Двухполярный блок питания: обзор готового решения «для ленивых» / Корпуса, БП, ИБП, корпусное охлаждение, сетевые фильтры / iXBT Live

Регулируемый двухполярный источник питания

В данной статье мы расскажем как собрать небольшой регулируемый стабилизированный двухполярный источник питания для использования в лабораторных условиях при наладке схем, требующих двухполярного питания.

О том, что такое двухполярное питание – написаны целые трактаты, от 2 абзацев до статьи длинной в 40 листов, поэтому мы не будем расписывать здесь эти подробности, отметим лишь самые важные моменты. Данный тип питания чаще всего применяется измерительной технике и различной аналоговой аппаратуре, особенно в аудио и видео – причина этого довольно проста: многие сигналы, которые надо измерять и обрабатывать имеют не только положительное значение, но и отрицательное, в соответствии с порождающим их неэлектрическим физическим явлением. Ярким примером такого явления являются звуковые волны, которые раскачивают мембрану динамического микрофона, порождая в катушке ток, направление которого показывает положение этой самой мембраны относительно точки покоя.

Следовательно, схема обработки такого сигнала должна нормально работать при любом знаке напряжения на входе. Таких схем реализовано огромное множество, но многим из них требуется двухполярное питание.

Опять же, существует огромное количество всевозможных схем для получения двухполярного питания — от примитивных, до весьма нестандартных, использующих совершенно неочевидные схемотехнические решения. Рассматривать преимущества абстрактных схем и решений, вних примененных, можно бесконечно долго, а наилучшего варианта попросту не существует, т.к. в каждом конкретном случае существуют определенные требования (в том числе и наличие необходимых компонентов на текущий момент времени), которые и определяют конечный вариант сборки устройства.

Выбор схемы двухполярного источника питания

С учетом вышеизложенного, соберем небольшой регулируемый стабилизированный двухполярный источник питания для использования в лабораторных условиях при наладке маломощных усилителей низкой частоты, измерительных схем, содержащих в себе операционные усилители, и других устройств, по тем или иным причинам требующих двухполярного питания.

Добавим, что данный источник должен иметь низкий уровень собственных шумов и как можно более низкую пульсацию выходного напряжения. Дополнительно требуется, чтобы он был достаточно надежным и мог пережить подключение к нему некорректно собранного устройства. Также хотелось бы сделать его в виде универсального модуля, который можно было бы использовать для быстрого макетирования новых конструкций или временно установить его в устройство, для которого еще не изготовлен окончательный вариант блока питания. Определив ТЗ можно перейти к подбору схемы будущего устройства.

Все схемы преобразователей однополярного питания в двухполярное, наподобие приведенных на Рис. 1, мы не рассматриваем, т.к. их применение возможно только со строго определенной нагрузкой. Так, например, в случае возникновения короткого замыкания в цепи, подключенной к одному из плеч – возникнет непредсказуемый перекос напряжений или токов, который в свою очередь может привести к выходу из строя и источника, и исследуемой схемы.

Рис. 1 — Неподходящие схемы преобразователей

Отличнейшая схема преобразования однополярного питания в двухполярное, но, увы, без регулировки выходного напряжения приведена в журнале «Радиоаматор» № 6 за 1999 год:

Рис. 2 — Схема преобразования однополярного питания в двухполярное без регулировки выходного напряжения

В экстренных случаях можно смело рекомендовать ее к повторению, но для нашей задачи она не подходит.

Сразу же отбросим идею простого импульсного источника, т.к. при использовании простейших схем, которые содержат минимальный набор компонентов – источник получается очень шумным, т.е. на выходе у него присутствует довольно много шумов и разного рада помех, от которых не так-то просто избавиться.

Рис. 3 — Схема из книги «500 схем для радиолюбителей. Источники питания», автор А.П. Семьян

При этом для питания УНЧ на микросхеме TDA – это отличный вариант, а вот для микрофонного усилителя с большим коэффициентом усиления – уже не очень. К тому же, все равно придется делать отдельные узлы стабилизации и защиты от короткого замыкания. Хотя, если бы нам требовался источник мощностью от 150 Вт и более – построение импульсного блока питания с регулировкой, хорошей фильтрацией и встроенной защитой стало бы превосходным, да к тому же, экономически выгодным решением.

Самым простым и надежным решением для нашей задачи будет использование трансформатора мощностью около 30 Вт с двумя обмотками или обмоткой с отводом от средней точки. Данные трансформаторы широко распространены на рынке, их легко найти в отжившей свой век аппаратуре, а в крайнем случае всегда можно домотать дополнительную обмотку на имеющийся в данный момент в наличии.

Рис. 4 — Трансформаторы

Так как нам нужен стабилизированный источник, то соответственно после трансформатора и диодного моста нам нужен некий регулируемый блок стабилизации напряжения с защитой от короткого замыкания (хотя защиту от замыкания можно добавить и после).

Следующим шагом бракуем все варианты стабилизаторов, собранные на дискретных элементах и состоящие из огромного числа деталей, как слишком сложные для поставленной задачи. К тому же, в подавляющем большинстве случаев они требуют тщательной настройки с подбором некоторых элементов.

Рис. 5 — Стабилизатор, собранный на дискретных элементах

Наиболее простым решением в нашем случае будет использование регулируемых линейных стабилизаторов, таких как LM317. Сразу же хочется предостеречь от в корне неверной идеи использования двух положительных стабилизаторов, включенных как показано ниже. Данная схема, хотя и может работать – функционирует некорректно и нестабильно!

Рис. 6 — Схема с использованием двух положительных стабилизаторов

Соответственно, придется использовать «комплементарный» регулируемый стабилизатор LM337. Плюсом обоих стабилизаторов является встроенная защита от перегрева и короткого замыкания на выходе, а также простая схема включения и отсутствие необходимости в настройке. Подсмотреть типовую схему включения данных стабилизаторов можно в даташите от производителя:

Рис. 7 — Типовая схема включения стабилизаторов LM317-LM337

Немного доработав ее, получим итоговый вариант модуля регулируемого двухполярного источника питания, собирать который мы будем по следующей схеме:

Рис. 8 — Схема модуля регулируемого двухполярного источника питания

Схема кажется сложной из-за того, что мы отметили на ней все рекомендуемые детали обвязки, а именно шунтирующие конденсаторы и диоды, служащие для разряда емкостей. Дабы убедиться в необходимости установки большинства из них – можно снова обратиться к даташиту:

Рис. 9 — Схема обвязки из datasheet

Мы добавили еще несколько элементов, чтобы еще больше защитить наш стабилизатор и максимально сгладить все пульсации и выбросы напряжения на выходе.

Для упрощения изготовления, а именно — уменьшения количества операций, необходимых для сборки применим технологию поверхностного монтажа, т.е. все детали в нашей конструкции будут SMD. Еще одним важным моментом будет тот факт, что в нашем модуле не будет сетевого трансформатора, его мы сделаем подключаемым. Причина кроется в том, что при большой разнице между питающим и выходным напряжениями, и работе с максимальным током, разницу между подводимой и отдаваемой в нагрузку мощностями необходимо рассеивать на регулирующих элементах нашей схемы, а конкретно – на интегральных регуляторах. Максимальная рассеиваемая мощность для таких стабилизаторов и так невелика, а при использовании SMD-корпусов становится еще меньше, и в результате максимальный ток подобного стабилизатора, работающего с разницей между входным и выходным напряжениями в 20 В, легко может опуститься до 100 mA, а этого для наших задач уже недостаточно. Решить эту проблему можно уменьшив разницу между этими напряжениями, например, подключив трансформатор с напряжениями вторичных обмоток наиболее близкими к тому, которое требуется в данный момент.

Подбор компонентов

Одним из сложных моментов реализации нашей идеи внезапно оказался подбор интегральных стабилизаторов в нужном корпусе. Несмотря на то, что мне было достоверно известно об их существовании во всех возможных SMD-корпусах, просмотр даташитов различных производителей не позволял найти точной маркировки, а поиск по параметрам у нескольких глобальных поставщиков показывал лишь отдельные варианты, и чаще всего различных производителей. В итоге, искомая комбинация в корпусах SOT-223, к тому же из одной серии, обнаружилась на сайте Texas Instruments: LM337IMP и LM317EM:

Рис. 10 — Интегральные стабилизаторы LM337IMP и LM317EM

Стоит отметить, что различных пар, состоящих из разнополярных стабилизаторов напряжения можно подобрать великое множество, однако производителем рекомендована пара из стабилизаторов одной серии. Оба стабилизатора обеспечивают максимальный ток до 1 A при разнице между входным и выходным напряжением до 15 В включительно, однако номинальным током, при котором стабилизатор гарантированно не уходит в защиту по перегреву можно считать 0,5-0,8 А. Тока в 500 mA в тех приложениях, для которых мы строим данный стабилизатор более чем достаточно, поэтому будем считать задачу по подбору стабилизаторов выполненной.

Перейдем к остальным компонентам.

