Импульсные вторичные источники питания с повышенным качеством входных и выходных токов

Простой импульсный БП для УМЗЧ

Представляю вашему вниманию испытанную мной схему достаточно простого импульсного сетевого блока питания УМЗЧ. Мощность блока составляет около 180Вт.

Входное напряжение – 220В;

Выходное напряжение – +-25В;

Частота преобразования – 27кГц;

Максимальный ток нагрузки – 3,5А.

Схема блока

достаточно проста:

Она представляет из себя полумостовой инвертор с переключающим насыщаюшимся трансформатором. Конденсаторы С1 и С2 образуют делитель напряжения для одной половины полумоста, а так же сглаживают пульсации сетевого напряжения.

Второй половиной полумоста являются транзисторы VT1 и VT2, управляемые переключающим трансформатором Т2.

В диагональ моста включена первичная обмотка силового трансформатора Т1, который рассчитан так что он не насыщается во время работы.

Кратко принцип его работы. Конденсатор С7 заряжается через резистор R3, при этом напряжение на коллекторе транзистора VT3 пилообразно растёт. При достижении этого напряжения примерно 50 – 70В, транзистор лавинообразно открывается, и конденсатор разряжается через транзистор VT3 на базу транзистора VT2 и обмотку III трансформатора Т2, тем самым запуская преобразователь.

Конструкция и детали

Блок питания собран на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита. Чертёж платы не привожу, так как у каждого в заначке свои детали. Ограничусь лишь фото своей платы:

По моему, утюжить такую плату не имеет смысла, она не слишком сложная.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применить отечественные КТ812, КТ704, КТ838, КТ839, КТ840, то есть с граничным напряжением коллектор-эмиттер не менее 300В, из импортных знаю только J13007 и J13009, они применяются в компьютерных БП. Диоды можно заменить любыми другими мощными импульсными или с барьером шоттки, я, например, использовал импортные FR302.

Трансформатор Т1 намотан на двух сложенных кольцах К32Х19Х7 из феррита марки М2000НМ, первичная обмотка намотана равномерно по всему кольцу и составляет 82 витка провода ПЭВ-1 0,56.

Перед намоткой необходимо скруглить острые кромки колец алмазным надфилем или мелкой наждачной бумагой и обмотать слоем фторопластовой ленты, толщиной 0,2 мм, так же нужно обмотать и первичную обмотку.

Трансформатор Т2 намотан на кольце К10Х6Х5 из феррита той же марки. Все обмотки намотаны проводом МГТФ 0,05. Обмотка I состоит из десяти витков, а обмотки II и III намотаны одновременно в два провода и составляют шесть витков.

Наладка БП

ВНИМАНИЕ!!! ПЕРВИЧНЫЕ ЦЕПИ БП НАХОДЯТСЯ ПОД СЕТЕВЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ, ПОЭТОМУ НУЖНО СОБЛЮДАТЬ МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ. Первый запуск блока желательно производить подключив его через токоограничивающий резистор, представляющий из себя лампу накаливания мощностью 200Вт и напряжением 220В

Первый запуск блока желательно производить подключив его через токоограничивающий резистор, представляющий из себя лампу накаливания мощностью 200Вт и напряжением 220В.

Как правило, правильно собранный БП в наладке не нуждается, исключение составляет лишь транзистор VT3. Проверить релаксатор можно подключив эмиттер транзистора к минусовому полюсу.

После включения блока, на коллекторе транзистора должны наблюдаться пилообразные импульсы частотой около 5Гц.

KSH13005W Datasheet (PDF)

1.1. ksh13005w.pdf Size:144K _shantou-huashan

N P N S I L I C O N T R A N S I S T O R Shantou Huashan Electronic Devices Co.,Ltd. KSH13005W █ HIGH VOLTAGE SWITCH MODE APPLICICATION High Speed Switching Suitable for Switching Regulator and Montor Control █ ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS（Ta=25℃） TO-263（D2PAK） Tstg——Storage Temperature………………………… -55~150℃ Tj——Junction Temperature………

2.1. ksh13005a.pdf Size:227K _upd

KSH13005A KSH13005A ◎ SEMIHOW REV.A1,Oct 2007 KSH130 005A KSH13005A Switch Mode series NPN silicon Power Transistor Switch Mode series NPN silicon Power Transistor — High voltage, high speed power switching — Suitable for switching regulator, inverters motor controls 4 Amperes NPN Silicon Power Transistor Absolute Maximum Ratings TC=25℃ unless otherwise noted 75 Watts TO-220

