Diagramma schematico di un alimentatore switching per un computer. Potente alimentatore switching
Una master class sulla creazione di un alimentatore switching fatto in casa con le tue mani.
L'autore del progetto (Sergey Kuznetsov, il suo sito Web è classd.fromru.com) ha sviluppato questo alimentatore di rete fatto in casa
per alimentare un potente UMZCH (amplificatore di potenza a frequenza audio). Vantaggi degli alimentatori switching a fronte dei tradizionali alimentatori a trasformatore sono evidenti:
- Il peso del prodotto risultante è molto inferiore
- Le dimensioni dell'alimentatore switching sono molto più piccole.
- L'efficienza del prodotto e, di conseguenza, la dissipazione del calore è inferiore
- La gamma di tensioni di alimentazione (sbalzi di tensione nella rete) a cui l'alimentatore può funzionare stabilmente è molto più ampia.
Tuttavia, la realizzazione di un alimentatore switching richiede molto più impegno e conoscenza rispetto alla realizzazione di un alimentatore convenzionale a bassa frequenza da 50 Hz. L'alimentatore a bassa frequenza è costituito da un trasformatore di rete, un ponte a diodi e condensatori di filtro di livellamento, mentre l'alimentatore a impulsi ha una struttura molto più complessa.
Lo svantaggio principale degli alimentatori di rete switching è la presenza di interferenze ad alta frequenza, che dovranno essere superate se il circuito stampato viene tracciato in modo errato o se la base del componente viene scelta in modo errato. Quando si accende l'UPS, di norma si osserva una forte scintilla nella presa. Ciò è dovuto al grande picco di corrente di avviamento dell'alimentatore, dovuto alla carica dei condensatori del filtro di ingresso. Per eliminare tali picchi di corrente, gli sviluppatori progettano vari sistemi "soft start" che caricano i condensatori di filtro con una bassa corrente nella prima fase di funzionamento e, al termine della carica, organizzano l'alimentazione dell'intera tensione di rete all'UPS. In questo caso, viene utilizzata una versione semplificata di tale sistema, che è un resistore collegato in serie e un termistore che limitano la corrente di carica dei condensatori.
Il circuito si basa sul controller PWM IR2153 in un circuito di commutazione standard. I transistor ad effetto di campo IRFI840GLC possono essere sostituiti con IRFIBC30G, l'autore sconsiglia l'installazione di altri transistor, poiché ciò comporterà la necessità di ridurre i rating di R2, R3 e, di conseguenza, di aumentare il calore generato. La tensione sul controller PWM deve essere di almeno 10 volt. È auspicabile il funzionamento del microcircuito da una tensione di 11-14 Volt. I componenti L1 C13 R8 migliorano la modalità di funzionamento dei transistor.
Gli induttori posti all'uscita dell'alimentatore da 10 μg sono avvolti con filo da 1 mm su manubri in ferrite con una permeabilità magnetica di 600 NN. Puoi avvolgere su canne da vecchi ricevitori, sono sufficienti 10-15 giri. I condensatori nell'alimentatore dovrebbero essere a bassa impedenza per ridurre il rumore RF.
Il trasformatore è stato calcolato utilizzando il programma Transformer 2. L'induzione dovrebbe essere scelta la più piccola possibile, preferibilmente non superiore a 0,25. Frequenza nella regione di 40-80k. L'autore sconsiglia l'uso di anelli di produzione nazionale, vista la non identità dei parametri di ferrite e le perdite significative nel trasformatore. Il circuito stampato è stato progettato per un trasformatore di dimensioni 30x19x20. Durante la regolazione dell'alimentazione, è vietato collegare la massa dell'oscilloscopio al punto di connessione dei transistor. Si consiglia di avviare l'alimentazione per la prima volta con una lampada a 220V con una potenza di 25-40W collegata in serie alla sorgente, mentre l'UPS non può essere caricato pesantemente. È possibile scaricare il circuito stampato del blocco in formato LAY
Ciao caro gatto! Buon compleanno a te e tutto il meglio, per così dire! E come regalo, accetta una cosa così utile come fonte di alimentazione per un amplificatore.
ATTENZIONE!
Alcuni degli elementi di questo dispositivo sono sotto tensione di rete pericolosa per la vita! Alcuni elementi conservano una carica elettrica pericolosa dopo che il dispositivo è stato scollegato dalla rete! Pertanto, durante l'installazione, la regolazione e il funzionamento del dispositivo, è necessario rispettare i requisiti di sicurezza elettrica. Ripetendo il dispositivo, agisci a tuo rischio e pericolo. Io, l'autore, NON mi assumo alcuna responsabilità per eventuali danni morali e materiali, danni alla proprietà, alla salute e alla vita causati dalla ripetizione, dall'uso o dall'impossibilità di utilizzare questo disegno.
Quindi, iniziamo.
Controversie sul bene o sul male sorgente di impulsi gli alimentatori per UMZCH (di seguito denominati IIP) esulano dallo scopo di questo articolo. Personalmente, credo che un SMPS adeguatamente progettato, saldato e regolato non sia peggiore (e per alcuni aspetti anche migliore) di un classico alimentatore con trasformatore di rete.
Nel mio caso, l'uso di SMPS era necessario perché volevo inserire il mio amplificatore in una custodia piatta.
Prima di sviluppare questo SMPS, ho studiato molti circuiti già pronti disponibili in rete e in letteratura. Quindi, tra i radioamatori, sono molto popolari diverse varianti del circuito SMPS non stabilizzato sul chip IR2153. Il vantaggio di questi schemi è solo uno: la semplicità. Per quanto riguarda l'affidabilità, non lo è: l'IC stesso non ha la funzione di protezione da sovraccarico e avvio graduale per caricare gli elettroliti in uscita e l'aggiunta di queste funzioni priva l'SMPS del suo vantaggio: la semplicità. Inoltre, l'implementazione di un avvio graduale su questo circuito integrato è estremamente dubbia: non consente di modificare l'ampiezza dell'impulso e i metodi basati sulla modifica della frequenza del circuito integrato sono inefficaci in un SMPS a semiponte "normale" e sono applicabili in convertitori risonanti. In qualche modo non volevo davvero martellare elettroliti e chiavi con correnti enormi quando l'unità è stata accesa.