Рис. 11 — Компоненты для сборки регулятора

Диодный мост – любой, с номинальным током 1-2 А. на напряжение не менее 50 В, мы использовали DB155S.

Электролитические конденсаторы в данной схеме применимы практически любые, с небольшим запасом по напряжению. Подбор осуществляется исходя из следующих соображений: так как размах питающего напряжения, которое нам требуется не превышает 15 В, а рекомендуемый максимум для стабилизаторов составляет 20 В – конденсаторы на 25 В имеют запас минимум в 25%. Все электролитические конденсаторы необходимо зашунтировать пленочными или керамическими с номиналами согласно схемы, на напряжение не менее 25 В. Мы использовали типоразмер 0805 и тип диэлектрика X7R (можно применить NP0, а Z5U или Y5V – не рекомендуются из-за плохих ТКС и ТКЕ, хотя в отсутствие альтернативы – подойдут и такие).

Резисторы постоянного номинала – любые, в делителе напряжения, отвечающем за напряжение стабилизации лучше применить более точные, с допуском в 1%. Типоразмер всех резисторов -1206, исключительно для удобства монтажа, однако можно смело применять 0805. Подстроечный резистор номиналом в 100 Ом – многооборотный, для точной регулировки (используется 3224W-1-101E). Резистор, применяющийся для регулировки выходного напряжения — номиналом в 5 КОм, любой имеющийся, мы взяли 3314G-1-502E под отвертку, но можно применить и переменный резистор для монтажа на корпус, соединив его с платой стабилизатора проводами. Диоды желательно применять быстродействующие, на ток не мене 1 А и напряжение от 50 В, например HS1D.

Светодиодный индикатор включения рассчитан по следующему принципу: ток через стабилитрон при самом большом напряжении на входе не должен превысить 40 mA, при подаче на вход напряжения до 30 В, номинал токоограничивающего резистора будет равен 750 Ом, для надежности лучше применить 820 Ом. Подавать на стабилизаторы напряжение меньше чем 8 В на плечо бессмысленно (т.к. во внутренней структуре микросхемы присутствуют стабилитроны на 6,3 В), таким образом при напряжении в 16 В ток через стабилитрон будет составлять 20 mA, а через подключенный параллельно ему светодиод – порядка 8 mA, чего будет достаточно для свечения SMD-светодиода. Стабилитрон любой, на напряжение стабилизации 3,3 В (применен DL4728A), и соответственно токоограничивающий резистор для светодиода в 150 Ом для обеспечения его продолжительной работы при максимальном токе через стабилитрон.

Изготовление устройства

Рисуем печатную плату нашего устройства, особое внимание обращая на контактные площадки для крупных SMD-конденсаторов. С ними может возникнуть следующее затруднение – базово они предназначены для пайки в печи, т.е. припаять их снизу, особенно маломощным паяльником довольно сложно, однако выводы конденсатора доступны сбоку и можно прочно припаять его при условии, что толщина подходящих к нему дорожек будет достаточной для обеспечения механической прочности соединения. Также, немаловажным является тот факт, что положительный и отрицательный стабилизаторы имеют разную цоколевку, т.е. просто отзеркалить одну половину печатной платы при разводке не получится.

Рисунок печатной платы переносим на предварительно подготовленный кусок фольгированного стеклотекстолита, и отправляем его травиться в раствор персульфата аммония (или другого подобного реагента на ваш выбор).

Рис. 12 — Плата с перенесенным рисунком и процесс травления

После того как плата была вытравлена, удаляем защитное покрытие и наносим на дорожки флюс, лудим их для защиты меди от окисления, после чего начинаем припаивать компоненты, начиная с наименьшего по высоте. Особых проблем возникнуть не должно, а к возможным трудностям с SMD-электролитами мы подготовились заранее.

Рис. 13 — Плата после травилки + наносим флюс + лужение

После того как все компоненты припаяны, а плата омыта от флюса необходимо подстроечным резистором в 100 Ом отрегулировать напряжение на отрицательном плече, чтобы оно совпало с напряжением на положительном плече.

Рис. 14 — Готовая плата

Рис. 15 — Регулировка напряжения на отрицательном плече

Испытания собранного устройства

Подключим к нашему стабилизатору трансформатор и попробуем нагрузить оба его плеча, и каждое из плеч независимо друг от друга, попутно контролируя токи и напряжение на выходах.

Рис. 16 — Первое измерение

После нескольких попыток произвести измерения на максимальном токе, стало понятно, что малюсенький трансформатор не в состоянии обеспечить ток в 1,5 А, и напряжение на нем проседает больше чем на 0,5 В, поэтому схема была переключена на лабораторный источник питания, обеспечивающий ток до 5 А.

Рис. 17, 18, 19 — Дополнительные измерения

Все работает в штатном режиме. Данный регулируемый двухполярный источник питания, собранный из качественных компонентов, благодаря своей простоте и универсальности, займет достойное место в домашней лаборатории или небольшой ремонтной мастерской.

Измерения и пуско-наладочные работы проводились на базе испытательной лаборатории АО «КППС», за что им отдельное спасибо!

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

Львов, Франковский Сегодня 18:46

Львов, Галицкий Сегодня 18:46

Черновцы Сегодня 18:46

Софиевская Борщаговка Сегодня 18:46

Киев, Святошинский Сегодня 18:46

Мариуполь Сегодня 18:46

6 500 грн.

Договорная

Киев, Днепровский Сегодня 18:46

Двухполярный блок питания из готовых китайских модулей dc-dc step down LM2596

Заявлены довольно высокие параметры, а стоимость готового модуля меньше стоимости входящих в него деталей. Прельщают малые размеры платы.
Я решил приобрести несколько штук и испытать их. Надеюсь, мой опыт будет полезен не слишком опытным радиолюбителям.

Содержание / Contents

Я купил на Aliexpress модули LM2596, как на фото выше. Хотя на сайте были показаны твердотельные конденсаторы на напряжение 50 В, конденсаторы обычные, а половина модулей с конденсаторами на напряжение 16 В. Можно подумать, что достаточно взять трансформатор, диодный мост, подключить к ним модуль, и перед нами стабилизатор с выходным напряжением 3…30 В и током до 2 А (кратковременно до 3 А).

Я так и сделал. Без нагрузки всё было хорошо. Трансформатор с двумя обмотками по 18 В и обещанным током до 1,5 А (провод на глаз был явно тонковат, так оно и оказалось).
Мне нужен был стабилизатор +-18 В и я выставил нужное напряжение.

При нагрузке 12 Ом ток 1,5 А, вот осциллограмма, 5 В /клетка по вертикали.


Это трудно назвать стабилизатором.

Причина проста и понятна: конденсатор на плате 200 мкФ, он служит только для нормальной работы DC-DC преобразователя. При подаче на вход напряжения от лабораторного блока питания, всё было нормально. Выход очевиден: надо питать стабилизатор от источника с малыми пульсациями, т. е. добавить после моста ёмкость.

Вот напряжение при нагрузке 1,5 А на входе модуля без дополнительного конденсатора.

С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).

Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.

Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.


Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц. Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.

На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.

Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.


Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.

Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.

Схема проста и очевидна.

При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.

При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.

Для монтажа модуля я применил самодельные «стойки» из луженого провода диаметром 1 мм.

Это обеспечило удобный монтаж и охлаждение модулей. Стойки можно сильно нагревать при пайке, они не сместятся в отличие от простых штырей. Эта же конструкция удобна, если надо припаять к плате внешние провода – хорошая жесткость и контакт.
Плата позволяет легко заменить при необходимости модуль DC-DC.

Общий вид платы с дросселями от половинок какого-то ферритового сердечника (индуктивность не критична).

Несмотря на крошечные размеры модуля DC-DC, общие размеры платы получились соизмеримыми с платой аналогового стабилизатора.

1. Необходим трансформатор с сильноточной вторичной обмоткой или с запасом по напряжению, в этом случае ток нагрузки может превышать ток обмотки трансформатора.

2. При токах порядка 2 А и более желателен небольшой теплоотвод на диодный мост и микросхему 2596.

3. Конденсатор питания желателен большой ёмкости, это благоприятно сказывается на работе стабилизатора. Даже крупная и качественная ёмкость немного нагревается, следовательно желательно малое ESR.

4. Для подавления пульсаций с частотой преобразования, LC фильтр на выходе необходим.

5. Данный стабилизатор имеет явное преимущество перед обычным компенсационным в том, что может работать в широком диапазоне выходных напряжений, при малых напряжениях можно получить на выходе ток больше, чем может обеспечить трансформатор.

6. Модули позволяют сделать блок питания с неплохими параметрами просто и быстро, обойдя подводные камни изготовления плат для импульсных устройств, то есть хороши для начинающих радиолюбителей.

Файл печатной платы в формате lay.
🎁DC-DC.zip  5.67 Kb ⇣ 111

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

Переделка компьютерного БП в двухполярный источник питания

В очередной раз встает вопрос о переделке компьютерного блока питания. На этот раз в двухполярный источник питания. Возникла нужда в таком источнике питания для усилителя. Но железный трансформатор мотать не хочется, а сборка с нуля импульсного блока питания занимает слишком много времени. Вот и было решено получить нужное напряжение из компьютерного блока питания. Сам источник питания был необходим для усилителя на микросхеме TDA7294.