2.2. ksh13005af.pdf Size:223K _upd

KSH13005AF KSH13005AF ◎ SEMIHOW REV.A1,Oct 2007 KSH130 005AF KSH13005AF Switch Mode series NPN silicon Power Transistor Switch Mode series NPN silicon Power Transistor — High voltage, high speed power switching — Suitable for switching regulator, inverters motor controls 4 Amperes NPN Silicon Power Transistor Absolute Maximum Ratings TC=25℃ unless otherwise noted 75 Watts TO

H13005 Datasheet (PDF)

1.1. ksh13005a.pdf Size:227K _upd

1.2. ksh13005af.pdf Size:223K _upd

1.3. ksh13005w.pdf Size:144K _shantou-huashan

1.4. h13005adl.pdf Size:120K _jdsemi

R H13005ADL 深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司 www.jdsemi.cn Bipolar Junction Transistor ShenZhen Jingdao Electronic Co.,Ltd. ◆Si NPN ◆RoHS COMPLIANT 1． 1． 1．APPLICATION 1． Mainly used for 110V power Fluorescent Lamp、 Electronic Ballast，etc 2． 2． 2

1.5. h13005dl.pdf Size:120K _jdsemi

R H13005DL 深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司 www.jdsemi.cn Bipolar Junction Transistor ShenZhen Jingdao Electronic Co.,Ltd. ◆Si NPN ◆RoHS COMPLIANT 1． 1． 1．APPLICATION 1． Mainly used for 110V power Fluorescent Lamp、 Electronic Ballast，etc 2． 2． 2

1.6. h13005.pdf Size:116K _jdsemi

R H13005 深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司 www.jdsemi.cn Bipolar Junction Transistor ShenZhen Jingdao Electronic Co.,Ltd. ◆Si NPN ◆RoHS COMPLIANT 1． 1． 1．APPLICATION 1． Fluorescent Lamp、Electronic Ballast、 Charger and Switch-mode power supplies 2． 2

1.7. h13005d 2.pdf Size:118K _jdsemi

R H13005D 深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司深圳市晶导电子有限公司 www.jdsemi.cn Bipolar Junction Transistor ShenZhen Jingdao Electronic Co.,Ltd. ◆Si NPN ◆RoHS COMPLIANT 1． 1． 1．APPLICATION 1． Fluorescent Lamp、Electronic Ballast、 and Switch-mode power supplies 2． 2． 2．

1.8. h13005d.pdf Size:118K _jdsemi

Графические иллюстрации характеристик

Рис. 1. Зависимость времени задержки t_d и времени нарастания импульса t_r от коллекторной нагрузки I_C.

Характеристика снята при напряжении питания U_CC = 125 В, температуре п/п структуры T_j = 25°C, и соотношении токов I_C/ I_B = 5.

При измерении времени задержки t_d установлено напряжение смещения U_BE₍_OFF₎ = 5 В.

Рис. 2. Зависимость времени сохранения t_s и времени спадания импульса t_f от величины коллекторной нагрузки I_C.

Рис. 3. Зависимость статического коэффициента усиления h_FE транзистора в схеме с общим эмиттером от величины коллекторной нагрузки I_C.

Зависимость снята для различных значений температуры структуры T_j и напряжений коллектор-эмиттер U_CE.

Рис. 4. Изменение падения напряжения на транзисторе U_CE при изменении управляющего тока базы I_B. Зависимости сняты при различных нагрузках I_C и температуре структуры T_j = 25°C.

Рис. 5. Изменение напряжения насыщения на базовом переходе U_BE₍_sat₎ при разных нагрузках I_C и разных температурах структуры T_j. Соотношение токов I_C / I_B = 3.

Пунктиром показано изменение напряжения включения U_BE₍_ON₎ при напряжении на коллекторе U_CE = 2 В.

Рис. 6. Зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер U_CE(sat) от коллекторного тока I_C при различных температурах и соотношении токов I_C/ I_B = 3.

Рис. 7. Область выключения транзистора. Зависимость коллекторного тока I_C от напряжения база-эмиттер U_BE.