È stata inoltre valutata la possibilità di utilizzare il noto IC TL494. Tuttavia, con uno studio più approfondito, si è scoperto che per un funzionamento affidabile attorno a questo circuito integrato, dovrai appendere un mucchio di tutti i tipi di transistor, resistori, condensatori e diodi. E questo "non è il nostro metodo" :-)
Di conseguenza, la scelta è caduta su un microcircuito più moderno e veloce chiamato UC3825 (analogo russo di K1156EU2). Una descrizione dettagliata di questo circuito integrato può essere trovata nella sua scheda tecnica russa e nella rivista Radio.
- Controllo MOSFET di potenza.
- Lavora in dispositivi con feedback di tensione e corrente.
- Funzionante a frequenze fino a 1 MHz.
- Il ritardo di propagazione del segnale attraverso il circuito è di 50 ns.
- Uscite a semiponte per correnti fino a 1,5A.
- Amplificatore di errore a banda larga.
- La presenza di un latch PWM.
- Limitazione di corrente in ogni periodo.
- Inizio senza intoppi. Limitazione del valore della durata massima dell'impulso di uscita.
- Protezione di minima tensione con isteresi.
- Spegnimento del circuito da un segnale esterno.
- Sorgente di tensione di riferimento precisa (5,1 V +/- 1%).
- Allegato “DIP-16”
Bene, proprio quello che ti serve! Consideriamo ora l'IIP stesso.
Specifiche
Tensione di ingresso, V ................................................ ....... 176…265;
Potenza nominale totale del carico, W ................... 217,5;
Il livello del segnale di controllo al quale la PSU è accesa ......... Log. 1 CMOS;
Livello del segnale al quale la PSU è spenta ................................<0,6 В или NC;
Rendimento al carico massimo,%................................................ 80;
Dimensioni (LxPxA), mm ............................................... ... ...............212x97x45
Tensioni di uscita
schema elettrico
Il diagramma schematico dell'SMPS è mostrato nella figura.
Per architettura, questo alimentatore ricorda gli SMPS dei computer in formato ATX. La tensione di rete attraverso i fusibili FU1 e FU2 viene fornita al filtro di rete e al trasformatore di alimentazione in standby. L'uso di due fusibili è necessario per motivi di sicurezza: con un fusibile comune in caso di cortocircuito nell'avvolgimento T1, la corrente nel suo circuito non sarà sufficiente per bruciare questo fusibile e la potenza rilasciata dal trasformatore guasto è sufficiente per accenderlo.
Il filtro di rete contiene un induttore a due avvolgimenti L1, condensatori X C1, C2 e condensatori Y C3, C4 e non ha caratteristiche speciali. Il varistore RV1 protegge l'SMPS dai picchi di alta tensione nella rete e quando la tensione di rete supera il valore massimo consentito.
Il termistore NTC RK1 limita la corrente di carica del condensatore C5 quando l'SMPS è collegato alla rete.
La tensione rettificata dal ponte VD1 e livellata dal condensatore C5 viene fornita all'inverter a semiponte formato dai MOSFET VT1, VT2 e dai condensatori del divisore capacitivo C6, C7. La costruzione separata del filtro di ingresso e del divisore capacitivo consente di facilitare il funzionamento del condensatore di ossido del filtro, che ha un valore ESR relativamente grande. I resistori R5, R6 equalizzano la tensione ai capi dei condensatori del divisore.
Un trasformatore di impulsi di potenza T4 è incluso nella diagonale del semiponte.
I circuiti di uscita dell'SMPS contengono raddrizzatori basati sui diodi VD5 - VD8, VD9 - VD12, induttanza di stabilizzazione di gruppo (DGS) L3 e filtri a forma di U C11 - C16, L4, L5 e C17 - C22, L6, L7. I condensatori ceramici C13, C14, C17, C18 facilitano il funzionamento dei rispettivi elettroliti. Le resistenze R11 - R14 creano il carico iniziale necessario per il normale funzionamento dell'SMPS acceso Al minimo.
Catene C8, R7; C9, R9; C10, R10 - smorzamento. Limitano le emissioni EMF dell'induttanza di dispersione autoindotta e riducono l'interferenza generata dall'SMPS.
Il circuito di controllo non si adattava alla scheda principale, quindi è stato assemblato come modulo A1 su una scheda aggiuntiva.
Come probabilmente avrai già intuito, la sua base è il chip DA2 UC3825AN. È alimentato da uno stabilizzatore integrato su Krenka DA1. Condensatori C1 e C7 - filtro di potenza. Secondo LH, dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile alle corrispondenti conclusioni di DA2. Il condensatore C5 e il resistore R8 stanno impostando la frequenza. Con i valori indicati nel diagramma, la frequenza di conversione dell'alimentatore è approssimativamente uguale a 56 kHz (la frequenza di funzionamento dell'IC è 2 volte superiore: abbiamo un SMPS push-pull). Il condensatore C4 imposta la durata dell'avvio graduale, in questo caso - 78 ms. Il condensatore C2 filtra il rumore all'uscita della sorgente di tensione di riferimento. Gli elementi C6, R9, R10 sono il circuito di compensazione dell'amplificatore di errore e R4, R6 sono il partitore di tensione di uscita dell'alimentatore, da cui viene prelevato il segnale di feedback.
La protezione da sovracorrente è implementata sul trasformatore di corrente T3. Il segnale dal suo avvolgimento secondario viene rettificato da un raddrizzatore sui diodi VD3, VD4 (scheda principale). La resistenza R8 (sulla scheda principale) è il carico del trasformatore di corrente. Il segnale da R8 attraverso il circuito di filtro R7, C3 (nel modulo A1) viene inviato all'ingresso del limite di corrente DA2. Questo alimentatore implementa la limitazione della corrente per ciclo, ovvero il microcircuito non consente alla corrente attraverso i tasti di aumentare a valori pericolosi. Quando la tensione raggiunge 1 V al pin 9, il microcircuito limita l'ampiezza dell'impulso. Se si è verificato un cortocircuito nel carico e la corrente dei tasti è aumentata più velocemente di quanto DA2 abbia avuto il tempo di reagire, la tensione sul pin 9 supererà 1,4 V. Il microcircuito scarica C4 e si interrompe. La corrente nel circuito dell'avvolgimento primario scompare e il microcircuito si riavvia. Pertanto, durante un cortocircuito nel carico, l'SMPS entra in modalità "singhiozzo".