TDA7294

И стоит заметить, что многие начинающие радиотехники сталкиваются с такой проблемой – собрали усилитель, но не могут определиться с блоком питания.

На самом деле это сложно назвать переделкой, поскольку компьютерный блок питания без всяких разных переделок может отдавать нужное напряжение для подобных целей. И для этого прежде всего необходимо раздобыть рабочий блок питания абсолютно любой мощности и формата.

Про силовые шины и выходные напряжения должно быть все понятно из следующего рисунка:

По идее, необходимо соединить зеленый провод с любым из черных, чтобы запустить блок питания.

Затем нужно взять пару многожильных проводов и припаять их к тем выводам трансформатора, которые изображены на рисунке ниже:

Ничего сложного! А вся хитрость в том, что в компьютерном блоке питания все выпрямители однополярного типа со средней точкой.

То есть все обмотки, по сути, двухполярные, и если использовать концы этих обмоток и пустить их на отдельный диодный выпрямитель, то можно получить напряжение в 2 раза больше, чем с однополярным выпрямителем, который задействован в компьютерном блоке питания.

Земля блока питания останется самой собой и в этом случае, то есть средней точкой.

Остается подобрать только диодный мост.

В предлагаемом варианте необходимо использовать диоды с обратным напряжением не меньше 100 В. Они обязательно должны быть импульсного типа. Можно также задействовать диоды Шоттки.

Идеальным вариантом являются отечественные КД213. Они довольно мощные и к тому же без проблем работают на таких частотах.

После переделки получается двухполярное напряжение, а если быть точнее, двухполярные 30 В. Это как раз то, что нужно для микросхем типа TDA7294.

И самое важное – будет работать защита. При коротком замыкании блок попросту уйдет в защиту. Чтобы снять ее, необходимо на короткое время разъединить зеленый и черный провода, а затем соединить снова. Если блок будет постоянно использоваться, то стоит поставить выключатель.

В зависимости от блока питания 12-вольтовые шины на трансформаторе могут быть с разных сторон, поэтому, чтобы не путаться, необходимо отследить путь желтого выходного провода и найти диодную сборку на шине 12 В.

Потом нужно припаять провода к крайним выводам этой сборки.

Не будет работать только стабилизация, но, в принципе, для питания усилителя она вовсе не нужна.

Автор: Алексей Алексеевич. Мурманск.


 

Импульсный двухполярный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт

Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт — тест и обзор

 Тест, обзор, осциллограммы


Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт — тест и обзор
 

Обзор посвящен двухполярному импульсному блоку питания для аудиотехники мощностью 300 Вт с основными напряжениями выхода ±24 В и с дополнительными напряжениями ±15 В, а также гальванически изолированным напряжением 12 В.

В обзоре будут приведены технические характеристики блока питания, кратко разобрана его схемотехника, показаны осциллограммы работы усилителя, а также сделаны полезные выводы и критические замечания.


(Двухполярный импульсный блок питания для аудиотехники мощностью 300 Вт; изображение со страницы продавца на  официальном сайте AliExpress; реальный внешний вид отличается в отношении шасси)

Тестируемый двухполярный блок питания выпускается в трёх модификациях в зависимости от «основных» напряжений: ±24 В, ±36 В или ±48 В. Их параметры приведены в следующей таблице:

Импульсный двухполярный блок питания 300 Вт — технические характеристики:

Выходные напряжения и допустимые токи ±24 В (5 А),
±15 В (1 А),
12 В (1 А)
±36 В (3.5 А),
±15 В (1 А),
12 В (1 А)
±48 В (2.6 А),
±15 В (1 А),
12 В (1 А)
Пульсации на выходе, не более

150 мВ

Диапазон регулировки выходного напряжения

10%

Запуск, подъем, время удержания

2 s, 500 ms, 20 ms

Напряжение изоляции

Вход-выход 1,5 KVAC; Вход-шасси 1,5 KVAC; Выход-шасси: 500VAC

Сопротивление изоляции Вход-выход, вход-шасси 100 МОм @500 VDC
Допустимое входное напряжение

88 ~ 264 VAC

Габариты

127*82*38 мм

Масса

400 г

Цена блока питания на Алиэкспресс — $37.3 с учётом доставки, приобрести можно здесь.

Примечание: возможен заказ кастомного блока, цена — $43.3.

Теперь — углубимся в практику и обратимся к внешнему виду тестируемого двухполярного блока питания.
 

Внешний вид, конструкция и схемотехника двухполярного блока питания

Двухполярный источник питания пришел упакованным в добротную коробку из гофрокартона; внутри коробки дополнительно был проложен пористый материал. Никаких повреждений в пути не было.

«Основные» напряжения тестируемого варианта блока составляют ±24 В.

Внешний вид блока питания отличался от того, который был на изображении на странице продавца. Вместо ребристого шасси прямоугольной формы было использовано гладкое шасси из толстого алюминия (2.5 мм) в форме перевёрнутой «лодочки»:


(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

На фото выше заметим, что силовые элементы сетевой части (диодный мост и транзистор) прижаты к шасси через дополнительную прокладку (электробезопасность!).

Следующий ракурс:


 

С одного торца расположены клеммники для подключения напряжения питания:

Здесь контакты L и N предназначены для собственно подачи питания, контакт FG — заземляющий.

На этом фото видно, что для повышения электробезопасности между платой и шасси находится прокладка из тонкого гибкого пластика.

Поскольку плата блока содержит доступные для прикосновения части, находящиеся под сетевым напряжением, его эксплуатация без корпуса не допускается.

С другого торца расположены клеммники для выходных напряжений:

Клеммники для «основного» напряжения (±24 В) заметно солиднее, чем клеммники для дополнительных напряжений.

Теперь посмотрим на «голую» плату биполярного блока питания, извлеченную из шасси:

На ближней стороне слева расположены силовые элементы сетевой части блока: выпрямительный мост (600 В, 10 А) и ключевой (во всех смыслах) MOSFET-транзистор SVF12N65F (650 В, 12 А).

Силовой транзистор — только один, т.е. схема — «однотактная», работает на «обратном ходу» транзистора.

Входная цепь сетевой части оформлена грамотно: имеются катушки защиты от помех, помехоподавляющие конденсаторы, термистор серии MF-72 типа 3D15 (для защиты от бросков тока в момент включения). Также, предположительно, в схеме имеется самовосстанавливающийся предохранитель (расположен вблизи термистора).

Посмотрим с противоположной стороны:

Здесь на ближней стороне слева видны диоды Шоттки, отвечающие за выпрямление «основных» напряжений ±24 В. Тип диодов — MBR20200CTG, это сдвоенные диоды на 200 В, ток 2*10 А.

Таким образом, силовые элементы платы соответствуют заявленным параметрам блока питания и могут их обеспечить.

Также на ближней стороне около середины платы находятся фототранзистор марки «817» (передача сигнала обратной связи с выхода на вход) и микросхема UC3842AL (формирователь ШИМ для импульсных блоков питания).

Осмотрим плату сверху:

Беглый анализ схемы показывает, что в этом двухполярном блоке питания стабилизация осуществляется только по выходному напряжению +24 В (ведущее), а все остальные напряжения не стабилизируются, а получаются как пропорция от того напряжения, которое стабилизируется.

Отсюда проистекает вывод, что они могут «гулять» в зависимости от нагрузки. Величину этого «гуляния» пренепременно проверим!

Основным элементом, отвечающим за стабилизацию, является «управляемый стабилитрон» TL431. Он внешне похож на маленький полукруглый транзистор и едва заметен вблизи крепёжного отверстия в левом нижнем углу на фото.

Подрегулировать напряжения можно подстроечником, расположенном вблизи этого стабилитрона. Но надо помнить, что изменяться будут сразу все напряжения, и без крайней необходимости лучше его не крутить.

Что касается применённых электролитических конденсаторов, то со стороны сетевой части они применены лишь на минимальном уровне: 2 шт. параллельно 82 мкФ * 400 В.

Со стороны низковольтной части ёмкость и количество электролитов — на неплохом уровне. На «основных» напряжениях (+24 В и -24 В) стоят на каждом из них по 2 шт. 1000 мкФ * 50  В, на напряжениях ±15 В и 12 В — по 1 шт. 470 мкФ * 50 В.

Номинал напряжений электролитов имеет хороший запас на случай «косых» нагрузок, бабахнуть не должно. 🙂

Интересно, что на плате нет SMD-компонентов (для поверхностного монтажа), что объясняется, вероятно, больших разнообразием типов и мощностей применённой элементной базы.
 

Испытания импульсного двухполярного блока питания

Сначала проверяем выходные напряжения на холостом ходу, результаты — в таблице:

Номинал напряжения, В Факт
+24 +24.3
-24 -24.3
+15 +14.7
-15 -14.7
12 12.0

Далее даём на каналы + 24 В и -24 В нагрузку в 4.6 А, близкую к предельно-допустимой 5 А (остальные каналы — без нагрузки). Нагружать радиоэлектронную аппаратуру до предельно-допустимых значений даже по одному параметру не рекомендуется.