Характеристика снята при разных температурах T_j структуры и напряжении коллектор-эмиттер U_CE = 250 В.

FORWARD – напряжение база-эмиттер приложено в прямом направлении.

REVERS — напряжение база-эмиттер приложено в обратном направлении.

Рис. 8. Зависимости входной емкости C_ib перехода эмиттер-база и выходной емкости C_ob коллекторного перехода от величины обратного приложенного напряжения. Температура структуры T_j= 25°С.

Рис. 9. Область безопасной работы транзистора при резистивной нагрузке.

Предельные токи ограничены: значением максимального постоянного тока I_C = 1,5 А и максимального импульсного тока I_CM = 3,0 А.

При этих значениях тока разрушаются паяные соединения подводящих проводов со слоями п/п структуры. Показано штрихпунктирной линией.

Предельные напряжения ограничены максимальным рабочим напряжением U_CEO₍_SUS₎= 400 В.

Общее тепловое разрушение структуры наступает при превышении ограничений по току и напряжений, показанных пунктирной линией.

Сплошная линия обозначает ограничения, связанные с вторичным необратимым пробоем п/п структуры транзистора. Во всех режимах работы линии нагрузки транзистора (зависимости I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE) не должны превышать обозначенных ограничений.

Рис. 10. Ограничение величины рассеиваемой мощности (нагрузки) транзистора при возрастании температуры окружающей среды T_a.

Характеристика снята для условий работы на резистивную нагрузку.

Рис. 11. Область безопасной работы транзистора с обратным смещением для случая с введенными ограничениями перенапряжений.

Предельное ограничение по напряжению (перенапряжению) U_CLAMP = 700 В.

Величины напряжений обратного смещения U_BE₍_OFF₎соответственно 9 В, 5 В, 3 В и 1,5 В.

Характеристики построены для температуры структуры в пределах 100°С и при токе базы I_B₁ = 1 А.

Такая ОБР с обратным смещением характерна для схем работы транзистора на индуктивную нагрузку.

В этих режимах работы, линии нагрузки транзистора (зависимости I_C от напряжения коллектор-эмиттер U_CE) не должны превышать обозначенных ОБР ограничений.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Правило №2: у качественных ИБП в конструкции блока должен работать надежный фильтр в/ч сигналов.

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Реактивные демодуляторы с коммутацией полярности выходного тока в составе автономных инверторов

На рис. 5 приведены структуры автономных инверторов синусоидального тока (АИСТ) с понижающим импульсным модулирующим конвертором (ИМК), реактивным демодулятором (РДМ) и коммутатором полярности (КП) выходного тока: а) с последовательным предвключенным реактором (L_р) и мостовым КП; б) с параллельным обратноходовым реактором (трансреактором) (L_р, Т–L_р) и мостовым КП; в) с общим заземлением средних точек входного емкостного фильтра, шунтирующей электронно-ключевой стойки и параллельного обратноходового трансреактора (Т–L_р) и с полумостовым КП; г) с комбинированным последовательно-параллельным трансреактором (Т–L_р), с общим зеземлением средних точек входного емкостного фильтра, шунтирующей электронно-ключевой стойки и выходного вывода и с двунаправленным КП; д) с последовательным предвключенным реактором (L_р), трансформаторным инвертором прямоугольного тока (ИПТ) повышенной частоты и двунаправленным КП со средней точкой; е) с комбинированным последовательно-параллельным трансреактором (Т–L_р), трансформаторным (автотрансформаторным) ИТП повышенной частоты и двунаправленным КП со средней точкой.

Рис. 5. Структуры АИСТ с ИМК, РДМ и КП выходного тока

Первая структура (рис. 5а) реализует преобразование с максимальным КПД при произвольном соотношении входных и выходных напряжений. Транзисторы VT_1,2 двухключевой электронной стойки КП не только участвуют в коммутации полярности вместе с тиристорами VS_1,2, но и подключают к ИМК реактор L_р для накопления в нем электромагнитной энергии (бустерный режим), которая может быть зафисирована и временно сохранена путем одновременного включения VT₁ и VT₂. ИМК и КП в совокупности с реакторным звеном синусно-пульсирующего знакопостоянного тока и выходным конденсаторным фильтром (С_ф2) представляют собой аналог классического регулируемого инвертора тока, но не тиристорного, «ведомого сетью», а автономного инвертора синусоидального напряжения (АИСН).

