимости от желаемых характеристик БП, ПО подберет параметры всех элементов: конденсаторов, транзисторов, дросселей и пр.;
• закупают все радиодетали;
• в пластине текстолита в соответствии со схемой и размерами элементов высверливают отверстия. Далеко не всегда удается добиться желаемых характеристик с первого раза, ввиду чего схему приходится дополнять компенсаторами и прочими элементами. Необходимо оставить для них место на плате;
• на схеме выбирают точки входа, помеченные символами «АС», припаивают предохранитель и далее один за другим все элементы согласно схеме;
• выполняют проверку.

Важно найти подходящую схему и правильно рассчитать параметры элементов.

Принцип работы

Принцип работы импульсного понижающего или повышающего преобразователя напряжения лучше рассмотреть на обобщенной блочной схеме. В основе схемы лежат:

• выпрямитель;
• входной фильтр;
• генератор импульсов;
• схема управления;
• выходной выпрямитель;
• выходной стабилизатор;
• фильтр.

К сведению! Входное сетевое напряжение поступает на вход выпрямителя, а затем на фильтр, в результате чего получается постоянный ток, который служит для питания схемы устройства и для дальнейшей работы преобразователя.

Блок-схема

Генератор формирует последовательность высокочастотных импульсов, а схема управления регулирует частоту или ширину импульсов. Данная регулировка позволяет изменять выходное напряжение в широких пределах, а также осуществлять его стабилизацию. Изменение тока нагрузки приводит к уменьшению напряжения.

Схема управления на основе измеренных данных дает команду на увеличение ширины импульсов, что приводит к увеличению напряжения. При уменьшении тока нагрузки происходят аналогичные изменения (импульс имеет меньшую длительность). Таким образом выполняется стабилизация.

Важно! Использование обратной связи гарантирует стабильность параметров не только при изменении нагрузки, но и в полном диапазоне входного напряжения

Комментарии:

Метелкин

Статья хорошая. Нужно дополнить, что импульсный стабилизатор предназначен для слаботочки, т.е. подключить через него телевизор или комп никак не получится, только лампочку или кулер какой-нибудь.

Ромка

Кто знает схему стабилизатора для лампочки-экономки и выгодно ли его собирать самостоятельно? Насколько дешевле/дороже выходит, чем купить новую лампу?

Пашка

Какой конденсатор нужно устанавливать в узел накопления электроэнергии для стабилизатора?

Оставить комментарий Отменить ответ

Тиристорный стабилизатор — плюсы и минусы устройства

Подключение стабилизатора напряжения пошаговая инструкция

Электромеханический стабилизатор напряжения пережиток прошлого или выгодное решение?

Стабилизаторы напряжения для дачи

Когда стоит купить?

Устройство сварочного инвертора

До недавнего времени инверторный аппарат был достаточно простым по схеме работы. Со временем инженеры дополнили ее электроникой, что повысило функциональность агрегата. Самое интересное состоит в том, что от этого цена сварочного инвертора не стала выше. Как показывает тенденция продаж, она постепенно снижается, что всех и радует.

В чем заключается принцип действия сварочного аппарата инверторного типа?

• Работает он от сети переменного тока напряжением 220 или 380 вольт и частотой тока 50 Гц. Включается в обычную розетку, если разговор ведем о бытовом сварочном инверторе.
• Поступивший в инвертор сварочный ток проходит через фильтр, где он сглаживается и становится постоянным.
• Полученная электрическая энергия проходит через блок транзисторов (с большой частотой коммутации), в результате получается опять переменный ток только с большей частотой – 20-50 кГц.
• Далее, напряжение тока преобразуется, оно на выходе инвертора снижается до 70-90 вольт. По закону Ома снижение напряжение дает повышение силы тока. На выходе (на конце электрода) будет сила тока, равная 100-200 ампер. Это и есть сила тока сварки.