Номинал напряжения, В Факт
+24 24.2
-24 24.2
+15 24.4 (!)
-15 23.6 (!)
12 24.1

Как и подсказывала теория, в случае стабилизации по одному напряжению, остальные могут «гулять». Вот они и «нагуляли».

Теперь на каналы +24 В и -24 В по-прежнему даём нагрузку 4.6 А, но теперь добавляем ещё нагрузку 0.5 А на каналы +15 В и -15 В (посмотреть, как они на неё отреагируют):

Номинал напряжения, В Факт
+24 24.2
-24 24.1
+15 16.1
-15 15.9
12 23.4

Добавление нагрузки на 15-вольтовые каналы благотворно отразилось на их приближении к номинальному напряжению.

Далее совершаем с блоком питания сущее издевательство: даём несимметричную нагрузку на «основные» каналы (+24 В и -24 В).

Для начала нагружаем канал +24 В током 4.4 А, остальные каналы — без нагрузки:

Номинал напряжения, В Факт
+24 24.2
-24 29.8
+15 20.2
-15 20.2
12 18.3

 

Видно, что в опорном для стабилизации канале (+24 В) напряжение нисколько не изменилось (хотя он нагружен!), зато в остальных каналах — «гуляет».

Теперь — обратная операция, нагружаем канал -24 В током 3.7 А, остальные каналы — без нагрузки:

Номинал напряжения, В Факт
+24 24.3
-24 20.3
+15 16.0
-15 15.8
12 13.5

Здесь так же в опорном канале +24 В напряжение не изменилось; в остальных каналах произошли более-менее существенные «гуляния».

Теперь посмотрим на пульсации на выходе при нагрузке в первом варианте — симметричная нагрузка 4.6 А на оба основных канала. Пульсации проверяем на полном напряжении двух каналов (от -24 В до +24 В, т.е. 48 В).

Если учитывать только основные пульсации (без «игольчатых» выбросов), то они составляют около 500 мВ; но это, как только что указывалось, их двойная величина. Для одиночного канала пульсации составят 250 мВ, что всё равно превышает данные, заявленные производителем (150 мВ).

Мораль: крайне желательно, чтобы в устройстве, которое питается от этого блока, стояли бы дополнительные электролиты, и побольше! Кроме того, не помешают ещё и керамические конденсаторы (для подавления «иголок»).

По этой же осциллограмме можно определить частоту преобразования, она составляет 70 кГц (нормально).

В заключение этой главы — о нагреве блока питания.

Нагрев при максимальном варианте нагрузки был значительным, если она продолжалась длительное время. Для такого варианта применения следует считать обязательной принудительную вентиляцию.

 

Окончательный диагноз импульсного двухполярного блока питания

По результатам испытаний можно определить сильные и слабые стороны этого блока питания, назвать варианты применения и дать рекомендации.

Итак, сильные стороны: работа с симметричной нагрузкой по «основным» каналам (+24 В и -24 В), а также с несимметричной нагрузкой с использованием только канала +24 В (без превышения допустимого среднего тока 5 А). В этих случаях обеспечивается отличная стабилизация выходного напряжения.

Благодаря этому свойству возможно использование блока питания и как однополярного с напряжением 48 В, приняв контакт «-24 В» за землю. Правда, в этом случае придётся отказаться от вспомогательных напряжений ±15 В, поскольку они окажутся приподнятыми относительно такой «земли» на 24 В.
   При этом никаких препятствий к использованию гальванически-развязанного напряжения 12 В не будет.

Слабая сторона протестированного двухполярного блока питания — это работа с несимметричной нагрузкой по основным каналам (+24 В и -24 В). В этом случае остальные напряжения (кроме +24 В) могут значительно уходить от своего номинала; и их использование может создать непредвиденные проблемы.

Рекомендации

Изначально напряжения +15 В и -15 В в этом блоке предназначены для питания каскадов предварительного усиления в аудиоаппаратуре. Но есть нюанс: без дополнительной стабилизации эти напряжения с данной целью ни в коем случае нельзя использовать.

Эти напряжения будут «прыгать» в такт с нагрузкой «основных» каналов (т.е. в такт с музыкой), что крайне отрицательно скажется на качестве работы предварительного усилителя, темброблока и т.п.

Для дополнительной стабилизации можно использовать классические линейные стабилизаторы или импульсные DC-DC преобразователи.

Где купить: например, у этого продавца на AliExpress. Если у другого продавца этот же двухполярный блок питания будет стоить дешевле, то тоже можно брать (убедитесь, что товар одинаковый и следите за стоимостью доставки!).

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

   Искренне Ваш,
   Доктор
  
03 октября 2020 г.

 

                Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

 

 

При копировании (перепечатке) материалов активная ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!

Экономичный двухполярный импульсный блок питания своими руками

Данный самодельный двухполярный импульсный блок питания можно применить для питания различных радиоэлектронных устройств, в частности 15 ваттного усилителя звука на TDA2030.

Технические параметры импульсного блока питания:

  • мощность —  180 Вт
  • напряжение на выходе — 2 x 25 вольт
  • ток  нагрузки — 3,5 А.

Описание работы импульсного блока питания

  В первую очередь происходит выпрямление переменного напряжения электросети диодным мостом VD1, пульсация которого сглаживается емкостями C1-C4. Для уменьшения тока заряда, протекающего через эти конденсаторы в момент включения импульсного блока  питания, в схему добавлено сопротивление R1.

Далее выпрямленное напряжение идет на полумостовой инвертор (преобразователь напряжения), собранный на транзисторах VT1-VT2. Нагрузкой данного преобразователя служит I обмотка трансформатора T1, он же также служит гальванической развязкой с электросетью. Емкости C3, С4 играют роль ВЧ фильтра. Частота преобразования происходит на частоте 27 кГц.

Напряжение, полученное с третьей обмотки трансформатора T1 идет на первичную обмотку T2, посредством данной обратной связи обеспечивается автоколебательный режим функционирования преобразователя. Для уменьшения напряжения на первичной обмотке добавлено сопротивление R4. Данным сопротивлением в какой-то мере определяется частота работы преобразователя.

Для выполнения стабильного пуска импульсного блока питания и его надежного функционирования собран модуль пуска — генератор на биполярном транзисторе VT3, который работает в лавинном режиме.

Магнитный держатель печатной платы

Прочная металлическая основа с порошковым покрытием, четыре гибкие руч…

В момент подачи питания сквозь сопротивление R6 происходит заряд емкости С9. В случае если на нем напряжение поднимается до 50-70 В, транзистор VT3 мгновенно отпирается и данный конденсатор разряжается. Появившийся в результате разряда импульс тока отпирает VT2 и запускает преобразователь импульсного блока питания.

Каждый транзисторы VT1 и VT2 необходимо разместить на радиаторе с площадью 55 см. Тоже самое нужно проделать и с диодами VD2-VD5.

Параметры трансформаторов импульсного блока питания

Т1 : Два кольца марки М2000НМ, К31х18,5х7

  • I – 82 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,5 мм.
  • II – 32 вит. с отводом посередине, ПЭВ-2 диаметр 1 мм.
  • III – 2 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.

Т2 : Кольцо марки М2000НМ, К10х6х5

  • I – 10 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.
  • II – 6 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.
  • III – 6 вит., ПЭВ-2 диаметр 0,3 мм.

Для стабильного запуска III обмотка Т1 должна быть намотана на месте, не занятом обмоткой II. Обмотки необходимо надежно изолировать друг от друга стеклотканью или любым другим подходящим изоляционным материалом. Диоды КД213А можно заменить на КД213Б. Транзисторы КТ812А возможно поменять на КТ809А, КТ704В, КТ812Б, КТ704А. Конденсаторы C1, C2 на напряжение не менее 160В.

Исправно построенный импульсный блок питания как правило в настройке не нуждается, но в определенных случаях возможно будет подобрать транзистор VT3. Для контроля его работоспособности на некоторое время отсоединяют контакт эмиттера и подключают его к минусовому контакту сетевого выпрямителя.

При исправном транзисторе при помощи осциллографа на емкости С9 можно наблюдать пилообразный электросигнал амплитудой около 20…50 В и частотой несколько герц. Если этого нет, транзистор следует заменить. Смотрите так же схему простого самодельного лабораторного блока питания.

Двухполярный блок питания постоянного напряжения 5,12 и 15 вольт

Что такое двухполярный блок питания и для чего он нужен? Для корректной работы любой электронной схемы требуется хороший источник питания. Если говорить о аудио устройствах, то они чаще всего получают питание от регулируемых БП постоянного тока. Но некоторые схемы используют двухполярные блоки питания: положительная цепь (+ V), заземляющая (GND) и отрицательная (-V).