Le porte dei transistor ad effetto di campo sono controllate mediante il trasformatore T2. Allo stato attuale, si è diffuso l'uso di tutti i tipi di driver ad alta tensione bootstrap come IR2110, ecc.. Tuttavia, lo svantaggio di tali microcircuiti è che quando un qualsiasi elemento si guasta, TUTTA la parte ad alta tensione dell'alimentatore e i nodi galvanicamente collegato ad esso si brucia (che ho dovuto incontrare nel processo di esperimenti con questi microcircuiti). Inoltre, questi circuiti integrati non forniscono l'isolamento galvanico del circuito di controllo dalla parte ad alta tensione, il che è inaccettabile per l'architettura selezionata. Puoi leggere le caratteristiche del controllo del cancello e scaricare un programma per il calcolo del trasformatore di controllo.
I diodi Schottky VD1 - VD4 nel modulo A1 proteggono le uscite del driver del chip di controllo. Ciò è facilitato anche dal resistore R11.
Sugli elementi VT1, VT2, R1 - R5 è assemblato un circuito per lo spegnimento dell'SMPS. Il punto di tutto questo è cortocircuitare C4, mettendo così il chip di controllo in modalità standby. Tali campanelli e fischietti sono necessari per uno spegnimento garantito dell'SMPS anche se l'ingresso di spegnimento è sospeso improvvisamente nell'aria (la percentuale è bruciata nell'unità di controllo, il cavo si è rotto) o l'alimentazione di standby si è interrotta. In altre parole, il funzionamento di DA2 verrà bloccato fino a quando non verrà alimentato e contemporaneamente non verrà applicato il livello di log all'ingresso di controllo dell'SMPS. uno.
L'SMPS ha un alimentatore in standby che può essere utilizzato per alimentare un'unità di controllo dell'amplificatore con una funzione di avvio remoto.
La base dell'alimentazione in standby è il trasformatore T1. L'utilizzo di un trasformatore “convenzionale” a 50 Hz aumenta l'affidabilità del dispositivo rispetto ai convertitori di ritorno di impulsi che trovano largo impiego negli alimentatori dei computer, che molto spesso muoiono creando vari effetti pirotecnici. Tuttavia, la stanza di servizio presuppone un lavoro 24 ore su 24. La tensione rettificata dal ponte VD2 e livellata dal condensatore C23 (circa 15 V) viene fornita al modulo A1 e al convertitore di impulsi Step-Down (step-down) sul noto MC34063 (analogo russo di K1156EU5AR). Puoi leggere di questo mikruha in LH. Qualcuno dirà, perché tali difficoltà? Cosa non ha soddisfatto Krenka? Il fatto è che per il normale funzionamento dell'UC3825 è necessario un minimo di 12 V nell'intero intervallo consentito di tensioni di rete. Alla massima tensione nella rete (dopotutto, dobbiamo tenere conto di tutto), l'uscita del ponte VD2 può arrivare fino a 18-20 V. Inoltre, se la tua unità a microprocessore consuma più di 50 mA, Krenka girerà in una grande stufa.
Il soppressore VD14 protegge il carico di lavoro (la tua centralina a microcontrollore mega-complessa e super sofisticata) in caso di guasto della fonte di alimentazione di standby (ad esempio, se la chiave MC34063 si guasta, tutti i 15 V possono essere alla sua uscita ).
Costruzione e dettagli
Dal momento che non mi piace il "moccio" e questo dispositivo ama il cablaggio corretto, l'SMPS è assemblato su un circuito stampato a un lato, la cui figura è mostrata di seguito:
Sulla scheda principale sono presenti due ponticelli del filo MGTF - J1 sul lato delle parti e J2 - sul lato dei binari.
Come notato sopra, il circuito di controllo non si adattava alla scheda principale ed è quindi assemblato su una scheda ausiliaria: 
L'uso di elementi SMD qui è causato non tanto dal desiderio di realizzare un modulo ultra-piccolo e complicare il compito di acquistare elementi per radioamatori da regioni lontane da Mosca, ma dai requisiti per il cablaggio di circuiti ad alta frequenza attorno all'UC3825 . Grazie all'utilizzo di elementi SMD è stato possibile realizzare tutti i conduttori stampati di lunghezza minima. Chi vuole può provare a disegnare una sciarpa magnificamente per i dettagli ordinari - non ci sono riuscito =))
Prendo anche atto che sconsiglio vivamente di deviare fortemente dalla disposizione data della scheda, perché l'alimentatore può iniziare a "cagare" in onda o non funzionerà affatto.
Ora per i dettagli. Molti di essi possono essere estratti da alimentatori per computer difettosi o obsoleti. La scheda principale è progettata per installare resistori C2-23 (MLT, OMLT, ecc.), Vengono importati resistori R10, R13 e R14 (sono più sottili di MLT). Condensatori ceramici - K10-17B o simili importati, C25 devono essere realizzati in dielettrico NPO o simili, C6, C7 - film K73-17.
I condensatori di soppressione dei disturbi C1, C2 devono essere di categoria X2 e C3 e C4 - Y2. Per questi ultimi questo requisito è obbligatorio, poiché da essi dipende la sicurezza elettrica dell'SMPS. Condensatori C8 - C10 - disco ceramico ad alta tensione importato. Puoi mettere K15-5, ma sono più grandi, dovrai correggere il tabellone.
Tutti i condensatori di ossido devono avere una bassa resistenza in serie equivalente (Low ESR). I condensatori della serie Jamicon WL andranno bene. Jamicon HS è adatto come C5.
Choke L1 - da un alimentatore per computer, strappato da un posto simile. Il mio aveva scritto "YX EE-25-02". Strozzatori L2, L4, L5 - standard su manubri con un diametro di 9 mm, ad esempio la serie RLB0914. L'induttore L2 deve essere dimensionato per una corrente di almeno 0,8 A, L4, L5 - almeno 0,5 A. Gli induttori L6 e L7 sono avvolti su anelli T72 (K18,3x7,11x6,60) di grado ferro atomizzato -26 (giallo- bianca). Ho usato quelli già pronti, quindi non so quanti giri ci sono, ma se lo si desidera, il numero di giri può essere calcolato nel programma DrosselRing. L'induttanza misurata delle mie induttanze è 287uH.
I transistor VT1, VT2 sono MOSFET a canale n con una tensione drain-source di almeno 500 V e una corrente di drain di almeno 8 A. Dovresti scegliere transistor con una resistenza minima a canale aperto (Rds_on) e una carica di gate minima.
