Чем отличается импульсный блок питания от обычного: особенности и отличия

Игровая установка

В настоящее время у меня есть две старые машины, работающие именно с этой целью. Одна из них – это старый компьютер, на котором в настоящее время работает Steam OS и он подключен к телевизору. Он обрабатывает самые разные компьютерные игры, которые управляются с помощью обычного USB-контроллера, и отображает их на экране телевизора. Он способен запускать кучу игр из моей учетной записи Steam.

Другой – это самодельное устройство Raspberry Pi (микрокомпьютер размером с кредитную карту), которое существует исключительно для запуска эмуляций действительно старых видеоигр из моего детства. К нему также прикреплены два контроллера, и он подключается к телевизору.

Эти консоли по сути функционируют как игровые приставки, подключенные к телевизору, за исключением того, что это не консоли, а просто старые ПК и действительно дешевые игры. С этой настройкой вы не сможете играть в новейшие и лучшие 3D-игры с потрясающей графикой, но у вас будет доступ к множеству невероятно приятных игр.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Смотрите это видео на YouTube

Инверторы, особенно мощные, имеют сложную схемотехнику и доступны для повторения только опытным радиолюбителям. Для самостоятельной сборки сетевых источников питания можно рекомендовать несложные маломощные схемы с использованием специализированных микросхем ШИМ-контроллеров. Такие ИМС имеют малое количество элементов обвязки и имеют отработанные типовые схемы включения, которые практически не требуют регулировки и настройки.

При работе с самодельными конструкциями или ремонте промышленных устройств необходимо помнить, что часть схемы всегда будет находиться под потенциалом сети, поэтому требуется соблюдать меры безопасности.

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Как подобрать блок питания для светодиодной ленты по техническим характеристикам, расчёт мощности

Что такое диодный мост, принцип его работы и схема подключения

Что такое ШИМ — широтно-импульсная модуляция

Что такое оптрон, как работает, основные характеристики и где применяется

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

Что такое операционный усилитель

Операционный усилитель (ОУ) англ. Operational Amplifier (OpAmp), в народе – операционник, является усилителем постоянного тока (УПТ) с очень большим коэффициентом усиления. Словосочетание «усилитель постоянного тока» не означает, что операционный усилитель может усиливать только постоянный ток. Имеется ввиду, начиная с частоты в ноль Герц, а это и есть постоянный ток.

Термин «операционный» укрепился давно, так как первые образцы ОУ использовались для различных математических операций типа интегрирования, дифференцирования, суммирования и тд. Коэффициент усиления ОУ зависит от его типа, назначения, структуры и может превышать 1 млн!

Что следует учитывать

Как мы знаем стандартный запуск компьютера (соответственно и блока питания) осуществляется путем нажатия на кнопку «Пуск» или Power. То есть задействуется системная основа ПК, но как проверить компьютерный блок питания без материнской платы?

Для этого не обойтись без частичной разборки компьютера. В дальнейшем при выполнении манипуляций следует учесть важные моменты:

ПК следует отключить и полностью разъединить БП от всех компонентов системной платы. Поскольку современные устройства могут не запуститься даже при описанном ниже способе, все же рекомендуется подключить какую-нибудь нагрузку – вентилятор, старый и ненужный завалявшийся жесткий диск, CD, DVD проигрыватель и прочее

При совершении манипуляций следует соблюдать предельную осторожность. Если случайно замкнуть не те контакты, то этим можно вывести из строя устройство

Необходимость нагрузки опять-таки обусловлена конструктивными особенностями БП. По крайней мере, это относится к большинству современных устройств. Иначе включить блок питания без материнской платы не получится. Либо это может быть чревато разными последствиями, вплоть до полного его выхода из строя.

Последние мысли – куда девать старый компьютер

Я лично использовал старые компьютеры для многих вещей, перечисленных здесь, а те, которые я не делал лично, были сделаны моими друзьями (например, установка для камер наблюдения). Все эти варианты использования идеально подходят для старых компьютеров, которые вы по какой-то причине спрятали в шкафу, или для старого ноутбука, выставленного на продажу, или чего-то подобного.

Старые компьютеры могут приносить много пользы как лично вам, так и всему миру. Это просто требует, чтобы вы вытащили это старое оборудование из шкафа и сделали с ним что-нибудь полезное.

Если вы не хотите делать ничего из этого, по крайней мере, подумайте о том, чтобы найти благотворительную организацию, которая захочет получить компьютер, и пожертвуйте его после очистки жесткого диска. Это, по крайней мере, передаст компьютер в руки того, кто может и будет делать с ним что-то полезное и стоящее.

Удачи!

Что будет на выходе ОУ, если на обоих входах будет ноль вольт?