Для чего нужен двухполярный блок питания

Эта статья поможет вам построить схему двухполярного блока питания с использованием понижающего трансформатора и линейных регуляторов напряжения. Для большинства электронных схем и устройств необходимо, чтобы диапазон напряжения постоянного тока составлял 5, 12 и 15 Вольт. Поэтому мы здесь представляем вам три типа схем двойного источника питания, обозначенных как:

  1. Схема двойного питания 5 Вольт
  2. Схема двойного источника питания 12 В
  3. Схема двойного питания 15 Вольт

Все схемы имеют индивидуальный понижающий трансформатор и регуляторы напряжения, при необходимости можно включить светодиодный индикатор.

Принципиальная схема двойного блока питания 5 В

Принципиальная схема двойного блока питания 12 В

Принципиальная схема двойного блока питания 15 В

Обязательные компоненты

  • Понижающий трансформатор — отвод со вторичной обмотки 6 или 15 или 20 вольт переменного напряжения в зависимости от ваших потребностей
  • Модуль мостового выпрямителя или (4 диода 1N4007)
  • Конденсатор 1000 мкФ = 2, 10 мкФ = 2, 0,1 мкФ = 2 (диапазон напряжения зависит от выходного напряжения схемы)
  • Линейный стабилизатор постоянного напряжения IC ( 78XX = положительный), (79XX = отрицательный) выбор диапазона напряжения зависит от ваших потребностей.

Конструирование и работа

Каждый двухполярный блок питания из трех, схемы которых представлены выше, имеют конструкцию и принцип работы одинаковый, но характеристики компонентов меняются только в зависимости от диапазона выходного напряжения. Понижающий трансформатор снижает амплитуду входного переменного напряжения с 220 В до 6-0-6 В или 15-0-15 В или 20-0-20 В в соответствии от его спецификации.

Низковольтное питание переменного тока от вторичной обмотки трансформатора подается в модуль мостового выпрямителя (1N4007 X 4). Затем выходное выпрямленное постоянное напряжение фильтруется с помощью фильтрующих конденсаторов C1 и C2. А именно, конденсатор C1 во всей схеме фильтрует положительную цепь, а конденсатор C2 фильтрует отрицательную.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения 78XX отвечает за регулирование положительной стороны напряжения постоянного тока, а 79XX контролирует отрицательную цепь постоянного напряжения. Расположение выводов этих двух микросхем напряжения и схема соединения, проиллюстрирована на картинке выше.

Конденсаторы C3, C4 в выходной цепи устраняют любые колебания в питании постоянного тока, а конденсаторы C5, C6 удаляют высокочастотные пульсации, если они есть на положительной и отрицательной стороне выхода постоянного тока. Общая точка заземления берется непосредственно от центрального отвода трансформатора (0) и действует как клемма заземления (GND) для выхода питания +V и -V постоянного тока.

Пояснение к применению

Некоторые аудио усилители, операционные усилители и усилители мощности требуют именно двухполярный блок питания.

Также, для управления направлением двигателя постоянного тока низкого напряжения мы можем использовать эти схемы двухполярного блока питания. Выберите номинал тока трансформатора и диода в зависимости от ваших потребностей.

Что такое биполярный источник питания? |Технология

Усилитель высокого напряжения (высоковольтный усилитель)

Усилитель высокого напряжения преобразует входное напряжение в сигнал высокого напряжения, как показано на рис. 1. В наши дни потребность в высоковольтных усилителях растет все больше и больше, и теперь они становятся незаменимым инструментом для исследований и разработок, экспериментов и интеграции в систему для таких областей, как электроника, физика, биохимическая и медицинская промышленность.Используя высоковольтные технологии, компания Matsusada Precision Inc. производит различные усилители высокого напряжения, отвечающие всем требованиям клиентов.

* У нас есть усилители, разработанные специально для электростатического патрона или PZT. Пожалуйста, обратитесь за подробностями к нашему торговому персоналу.

(рисунок 1)

Четырехквадрантный выходной диапазон

Усилитель высокого напряжения

обычно оснащен функцией «приемника» для выходных токов, которая обеспечивает работу при постоянном напряжении независимо от типа нагрузки, будь то емкостная или проводящая.(Рис. 2) Поскольку он дает быстрый отклик, это идеальный источник питания для приложений, требующих выхода переменного тока.

Все усилители

Matsusada High Voltage относятся к биполярному типу и могут работать в полном четырехквадрантном диапазоне. (I, II, III и IV зоны)

  • Vomax: номинальное выходное напряжение
  • Iomax: Номинальный выходной ток
(рис. 2) Рабочий диапазон напряжения и тока

Скорость нарастания

Чувствительность нашего высокоскоростного усилителя определяется скоростью нарастания (SR).Шаговая чувствительность нашего усилителя показана на рис. 3.

SR = ΔВ/мкс

При меньшей выходной амплитуде время отклика сокращается. Серия AMP достигает максимума SR = 700 В/мкс.

(рис. 3)

Время нарастания (ступенчатая характеристика)

Переходная характеристика может быть указана с временем нарастания. (рис.4) Обычно время нарастания отклика усилителя (= полоса пропускания) fc (Гц) определяется по приведенной ниже формуле.

тр ≒ 0.35/фк.

Время падения tf равно tr.

(рис. 4)

Частотная характеристика

Отклик усилителей Matsusada описывается как «полоса частот». При размахе выходного сигнала синусоидальной формы с номинальной резистивной нагрузкой размах выходного сигнала (амплитуда) уменьшается по мере увеличения входной частоты. Частотная характеристика в спецификации соответствует частоте fc, при которой размах выходного сигнала составляет 70% (-3 дБ). (рис. 5)
Если требуется четкая форма выходного сигнала, выберите усилитель высокого напряжения с достаточно широкой полосой пропускания по отношению к требуемой частоте.Как правило, для синусоидального сигнала требуется в три-пять раз больше полосы частот, а для прямоугольного сигнала — примерно в 10 раз больше. В случае недостаточной полосы частот размах выходного сигнала должен быть уменьшен, а разность фаз будет большой, поэтому потребуются некоторые решения, такие как контроль формы выходного сигнала.

(рис. 5) Склонение размаха выходного сигнала по частоте

* Избегайте непрерывной подачи высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя.Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.

Емкостная нагрузка

При подключении к источникам питания емкостной нагрузки 100 пФ и более (включая паразитную емкость выходного провода) выходное напряжение может колебаться. В этом случае установите сопротивление высокого напряжения от 100 Ом (@0,1 мкФ) до 1000 Ом (@1000 пФ) на выходе последовательно. Обратите внимание, что полоса частот будет ограничена формулой, написанной на правом рисунке, когда усилитель используется с емкостной нагрузкой.

Кроме того, когда усилитель используется для таких целей, как коронный разряд, будет протекать ток, превышающий номинальный, что плохо повлияет на усилитель. В этом случае, а также во время использования усилителя с емкостной нагрузкой, установите выходное сопротивление и ограничьте ток.

* Избегайте непрерывной подачи высокочастотного сигнала, который снижает выходную частоту усилителя. Усилитель выйдет из строя из-за увеличения внутренних потерь.

Важное примечание для использования всех возможностей высокоскоростного усилителя высокого напряжения

Выходной кабель высоковольтных усилителей не экранирован. Если выходной кабель имеет некоторую паразитную емкость относительно земли (земля или металлические предметы), выходное напряжение будет синусоидальным или стопорным, и будет потребляться дополнительный ток. Поскольку этот ток потребляется параллельно нагрузке, может произойти следующее.

  1. Снижение скорости нарастания или частоты отклика
  2. Форма сигнала искажена или изменена

При наличии выходной паразитной емкости C ток утечки на C будет следующим.

Решение

Убедитесь, что соединение выполнено правильно, чтобы паразитная емкость высоковольтного кабеля была как можно меньше.

  1. Длина выходного кабеля должна быть как можно меньше.
  2. Держите выходной кабель вдали от пола, столов или металлических предметов.
  3. Не экранируйте выходной кабель.

Информация о связанных статьях в технических знаниях

Двухконтактный биполярный источник питания

Введение

2-квадрантный источник питания, обеспечивающий положительное или отрицательное напряжение на одни и те же выходные клеммы, можно легко создать с помощью 4-квадрантного контроллера LT8714.Показанный здесь 2-квадрантный источник питания может использоваться в самых разных областях, начиная от тонирования окон, где изменение полярности изменяет ориентацию молекул кристалла, и заканчивая контрольно-измерительным оборудованием.

В техпаспорте LT8714 описывается работа двухквадрантного питания в первом квадранте (положительный вход, положительный выход) и в третьем квадранте (положительный вход, отрицательный выход). Обратите внимание, что в обоих квадрантах источник питания является источником тока, таким образом создавая источник питания, а не потребитель энергии.Второй квадрант и четвертый квадрант производят сток мощности.

Описание схемы и функционирование

На рис. 1 показана электрическая схема LT8714 в качестве двухквадрантного источника питания. Силовой агрегат состоит из NMOS QN1, 2, PMOS QP1, 2, катушек индуктивности L1, L2, разделительного конденсатора CC, а также входного и выходного фильтров. Катушки индуктивности L1 и L2 представляют собой две дискретные, несвязанные катушки индуктивности, что позволяет снизить стоимость преобразователя.