Именно высокая частота тока является главным техническим решением в инверторных сварочных аппаратах. Оно позволяет добиться максимальных преимуществ перед другими источниками питания электрической сварочной дуги. В инверторах необходимая для сварки сила тока достигается изменением высокочастотного напряжения. В обычных сварочных трансформаторах этот процесс происходит за счет изменения электродвижущей силы (ЭДС) катушки индукции, которая является основной частью трансформатора.

Именно предварительное преобразование электроэнергии позволяет использовать в инверторах трансформаторные блоки с небольшими размерами. Для сравнения можно привести такой пример. Если необходимо на выходе получить ток силой 160 ампер, то для этого в инверторе потребуется установить трансформатор весом 300 г. Такой же ток на выходе обычных сварочных трансформаторов получится, если в него будет вмонтирован трансформатор с медной проволокой (катушкой) весом 20 кг.

Почему так происходит? Основным элементов сварочного аппарата трансформаторного типа являлся сам силовой трансформатор с катушками первичной и вторичной обмотки. Именно катушка позволяла снижать переменное напряжение и получить на выходе из второй обмотки токи большой величины, пригодные для инверторной сварки металлов. Появляется зависимость от падения напряжения до увеличения силы тока. При этом длина медной проволоки на вторичной обмотке уменьшалась, но увеличивался его диаметр. Отсюда и большие габариты сварочного аппарата, и его большой вес.

Принцип работы

Механическое устройство счетчика с импульсным выходом практически не отличается от обычного. Вода проходит через крыльчатку и заставляет ее вращаться. Но дополнительно на стрелку индикатора установлен магнит, который вращается по мере хода воды.

когда магнит проходит рядом с датчиком, прибор по проводу посылает импульс.
Важно понять, что счетчик просто отправляет сигналы, а расход воды отображает лишь на циферблате. Выходит, необходимо как-то обработать этот сигнал.

Считывание и обработка данных

Все устройства, которые принимают импульсы счетчика, условно делятся на 2 типа:

• Считыватель. Представляет собой простой дисплей. Он лишь переводит сигналы в кубометры воды и отображает их на экране. Удобно для счетчиков, которые установлены в труднодоступных местах. Снять с них показания физически сложно, поэтому дисплей выносят в более удобное место.
• Контроллер. Это более сложное приспособление. Помимо обработки сигналов, он может самостоятельно передавать показания, оповещать о перерасходе воды, определять протечки и т.п. Возможности каждой модели отличаются.

Постоянный свет

Похоже, что импульсный свет по всем направлениям демонстрирует превосходство над постоянным. Но так ли это? Мы ещё не рассмотрели все факторы. Давайте посмотрим на преимущества постоянного света.

1. WYSIWYG

«Что вы видите – то вы и получите» (от переводчика – так расшифровывается аббревиатура в заголовке). С постоянным светом нет нужды в пилотном свете, который выделяет много тепла и может ограничить вас в использовании некоторых светомодификаторов. Вы будете сразу видеть именно то, что увидит камера.

Это может быть большим подспорьем во время обучения работе с использованием искусственного света поскольку вы можете перемещать свет и сразу видеть результат вообще без необходимости снимать кадр.

Соотношение света от источников прямо перед вашими глазами. Без флешметра, без необходимости снимать в ручном режиме, просто переключайте настройки света пока не понравится результат. А затем подстройте диафрагму и ISO на камере. О таком процессе обучения можно только мечтать!

И ваша модель будет видеть то что получится. Без резких вспышек света повсюду – ей может быть только придется привыкнуть к высокому уровню света.

2. Сделай сам

Если вам нравится все делать своими руками – то будет значительно проще, безопаснее и возможно даже дешевле пойти по пути постоянного света. Самодельный флуоресцентный источник можно собрать примерно за $150-200. Фонарь с несколькими мощными компактными флуоресцентными лампами в большом корпусе обойдется примерно в $200-250.

По сравнению с покупкой импульсного света цена сопоставима. По сравнению с попыткой разобрать, переделать или смастерить самому импульсный источник света – фактор безопасности как день и ночь. Нет высоких мощностей, высокого напряжения, блоков конденсаторов, о которых надо беспокоиться, нет канала разряда.