Итак, мы рассмотрели случай, когда напряжение на входах может различаться. Но что будет, если они будут равны? Что нам покажет Proteus в этом случае? Хм, показал +Uпит.

А что покажет Falstad? Ноль Вольт.

Кому верить? Никому! В реале, такое сделать невозможно, чтобы на два входа загнать абсолютно равные напряжения. Поэтому такое состояние ОУ будет неустойчивым и значения на выходе могут принимать значения или -E Вольт, или +E Вольт.

Давайте подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 Вольт и частотой в 1 килоГерц на НЕинвертирующий вход, а инвертирующий посадим на землю, то есть на ноль.

Смотрим, что имеем на виртуальном осциллографе:

Что можно сказать в этом случае? Когда синусоидальный сигнал находится в отрицательной области, на выходе ОУ у нас -Uпит, а когда синусоидальный сигнал находится в положительной области, то и на выходе имеем +Uпит.

Пробные тесты

Прежде, чем приниматься за сооружение рабочей конструкции, следует протестировать все на «коленках», убедиться
в стабильности работы шуруповерта под нагрузкой и отсутствии сильных перегревов в блоке питания.

Берем компьютерный блок питания и проверяем его: включаем в сеть, в выходном пучке проводов находим
зеленый (говорят он может быть другого цвета, но мне всегда попадались зеленые) и замыкаем его перемычкой
на любой из черных (все черные провода на выходе — общий вывод, в нашем случае он минус). Блок должен
включиться, между черными и желтыми проводами появится напряжение 12 вольт. Проверить это можно мультиметром
или подключив к названным выводам любой компьютерный кулер.

Если все в порядке и блок выдает около 12 вольт на желтом(+) и черном(-) выводах, продолжаем. Если
же напряжение на выходе отсутствует — ищем другой блок или ремонтируем этот, эта отдельная тема будет описана
отдельно.

Отрезаем штекер от выхода блока и берем по 3-4 желтых и черных проводов, идущих из блока и соединяем
их параллельно. Отрезая штекер, не забудьте о зеленом пусковом проводнике, он должен быть замкнут на черный.
Мы получили источник 12 В с приличной нагрузочной способностью по току в 10-20 А, токи зависят от модели
и мощности блока.

Теперь нужно подцепить наши 12 В к клеммам шуруповерта без батареи, полярность подключения смотрим по батарее.
Ну и проверяем шуруповерт — на холостом ходу, потом притормаживая рукой. На этом этапе я столкнулся с проблемой:
при полном нажатии кнопки шуруповерт работает, при медленном, плавном нажатии кнопки шуруповерта блок питания
уходит в защиту. Для сброса защиты необходимо отключать блок от сети и включать заново. Совсем не пойдет, нужно
как-то исправлять такую нестабильность.

Я вытащил плату блока из корпуса и подцепил дополнительно мультиметр, для постоянного контроля напряжения

На мой взгляд, такое явление может возникать из-за того, что блоком питания и кнопкой шуруповерта
управляют ШИМ-контроллеры, из-за помех по проводам питания, контроллеры как-то мешают друг другу. Пробуем
решить эту проблему использованием импровизированного LC-фильтра.

Я собрал фильтр за 5 минут из того что было под рукой: 3 электролитических конденсатора по 1000 мкф на
16 вольт, неполярного конденсатора менее 1 мкф и намотал 20 витков медного провода диаметром 2 мм на ферритовое колечко от другого блока. Вот его
схема:

А вот так он выглядит. Это чисто пробная версия, в дальнейшем эта конструкция перенесется в корпус батареи
шуруповерта и будет выполнена аккуратнее.

Проверяем всю конструкцию: блок не уходит в защиту при любых положениях кнопки, великолепно! Теперь можно попробовать
закрутить несколько саморезов — все пучечком. Чувствуется, что шуруповерт сможет закрутить и более крупные
саморезы.

Ну чтож, теперь нужно убрать все сопли и кучи проводов, вытащить из корпуса батареи «сдохшие банки», заменив их
на LC-фильтр и уже потестировать шуруповерт в более реальных условиях.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Здесь мы поговорим об импульсных блоках питания (ИБП), которые на сегодняшний день получили самое широкое распространение и с успехом используются во всех современных радиоэлектронных устройствах.

Прежде всего, эта статья посвящена для начинающих специалистов по ремонту электронной техники, поэтому материал будет изложен в упрощенной форме и поможет понять основные принципы работы ИБП.

Основной принцип, положенный в основу работы ИБП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (50 Гц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование осуществляется с помощью мощного транзистора, работающего в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый –выполняется по схеме импульсного автогенератора (например, такой использовался в ИБП телевизоров 3 – 4 УСЦТ) и второй – с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств).