Рис. 1. Электрическая схема блока питания на базе LT8714, работающего в двух квадрантах В В 12 В, В О ±5 В при 6 А.

Правильный выбор активных и пассивных компонентов требует понимания перепадов напряжения и уровней тока в каждом квадранте. С этой целью функциональные топологии для положительного выхода показаны на рис. 2.

Рис. 2. Топология двухквадрантной операции с положительным выходом.

Когда баланс вольт-секунд находится в устойчивом состоянии, рабочий цикл может быть получен из выражения:

Для проверки конструкции демонстрационная схема DC2240A была переработана, чтобы соответствовать схеме, показанной на рис. 1.Входное напряжение составляет номинальное значение 12 В, а выходное напряжение составляет ±5 В при максимальном токе 6 А для обоих.

Измеренная эффективность конструкции показана на рис. 3. Положительный выход превышает отрицательный, что соответствует результатам теоретических расчетов. Стресс напряжения и ток на компонентах намного выше в конфигурации с отрицательным выходом, что увеличивает потери и снижает эффективность.

Рис. 3. Кривые КПД преобразователя с V IN 12 В, V OUT +5 В и –5 В и максимальным входным током 6 А.

На рис. 4 показана превосходная линейность выходного напряжения по отношению к управляющему напряжению V CTRL . Для этой конфигурации схема была нагружена резистором 1 Ом, а управляющее напряжение варьировалось от 0,1 В до 1 В.

Рис. 4. График зависимости выходного напряжения, В OUT , от управляющего напряжения, В CTRL . Когда V CTRL изменяется с 0,1 В на 1 В, V OUT изменяется с –5 В на +5 В.

Используя две модели LTspice ® , мы смогли проанализировать производительность LT8714 с индикацией мощности в первой модели и с использованием несвязанных катушек индуктивности во второй модели.

Заключение

В этой статье демонстрируется простая двухквадрантная схема источника напряжения с использованием микросхемы LTC8714. Конструкция была протестирована и проверена на превосходную линейность от контроллера LTC8714.

Биполярные, одноканальные и регулируемые источники питания на основе общего понижающего преобразователя

Введение

Настольный блок питания (PS), как правило, имеет четное количество клемм (без учета порта корпуса) — с одной положительной клеммой и одной отрицательной клеммой.Использовать настольный источник питания для получения положительной полярности на выходе очень просто: установите отрицательный выход на GND, а положительное выходное напряжение на плюсовом выходе. Точно так же легко получить отрицательное предложение, изменив настройку. Но как насчет создания биполярного питания, когда на нагрузку подаются как положительные, так и отрицательные напряжения? Это также относительно просто — просто соедините положительную клемму одного лабораторного канала с отрицательной клеммой другого канала и назовите это GND. Две другие клеммы, минус и плюс, являются положительным и отрицательным питанием соответственно.В результате получается трехконтактный биполярный источник питания с доступными уровнями заземления, положительного и отрицательного напряжения. Поскольку используются три клеммы, должен быть какой-то переключатель между положительным и отрицательным питанием после источника питания.

Что делать, если приложение требует, чтобы одна и та же клемма источника питания была положительной или отрицательной — установка, при которой на нагрузку предоставляются только две клеммы? Это не чисто академический вопрос. Существуют приложения в автомобильной и промышленной среде, для которых требуются биполярные регулируемые источники питания с двумя выводами.Например, биполярные источники питания с двумя выводами используются в различных приложениях, от экзотической тонировки окон до контрольно-измерительного оборудования.

Как отмечалось ранее, традиционный биполярный PS создает два выхода, используя три выходных клеммы: положительную, отрицательную и GND. Напротив, источник питания с одним выходом должен быть оборудован только двумя выходными клеммами : одна GND и другая, которая может быть положительной или отрицательной. В таких приложениях выходное напряжение может регулироваться относительно GND одним управляющим сигналом во всем диапазоне от минимального отрицательного до максимального положительного.

Существуют контроллеры, специально разработанные для реализации функции биполярного питания, например LT8714, синхронный контроллер с биполярным выходом. Тем не менее, для многих автомобильных и промышленных производителей тестирование и квалификация специализированной ИС требует определенных затрат времени и денег. Напротив, многие производители уже имеют предварительно квалифицированные понижающие (понижающие) преобразователи и контроллеры, поскольку они используются в бесчисленных автомобильных и промышленных приложениях. В этой статье показано, как использовать понижающий преобразователь для создания биполярного источника питания, когда выделенная ИС с биполярным питанием невозможна.

Описание схемы и функционирование

На рис. 1 показано решение на основе понижающего преобразователя для биполярного (двухквадрантного) регулируемого источника питания. Диапазон входного напряжения составляет от 12 В до 15 В; выходом является любое напряжение в диапазоне ±10 В, регулируемое блоком управления и поддерживающее нагрузку до 6 А. Центральным компонентом этой конструкции является микросхема понижающего контроллера с двумя выходами. Один выход, подключенный по топологии buck-boost, генерирует стабильное напряжение –12 В (т. е. отрицательную шину –12 В на рис. 1 с силовой передачей, состоящей из L2, Q2, Q3 и выходного фильтра C O2 ).

Рис. 1. Электрическая схема двухполюсного, двухполюсного, регулируемого источника питания.

Шина –12 В служит в качестве земли для второго канала, при этом контакты заземления контроллера также подключены к шине –12 В. В целом, это понижающий преобразователь, где входное напряжение представляет собой разницу между –12 В и В IN . Выход регулируется и может быть как положительным, так и отрицательным относительно GND. Обратите внимание, что выход всегда положителен по отношению к шине –12 В и включает силовую передачу, состоящую из L1, Q1, Q4 и C O1 .Резисторный делитель обратной связи R B – R A задает максимальное выходное напряжение. Значение этого делителя регулируется схемой управления выходным напряжением, которая может регулировать выходное напряжение до минимального выходного напряжения (отрицательный выход) путем подачи тока в R A . Характеристики запуска приложения устанавливаются выводами RUN и TRACK/SS.

Оба выхода работают в принудительном непрерывном режиме. В цепи управления выходом источник тока от 0 мкА до 200 мкА, I CTRL , подключен к отрицательной шине, как это было протестировано в лаборатории, но он также может быть привязан к GND.Фильтр нижних частот R F1 –C F уменьшает быстрые переходные процессы на выходе. Для уменьшения стоимости и габаритов преобразователя выходные фильтры формируются с использованием относительно недорогих поляризованных конденсаторов. Дополнительные диоды D1 и D2 предотвращают появление обратного напряжения на этих конденсаторах, особенно при запуске. В диодах нет необходимости, если используются только керамические конденсаторы.

Тестирование и оценка преобразователя

Это решение было протестировано и оценено на основе LTC3892 и оценочных комплектов DC1998A и DC2493A.Преобразователь хорошо показал себя в ряде тестов, включая стабилизацию сети и нагрузки, переходную характеристику и короткое замыкание на выходе. На рис. 2 показан запуск при нагрузке 6 А с выходом +10 В. Линейность функции между управляющим током и выходным напряжением показана на рис. 3. При увеличении управляющего тока от 0 мкА до 200 мкА выходное напряжение уменьшается с +10 В до –10 В. На рис. 4 показаны кривые эффективности.

Рис. 2. Осциллограммы запуска на резистивную нагрузку. Рисунок 3.V OUT как функция управляющего тока I CTRL . Когда I CTRL увеличивается с 0 А до 200 мкА, выходное напряжение падает с +10 В до –10 В. Рисунок 4. Кривые эффективности для положительного и отрицательного выхода.

Модель LTspice ® биполярного источника питания с двумя клеммами была разработана для упрощения внедрения этого подхода, что позволяет разработчикам анализировать и моделировать описанную выше схему, вносить изменения, просматривать формы сигналов и изучать нагрузку компонентов.

Основные формулы и выражения, описывающие эту топологию

Этот подход основан на отрицательной шине V NEG , создаваемой секцией повышающе-понижающей схемы.

Где V OUT — абсолютное значение максимального выходного напряжения, а K m — коэффициент в диапазоне от 0,1 до 0,3. K m ограничивает минимальный рабочий цикл понижающего преобразователя. V NEG также устанавливает минимальное значение V IN :

Где V BUCK — входное напряжение для понижающей секции, и, таким образом, представляет собой максимальное напряжение на полупроводниках преобразователя:

В BUCK(MAX) и В BUCK(MIN) — максимальное и минимальное напряжения понижающей секции этой топологии соответственно.Максимальная и минимальная скважность и ток дросселя понижающей секции могут быть описаны следующими выражениями, где I OUT – выходной ток:

Скважность повышающе-понижающей секции ИП:

Входная мощность понижающей секции и, соответственно, выходная мощность buck-boost:

Выходной ток повышающе-понижающей секции и ток дросселя:

Мощность преобразователя и входной ток.