Хотя в принципе возможно самому собрать недорого импульсный источник света, но если вы не инженер-электрик – лучше оставить это для специалистов. И не забывайте, что внутри флуоресцентных ламп содержатся пары ртути!

Даже если вы не самоделкин – всё равно у постоянного света огромный потенциал «альтернативного использования». Хотите KinoFlo? Купите за $150 тепличный светильник. Хотите как можно больше света? Нет числа старым светильникам и лампам, продающимся за пару долларов. В отличие от импульсного света нет причин использовать только специально предназначенный для съёмки свет. Хотя импульсные источники могут быть более полезны для фотосъемки – но это довольно серьезная инвестиция.

3. Преимущества низкой мощности

Меньшая мощность постоянного света не всегда является недостатком. Если вы любите делать светлые снимки, но на открытой диафрагме и с малой глубиной резкости – то постоянный свет вам хорошо подойдёт.

Если вы снимаете еду, продукты, натюрморты или другие статичные объекты диафрагма не будет проблемой поскольку вам не нужно использовать останавливающие движение выдержки. Свет можно настроить как вам нравится и выдержка не будет иметь большого значения. Это можно сделать с импульсным светом при использовании нейтрально-серого фильтра, но всё же хорошо бы видеть, что в фокусе!

4. Качество света

Это очень субъективный момент и можно говорить только о личном впечатлении, но возможно вы замечали, что есть некоторая разница в качестве смягченного импульсного и постоянного света? Лично я всегда считал качество постоянного света более приятным.

Возможно потому что там «настоящее» рассеивание с постоянной освещенностью по площади, а не спадающей к краям как у импульсного света с софтами. Это, конечно, относится прежде всего к длинным люминесцентным лампам. Светодиодные панели, обычно недостаточно велики чтобы увидеть этот эффект, но я думаю, что он такой же.

Другие говорят, что свет есть свет и с точки зрения физики я с ними согласен. Но есть ещё у постоянного света какая-то мягкая четкость, которую я не могу объяснить.

5. Видео

Видеовозможности постоянного света также нельзя упускать из виду, особенно сегодня, когда всё чаще фотографов просят снимать видео на зеркалки. Возможность использования имеющегося света для видеосъёмки может стать вашим конкурентным преимуществом для потенциального клиента с широкими потребностями.

Также вы можете экспериментировать с установленным на камеру источником постоянного света, оценивая, как меняется освещение объекта съёмки когда вы перемещаетесь вокруг него, что дает вам преимущество перед фотографами, снимающими со вспышками.

Требования к источнику питания

Вне зависимости от того, на какое напряжение рассчитан шуруповерт, к блоку питания предъявляются особые требования: при высокой нагрузке на инструмент, например, при закручивании длинных шурупов в твердую древесину или в режиме сверления ток потребления двигателя может повышаться до десятка ампер. Если в режиме холостого хода потребляемый ток составляет не более 1-2 А и достаточно блока питания с мощностью 30-40 Вт, то для нормальной работы требуется мощность порядка 200 Вт.

С аккумуляторными батареями все просто. Специфика их работы такова, что они способны на короткое время выдавать большие токи, восстанавливая рабочее напряжение во время простоя. Возникает вопрос: зарядное устройство для любого шуруповёрта имеет малый вес и габариты, почему бы не использовать его в качестве источника напряжения? Ответ – однозначно нет. Зарядное устройство рассчитано на выдачу малого тока в течение длительного времени, нам же требуются большие токи на короткий срок. Поэтому внешний блок питания должен иметь запас по мощности.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность

Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц

Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Достоинства и недостатки

Регулируемый блок питания своими руками

Блок питания необходимая вещь для каждого радиолюбителя, потому, что для питания электронных самоделок нужен регулируемый источник питания со стабилизированным выходным напряжением от 1.2 до 30 вольт и силой тока до 10А, а также встроенной защитой от короткого замыкания. Схема изображенная на этом рисунке построена из минимального количества доступных и недорогих деталей.

Схема регулируемого блока питания на стабилизаторе LM317 с защитой от КЗ

Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания. Стабилизатор напряжения LM317 рассчитан на ток не более 1.5А, поэтому в схему добавлен мощный транзистор MJE13009 способный пропускать через себя реально большой ток до 10А, если верить даташиту максимум 12А. При вращении ручки переменного резистора Р1 на 5К изменяется напряжения на выходе блока питания.

Так же имеется два шунтирующих резистора R1 и R2 сопротивлением 200 Ом, через них микросхема определяет напряжение на выходе и сравнивает с напряжением на входе. Резистор R3 на 10К разряжает конденсатор С1 после отключения блока питания. Схема питается напряжением от 12 до 35 вольт. Сила тока будет зависеть от мощности трансформатора или импульсного источника питания.

А эту схему я нарисовал по просьбе начинающих радиолюбителей, которые собирают схемы навесным монтажом.

Схема регулируемого блока питания с защитой от КЗ на LM317

Сборку желательно выполнять на печатной плате, так будет красиво и аккуратно.

Печатная плата регулируемого блока питания на регуляторе напряжения LM317

Печатная плата сделана под импортные транзисторы, поэтому если надо поставить советский, транзистор придется развернуть и соединить проводами. Транзистор MJE13009 можно заменить на MJE13007 из советских КТ805, КТ808, КТ819 и другие транзисторы структуры n-p-n, все зависит от тока, который вам нужен. Силовые дорожки печатной платы желательно усилить припоем или тонкой медной проволокой. Стабилизатор напряжения LM317 и транзистор надо установить на радиатор с достаточной для охлаждения площадью, хороший вариант это, конечно радиатор от компьютерного процессора.

Желательно прикрутить туда и диодный мост. Не забудьте изолировать LM317 от радиатора пластиковой шайбой и тепло проводящей прокладкой, иначе произойдет большой бум. Диодный мост можно ставить практически любой на ток не менее 10А. Лично я поставил GBJ2510 на 25А с двойным запасом по мощности, будет в два раза холоднее и надёжнее.

А теперь самое интересное… Испытания блока питания на прочность.

Регулятор напряжения я подключил к источнику питания с напряжением 32 вольта и выходным током 10А. Без нагрузки падение напряжения на выходе регулятора всего 3В. Потом подключил две последовательно соединенные галогеновые лампы H4 55 Вт 12В, нити ламп соединил вместе для создания максимальной нагрузки в итоге получилось 220 Вт. Напряжение просело на 7В, номинальное напряжение источника питания было 32В. Сила тока потребляемая четырьмя нитями галогеновых ламп составила 9А.

Радиатор начал быстро нагреваться, через 5 минут температура поднялась до 65С°. Поэтому при снятии больших нагрузок рекомендую поставить вентилятор. Подключить его можно по этой схеме. Диодный мост и конденсатор можно не ставить, а подключить стабилизатор напряжения L7812CV напрямую к конденсатору С1 регулируемого блока питания.

Схема подключения вентилятора к блоку питания

Что будет с блоком питания при коротком замыкании?

При коротком замыкании напряжение на выходе регулятора снижается до 1 вольта, а сила тока равна силе тока источника питания в моем случае 10А. В таком состоянии при хорошем охлаждении блок может находится длительное время, после устранения короткого замыкания напряжение автоматически восстанавливается до заданного переменным резистором Р1 предела. Во время 10 минутных испытаний в режиме короткого замыкания ни одна деталь блока питания не пострадала.

Радиодетали для сборки регулируемого блока питания на LM317

• Стабилизатор напряжения LM317
• Диодный мост GBJ2501, 2502, 2504, 2506, 2508, 2510 и другие аналогичные рассчитанные на ток не менее 10А
• Конденсатор С1 4700mf 50V
• Резисторы R1, R2 200 Ом, R3 10K все резисторы мощностью 0.25 Вт
• Переменный резистор Р1 5К
• Транзистор MJE13007, MJE13009, КТ805, КТ808, КТ819 и другие структуры n-p-n

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать регулируемый блок питания своими руками

Что же выбрать? Преимущества и недостатки линейных и импульсных блоков питания.

На сегодняшний день импульсные блоки питания используются повсеместно, и они активно вытесняют с рынка менее удобные линейные агрегаты. Теме не менее, только в работе можно оценить сильные и слабые стороны импульсных и трансформаторных блоков питания.

К достоинствам импульсных агрегатов нужно отнести:
• Высокий коэффициент стабилизации;
• Высокий коэффициент полезного действия;
• Более широкий диапазон входных напряжений;
• Более высокая мощность по сравнению с линейными устройствами.
• Отсутствие чувствительности к качеству электропитания и частоте входного напряжения;
• Небольшие габариты и достойная транспортабельность;
• Доступная цена.

К явным недостаткам импульсных источников питания стоит отнести:
• Наличие импульсных помех;
• Сложность схем, что негативно сказывается на надежности;
• Ремонт далеко не всегда удается произвести своими руками.

Трансформаторные блоки питания также имеют ряд плюсов, среди которых:
• Простота и надежность конструкции;
• Высокая ремонтопригодность и дешевизна запчастей;
• Отсутствие радиопомех;

Как вы понимаете, у трансформаторных блоков питания есть и недостатки, среди которых:
• Большой вес и габариты, что часто делает транспортировку очень неудобной;
• Обратная зависимость между КПД и стабильностью выходного напряжения;
• Металлоемкость конструкции.

Лабораторные блоки питания на сегодняшний день представлены огромным ассортиментом агрегатов. Спросом пользуются и импульсные, и трансформаторные блоки. Удачный выбор оборудования напрямую зависит от того, какие цели вы преследуете, приобретая блок питания

Если вы хотите всегда иметь под рукой надежный агрегат с отсутствием радиопомех, который редко ломается и легко поддается ремонту, тогда стоит обратить внимание на трансформаторные блоки питания. Если же для вас важна мощность и коэффициент полезного действия, тогда вам стоит подробнее изучить импульсные устройства.

Наиболее мощные лабораторный блоки питания представлены импульсными моделями:

Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MP3060D (30В, 60А)	1800 Вт
Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MP6030D (60В, 30А)	1800 Вт
Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MP5050D (50В, 50А)	2500 Вт
Лабораторный блок питания (источник питания) MAISHENG MP5060D (50В, 60А)	3000 Вт
Лабораторный блок питания MAISHENG MP40010D (400 В, 10 А)	4000 Вт
Лабораторный блок питания MAISHENG MP15030D (150 В, 30 А)	4500 Вт
Лабораторный источник питания MAISHENG MP30150D (30 В, 150 А)	4500 Вт
Лабораторный источник питания MAISHENG MP6080D (60 В, 80 А)	4800 Вт
Регулируемый источник питания MAISHENG MP50100D (50 В, 100 А)	5000 Вт

Какой свет купить

На самом деле… я скажу – оба. Каждый из них – отдельный инструмент для своих задач и как вы видите из иллюстраций, я работаю сейчас над использованием постоянного. Иногда даже можно использовать оба типа одновременно: например, задавая световой рисунок с помощью постоянного света вместе с замораживанием действующих лиц импульсным источником по второй шторке. Другим примером может быть съемка портретов с модными постоянными основными источниками света, обеспечивающими комфорт для глаз портретируемых, при подсветке задника импульсным источником.

В любом случае это зависит от ваших конкретных потребностей. Вам нужны прежде всего мощность и портативность? Выбирайте импульсный свет. Вы снимаете в студии и редко закрываете диафрагму больше чем до f/3.5? Тогда посоветую постоянный. Ваша конкретная ситуация может быть более неоднозначной, так что я не смогу дать один универсальный совет. Однако надеюсь, что данная статья даст вам некоторое общее представление о теме и поможет в принятии правильного решения.