Поскольку частота преобразователя обычно выбирается от 18 до 50 кГц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно компактны, что является немаловажным параметром для современной аппаратуры.

В ИБП используются два принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный». Выше описанный метод называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя. При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора (рисунок 2).

Уменьшение или увеличение напряжения на обмотке W2, приведет к изменению напряжения и на обмотке W3, которое через резистор R2 также приложено к выводу 1 ШИМ контроллера.

↑ Дальнейшая доработка

В качестве нагрузки и одновременно индикации на выходные выводы трансформатора напаял несколько лампочек на 12 и 26В небольшой мощности соответственно на 5-и 12-вольтовые. Здесь схематическое изображение трансформатора со стороны выводов и схема. По крайней мере у меня такие («цоколевку» можно определить по плате, из которой трансформатор выпаян):

Рис. 4In — «сетевая» обмотка,Gnd — «косичка», выходящая сверху трансформатора — средняя точка вторичных обмоток.

Рис. 5

5 — вольтовые обмотки намотаны двойным проводом и запараллелены на соответствующих парах выводов трансформатора. Включил в сеть (поначалу последовательно с лампой накаливания 220×60). Все индикаторные лампочки зажглись, как елочная гирлянда! Лампа 220×60 даже не вспыхнула – там электролит малой емкости – 6,8 мкФ х 400 В.

Через пару минут выключил, пощупал элементы, соблюдая главное правило электрика – держать одну руку в кармане! – все элементы были холодные! Далее увеличил нагрузку — припаял автомобильную лампу 10 вт и включил в сеть напрямую – работает! Выключив, пощупал элементы – холодные. Оставил на полчаса. Транзисторы и транс – чуть теплые. Прикрепил к транзисторам небольшие алюминиевые радиаторы – вааще не греются. На один радиатор прикрепил полоску электрокартона — радиатор находился в опасной близости к выключателю сетевого напряжения.

Пробовал разные трансы (у меня их три шт) – чуть меняется яркость ламп. Это объяснимо – когда-то экспериментировал с ними по методике из датагорской статьи «Старому компьютерному БП – новую жизнь в аудио!» и обнаружил, что секции первичной обмотки имеют разное количество витков, причем разница существенна – до 40%! Простительная китайская рассеянность…

Рис. 6

Для выпрямления берем два диода ER302

из того же АТХ. Припаиваем анодами к 12 – вольтовым выводам трансформатора.

Рис. 7

Примечание.

Для 12-14 вольтовых аккумуляторных батарей подключаемся к 5-вольтовым выводам. Далее к катодам – дроссель выходных напряжений того же АТХ, на котором оставлена только 12-вольтовая обмотка. Без дросселя шуруповерт работает нестабильно. И завершают эту цепочку параллельно включенные электролит 100 мкФ х 63 В минусом на «косичку» трансформатора и керамика 0,1 мкФ.

Рис. 8

Думал сделать платку, но потом решил сделать навесом – так проще и наглядней. Транс и дроссель прикреплены к днищу аккумуляторного контейнера, из которого удалены аккумуляторы, капроновыми стяжками плюс термоклеем – при работе возможны удары и падения. Да и вибрация. Плату энергосберегайки привинчиваем винтом М3 с гайкой и пружинной шайбой к днищу контейнера. Радиаторы скрепляем между собой деревянной проставкой с мелкими саморезами. Концы проставки для укрепления обматываем суровой ниткой (нитка — ужас какая суровая — подойти страшно!) и пропитываем ПВА.

Подключаем шуруповерт, соблюдая полярность. Включаем – работает на обеих скоростях! Пытаемся остановить рукой – немного снижаются обороты, но остановить невозможно! Собираем, устанавливаем выключатель. Желтый светодиод установлен для… да просто был он у меня! Да и индикация заметная, особенно при просадке напряжения под нагрузкой (можно, кстати, организовать локальное освещение рабочей зоны).

Рис 9

Напряжение на конденсаторах без нагрузки около 22,5 В – такое же, как Uх.х. батареи из 15-ти аккумуляторов. Балластный резистор 3 кОм припаиваем к выводу светодиода и заключаем в термоусадку. Светодиод подключаем параллельно конденсаторам.

Готов к дачному сезону!

Рис. 10

P.S.

У меня есть сетевой шуруповерт. Все хорошо, но у него нет электротормоза вала! А у этого есть!

Думаю, подобный ИБП можно прикрутить и к другим девайсам. Если усилить проводники на плате и прочие элементы (не забыв заменить термистор на АТХ – ский), ватт 200, как минимум, можно из него качнуть.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

бестрансформаторные;
трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Сфера применения импульсного блока питания

Импульсные преобразователи напряжения применяются в большинстве случаев вместо традиционных трансформаторных с полупроводниковыми стабилизаторами. При одинаковой мощности инверторы отличаются меньшими габаритными размерами и массой, высокой надежностью, а главное — более высоким КПД и возможностью работать в широком диапазоне входного напряжения. А при сравнимых габаритах максимальная мощность инвертора в несколько раз выше.

В такой области, как преобразование постоянного напряжения, импульсные источники практически не имеют альтернативной замены и способны работать не только по понижению напряжения, но и вырабатывать повышенное, организовывать смену полярности. Высокая частота преобразования существенно облегчает фильтрацию и стабилизацию выходных параметров.

Цифровая фоторамка

Если у вас есть старый ноутбук или планшет, или у вас есть небольшой монитор с плоским экраном и небольшой ПК или Mac, которые вы можете положить где-нибудь поблизости, эти предметы легко превратить в цифровую фоторамку, которая может просто непрерывно отображать семейные фотографии или другие изображения которые вы хотите отобразить. Многие плоскопанельные мониторы можно легко закрепить на стене, пропустив шнуры через небольшое отверстие в гипсокартоне, например, или планшет можно установить на столе со шнуром, идущим к источнику питания.

Почти во всех операционных системах есть какое-то приложение, которое будет непрерывно отображать фотографии из папки в бесконечном цикле. Просто заполните эту папку изображениями, которые вы хотите видеть, запустите приложение и разверните его на весь дисплей. Одна из отличных стратегий – направить программу отображения фотографий в общую папку облачного хранилища, чтобы вы могли постоянно обновлять фотографии, вообще не внося никаких изменений в устройство.

Это отличный вариант для старого планшета, маленького старого ПК или старого Mac Mini. Они способны выполнять такую простую программу в течение очень долгого времени без перерывов, и она потребляет очень мало энергии.

Особенности лабораторных блоков

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа построен на активном преобразовании тока. Мостовой выпрямитель в стандартной схеме предусмотрен один. Для того чтобы убирать все помехи, используются фильтры в начале, а также в конце цепи. Конденсаторы импульсный лабораторный блок питания имеет обычные. Насыщение транзисторов происходит постепенно, и на диодах это сказывается положительно. Регулировка напряжения во многих моделях предусмотрена. Система защиты призвана спасать блоки от коротких замыканий. Кабели для них обычно используются немодульной серии. В таком случае мощность модели может доходить до 500 Вт.

Разъемы блока питания в системе чаще всего устанавливаются типа АТХ 20. Для охлаждения блока в корпусе монтируется вентилятор. Скорость вращения лопастей должна регулироваться при этом. Максимальную нагрузку блок лабораторного типа должен уметь выдерживать на уровне 23 А. При этом параметр сопротивления в среднем поддерживается на отметке 3 Ом. Предельная частота, которую имеет импульсный лабораторный блок питания, равна 5 Гц.

Нужна ли переделка?

Переделывать шуруповерт или нет? Перед началом работы необходимо оценить достоинства и недостатки данного решения. Если говорить о первых, то в результате хозяин добьется:

исчезновения проблем с внезапно разрядившимся инструментом;
отсутствия зависимости от низкой температуры, ведь при таких условиях аккумуляторы разряжаются очень быстро;
получения стабильно крутящегося момента;
значительной экономии, так как покупка новой, довольно дорогой батареи не потребуется.

Кроме того, это единственный остающийся вариант, если модель уже снята с производства, когда инструмент срочно необходим, а ждать прибытия нового аккумулятора времени нет. Если сам шуруповерт работает без нареканий, то противопоказаний к его переделке нет. Единственное, чего он лишится, это мобильность, но этот минус все же не так существенен, с ним можно справиться.

↑ Источник идеи

Для начала делаем, как в статье LED-освещение на кухне и в ванной. Извлекаем плату с деталями, производим следующую доработку (цитата):

Рис. 1

Обведенное красным – колба, она удаляется сматыванием выводов колбы с граненых стоек (обведено красным) – живой пример монтажа накруткой. Конденсатор С5 находится на плате – он нам тоже не нужен, убираем. Соединяем перемычкой – указано зеленым – дроссель L4 и точку соединения С4 и С6 – все

Транзисторы меняем на 13007, хотя встречаются энергосберегайки и с такими транзисторами. Будут, вероятно, работать 13005, но я не пробовал. Диоды моста 1N4007 оставим – думаю, одноамперных в сетевом питании достаточно. Дроссель D0 заменяем на АТХ – ский – не будем шуметь в электросеть.

Для этого в платке сверлим дополнительное отверстие.