Изменения выходного напряжения выполняются путем подачи тока в резисторный делитель обратной связи понижающей секции.Настройка управления выходным напряжением показана в разделе цепи управления выходным напряжением на рисунке 1.

Если дано R B , то

, где V FB — напряжение на выводе обратной связи.

Когда источник тока I CTRL подает нулевой ток на R A , выходное напряжение понижающего преобразователя является максимальным положительным значением (V BUCK(MAX) ) относительно отрицательной шины и максимального выходного напряжения. (+ V OUT ) относительно GND.Чтобы создать отрицательное выходное напряжение на нагрузке (относительно GND), выходное напряжение уменьшается до минимального значения, V BUCK(MIN) , относительно отрицательного выходного напряжения (–V OUT ), вводя ΔI в резистор R А делителя напряжения понижающего преобразователя.

Числовой пример

Используя предыдущие уравнения, мы можем рассчитать нагрузку по напряжению, ток через компоненты силовой передачи и параметры схемы управления для биполярного источника питания.Например, следующие расчеты относятся к источнику питания, генерирующему ±10 В при токе 6 А при входном напряжении 14 В.

Если K m равно 0,2, то V NEG = –12 В. Проверка условий минимального входного напряжения V IN ≥ | В НЕГ |. Напряжение напряжения на полупроводнике V BUCK составляет 26 В.

Максимальное напряжение понижающей секции составляет В. BUCK(MAX) = 22 В относительно отрицательной шины, установка выходного напряжения +10 В относительно GND.Минимальное напряжение, V BUCK(MIN) = 2 В, соответствует выходному напряжению –10 В относительно GND. Эти максимальное и минимальное напряжения соответствуют максимальному и минимальному рабочим циклам, D BUCK(MAX) = 0,846, D BUCK(MIN) = 0,077 и D BB = 0,462.

Мощность можно рассчитать, приняв КПД равным 90%, что дает P OUT(BB) = 66,67 Вт, I OUT(BB) = 5,56 A, I L(BB) = 10.37 А, и Р ВВ = 74,074 Вт.

При выходном напряжении +10 В (согласно рис. 1) ток цепи управления ΔI равен 0 мкА, а при выходном напряжении –10 В ΔI = 200 мкА.

Заключение

В этой статье представлена ​​конструкция двухполярного источника питания с двумя выводами. Обсуждаемый здесь подход основан на топологии понижающего преобразователя, который является одним из основных элементов современной силовой электроники и поэтому доступен в различных формах, от простых контроллеров с внешними компонентами до полных модулей.Использование понижающей топологии дает разработчику гибкость и возможность использовать детали, прошедшие предварительную проверку, что экономит время и деньги.

KEPCO, INC.: БЛОКИ ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА/ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА: БИПОЛЯРНЫЙ, ОПЕРАЦИОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, ДЛЯ УСТАНОВКИ В СТОЙКУ ИЛИ НАСТОЛЬНЫЙ, GPIB SCPI АНАЛОГОВЫЙ ПРОГРАММИРУЕМЫЙ, ЦИФРОВОЙ, ЛИНЕЙНЫЙ

Резистивные нагрузки. Для реализации полного высокоскоростного потенциала противовыбросового превентора нагрузочные характеристики должны быть в основном резистивными.

Индуктивные нагрузки. Дополнительные модели BOP Kepco мощностью 100 Вт, 200 Вт и 400 Вт L оптимизированы для управления индуктивными нагрузками. Эта опция делает BOP подходящим для широкого спектра приложений, таких как тестирование двигателей, тестирование магнитных компонентов (катушки, динамики и т. д.), промышленные приложения с индуктивными нагрузками, управление катушками ЭЛТ, криогенные приложения и питание корректирующих магнитов для приложений медицинской визуализации. или ускорители частиц. Для получения дополнительных рекомендаций по использованию оптимизированных (суффикс L или C) моделей по сравнению сстандартные модели см. в разделе «Примечания по применению: Когда использовать стандартный или оптимизированный ПВП (суффикс L или C) для управления реактивными нагрузками».

Емкостные нагрузки. Модели Kepco мощностью 100 Вт, 200 Вт и 400 Вт с опцией C BOP оптимизированы для работы с емкостными нагрузками. Эта опция делает противовыбросовый превентор пригодным для широкого спектра применений, таких как как тестирование солнечных элементов/панелей, управление и тестирование пьезоэлектрических устройств, тестирование конденсаторов, управление и тестирование емкостные преобразователи и источники питания для промышленных или лабораторных приложений с емкостными или емкостно-резистивными нагрузками.Дополнительные рекомендации по использованию оптимизированных (суффикс L или C) моделей по сравнению со стандартными моделями см. в разделе «Примечания по применению: когда использовать стандартный или оптимизированный превентор (суффикс L или C) для управления реактивными нагрузками».

Выходные характеристики BOP:
4 квадранта с плавным переходом через ноль
Операционный усилитель. BOP, будучи полноценными источниками питания, также являются мощными операционными усилителями с полный 4-х квадрантный, биполярный режим. Их выход способен как к устойчивому постоянному току, так и к репликация произвольных сигналов переменного тока.

В Kepcos BOP выходы напряжения и тока могут регулироваться плавно и линейно. через весь номинальный плюс и минус диапазоны, плавно переходя через ноль без переключение полярности.


BOP 5-20DL и BOP5-30DL
Сильноточные источники питания магнитов

BOP серии E для управления через Ethernet. BOP E-Series — это версия биполярных источников питания Kepco BOP с управлением через Ethernet. Все 14 моделей BOP серии E обеспечивают полное управление биполярным выходом либо через веб-страницу с помощью браузера, либо с помощью команд SCPI через Telnet.BOP серии E использует интерфейс между цифровой шиной данных и BOP, принимая цифровые входные данные и преобразовывая их в аналоговый сигнал, который, в свою очередь, управляет выходом BOP. BOP E-Series полностью совместим с языком программирования SCPI. Серия BOP-E доступна в версиях, оптимизированных для индуктивных или емкостных нагрузок.
Драйвер EPICS (совместимый с Linux) уже доступен!

Дистанционное цифровое управление. BOP принимает съемные карты BIT для удаленного цифрового управления; карты могут быть установлены на заводе.BIT 4886 обеспечивает 16-битное управление разговором и прослушиванием IEEE 488.2 с поддержкой SCPI.

С установленной картой BIT 4886 можно также управлять BOP через USB-порт на компьютере с Windows 10 с помощью KIT 219-0630, доступного в качестве аксессуара. Для получения дополнительной информации ЗАГРУЗИТЕ Инструкцию для KIT 219-0630.

BIT 802E обеспечивает управление Ethernet, предлагая полный контроль над биполярным выходом либо через веб-страницу с помощью браузера, либо с помощью команд SCPI через Telnet.

Двухканальный превентор. Двухканальные модели BOP серии BOP 2X компании Kepco представляют собой блоки питания мощностью 200 Вт и 400 Вт. Каждый канал представляет собой отдельный источник питания, полностью изолированный, независимый и функционально идентичный. Устройства мощностью 200 Вт имеют два канала по 100 Вт, а устройства мощностью 400 Вт — два канала по 200 Вт. Двухканальные модели поставляются в одном корпусе полной стойки, который можно установить в стандартную 19-дюймовую стойку. Каналы полностью изолированы, но совместно используют два цифровых индикатора на передней панели (без нарушения изоляции), которые отображают выходное напряжение и ток для канала, выбранного переключателем выбора канала на передней панели.Один шнур питания питает оба канала; отдельные двухпозиционные автоматические выключатели включают/выключают каждый канал отдельно.

Два канала независимы. Они имеют отдельные входные управляющие сигналы и отдельные выходные порты. Дистанционное программирование можно настроить так, чтобы каждый канал работал независимо, или управление входом можно подключить параллельно, чтобы оба канала программировались одним и тем же сигналом.

Противовыбросовые превенторы внесены в список UL в соответствии со стандартом безопасности 61010-1 и имеют маркировку CE в соответствии с директивами LVD, EMC и RoHS 2.См. соответствующую Декларацию о соответствии.

Нужна информация об источниках питания BOP? Посмотрите обучающее видео BOP, чтобы получить краткий обзор подключения и эксплуатации блоков питания Kepco BOP.

Биполярные источники питания работают в диапазоне напряжений

В предыдущей статье я писал о генерировании отрицательного напряжения с помощью стандартного однополярного источника питания постоянного тока, оснащенного реле смены полярности (см. «Превращение положительного напряжения в отрицательное с помощью реле») .Этот метод хорошо работает для определенных приложений, а именно для тех, где требуются дискретные условия тестирования, иногда положительные, а иногда отрицательные.

Для таких приложений реле изменения полярности предлагают недорогой способ генерировать желаемое положительное/отрицательное напряжение. Однако эти реле также имеют три существенных ограничения: прерывание питания во время работы реле с изменением полярности, невозможность обеспечить малые положительные и отрицательные напряжения и увеличенное время выполнения теста.