Структура на рис. 5б имеет более низкий КПД, но зато обеспечивает лучшее согласование источника и нагрузки по напряжению, а при трансреакторе (Т–L_р) также их гальваническую развязку, что является важным аспектом ЭМС и электробезопасности. Здесь также возможна фиксация и временное сохранение электромагнитной энергии реактора (трансреактора) путем включения одной из тиристорных стоек КП.

Структура на рис. 5в имеет общее заземление входа и выхода, что является существенным преимуществом при реализации многофазных преобразователей частоты с непосредственной связью, рассматриваемых ниже.

Четвертая из приведенных структур (рис. 5г) также имеет общее заземление входа и выхода и поэтому пригодна для реализации многофазных ПЧ. Ее КПД выше, чем у предыдущей, за счет прямоходового непосредственного преобразования при совпадении полярностей напряжений на входе и выходе.

Последние две структуры, помимо последовательного реактора (рис. 5д) или комбинированного последовательно-параллельного трансреактора (рис. 5е), содержат трансформаторный (автотрансформаторный) ИПТ повышенной частоты. Обе структуры имеют относительно низкий КПД из-за каскадного двойного преобразования энергии (с модуляцией и демодуляцией в каждом), но удобны для согласования сети с нагрузкой по напряжению и в аспекте электробезопасности (например, для сварочного аппарата или низковольтового светодиодного светильника).

STI13005-1 Datasheet (PDF)

1.1. sti13005-1.pdf Size:235K _update

STI13005-1 High voltage fast-switching NPN power transistor Preliminary data Features ■ STI13005-1 is opposite pin out versus standard IPAK package ■ High voltage capability ■ Low spread of dynamic parameters 3 ■ Very high switching speed 2 1 Application IPAK ■ Switch mode power supplies (AC-DC converters) Description Figure 1. Internal schematic diagram The device

2.1. sti13005h.pdf Size:226K _update

STI13005-H High voltage fast-switching NPN power transistor Datasheet — production data Features ■ Low spread of dynamic parameters ■ Minimum lot-to-lot spread for reliable operation TAB ■ Very high switching speed Applications 3 2 1 ■ Electronic ballast for fluorescent lighting I2PAK ■ Switch mode power supplies Description This device is manufactured using high volta

ALJ13002 Datasheet (PDF)

1.1. alj13002.pdf Size:103K _update

SUNROC ALJ13002 TRANSISTOR(NPN) FEATURES 1. EMITTER Power dissipation 2.COLLECTOR PCM:0.8W(Tamb=25℃) Collector current 3.BASE ICM:0.6A Collector-base voltage V(BR)CBO: 600V 1 2 3 Opcrating and storage junction temperature range TJ,Tstg:-65℃ to -150℃ ELECTRICAL CHARACTERISTICS(Tamb=25℃ unless otherwise specjfied): MIN TYP MAX UNIT Parameter Symbol Tes

3.1. alj13003.pdf Size:104K _update

SUNROC ALJ13003 TRANSISTOR(NPN) FEATURES ·power switching applications MAXIMUM RATINGS(Ta=25℃ unless otherwise noted) Symbol Parameter Value Units VCBO Collector-Base Voltage 600 V VCEO Collector-Emitter Voltage 400 V VEBO Emitter-Base Voltage 9 V IC Collector Current-Continuous 1.2 A PC Collector Power Dissipation 25 W TJ Junction Temperature 150 ℃ Tstg Storage Temperature -55

3.2. alj13005.pdf Size:150K _update

SUNROC ALJ13005 TRANSISTOR(NPN) MAXIMUM RATINGS(Ta=25℃ unless otherwise noted) MAXI Parameter Value Units Collector-Base Voltage VCBO 700 V Collector-Emitter Voltage VCEO 400 V Emitter-Base Voltage VEBO 9 V Collector Current IC 2.0 A Collector Power Dissipation PC 50 W Junction Temperature Tj 150 ℃ Storag Temperature -55～150 ℃ Tstg ELECTRICAL CHARACTERISTICS

3.3. alj13003-251.pdf Size:104K _update

3.4. alj13001.pdf Size:195K _update

SUNROC ALJ13001 TRANSISTOR (NPN) TO-92 FEATURES 1. BASE power switching applications 2. COLLECTOR 3. EMITTER MAXIMUM RATINGS (TA=25℃ unless otherwise noted) Symbol Parameter Value Units 1 2 3 VCBO Collector -Base Voltage 600 V VCEO Collector-Emitter Voltage 400 V VEBO Emitter-Base Voltage 7 V IC Collector Current -Continuous 0.2 A PC Collector Power Dissipation

Другие транзисторы… 2SC4355 , 2SC4356 , 2SC4357 , 2SC4358 , 2SC4359 , 2SC436 , 2SC4360 , 2SC4361 , BD139 , 2SC4363 , 2SC4364 , 2SC4365 , 2SC4366 , 2SC4367 , 2SC4368 , 2SC4369 , 2SC437 .

Виды энергосберегающих ламп

К энергосберегающим бытовым лампам, как правило, относят люминесцентные приборы освещения. В большинстве случаев это компактные модели, оснащенные резьбовым цоколем Е27, Е14 и Е40 и характеризующиеся мощностью от 7 ватт и выше. Все виды светильников, попадающие в эту категорию, разделяются по двум основным признакам:

Типу цоколя.
Температуре цвета.

По типу фиксирующего в корпусе фонаря или люстры элемента энергосберегающие лампы подразделяются на резьбовые и штырьковые. Первые наиболее распространены в бытовых условиях и различаются по диаметру (14, 27, 40 мм и т. д.). В основном это изделия таких фирм, как Delux, Osram, Космос и др.

Для специфического вида светильников применяют двух- и четырехштырьковые энергосберегающие лампы. Они маркируются буквой D или G и цифровым значением. Основная сфера их применения – мощные схемы освещения в специфических условиях эксплуатации, например, для освещения стадиона.

По параметру температуры свечения энергосберегающие лампы работают в трех основных сегментах спектра:

2700К – тепло-белый. Отличается желтоватым оттенком, схожим с обычной лампой-накала.
4200К – естественно-белый. Прозрачный дневной свет. Является наиболее комфортным для зрительного восприятия.
6400К – холодно-белый. С примесью голубоватого свечения. Применяется в основном на мощных промышленных схемах подсветки.

Кроме того, существует градация энергосберегающих ламп по форме самой колбы – трубчатые, прямые, спиралеобразные, грушевидные, шарообразные, U-образные и другие. В маркировке таких моделей обязательно указывается диаметр трубки. Например, у Т12 поперечник соответствует значению в 38 мм.

STI13005-1 Datasheet (PDF)

1.1. sti13005-1.pdf Size:235K _update

2.1. sti13005h.pdf Size:226K _update

Что такое транзистор

Для того, чтобы углубиться в тематику различных видов транзисторов, а конкретно в нашем случае узнать больше о транзисторе Дарлингтона, предлагаю сначала узнать все о самом простом транзисторе. Давайте разберемся, зачем он нужен и как он работает.

Начать хотелось бы с такого понятия, как триод. Это в общем такая лампа, которая может управлять током в цепи. Так вот, транзистор это тоже такой полупроводниковый триод, только уже без лампы. У него есть целых 3 вывода. Для чего оно надо? Транзисторы используются для коммутации и преобразования тока в цепи, при этом питаясь от небольшого входного тока. В электронике они используются очень часто. Например, их применяют во всех управляющих схемах различных электронных устройств (в тех же компьютерных платах). Конечно, иногда их еще можно заменить реле и тиристорами, но у тех тоже есть свои существенные недостатки, но это уже, как вы понимаете, совсем другая история. Вот так выглядит самый обыкновенный транзистор:

Источники

Ведомственное нормотворчество (теория и практика применения). Монография; Проспект — М., 1988. — 947 c.
Практический бухгалтерский учёт. Официальные материалы и комментарии (720 часов) №2/2014; РГГУ — Москва, 2014. — 932 c.
Спиридонова О. Е. Юридические конструкции и символы в уголовном праве; Юридический центр — М., 2005. — 915 c.
Сочивко Д. В. Подсознание террориста; Когито-Центр — М., 2006. — 907 c.
Потапова А. А. Шпаргалка по муниципальному праву. Учебная литература: моногр. ; Проспект — М., 1980. — 868 c.