Bridge VD1 - qualsiasi per 800-1000 V, 6A, VD2 - qualsiasi> 50V, 1A. Come VD3, VD4 si adatta a KD522. Diodi VD5 - VD8 - Schottky per una tensione di almeno 80 V e una corrente di almeno 1 A, VD9 - VD12 - ad alta velocità (ultraveloce) per una tensione di almeno 200 V, una corrente di 10 ... 15 A e un tempo di recupero inverso non superiore a 35 ns (nel caso estremo 75…50 ns). Sarà assolutamente meraviglioso se trovi Schottky per una tale tensione. Diodo VD13 - qualsiasi Schottky 40 V, 1A.
Il modulo A1 utilizza resistori e condensatori SMD di dimensione 0805. Il ponticello 0805 è installato nella posizione J1. C5 deve essere dielettrico NPO o simile, C6 - non peggiore di X7R. C1 - tantalio tipo C o D - i pad sulla tavola sono progettati per ognuno di essi. Transistor VT1, VT2 - qualsiasi n-p-n nel pacchetto SOT23. Diodi VD1 - VD4 - qualsiasi Schottky per una corrente di 3 A nel pacchetto SMC. DA1 può essere sostituito da 7812.
XP3 - connettore dalla scheda madre ATX.
Trasformatore T1 tipo TP121-8, TP131-8. Qualsiasi con una tensione di uscita sotto carico di 15 V andrà bene potenza 4.5 VA. I dati di avvolgimento di altri elementi induttivi sono mostrati di seguito.
Trasformatore di controllo T2
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Avvolgimento |
Numero di contatto (N-K) |
Numero di giri |
Il cavo |
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Nucleo magnetico |
Anello in ferrite T90 (K22.9x14.0x9.53) verde, u=4600 |
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Ciascuno degli avvolgimenti occupa 1 strato ed è distribuito uniformemente sull'anello. Innanzitutto, l'avvolgimento I viene avvolto e coperto con uno strato di isolamento, ad esempio nastro fluoroplastico o tessuto verniciato. L'isolamento di questo avvolgimento determina la sicurezza dell'SMPS. Successivamente, gli avvolgimenti II e III vengono avvolti. L'anello è incollato verticalmente a una presa di plastica con contatti, che viene poi saldata alla scheda. Va notato che per il normale funzionamento, questo trasformatore deve avere un'induttanza di dispersione minima, quindi il suo nucleo deve essere toroidale e con la massima permeabilità magnetica. Ho provato ad avvolgere questa trance sul core E20 / 10/6 da N67 - gli impulsi del gate avevano picchi che hanno aperto il secondo transistor a semiponte: 
Grafico blu - impulsi al gate di VT2, giallo - tensione allo scarico di VT2.
DA trasformatore toroidale, avvolta come descritto sopra, la forma d'onda si presenta così:
Quando si monta il trasformatore di controllo, è necessario osservare la fasatura degli avvolgimenti! Se la fasatura non è corretta, i transistor a mezzo ponte si bruceranno all'accensione!
Trasformatore di corrente T3
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Avvolgimento |
Numero di contatto (N-K) |
Numero di giri |
Il cavo |
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Nucleo magnetico |
2 anelli K12x8x6 da ferrite M3000NM |
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L'avvolgimento II è avvolto in 2 fili, dopo l'avvolgimento l'estremità di un semiavvolgimento è collegata all'inizio dell'altro e il contatto 2. L'avvolgimento I è un pezzo di filo fatto passare attraverso un anello a forma di lettera "P". Per aumentare la resistenza elettrica e meccanica dell'isolamento, sul filo viene applicato un tubo fluoroplastico.
Trasformatore di impulsi di potenza T4
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Avvolgimento |
Numero di contatto (N-K) |
Numero di giri |
Il cavo |
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3xPEV-2 0,41 |
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5xPEV-2 0,41 |
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Nucleo magnetico |
EI 33.0/24.0/12.7/9.7 in ferrite PC40 TDK |
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Il trasformatore è calcolato nel programma ExcellentIT(5000) . Il core viene rimosso dall'alimentatore del computer. Innanzitutto, viene avvolta la prima metà dell'avvolgimento I. Sopra di esso viene posato uno strato di isolamento (uso una pellicola di lavsan da un fotoresist) e uno schermo è una bobina aperta di nastro di rame avvolta con nastro adesivo. Lo schermo è collegato al morsetto 2 del trasformatore. Successivamente, vengono posizionati diversi strati di pellicola o tela verniciata e l'avvolgimento III viene avvolto con un fascio di 10 fili. È necessario avvolgere un giro in un giro, schiacciando il fascio con le dita in modo che tutti e 10 i fili siano disposti in una fila, altrimenti non si adatterà. L'estremità di un semiavvolgimento (5 fili) è collegata all'inizio dell'altro e al morsetto 11 del telaio. L'avvolgimento III è ricoperto da uno strato di pellicola lavsan, sopra il quale è posato l'avvolgimento II in modo simile a III. Successivamente, vengono posati diversi altri strati di pellicola o tela verniciata, una bobina aperta di lamina di rame isolata collegata al terminale 2, uno strato di pellicola e viene avvolta la seconda metà dell'avvolgimento primario.
Un tale avvolgimento del trasformatore consente di ridurre l'induttanza di dispersione di un fattore quattro.
I tubi di fluoroplastico sono posti su tutti i conduttori dell'avvolgimento primario.
Acceleratore di stabilizzazione del gruppoL3
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Avvolgimento |
Numero di giri |
Il cavo |
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Nucleo magnetico |
Anello T106 (K26.9x14.5x11.1) da ferro polverizzato -26 (giallo-bianco) |
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Il GHS è stato calcolato utilizzando il programma CalcGRI.
Innanzitutto, gli avvolgimenti L3.3 e L3.4 sono avvolti contemporaneamente in 2 fili. Ci vorranno 2 strati. Gli avvolgimenti L3.1 e L3.2 sono avvolti in modo simile su di essi in uno strato. Quando si monta il DHS sulla scheda, è necessario osservare la fasatura degli avvolgimenti!
I transistor VT1, VT2 sono montati su un dissipatore nervato in alluminio con dimensioni di 60x15x40 mm e una superficie di 124 cm2. I diodi VD9 - VD12 sono installati su un radiatore simile con dimensioni di 83x15x40 mm e un'area di 191 cm2. Con l'area specificata dei dissipatori di calore, l'alimentatore è in grado di funzionare a lungo con un carico costante non superiore a 100 W! Se l'SMPS dovrebbe essere utilizzato non per un amplificatore, ma per alimentare un carico con un consumo energetico costante fino a 200 W, l'area dei radiatori deve essere aumentata o deve essere applicato il raffreddamento forzato!
L'IIP assemblato si presenta così:
Assemblaggio e configurazione
Innanzitutto, tutti gli elementi sono installati sulla scheda, ad eccezione di VD1, VT1, VT2, T4, R7, C8, FU1. Collegare l'SMPS alla rete e verificare la tensione di +5 V sul pin 11 del connettore XP3. Successivamente, vengono collegati i pin 1 e 11 del connettore XP3 e un oscilloscopio a due raggi è collegato in parallelo con i resistori R3 e R4 (terra oscillante alle estremità inferiori dei resistori, sonde di segnale a quelle superiori. Non è possibile fallo con i transistor installati e l'alimentazione fornita!!!). La forma d'onda dovrebbe apparire così:
Se improvvisamente i tuoi impulsi si sono rivelati in fase, hai sbagliato durante la dissaldatura degli avvolgimenti del trasformatore T2. Scambia l'inizio e la fine dell'avvolgimento inferiore o superiore. Se ciò non avviene, quando accendi l'SMPS con i tasti, ci sarà un grande e colorato saluto :-)
Se non si dispone di un oscilloscopio a due raggi, è possibile controllare a turno la forma e la presenza di impulsi a raggio singolo, ma è possibile fare affidamento solo sulle proprie cure durante il cablaggio del trasformatore T4.
Se ancora non sei esploso, non ti sei riscaldato, ci sono degli impulsi e sei correttamente fasato, puoi saldare tutti gli elementi mancanti e fare la prima accensione. Per ogni evenienza, ti consiglio di farlo attraverso la lampadina da 150 watt di Ilyich (se puoi acquistarla: D). In senso buono, per non bruciare nulla, ovviamente deve essere inserito nell'interruzione tra il più C5 e il semiponte. Ma dal momento che abbiamo scheda a circuito stampato, questo è difficile da fare. Quando è incluso nella rottura del cavo di rete, è di scarsa utilità, ma comunque in qualche modo più calmo)). Accendiamo l'SMPS al minimo e misuriamo le tensioni di uscita. Dovrebbero essere approssimativamente uguali al nominale.
Colleghiamo un carico di 100 W tra le uscite "+25 V" e "-25 V". Per questi scopi, è conveniente utilizzare un normale bollitore da 220 V 2,2 kW riempiendolo prima di acqua. Un bollitore carica l'SMPS di circa 90 - 100 watt. Misuriamo di nuovo la tensione di uscita. Se differiscono in modo significativo da quelli nominali, li guidiamo entro limiti accettabili selezionando i resistori R4 e R6 nel modulo A1.
Se l'SMPS è instabile - la tensione di uscita fluttua con una certa frequenza, è necessario selezionare gli elementi di compensazione del feedback C6, R9, R10. Un aumento della capacità di C10 aumenta l'inerzia dell'SMPS e aumenta la stabilità, tuttavia, un aumento eccessivo della sua capacità rallenterà il sistema operativo e aumenterà l'ondulazione della tensione di uscita. Ora puoi testare l'SMPS al massimo carico. Se l'SMPS si avvia instabile sotto carico o entra in modalità "singhiozzo", puoi provare ad aumentare la capacità del condensatore C3, ma non consiglio di lasciarti trasportare troppo da questo: ciò comporterà una diminuzione nella velocità della protezione di corrente e un aumento dei sovraccarichi d'urto degli elementi SMPS durante un cortocircuito. Puoi anche provare a ridurre il valore di R8. Con il valore indicato nel diagramma, la protezione si attiva quando l'ampiezza della corrente dell'avvolgimento primario T4 è di circa 5 A. A proposito, dirò che la massima corrente di drain consentita dei transistor utilizzati è di 8 A.
Se ora non è esploso nulla, tutti i transistor e i condensatori sono rimasti al loro posto, l'alimentatore soddisfa le caratteristiche date all'inizio dell'articolo e il bollitore si è riscaldato, colleghiamo un amplificatore all'alimentatore e ci godiamo la musica bevendo tè appena preparato :-)
PS: ho testato il mio SMPS con un amplificatore LM3886. Non ho notato alcun sottofondo negli altoparlanti (cosa che non si può dire degli altoparlanti per computer con un trasformatore "classico"). Mi è piaciuto molto il suono.
Buon montaggio!
Letteratura
- Schemi di controller PWM K1156EU2, K1156EU3 http://www.sitsemi.ru/kat/1156eu23.pdf
- Regolatori di larghezza di impulso della serie KR1156EU2 e KR1156EU3. - Radio, 2003, n. 6, pag. 47 - 50.
- Sviluppo e applicazione di circuiti di controllo ad alta velocità per transistor ad effetto di campo di potenza http://valvolodin.narod.ru/articles/FETsCntr.pdf
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A differenza degli alimentatori lineari tradizionali, che presuppongono lo smorzamento di un'eccessiva tensione non stabilizzata su un elemento passante lineare, gli alimentatori pulsati utilizzano altri metodi e fenomeni fisici per generare una tensione stabilizzata, ovvero: l'effetto dell'accumulo di energia negli induttori, nonché la possibilità di trasformazione ad alta frequenza e la conversione dell'energia immagazzinata in pressione costante. Esistono tre schemi tipici per la costruzione di alimentatori a impulsi (vedi Fig. 3.4-1): step-up (la tensione di uscita è maggiore di quella di ingresso), step-down (la tensione di uscita è inferiore a quella di ingresso) e invertente (la tensione di uscita ha l'opposto polarità rispetto all'ingresso). Come si può vedere dalla figura, differiscono solo nel modo di collegare l'induttanza, altrimenti il principio di funzionamento rimane invariato, ovvero.
Viene applicato un elemento chiave (solitamente si utilizzano transistor bipolari o MOS), operante ad una frequenza dell'ordine di 20-100 kHz, periodicamente per un breve periodo (non più del 50% del tempo)
fornisce all'induttore la piena tensione non regolata in ingresso. corrente impulsiva. scorrendo attraverso la bobina, assicura l'accumulo di energia nel suo campo magnetico 1/2LI^2 su ogni impulso. L'energia immagazzinata in questo modo dalla bobina viene trasferita al carico (direttamente, utilizzando un diodo raddrizzatore, o attraverso l'avvolgimento secondario e quindi rettificata), il condensatore del filtro livellatore di uscita assicura che la tensione e la corrente di uscita siano costanti. La stabilizzazione della tensione di uscita è fornita dalla regolazione automatica dell'ampiezza o della frequenza degli impulsi sull'elemento chiave (il circuito di feedback è progettato per monitorare la tensione di uscita).
Questo schema, sebbene piuttosto complesso, può aumentare notevolmente l'efficienza dell'intero dispositivo. Il fatto è che, in questo caso, oltre al carico stesso, non ci sono elementi di potenza nel circuito che dissipano una potenza significativa. I transistor a chiave funzionano in modalità chiave satura (ovvero, la caduta di tensione su di essi è piccola) e dissipano potenza solo a intervalli di tempo piuttosto brevi (il tempo dell'impulso). Inoltre, aumentando la frequenza di conversione, è possibile aumentare notevolmente la potenza e migliorare le caratteristiche di peso e dimensioni.
Un importante vantaggio tecnologico dell'IP pulsato è la possibilità di costruire sulla loro base IP di rete di piccole dimensioni con isolamento galvanico dalla rete per alimentare un'ampia varietà di apparecchiature. Tali IP sono costruiti senza l'uso di un ingombrante trasformatore di potenza a bassa frequenza secondo il circuito del convertitore ad alta frequenza. Si tratta infatti di un circuito tipico di un alimentatore pulsato con riduzione di tensione, dove come tensione di ingresso viene utilizzata una tensione di rete raddrizzata e come trasformatore ad alta frequenza (di piccole dimensioni e ad alto rendimento) elemento di accumulo, dall'avvolgimento secondario di cui viene rimossa la tensione stabilizzata di uscita (questo trasformatore fornisce anche l'isolamento galvanico dalla rete).
Gli svantaggi degli alimentatori pulsati includono: la presenza di un elevato livello di rumore impulsivo in uscita, elevata complessità e bassa affidabilità (soprattutto nella produzione artigianale), la necessità di utilizzare costosi componenti ad alta tensione ad alta frequenza, che, nel in caso di minimo malfunzionamento, falliscono facilmente "in massa" (con questo, di regola, si possono osservare impressionanti effetti pirotecnici). Coloro a cui piace approfondire l'interno dei dispositivi con un cacciavite e un saldatore dovranno prestare estrema attenzione durante la progettazione di un IP pulsato di rete, poiché molti elementi di tali circuiti sono ad alta tensione.
3.4.1 Regolatore di commutazione efficiente a bassa sofisticazione
Sulla base dell'elemento, simile a quella utilizzata nello stabilizzatore lineare sopra descritto (Fig. 3.3-3), è possibile realizzare un regolatore di tensione switching. A parità di caratteristiche avrà dimensioni nettamente inferiori e migliori condizioni termiche. Un diagramma schematico di tale stabilizzatore è mostrato in fig. 3.4-2. Lo stabilizzatore è assemblato secondo uno schema tipico con una caduta di tensione (Fig. 3.4-1a).
Alla prima accensione, quando il condensatore C4 è scarico e all'uscita è collegato un carico sufficientemente potente, la corrente scorre attraverso il regolatore lineare IC DA1. La caduta di tensione su R1 causata da questa corrente sblocca il transistor chiave VT1, che entra immediatamente in modalità di saturazione, poiché la resistenza induttiva L1 è grande e una corrente sufficientemente grande scorre attraverso il transistor. La caduta di tensione su R5 apre l'elemento chiave principale: il transistor VT2. Attuale. crescendo in L1, carica C4, mentre scrivevo il feedback su R8
prima dello stabilizzatore e del transistor chiave. L'energia immagazzinata nella bobina alimenta il carico. Quando la tensione su C4 scende al di sotto della tensione di stabilizzazione, DA1 e il transistor chiave si aprono. Il ciclo viene ripetuto ad una frequenza di 20-30 kHz.
Catena R3. R4, C2 imposteranno il livello di tensione di uscita. Può essere regolato senza problemi entro un piccolo intervallo, da Uct DA1 a Uin. Tuttavia, se Uout viene sollevato vicino a Uin, c'è una certa instabilità al massimo carico e livello elevato pulsazioni. Per sopprimere le increspature ad alta frequenza, all'uscita dello stabilizzatore è incluso un filtro L2, C5.
Lo schema è abbastanza semplice e più efficace per questo livello di complessità. Tutti gli elementi di potenza VT1, VT2, VD1, DA1 sono forniti con piccoli radiatori. La tensione di ingresso non deve superare i 30 V, che è il massimo per gli stabilizzatori KR142EN8. I diodi raddrizzatori devono essere utilizzati per una corrente di almeno 3 A.
3.4.2 Gruppo di continuità basato su regolatore switching
Sulla fig. 3.4-3 si propone in esame un dispositivo per gruppo di continuità sistemi di sicurezza e videosorveglianza basati su uno stabilizzatore di impulsi abbinato a un caricabatteria. Lo stabilizzatore include sistemi di protezione contro sovraccarico, surriscaldamento, sovratensioni in uscita, cortocircuiti.
Lo stabilizzatore ha i seguenti parametri:
Tensione di ingresso, Vvx - 20-30 V:
Tensione stabilizzata in uscita, UVyx-12V:
Corrente di carico nominale, Icarico nominale -5A;
Corrente di funzionamento del sistema di protezione contro un sovraccarico, Izasch - 7A;.
Tensione di funzionamento del sistema di protezione da sovratensione, protezione Uout - 13 V;
Massima corrente di carica della batteria, batteria Izar max - 0,7 A;
Livello di ondulazione. Uppulse - 100 mV
Temperatura di funzionamento di sistema di protezione contro un surriscaldamento, Тzasch - 120 Con;
Velocità di commutazione su alimentazione a batteria, tswitch - 10ms (relè RES-b RFO.452.112).
Il principio di funzionamento dello stabilizzatore di commutazione nel dispositivo descritto è lo stesso di quello dello stabilizzatore presentato sopra.
Dispositivo potenziato caricabatterie realizzato sugli elementi DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Regolatore di tensione IC DA2 con divisore di corrente su R7. R8 limita la massima corrente di carica iniziale, il divisore R9, R10 imposta la tensione di uscita della carica, il diodo VD2 protegge la batteria dall'autoscarica in assenza di tensione di alimentazione.
La protezione da surriscaldamento utilizza il termistore R16 come sensore di temperatura. Quando la protezione viene attivata, il segnalatore acustico montato sull'IC DD 1 si accende e, contemporaneamente, il carico viene scollegato dallo stabilizzatore, passando all'alimentazione a batteria. Il termistore è montato sul radiatore del transistor VT1. La regolazione precisa del livello di funzionamento della protezione termica è effettuata dalla resistenza R18.
Il sensore di tensione è montato su un divisore R13, R15. la resistenza R15 imposta il livello esatto di funzionamento della protezione da sovratensione (13 V). Quando viene superata la tensione all'uscita dello stabilizzatore (in caso di guasto dell'ultimo), il relè S1 scollega il carico dallo stabilizzatore e lo collega alla batteria. In caso di interruzione di corrente, il relè S1 passa allo stato "predefinito", ovvero collega il carico alla batteria.
Il circuito mostrato qui non ha una protezione elettronica da cortocircuito per la batteria. questo ruolo è svolto da un fusibile nel circuito di potenza del carico, progettato per il massimo consumo di corrente.
3.4.3 Alimentatori basati su un convertitore di impulsi ad alta frequenza
Abbastanza spesso, quando si progettano dispositivi, ci sono requisiti severi per le dimensioni della fonte di alimentazione. In questo caso, l'unica via d'uscita è utilizzare un'alimentazione basata su convertitori di impulsi ad alta tensione ad alta frequenza. che sono collegati alla rete ~220 V senza l'utilizzo di un trasformatore riduttore a bassa frequenza complessivo e possono fornire elevate potenze con dimensioni e dissipazione del calore ridotte.
Schema strutturale di un tipico convertitore di impulsi con alimentazione da una rete industriale è mostrato nella Figura 34-4.
Il filtro di ingresso è progettato per impedire la penetrazione di rumore impulsivo nella rete. Gli interruttori di alimentazione garantiscono la fornitura di impulsi ad alta tensione all'avvolgimento primario di un trasformatore ad alta frequenza (singolo e
circuiti duplex). La frequenza e la durata degli impulsi sono impostate da un generatore controllato (di solito, viene utilizzato il controllo della larghezza dell'impulso, meno spesso - frequenza). A differenza dei trasformatori sinusoidali a bassa frequenza, gli alimentatori pulsati utilizzano dispositivi a banda larga per fornire un trasferimento di potenza efficiente su segnali con fronti veloci. Ciò impone requisiti significativi sul tipo di circuito magnetico utilizzato e sul design del trasformatore. D'altra parte, con l'aumentare della frequenza, le dimensioni richieste del trasformatore (pur mantenendo la potenza trasmessa) diminuiscono (i moderni materiali consentono di costruire potenti trasformatori con un'efficienza accettabile a frequenze fino a 100-400 kHz). Una caratteristica del raddrizzatore di uscita è l'uso di diodi di potenza non ordinari, ma diodi Schottky ad alta velocità, dovuto all'alta frequenza della tensione rettificata. Il filtro di uscita attenua l'ondulazione della tensione di uscita. La tensione di retroazione viene confrontata con la tensione di riferimento e quindi controlla il generatore. Prestare attenzione alla presenza di isolamento galvanico nel circuito di retroazione, necessario se si vuole isolare la tensione di uscita dalla rete.
Nella fabbricazione di tali IP, ci sono seri requisiti per i componenti utilizzati (che ne aumenta il costo rispetto a quelli tradizionali). In primo luogo, riguarda la tensione di esercizio dei diodi raddrizzatori, dei condensatori di filtro e dei transistor chiave, che non deve essere inferiore a 350 V per evitare guasti. In secondo luogo, è necessario utilizzare transistor a chiave ad alta frequenza (frequenza operativa 20-100 kHz) e speciali condensatori ceramici (i normali elettroliti di ossido si surriscaldano alle alte frequenze a causa della loro elevata induttanza).
attività). E in terzo luogo, la frequenza di saturazione di un trasformatore ad alta frequenza, determinata dal tipo di circuito magnetico utilizzato (di norma vengono utilizzati nuclei toroidali) deve essere significativamente superiore alla frequenza operativa del convertitore.
Sulla fig. 3.4-5 mostra un diagramma schematico di un IP classico basato su un convertitore ad alta frequenza. Il filtro, costituito dai condensatori C1, C2, C3 e dalle induttanze L1, L2, serve a proteggere l'alimentazione dai disturbi ad alta frequenza provenienti dal convertitore. Il generatore è costruito secondo un circuito auto oscillante ed è abbinato ad uno stadio chiave. I transistor a chiave VT1 e VT2 funzionano in antifase, aprendosi e chiudendosi a turno. L'avvio del generatore e il funzionamento affidabile sono assicurati dal transistor VT3, che opera in modalità di rottura da valanga. Quando la tensione su C6 aumenta attraverso R3, il transistor si apre e il condensatore viene scaricato alla base di VT2, avviando il generatore. La tensione di retroazione viene rimossa dall'avvolgimento aggiuntivo (III) del trasformatore di potenza Tpl.
Transistori VT1. VT2 va installato su radiatori a piastre di almeno 100 cm^2. I diodi VD2-VD5 con barriera Schottky sono posti su un piccolo radiatore 5 cm^2. Dati bobina e trasformatore: L1-1. L2 è avvolto su anelli di ferrite 2000NM K12x8x3 in due fili con filo PELSHO 0,25: 20 giri. TP1 - su due anelli accostati, ferrite 2000NN KZ 1x18,5x7;
avvolgimento 1 - 82 spire con filo PEV-2 0,5: avvolgimento II - 25 + 25 spire con filo PEV-2 1,0: avvolgimento III - 2 spire con filo PEV-2 0,3. TP2 è avvolto su un anello di ferrite 2000NN K10x6x5. tutti gli avvolgimenti sono realizzati con filo PEV-2 0,3: avvolgimento 1 - 10 giri:
avvolgimenti II e III - 6 giri ciascuno, entrambi gli avvolgimenti (II e III) sono avvolti in modo tale da occupare il 50% dell'area dell'anello senza toccarsi o sovrapporsi, l'avvolgimento I è avvolto uniformemente attorno all'intero anello e coibentato con uno strato di tela verniciata. Le bobine del filtro raddrizzatore L3, L4 sono avvolte su ferrite 2000NM K 12x8x3 con filo PEV-2 1.0, il numero di giri è 30. KT809A può essere utilizzato come transistor chiave VT1, VT2. KT812, KT841.
I valori nominali degli elementi e i dati dell'avvolgimento dei trasformatori sono forniti per una tensione di uscita di 35 V. Nel caso in cui siano richiesti altri parametri operativi, il numero di spire nell'avvolgimento 2 Tr1 deve essere modificato di conseguenza.
Il circuito descritto presenta notevoli inconvenienti dovuti al desiderio di ridurre al minimo il numero di componenti utilizzati. Si tratta di un basso "livello di stabilizzazione della tensione di uscita, di un funzionamento instabile e inaffidabile e di una bassa corrente di uscita. Tuttavia, è abbastanza adatto per alimentare le strutture più semplici di diversa potenza (quando si utilizzano componenti adeguati), quali: calcolatrici, chiamanti, corpi illuminanti, ecc.
Un altro circuito IP basato su un convertitore di impulsi ad alta frequenza è mostrato in fig. 3.4-6. La principale differenza tra questo circuito e la struttura standard mostrata in Fig. 3.4-4 è la mancanza di un ciclo di feedback. A questo proposito, la stabilità della tensione agli avvolgimenti di uscita del trasformatore RF Tr2 è piuttosto bassa ed è richiesto l'uso di stabilizzatori secondari (il circuito utilizza stabilizzatori integrati universali sui circuiti integrati della serie KR142).
3.4.4 Regolatore a commutazione con transistor MIS a chiave con rilevamento della corrente.
La miniaturizzazione e l'aumento dell'efficienza nello sviluppo e nella progettazione di alimentatori a commutazione sono facilitati dall'uso di una nuova classe di inverter a semiconduttore - transistor MOS, nonché: diodi ad alta potenza con recupero rapido inverso, diodi Schottky, diodi ultraveloci , transistori ad effetto di campo con gate isolato, circuiti integrati per il controllo di elementi chiave. Tutti questi elementi sono disponibili sul mercato nazionale e possono essere utilizzati nella progettazione di alimentatori ad alte prestazioni, convertitori, sistemi di accensione dei motori. combustione interna(ICE), sistemi di avviamento delle lampade luce del giorno(LDS). Di grande interesse per gli sviluppatori può anche essere una classe di dispositivi di potenza chiamati HEXSense - transistor MIS con rilevamento della corrente. Sono elementi di commutazione ideali per alimentatori switching pronti all'uso. La capacità di leggere la corrente del transistor di commutazione può essere utilizzata negli alimentatori a impulsi per la retroazione di corrente richiesta dal controller PWM. Ciò consente di semplificare la progettazione dell'alimentatore: l'esclusione di resistori di corrente e trasformatori da esso.
Sulla fig. 3.4-7 mostra uno schema di un alimentatore switching da 230 W. Le sue principali caratteristiche prestazionali sono le seguenti:
Tensione di ingresso: -110V 60Hz:
Tensione di uscita: 48 VDC:
Corrente di carico: 4,8 A:
Frequenza di commutazione: 110 kHz:
Efficienza a pieno carico : 78%;
Efficienza a 1/3 del carico: 83%.
Il circuito si basa su un modulatore di larghezza di impulso (PWM) con un convertitore ad alta frequenza in uscita. Il principio di funzionamento è il seguente.
Il segnale di controllo del transistor chiave proviene dall'uscita 6 del controller PWM DA1, il ciclo di lavoro è limitato al 50% dal resistore R4, R4 e SZ sono gli elementi di temporizzazione del generatore. L'alimentazione DA1 è fornita dalla catena VD5, C5, C6, R6. La resistenza R6 è progettata per fornire tensione durante l'avvio del generatore, successivamente viene attivata la retroazione di tensione tramite LI, VD5. Questo feedback è ottenuto da un avvolgimento aggiuntivo nell'induttanza di uscita, che opera in modalità flyback. Oltre ad alimentare il generatore, la tensione di retroazione attraverso la catena VD4, Cl, Rl, R2 viene alimentata all'ingresso di retroazione di tensione DA1 (pin 2). Attraverso R3 e C2 viene fornita una compensazione che garantisce la stabilità dell'anello di retroazione.
Sulla base di questo schema, è possibile costruire stabilizzatori di commutazione con altri parametri di uscita.
La figura mostra il circuito del convertitore tensione costante 12V a 180V. Questo schema può essere utilizzato come fonte di alimentazione per indicatori di scarica di gas (per l'alimentazione di indicatori di scarica di gas (tipo IN) è necessaria una tensione costante o pulsante di 100 ... 200 V.). Lo schema è abbastanza semplice, contiene un insieme minimo di elementi. Il generatore è assemblato su un chip timer NE555N, l'uscita del generatore controlla il gate del canale N transistor ad effetto di campo, […]
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SCHEMA PRINCIPALE DELL'ALIMENTAZIONE PULSATA
COMPUTER
L'ARTICOLO E' PREPARATO SULLA BASE DEL LIBRO DI A. V. GOLOVKOV e V. B LYUBITSKY "ALIMENTATORI PER MODULI DI SISTEMA DEL TIPO IBM PC-XT/AT" EDITORE "LAD i N"
Riassumendo tutto ciò che è stato detto, per completezza, daremo una descrizione completa a titolo esemplificativo schema elettrico per uno degli alimentatori switching da 200 watt (prodotto da Taiwan PS6220C) (Fig. 56).
La tensione di rete alternata viene fornita tramite l'interruttore di rete PWR SW tramite il fusibile di rete F101 4A, filtri antirumore formati dagli elementi C101, R101, L101, C104, C103, C102 e induttanze AND 02, L103 a:
connettore di uscita a tre pin, a cui è possibile agganciare il cavo di alimentazione del display;
connettore a due pin JP1, la cui controparte si trova sulla scheda.
Dal connettore JP1 viene fornita la tensione di rete AC a:
circuito di rettifica del ponte BR1 attraverso il termistore THR1;
l'avvolgimento primario del trasformatore di avviamento T1.
Figura 56. Diagramma schematico dell'alimentatore switching dell'UPS PS-6220C