Что такое биполярный источник питания?

Биполярный источник питания преодолевает эти ограничения. Самое главное, он может обеспечивать как положительное, так и отрицательное напряжение с одной пары клемм. Реле для переключения полярности отсутствуют, поэтому биполярный источник питания может плавно переходить от положительного напряжения через ноль к отрицательному. Он также регулирует ноль вольт или другие очень малые напряжения. По сути, биполярные источники питания представляют собой большие усилители мощности со связью по постоянному току. Фактически, их иногда называют биполярными усилителями мощности.

Часто биполярный источник питания называют четырехквадрантным источником питания. Возьмем, к примеру, геометрическое место выходных напряжений и токов для биполярного источника питания, нанесенное на набор осей (рис. 1) . Обратите внимание, что биполярный источник питания может генерировать положительные и отрицательные напряжения, а также положительные и отрицательные токи. В результате источник питания будет работать в любом месте в пределах четырех квадрантов — отсюда и прозвище «четырехквадрантный источник питания».


1.Четырехквадрантный биполярный источник питания может генерировать положительные и отрицательные выходные сигналы и токи.

Напротив, стандартный источник питания постоянного тока генерирует только положительное напряжение. Таким образом, это однополярный источник питания, работающий только в одном квадранте (только с положительным напряжением и положительным током).

Два квадранта против. Четыре квадранта

Некоторые блоки питания будут работать всего в двух квадрантах (рис. 2) . Они всегда генерируют положительное напряжение, но также могут быть источником тока (положительный ток) или потреблять ток (отрицательный ток).Такие источники особенно подходят для тестирования батарей или цепей зарядки батарей, которые включают в себя как ток источника (например, зарядку батареи), так и ток потребления (например, разрядку батареи).


2. Помимо четырехквадрантного биполярного источника питания имеются одно- и двухквадрантные однополярные источники питания. Эти варианты лучше подходят для определенных приложений, таких как тестирование аккумуляторов.

Биполярные источники питания

Как правило, биполярный источник питания обеспечивает гораздо более широкую полосу пропускания, чем обычный источник питания, что означает, что он может быстро переключаться с одного напряжения на другое.Поэтому, когда тест требует генерации быстрого сигнала, такого как узкий импульс, некоторые инженеры выбирают биполярный источник питания.

Для этого теста биполярный источник питания работает только в квадранте 1 (положительное напряжение, положительный ток), но желаемой характеристикой является скорость биполярного источника. В то время как обычный однополярный источник постоянного тока может создавать импульс шириной 100 мс, а высокопроизводительный однополярный источник постоянного тока может создавать импульс шириной 1 мс, биполярный источник питания часто обеспечивает ширину импульса менее миллисекунды.

Поскольку биполярные источники питания создают положительные и отрицательные напряжения и токи, они являются идеальным выбором для тестирования магнитных и индуктивных устройств, таких как двигатели, катушки индуктивности, магниты, катушки и магнитные датчики. Они также хорошо подходят для генерации сигналов, которые колеблются между положительным и отрицательным напряжением, чтобы имитировать выходные данные датчиков.

Более того, биполярные источники питания можно использовать для проверки аккумуляторов. Напряжение никогда не становится отрицательным при тестировании батареи, а это означает, что необходимы только два из четырех квадрантов биполярного источника питания.

Другое применение связано с тестированием солнечных элементов. При освещении солнечный элемент становится источником энергии. Таким образом, требуется электронная нагрузка для поглощения выходной энергии солнечной панели.

Для теста солнечной батареи биполярный источник питания может поглощать ток и действовать как электронная нагрузка в квадранте 2 (где напряжение положительное, а ток отрицательный). Однако другой важный тест касается измерения темнового тока солнечного элемента (рис.3) . В этом тесте на солнечный элемент не подается свет, а на панель подается обратное (отрицательное) напряжение. В панель будет поступать ток, что позволяет оценить внутреннее сопротивление солнечного элемента и характеристики диода.


3. При измерении темнового тока солнечного элемента биполярный источник питания создает отрицательное напряжение и переводит солнечную панель в состояние обратного смещения.

С биполярным питанием испытание может проходить в прямом направлении, при этом солнечная панель вырабатывает энергию, а биполярное питание действует как электронная нагрузка.Затем можно провести испытание темновым током, при этом биполярный источник питания создает отрицательное напряжение и переводит солнечную панель в состояние обратного смещения.

Резюме

Биполярный источник питания кажется идеальным источником питания, поскольку он может обеспечить любое напряжение от положительного до нуля и до отрицательного. Тем не менее, он проявляет несколько ограничений. Во-первых, из-за сложности конструкции эти источники обычно намного дороже, чем их однополярные аналоги с источниками питания постоянного тока.

Во-вторых, стандартные однополярные источники питания постоянного тока могут адекватно работать с большинством приложений питания постоянного тока, поэтому большинство производителей источников питания не предлагают широкий выбор биполярных источников питания. Таким образом, найти правильный биполярный источник питания может быть сложно. Таким образом, биполярные источники питания, как правило, доступны только в качестве специализированных продуктов (например, очень высокоточные источники-измерители для маломощных или больших источников высокой мощности).

В-третьих, большинство биполярных источников питания являются линейными.Следовательно, они довольно большие и тяжелые, особенно при большой мощности.

Биполярный блок питания — Lineair 4 Quadrant Power Supply

 Технический паспорт превентора

 

 

Биполярный источник питания BOP 100, 200 и 400 Вт (линейный)

Kepco, Inc BOP 100W, 200W и 400W — это высокоскоростные операционные усилители с полным 4-квадрантным биполярным режимом работы. Их выходной сигнал способен как к устойчивому постоянному току, так и к репликации сигналов переменного тока произвольной формы.Выходы напряжения и тока могут регулироваться плавно и линейно во всех номинальных плюсовых и минусовых диапазонах, плавно переходя через ноль без переключения полярности. BOP можно стандартно контролировать с передней панели и/или с помощью аналогового управления. Опционально BOP может управляться 16-битной сменной платой интерфейса GPIB/RS232. Аналоговые счетчики BOP могут быть опционально заменены цифровыми счетчиками.

 

Оптимизированная модель для индуктивных и емкостных нагрузок

В качестве опции (суффикс L) модели Kepco мощностью 200 Вт (кроме BOP 200-1M) и 400 Вт BOP могут быть оптимизированы для управления индуктивными нагрузками.Эти блоки BOP предназначены для стабильной работы в режиме ограничения тока или ограничения тока при нагрузках до 1 Генри. Они также стабильны при любой комбинации нагрузок серии R-L.

В качестве опции (суффикс C) модели Kepco мощностью 200 Вт (кроме BOP 200-1M) и 400 Вт BOP могут быть оптимизированы для управления емкостными нагрузками до 10 миллифарад.

 

Характеристики продукта Биполярный блок питания

  • Модели мощностью 100, 200 и 400 Вт
  • Модели ± 20, 36, 50, 72, 100 и 200 В
  • Источник 100 % и приемник 50 % номинальной выходной мощности
  • Отдельные цепи управления напряжением и током с автоматическим переключением между основным каналом и каналом ограничения
  • Органы управления и сигналы флажков доступны через 50-контактный порт сзади
  • Обнуляемый предусилитель для масштабирования и суммирования внешних сигналов
  • Дополнительные цифровые индикаторы (суффикс -D)
  • Дополнительное цифровое управление через GPIB или RS 232 (суффикс -4886)
  • Новый Дополнительное цифровое управление через Ethernet (суффикс -802E)
  • Параллельное и последовательное соединение идентичных моделей
  • Установка в стандартные 19-дюймовые стойки
  • 5 лет гарантии

 

Дополнительная информация

Пожалуйста, используйте форму ниже, чтобы запросить дополнительную информацию о биполярном источнике питания Kepco.

Корпорация NF: серия BP

Выходное напряжение широкого диапазона ±60 В (120 Впик-пик)
(Возможен сдвиг уровня напряжения: выходное напряжение до +115 В)
10 моделей, от ±10 А до ±100 А
Широкая полоса пропускания: от 0 до 150 кГц (режим CV)
Быстрый отклик: время нарастания/спада 2.5 мкс (режим CV)
Работа в четырех квадрантах: возможен источник и приемник
Функция последовательности до 255 шагов
Постоянный ток, синусоида, прямоугольная волна и произвольная волна
Два режима на выбор, постоянное напряжение/постоянный ток
Функция калибровки отклика
Ограничитель напряжения/тока, функция измерения
USB/Внешнее управление IO
Аналоговый вход в качестве усилителя мощности
Программное обеспечение для управления в комплекте (регистрация данных, редактирование сигналов последовательности/произвольной формы)
Потребляемая мощность: трехфазная, 3-проводная или трехфазная, 4-проводная (указать в заказе, от BP4640 до BP46100)
.

0 comments on “Двухполярный блок питания: обзор готового решения «для ленивых» / Корпуса, БП, ИБП, корпусное охлаждение, сетевые фильтры / iXBT Live

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *