Як працює простий і потужний імпульсний блок живлення. Блок живлення (інвертор) з адаптивним обмеженням струму Інверторний блок живлення своїми руками схема

Сфера застосування імпульсних блоків живлення в побуті постійно розширюється. Такі джерела застосовуються для живлення всієї сучасної побутової та комп'ютерної апаратури, для реалізації джерел безперебійного електроживлення, зарядних пристроїв для акумуляторів різного призначення, реалізації низьковольтних систем освітлення і для інших потреб.

У деяких випадках покупка готового джерела живлення мало прийнятна з економічної або технічної точки зору і збірка імпульсного джерела власними руками є оптимальним виходом з такої ситуації. Спрощує такий варіант і широка доступність сучасної елементної бази за низькими цінами.

Найбільш затребуваними в побуті є імпульсні джерела з живленням від стандартної мережі змінного струму і потужним низьковольтних виходом. Структурна схема такого джерела показана на малюнку.

Мережевий випрямляч СВ перетворює змінну напругу мережі живлення в постійне і здійснює згладжування пульсацій випрямленої напруги на виході. Високочастотний перетворювач ВЧП здійснює перетворення випрямленої напруги в змінну або однополярної, що має форму прямокутних імпульсів необхідної амплітуди.

Надалі таку напругу або безпосередньо, або після випрямлення (ВН) надходить на згладжує фільтр, до виходу якого підключається навантаження. Управління ВЧП здійснюється системою управління, яка отримує сигнал зворотного зв'язку від випрямляча навантаження.

Така структура пристрою може бути піддана критиці з-за наявності декількох ланок перетворення, що знижує ККД джерела. Однак, при правильному виборі напівпровідникових елементів і якісному розрахунку і виготовленні моткових вузлів, рівень втрат потужності в схемі малий, що дозволяє отримувати реальні значення ККД вище 90%.

Принципові схеми імпульсних блоків живлення

Рішення структурних блоків включають не тільки обґрунтування вибору варіантів схемної реалізації, а й практичні рекомендації за вибором основних елементів.

Для випрямлення мережевого однофазного напруги використовують одну з трьох класичних схем зображених на малюнку:

однополуперіодним;
нульову (двухполуперіодним з середньою точкою);
двхполуперіодную бруківку.

Кожній з них притаманні переваги і недоліки, які визначають область застосування.

Однополуперіодна схема відрізняється простотою реалізації і мінімальною кількістю напівпровідникових компонентів. Основними недоліками такого випрямляча є значна величина пульсації вихідної напруги (в випрямленном присутній лише одна полуволна напруги) і малий коефіцієнт випрямлення.

коефіцієнт випрямлення кввизначається співвідношенням середнього значення напруги на виході випрямляча Udкдіючим значенням фазного напруги Uф.

Для однополупериодной схеми Кв \u003d 0.45.

Для згладжування пульсації на виході такого випрямляча потрібні потужні фільтри.

Нульова, або двонапівперіодна схема з середньою точкою, Хоч і вимагає подвоєного числа випрямних діодів, однак, цей недолік в значній мірі компенсується більш низьким рівнем пульсацій випрямленої напруги і зростанням величини коефіцієнта випрямлення до 0.9.

Основним недоліком такої схеми для використання в побутових умовах є необхідність організації середньої точки напруги, що має на увазі наявність мережевого трансформатора. Його габарити і маса виявляються несумісними з ідеєю малогабаритного саморобного імпульсного джерела.

Двонапівперіодна бруківка схема випрямлення має ті ж показники за рівнем пульсації і коефіцієнту випрямлення, що і нульова схема, але не вимагає наявності мережевого. Це компенсує і головний недолік - подвійну кількість випрямних діодів як з точки зору ККД, так і за вартістю.

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги найкращим рішенням є використання ємнісного фільтра. Його застосування дозволяє підняти величину випрямленої напруги до амплітудного значення мережевого (при Uф \u003d 220В Uфм \u003d 314В). Недоліками такого фільтра прийнято вважати великі величини імпульсних струмів випрямних елементів, але критичним цей недолік не є.

Вибір діодів випрямляча здійснюється за величиною середнього прямого струму Ia і максимального зворотного напруги U BM.

Прийнявши величину коефіцієнта пульсації вихідної напруги Кп \u003d 10%, отримаємо середнє значення випрямленої напруги Ud \u003d 300В. З урахуванням потужності навантаження і ККД ВЧ перетворювача (для розрахунку приймається 80%, але на практиці вийде вище, це дозволить отримати певний запас).

Ia - середній струм діода випрямляча, Рн потужність навантаження, η - ККД ВЧ перетворювача.

Максимальна зворотна напруга випрямного елемента не перевищує амплітудного значення напруги мережі (314В), що дозволяє використовувати компоненти з величиною U BM \u003d 400В зі значним запасом. Використовувати можна як дискретні діоди, так і готові випрямні мости від різних виробників.

Для забезпечення заданої (10%) пульсації на виході випрямляча ємність конденсаторів фільтра приймається з розрахунку 1мкФ на 1Вт вихідної потужності. Використовуються електролітичні конденсатори з максимальною напругою не менше 350В. Ємності фільтрів для різних потужностей наведені в таблиці.

Високочастотний перетворювач: його функції і схеми

Високочастотний перетворювач являє собою однотактний або двотактний ключовий перетворювач (інвертор) з імпульсним трансформатором. Варіанти схем ВЧ перетворювачів наведені на малюнку.

однотактна схема. При мінімальній кількості силових елементів і простоті реалізації має кілька недоліків.

Трансформатор в схемі працює по приватної петлі гистерезиса, що вимагає збільшення його розмірів і габаритної потужності;
Для забезпечення потужності на виході необхідно отримати значну амплітуду імпульсного струму, що протікає через напівпровідниковий ключ.

Схема знайшла найбільше застосування в малопотужних пристроях, де вплив зазначених недоліків не настільки значно.

Щоб самостійно поміняти або встановити новий лічильник, не потрібно особливих навичок. Вибір правильної забезпечить коректний облік споживаного струму і підвищить безпеку домашньої електромережі.

В сучасних умовах забезпечення висвітлення як всередині приміщень, так і на вулиці все частіше використовують датчики руху. Це надає не тільки комфорт і зручності в наші оселі, а й дозволяє істотно економити. дізнатися практичні поради за вибором місця установки, схем підключення можна.

Двотактна схема з середньою точкою трансформатора (пушпульний). Отримала свою другу назву від англійського варіанту (push-pull) опису роботи. Схема вільна від недоліків однотактного варіанти, але має власні - ускладнена конструкція трансформатора (потрібне виготовлення ідентичних секцій первинної обмотки) і підвищені вимоги до максимального напруження ключів. В решті рішення заслуговує на увагу і широко застосовується в імпульсних джерелах живлення, що виготовляються своїми руками і не тільки.

Двотактна полу мостова схема. За параметрами схема аналогічна схемі з середньою точкою, але не вимагає складної конфігурації обмоток трансформатора. Власним недоліком схеми є необхідність організації середньої точки фільтра випрямляча, що тягне чотириразове збільшення кількості конденсаторів.

Завдяки простоті реалізації схема найбільш широко використовується в імпульсних джерелах живлення потужністю до 3 кВт. При великих потужностях вартість конденсаторів фільтра стає неприйнятно високою в порівнянні з напівпровідниковими ключами інвертора і найбільш вигідною виявляється бруківка схема.

Двотактна бруківка схема. За параметрами аналогічна іншим двотактним схемами, але позбавлена \u200b\u200bнеобхідності створення штучних «середніх точок». Платою за це стає подвійну кількість силових ключів, що вигідно з економічної і технічної точок зору для побудови потужних імпульсних джерел.

Вибір ключів інвертора здійснюється за амплітудою струму колектора (стоку) I Кмах і максимального напруження колектор-емітер U КЕМАХ. Для розрахунку використовуються потужність навантаження і коефіцієнт трансформації імпульсного трансформатора.

Однак, перш необхідно розрахувати сам трансформатор. Імпульсний трансформатор виконується на сердечнику з фериту, пермаллоя або крученого в кільце трансформаторного заліза. Для потужностей до одиниць кВт цілком підійдуть ферритові сердечники кільцевого або Ш-образного типу. Розрахунок трансформатора ведеться виходячи з необхідної потужності і частоти перетворення. Для виключення появи акустичного шуму частоту перетворення бажано винести за межі звукового діапазону (зробити вище 20 кГц).

При цьому необхідно пам'ятати, що при частотах близьких до 100 кГц значно зростають втрати в феритових магнитопроводах. Сам розрахунок трансформатора не складає труднощів і легко може бути знайдений в літературі. Деякі результати для різних потужностей джерел і магнитопроводов наведені в таблиці нижче.

Розрахунок зроблений для частоти перетворення 50 кГц. Варто звернути увагу, що при роботі на високій частоті має місце ефект витіснення струму до поверхні провідника, що призводить до зниження ефективної площі обмотки. Для запобігання подібного роду неприємностей і зниження втрат в провідниках необхідно виконувати обмотку з декількох жив меншого перетину. При частоті 50 кГц допустимий діаметр проводу обмотки не перевищує 0.85 мм.

Знаючи потужність навантаження і коефіцієнт трансформації можна розрахувати струм в первинній обмотці трансформатора і максимальний струм колектора силового ключа. Напруга на транзисторі в закритому стані вибирається вище, ніж випрямлена напруга, що надходить на вхід ВЧ-перетворювача з деяким запасом (U КЕМАХ\u003e \u003d 400В). За цими даними можна обирати ключів. В даний час найкращим варіантом є використання силових транзисторів IGBT або MOSFET.

Для діодів випрямляча на вторинній стороні необхідно дотримуватися одне правило - їх максимальна робоча частота повинна перевищувати частоту перетворення. В іншому випадку ККД вихідного випрямляча і перетворювача в цілому значно знизяться.

Відео про виготовленні найпростішого імпульсного пристрою живлення

Для виконання зварювальних робіт в домашніх умовах незамінний зварювальний інверторний апарат. Принцип його роботи заснований на використанні транзисторів і перемикачів, за допомогою яких спочатку мережеве напруга трансформується в постійне.

Потім змінюються характеристики струму (підвищується частота синусоїди). Ці дії призводять до зниження значення напруги, що призводить до випрямлення струму, при цьому частота струму не змінюється.

Широке використання даних апаратів пов'язано з рядом його переваг, до яких можна віднести:

Невеликі габаритні розміри, А також малу вагу, що істотно полегшує працю при зварювальних роботах і дозволяє розташувати апарат в зручному місці;
Можливість виготовити його самостійно, витративши трохи коштів. Крім цього, збірка своїми руками дозволяє підібрати деталі з необхідними характеристиками, а також в подальшому досить просто виконати ремонт агрегату або заміну деталей для коригування характеристик;
високий ККД, Що дозволяє йому конкурувати з готовими апаратами.

Недоліками зварювального інвертора, який виготовлений самостійно, є:

Мінімальний термін служби, При невірно підібраних деталях;
Відсутня можливість реалізувати додаткові функції , Які здатні поліпшувати якість зварного шва;
При необхідності отримати апарат великої потужності потрібна організація додаткової системи охолодження, що збільшує кінцеву вартість і габарити.

Слід врахувати, що самостійна збірка інвертора досить кропітка праця, Що займає багато часу і вимагає певних навичок. Але сучасні виробники пропонують широкий вибір комплектуючих, що значно полегшує їх вибір. Сам підбір деталей заснований на сумісності параметрів за типами та характеристика, а також на можливості простої заміни надалі.

Основними елементами інвертора є:

блок живлення;
силова частина і її ключі.

До базових вихідних характеристик відносяться:

споживаний струм, причому його максимальне значення;
напруга і частота в мережі;
значення струму зварювання, при якому буде виконуватися шов.

Підготовчий етап

Перед тим як приступити до покупки деталей для виготовлення інвертора необхідно точно представляти значення вихідних параметрів, а також мати електричні схеми всіх елементів ( загальна схема, Блоку живлення).

Розглянемо виготовлення зварювального апарату з вхідними характеристиками:

напруга мережі 220 В;
частота 50 ГЦ;
сила струму 32 А.

На виході вийде ток, перетворений до величини 250 А, тобто збільшив своє дійсне значення в 8 разів. Даним апаратом можна виконувати зварений шов, розташувавши електрод менше 1 см до зварюваної деталі.

Перед тим як приступити до складання апарату необхідно підготувати наступні матеріали й інструменти:

викрутки (плоскі і хрестові) різних розмірів;
прилади для вимірювання напруги і сили струму (вольтметр і амперметр), які можна замінити сучасним універсальним вимірювальним приладом;
з маленьким жалом;
компоненти для виконання паяльних робіт (каніфоль, дріт);
осцилограф, застосування якого дозволить контролювати зміна синусоїди струму;
спеціальна сталь з відповідними електротехнічними параметрами;
бавовняна і скловолоконна тканини;
осердя для трансформатору;
обмотки трансформаторів:
первинна на 100 витків з дроту діаметром 0,3 мм
вторинні (внутрішня - це 15 витків дротом 1 мм, середня - це 15 витків з дроту 0,2 мм, зовнішня - 20 витків, виконані дротом 0,35 мм);
текстоліт;
болти і шурупи;
транзистори з необхідними характеристиками;
дроти різного перетину;
силовий кабель;
изолента або спеціальний папір.

Після виконання підготовчих робіт можна приступати до складання.

Блок живлення інвертора

Плату, де розташовується блок живлення інвертора, збирають окремо від силового елемента апарату. Крім цього, їх потрібно розділити між собою листом металу, який закріплений до корпусу жорстко.

Основним елементом блоку живлення є трансформатор, який можна виготовити самостійно. З його допомогою напругу, яка надходить з мережі, буде перетворюватися до величини безпечної для життя, а потім підвищувати силу струму для виконання зварювання.

Матеріалом для сердечника може бути залізо розмірів 7х7 або 8х8. При цьому можна брати як стандартні пластини або відрізати необхідний шматок металу від наявного аркуша. Обмотка виконується мідним дротом марки ПЕВ, так як саме цей матеріал максимально забезпечує необхідні характеристики (малий перетин при достатній ширині).

Використання іншого матеріалу в якості обмотки може істотно вплинути на характеристики трансформатора, наприклад, збільшити нагрівання даної деталі.

Збірку трансформатора, що складається з 2-х обмоток, починають створення первинної обмотки. Для цього дріт перетином 0,3 мм обмотують 100 раз на сердечник. При цьому важливо щоб обмотка займала всю ширину сердечника. Ця особливість дозволить поліпшити роботу інвертора при перепадах напруги в процесі подальшої роботи.

При цьому кожен виток повинен щільно прилягати до попереднього, при цьому нахлеста краще уникати. Після того як всі 100 витків виконані, необхідно укласти шар спеціальної ізолюючої паперу або тканини з скловолокна. Слід врахувати, що папір буде темніти в процесі експлуатації.

Далі виконують вторинну обмотку. Для цього необхідно взяти мідний дріт перетином 1 мм і зробити 15 обертів, намагаючись розподілити їх по всій ширині, на рівній відстані один від одного. Після покриття їх лаком і просушування, намотують 2 шар мідним дротом перетином 0,2 мм, роблячи також 15 оборотів.

Їх теж необхідно розподілити, як і в попередньому випадку і ізолювати. Останнім шаром для вторинної обмотки буде ПЕВ перетином 0,35 мм, витків при цьому буде 20. Останній шар також необхідно ізолювати.

корпус

Далі приступають до виготовлення корпусу. Його розмір повинен бути співмірний з габаритами трансформатора і плюс 70% на розміщення інших деталей інвертора. Сам корпус може бути виконаний з листової сталі товщиною 0,5-1 мм.

Для з'єднання кутів можна використовувати болти або за допомогою спеціальних згинальних верстатів зігнути лист до потрібних розмірів. Якщо на корпусі розташувати ручку для кріплення інвертора на ремені або для простоти перенесення, то це в значній мірі полегшить експлуатацію приладу в подальшому.

Крім цього, конструкція корпусу повинна передбачати досить простий доступ до всіх деталей, розташованим всередині нього. На ньому необхідно проробити кілька технологічних отворів для перемикачів, кнопки харчування, світлової сигналізації про працездатність, а також кабельні роз'єми.

Силова частина і інверторний блок

Силовим блоком для інвертора служить трансформатор, особливістю якого є наявність 2 сердечників, які мають у своєму розпорядженні поруч з маленьким зазором, прокладаючи аркуш паперу. Цей трансформатор збирається аналогічно попередньому. Важливою деталлю є те, що ізоляційний шар між витками дроту необхідно посилити, що дозволить не допустити пробою напруги. Крім цього, між шарами дротів укладають прокладки, виконані з фторопласту.

До силової частини можна віднести конденсатори, які з'єднані згідно зі схемою. Вони призначені для зменшення резонансу трансформаторів, а також покликані мінімізувати і компенсувати втрати струму в транзисторах.

інверторний блок апарату служить для перетворення струму, У якого на виході підвищується частота. Для цього в інвертор використовують транзистори або діоди. Якщо вирішено використовувати діоди в цьому блоці, то їх необхідно зібрати в косою міст за спеціальною схемою. Висновки з нього йдуть до транзисторів, які призначені для повернення змінного струму з більшою частотою. Діодний міст і транзистори повинні бути розділені перегородкою.

Система охолодження

Так як всі елементи агрегату схильні до нагрівання, то необхідно організувати систему охолодження, яка забезпечить безперебійну надійну роботу. Для цього можна використовувати кулери від комп'ютерів, а також виконати кілька додаткових отворів в корпусі для легкого доступу повітря всередину апарату. Однак таких отворів не повинно бути занадто багато, щоб уникнути попадання зайвого пилу в корпус.

Кулери повинні розташовуватися таким чином, щоб вони могли працювати на вихід повітря з корпусу апарату. Елементи охолодження потребують профілактики, наприклад, заміни термопасти, тому доступ до них повинен бути простий.

Є кілька деталей в инвертор, які вимагають обов'язкового охолодження. Це трансформатори. Для їх охолодження розумно монтувати 2 вентилятора. Крім цього, в додатковому охолодженні потребує діодний міст. Він встановлюється на радіаторі.

Установка такого елемента, як термодатчик, і подальше його з'єднання з світлодіодом на корпусі, дозволить подавати сигнал при досягненні неприпустимою температури і відключати інвертор від харчування для охолодження.

збірка

Збірка інвертора здійснюється в наступному порядку:

на підставу корпусу розташовується трансформатор, діодний міст, схема управління;
виконується скручування, спайка і кріплення між собою всіх проводів;
на зовнішньої панелі виводяться світлова індикація, кнопка пуску, роз'єм кабелю.

Коли все встановлено, можна перевіряти роботу апарату.

Перевірка роботи

Щоб перевірити апарат необхідно використовувати для цього осцилограф. Інвертор підключають до мережі в 220 В, а потім по приладу перевіряються, наскільки вихідні параметри відповідають необхідним. Наприклад, напруга повинна бути в межах 500-550 В. При абсолютно правильній збірці і правильно підібраних деталях, це значення не повинно переходити поріг в 350 В.

Після таких вимірів і прийнятних показників осцилографа, можна приступати до виконання зварювального шва. Після того, як перший електрод повністю вигорить, необхідно провести заміри температури на трансформаторі. Якщо він кипить, то схема потребує доопрацювання, апарат необхідно відключити і внести зміни. Тільки після того, як вжито заходів щодо усунення даного недоліку, можна повторно виконати запуск з таким же виміром температури після закінчення роботи.

Правила експлуатації

Зварювальний інвертор можна застосовувати як для зварювання деталей виконаних з чорного металу, так і вести роботи з кольоровим. Він корисний як в приватному будинку, на дачі, так і в гаражі.

При його експлуатації необхідно стежити за якістю напруги і частоти в мережі.

Для тривалого використання даного агрегату необхідно періодично перевіряти працездатність окремих його чищенні, виконувати профілактичні заходи по очищенню його від пилу і бруду.

при самостійному виготовленні інвертора необхідно:

мати схеми всіх елементів апарату;
правильно підбирати комплектуючі;
витримувати всі необхідні зазори і ретельно ізолювати елементи;
дотримуватися правил техніки безпеки.

У більшості сучасних електронних пристроїв практично не використовуються аналогові (трансформаторні) блоки живлення, їм на зміну прийшли імпульсні перетворювачі напруги. Щоб зрозуміти, чому так сталося, необхідно розглянути конструктивні особливості, А також сильні і слабкі сторони цих пристроїв. Ми також розповімо про призначення основних компонентів імпульсних джерел, наведемо простий приклад реалізації, який може бути зібраний своїми руками.

Конструктивні особливості та принцип роботи

З декількох способів перетворення напруги для харчування електронних компонентів, Можна виділити два, які отримали найбільше поширення:

Аналоговий, основним елементом якого є понижуючий трансформатор, крім основної функції ще і забезпечує гальванічну розв'язку.
Імпульсний принцип.

Розглянемо, чим відрізняються ці два варіанти.

БП на основі силового трансформатора

Розглянемо спрощену структурну схему даного пристрою. Як видно з малюнка, на вході встановлений понижуючий трансформатор, з його допомогою виробляється перетворення амплітуди напруги живлення, наприклад з 220 В отримуємо 15 В. Наступний блок - випрямляч, його завдання перетворити синусоїдальний струм в імпульсний (гармоніка показана над умовним зображенням). Для цієї мети використовуються випрямні напівпровідникові елементи (діоди), підключені по мостовій схемі. Їх принцип роботи можна знайти на нашому сайті.

Наступний блок грає виконує дві функції: згладжує напругу (для цієї мети використовується конденсатор відповідної ємності) і стабілізує його. Останнє необхідно, щоб напруга «Не провалювалося» при збільшенні навантаження.

Наведена структурна схема сильно спрощена, як правило, в джерелі даного типу є вхідний фільтр і захисні ланцюга, але для пояснення роботи пристрою це не принципово.

Всі недоліки наведеного варіанту прямо або побічно пов'язані з основним елементом конструкції - трансформатором. По-перше, його вага і габарити, обмежують мініатюризацію. Щоб не бути голослівним наведемо як приклад понижуючий трансформатор 220/12 В номінальною потужністю 250 Вт. Вага такого агрегату - близько 4-х кілограм, габарити 125х124х89 мм. Можете уявити, скільки б важила зарядка для ноутбука на його основі.

По-друге, ціна таких пристроїв часом багаторазово перевершує сумарну вартість інших компонентів.

імпульсні пристрої

Як видно з структурної схеми, наведеної на малюнку 3, принцип роботи даних пристроїв істотно відрізняється від аналогових перетворювачів, в першу чергу, відсутністю вхідного понижувального трансформатора.

Малюнок 3. Структурна схема імпульсного блоку живлення

Розглянемо алгоритм роботи такого джерела:

Харчування надходить на мережевий фільтр, його завдання мінімізувати мережеві перешкоди, як входять, так і вихідні, що виникають внаслідок роботи.
Далі вступає в роботу блок перетворення синусоїдального напруги в імпульсне постійне і згладжує фільтр.
На наступному етапі до процесу підключається інвертор, його завдання пов'язана з формуванням прямокутних високочастотних сигналів. Зворотній зв'язок з інвертором здійснюється через блок управління.
Наступний блок - ІТ, він необхідний для автоматичного генераторного режиму, подачі напруги на ланцюги, захисту, управління контролером, а також навантаження. Крім цього в завдання ІТ входить забезпечення гальванічної розв'язки між ланцюгами високої та низької напруги.

На відміну від понижувального трансформатора, сердечник цього пристрою виготовляється з феррімагнітних матеріалів, це сприяє надійної передачі ВЧ сигналів, які можуть бути в діапазоні 20-100 кГц. Характерна особливість ІТ полягає в тому, що при його підключенні критично включення початку і кінця обмоток. Невеликі розміри цього пристрою дозволяють виготовляти прилади мініатюрних розмірів, як приклад можна привести електронну обв'язку (баласт) світлодіодним або енергозберігаючої лампи.

Далі вступає в роботу вихідний випрямляч, оскільки він працює з високочастотним напругою, для процесу необхідні швидкодіючі напівпровідникові елементи, тому для цієї мети застосовують діоди Шотткі.
На завершальній фазі проводиться згладжування на вигідному фільтрі, після чого напруга подається на навантаження.

Тепер, як і обіцяли, розглянемо принцип роботи основного елемента даного пристрою - інвертора.

Як працює інвертор?

ВЧ модуляцію, можна зробити трьома способами:

частотно-імпульсним;
фазо-імпульсним;
широтно-імпульсним.

На практиці застосовується останній варіант. Це пов'язано як з простотою виконання, так і тим, що у ШІМ незмінна комунікаційна частота, на відміну від двох інших способів модуляції. Структурна схема, що описує роботу контролера, показана нижче.

Алгоритм роботи пристрою наступний:

Генератор задає частоти формує серію прямокутних сигналів, частота яких відповідає опорної. На основі цього сигналу формується U П пилкоподібної форми, що надходить на вхід компаратора К ШІМ. До другого входу цього пристрою підводиться сигнал U УС, що надходить з регулюючого підсилювача. Сформований цим підсилювачем сигнал відповідає пропорційній різниці U П (опорна напруга) і U РС (регулюючий сигнал від ланцюга зворотного зв'язку). Тобто, керуючий сигнал U УС, по суті, напругою неузгодженості з рівнем, що залежать як від струму на навантаженні, так і напрузі на ній (U OUT).

Даний спосіб реалізації дозволяє організувати замкнутий ланцюг, яка дозволяє керувати напругою на виході, тобто, по суті, ми говоримо про лінійно-дискретному функціональному вузлі. На його виході формуються імпульси, з тривалістю, яка залежить від різниці між опорним і керуючим сигналом. На його основі створюється напруга, для управління ключовим транзистором інвертора.

Процес стабілізації напруги на виході виробляється шляхом відстеження його рівня, при його зміні пропорційно змінюється напруга регулює сигналу U РС, що призводить до збільшення або зменшення тривалості між імпульсами.

В результаті відбувається зміна потужності вторинних ланцюгів, завдяки чому забезпечується стабілізація напруги на виході.

Для забезпечення безпеки необхідна гальванічна розв'язка між живильною мережею і зворотним зв'язком. Як правило, для цієї мети використовуються оптрони.

Сильні і слабкі сторони імпульсних джерел

Якщо порівнювати аналогові і імпульсні пристрої однакової потужності, то у останніх будуть наступні переваги:

Невеликі розміри і вага, за рахунок відсутності низькочастотного понижуючого трансформатора і керуючих елементів, що вимагають відводу тепла за допомогою великих радіаторів. Завдяки застосуванню технології перетворення високочастотних сигналів можна зменшити ємність конденсаторів, використовуваних в фільтрах, що дозволяє встановлювати елементи менших габаритів.
Більш високий ККД, оскільки основні втрати викликають тільки перехідні процеси, в той час як в аналогових схем багато енергії постійно втрачається при електромагнітному перетворенні. Результат говорить сам за себе, збільшення ККД до 95-98%.
Менша вартість за рахунок застосування мене потужних напівпровідникових елементів.
більш широкий діапазон вхідної напруги. Такий тип обладнання не вимогливий до частоти і амплітуди, отже, допускається підключення до різних за стандартом мереж.
Наявність надійного захисту від КЗ, перевищення навантаження та інших позаштатних ситуацій.

До недоліків імпульсної технології слід віднести:

Наявність ВЧ перешкод, це є наслідком роботи високочастотного перетворювача. Такий фактор вимагає установки фільтра, переважної перешкоди. На жаль, його робота не завжди ефективна, що накладає деякі обмеження на застосування пристроїв даного типу в високоточної апаратури.

Особливі вимоги до навантаження, вона не повинна бути зниженою або підвищеною. Як тільки рівень струму перевищить верхній або нижній поріг, характеристики напруги на виході почнуть істотно відрізнятися від штатних. Як правило, виробники (в останнім часом навіть китайські) передбачають такі ситуації і встановлюють в свої вироби відповідний захист.

Сфера застосування

Практично вся сучасна електроніка живиться від блоків даного типу, як приклад можна привести:

Збираємо імпульсний БП своїми руками

Розглянемо схему простого джерела живлення, де застосовується вищеописаний принцип роботи.

позначення:

Резистори: R1 - 100 Ом, R2 - від 150 кОм до 300 кОм (підбирається), R3 - 1 кОм.
Ємності: С1 і С2 - 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 - 0,22 мкФ х 400 В, С5 - 6800 -15000 пФ (підбирається), 012 мкФ, С6 - 10 мкФ х 50 В, С7 - 220 мкФ х 25 В, С8 - 22 мкФ х 25 В.
Діоди: VD1-4 - Кд258в, VD5 і VD7 - КД510А, VD6 - КС156А, VD8-11 - КД258А.
Транзистор VT1 - KT872A.
Стабілізатор напруги D1 - мікросхема КР142 з індексом ЕН5 - ЕН8 (в залежності від необхідного напруги на виході).
Трансформатор Т1 - використовується феритовий сердечник ш-подібної форми розмірами 5х5. первинна обмотка намотується 600 витків проводом Ø 0,1 мм, вторинна (висновки 3-4) містить 44 витка Ø 0,25 мм, і остання - 5 витків Ø 0,1 мм.
Запобіжник FU1 - 0.25А.

Налаштування зводиться до підбору номіналів R2 і С5, що забезпечують збудження генератора при вхідній напрузі 185-240 В.

Зварювальний інвертор з комп'ютерного блоку живлення своїми руками стає все більш популярним як серед професіоналів, так і серед зварювальників-любителів. Переваги таких апаратів в тому, що вони зручні і легкі.

Застосування инверторного джерела живлення дозволяє якісно поліпшити характеристики зварювальної дуги, зменшити розмір силового трансформатора і тим самим полегшити вага приладу, дає можливість зробити більш плавними регулювання і зменшити розбризкування при зварюванні. Мінусом зварювального апарату інверторного типу є істотно більша ціна, ніж у трансформаторного аналога.

Щоб не переплачувати в магазинах великі суми грошей за зварювання, можна виготовити. Для цього необхідний робочий комп'ютерний блок живлення, кілька приладів, інструменти, базові знання і практичні навички в електротехнічних роботах. Також не зайвим буде обзавестися відповідною літературою.

Якщо немає впевненості в своїх силах, то варто звернутися за готовим зварювальним апаратом в магазин, інакше при найменшій помилці в процесі складання є ризик отримати електроудар або спалити всю електропроводку. Але якщо є досвід збирати схеми, перемотувати трансформатори і створювати електроприлади своїми руками, можна сміливо приступати до виконання збірки.

Принцип роботи инверторной зварювання

Зварювальний інвертор складається з понижуючого напруга мережі силового трансформатора, дроселів-стабілізаторів, що зменшують пульсацію струму, і блоку електросхем. Для схем можна застосовувати транзистори MOSFET або IGBT.

Принцип дії інвертора полягає в наступному: змінний струм від мережі направляється на випрямляч, після чого в силовому модулі відбувається перетворення постійного струму в змінний з підвищенням частоти. Далі струм надходить на високочастотний трансформатор, а на виході з нього виходить ток зварювальної дуги.

Повернутися до списку

Інструменти, необхідні для виготовлення інвертора

Щоб зібрати зварювальний інвертор з блоку живлення своїми руками, знадобляться наступні інструменти:

паяльник;
викрутки з різними наконечниками;
плоскогубці;
кусачки;
дриль або шуруповерт;
крокодили;
дроти необхідного перетину;
тестер;
мультиметр;
витратні матеріали (дроти, припій для пайки, ізоляційна стрічка, шурупи та інші).

Щоб створити зварювальний апарат з комп'ютерного блоку живлення, необхідні матеріали для створення друкованої плати, гетинакс, запасні елементи. Щоб зменшити кількість роботи, варто звернутися в магазин за готовими власниками для електродів. Однак можна зробити їх і самостійно, припаявши крокодили до проводів необхідного діаметра. При цій роботі важливо дотримуватись полярності.

Повернутися до списку

Порядок складання зварювального апарату

В першу чергу, щоб створити зварювальний апарат з комп'ютерного блоку живлення, необхідно дістати джерело живлення з корпусу комп'ютера і виконати його розбирання. Основні елементи, які можна з нього використовувати, це кілька запчастин, вентилятор і стандартні пластини корпусу. Тут важливо врахувати режим роботи охолодження. Від цього залежить, які елементи для забезпечення необхідної вентиляції потрібно додати.

Роботу стандартного вентилятора, який буде охолоджувати майбутній зварювальний апарат з комп'ютерного блоку, необхідно протестувати в кількох режимах. Така перевірка дозволить переконатися в працездатності елемента. Щоб зварювальний апарат в ході роботи не перегріватися, можна поставити додатковий, більш потужне джерело охолодження.

Для контролю необхідної температури слід встановити термопару. Оптимальна температура для роботи зварювального апарата не повинна перевищувати 72-75 ° С.

Але в першу чергу слід встановити на зварювальний апарат з комп'ютерного блоку живлення необхідного розміру ручку для перенесення і зручності роботи. Ручка встановлюється на верхній панелі блоку за допомогою шурупів.

Важливо вибрати шурупи оптимальні по довжині, інакше занадто великі можуть зачепити внутрішню схему, що неприпустимо. На цьому етапі роботи слід потурбуватися про хорошу вентиляцію апарату. Розміщення елементів всередині блоку живлення досить щільне, тому в ньому слід заздалегідь влаштувати велике число наскрізних отворів. Виконуються вони дрилем або шуруповертом.

Далі, щоб створити схему інвертора, можна використовувати кілька трансформаторів. Зазвичай вибирають 3 трансформатора типу ETD59, E20 і Kх20х10х5. Знайти їх можна практично в будь-якому магазині радіоелектроніки. А якщо є вже досвід створення трансформаторів самим, то простіше виконати їх своїми руками, орієнтуючись на кількість витків і робочі характеристики трансформаторів. Знайти подібну інформацію в інтернеті не складе ніяких труднощів. Може знадобитися трансформатор струму K17х6х5.

Виконувати саморобні трансформатори найкраще з гетінаксових котушок, обмоткою послужить емаль-провід, перетином 1.5 або 2 мм. Можна використовувати мідну жерсть 0.3х40 мм, попередньо обернувши її міцною папером. Підійде термопапір від касового апарату (0.05 мм), вона міцна і не так рветься. Обтискача слід робити з дерев'яних колодок, після чого всю конструкцію потрібно залити «епоксидкой» або покрити лаком.

Створюючи зварювальний апарат з комп'ютерного блоку, можна використовувати трансформатор з мікрохвильової печі або старих моніторів, не забуваючи змінювати кількість витків обмотки. При цій роботі не зайвим буде користуватися електротехнічної літературою.

В якості радіатора можна використовувати PIV, попередньо розпиляний на 3 частини, або інші радіатори від старих комп'ютерів. Придбати їх можна в спеціалізованих магазинах, що займаються розбиранням і модернізацією комп'ютерів. Такі варіанти дозволять приємно заощадити час і сили на пошуки відповідного охолодження.

Щоб створити апарат з комп'ютерного блоку живлення, обов'язково слід використовувати однотактний прямоходовой квазімістий міст, або «косою міст». Цей елемент є одним з основних в роботі зварювального апарату, тому на ньому краще не економити, а придбати новий в магазині.

Друковані плати можна скачати в інтернеті. Це значно полегшить відтворення схеми. У процесі створення плати знадобляться конденсатори, 12-14 штук, 0.15 мк, 630 вольт. Вони необхідні для блокування резонансних викидів струму від трансформатора. Також, щоб виготовити такий апарат з комп'ютерного блоку живлення, знадобляться конденсатори С15 або С16 з маркою К78-2 або СВВ-81. Транзистори і вихідні діоди слід встановлювати на радіатори, не використовуючи додаткові прокладки.

У процесі роботи необхідно постійно використовувати тестер і мультиметр щоб уникнути помилок і для більш швидкої збірки схеми.

Після виготовлення всіх необхідних частин слід розмістити їх в корпусі з подальшою їх розведенням. Температуру на термопарі варто виставити в 70 ° С: це захистить всю конструкцію від перегріву. Після складання зварювальний апарат з комп'ютерного блоку необхідно попередньо протестувати. Інакше при допущеної в ході складання помилку можна спалити всі основні елементи, а то і отримати удар струмом.

На лицьовій стороні слід встановити два Контактодержателі і кілька регуляторів сили струму. Вимикачем апарату в такій конструкції буде стандартний тумблер комп'ютерного блоку. Корпус готового апарату після збірки потрібно додатково зміцнити.

Тип блоку живлення, як вже помітили - імпульсний. Таке рішення різким чином зменшує вагу і розміри конструкції, але працює не гірше звичайного мережевого трансформатора, до якого ми звикли. Схема зібрана на потужному драйвер IR2153. Якщо мікросхема в DIP корпусі, то діод потрібно ставити обов'язково. На рахунок діода - зверніть увагу, він не звичайний, а ультрашвидкий, оскільки робоча частота генератора становить десятки кілогерц і звичайні випрямляючі діоди тут не підійдуть.

У моєму випадку вся схема була зібрана на «рассипуху», оскільки збирав тільки для перевірки працездатності. Мною схема практично не налаштовувалася і відразу заробила як швейцарський годинник.

трансформатор - бажано взяти готовий, від комп'ютерного блоку живлення (підійде буквально будь-хто, я взяв трансформатор з кіскою від блоку живлення АТХ 350 ват). На виході трансформатора можна використовувати випрямляч з діодів Шотткі (теж можна знайти в комп'ютерних блоках харчування), або будь-які швидкі і ультрашвидкі діоди з струмом 10 Ампер і більш, також можна ставити наші КД213А.

Схему підключайте в мережу через лампу розжарювання 220 Вольт 100 ват, в моєму випадку все тести робив інвертором 12-220 із захистом від КЗ і перевантаження і тільки після точної настройки зважився підключити в мережу 220 Вольт.

Як повинна працювати зібрана схема?

Ключі холодні, без вихідний навантаження (у мене навіть з вихідний навантаженням 50 ват ключі залишалися крижаними).
Мікросхема не повинна перегріватися в ході роботи.
На кожному конденсаторі має бути напруга близько 150 Вольт, хоча номінал цього напруга може попрощатися на 10-15 Вольт.
Схема повинна працювати безшумно.
Резистор харчування мікросхеми (47к) повинен трохи перегріватися під час роботи, можливий також незначний перегрів резистора снаббера (100 Ом).

Основні проблеми, які виникають після складання

Проблема 1. Зібрали схему, при підключенні контрольна лампочка, яка підключена на вихід трансформатора блимає, а сама схема видає незрозумілі звуки.

Рішення. Швидше за все не вистачає напруги для живлення мікросхеми, спробуйте знизити опір резистора 47к до 45, якщо не допоможе, то до 40 і так (з кроком 2-3кОм) до тих пір, поки схема не запрацює нормально.

Проблема 2. Зібрали схему, при подачі живлення нічого не гріється і не вибухає, але напруга і струм на виході трансформатора мізерні (майже рівно нулю)

Рішення. Замініть конденсатор 400Вольт 1мкФ на дросель 2мГн.

Проблема 3. Один з електролітів сильно гріється.

Рішення. Швидше за все він неробочий, замініть на новий і заодно перевірте діодний випрямляч, може саме через неробочого випрямляча на конденсатор надходить перерва.

Імпульсний блок живлення на ir2153 можна використовувати для живлення потужних, високоякісних підсилювачів, Або ж використовувати в якості зарядного пристрою для потужних свинцевих акумуляторів, Можна і в якості блоку живлення - все на ваш розсуд.

Потужність блоку може доходити до 400 ват, Для цього потрібно буде використовувати трансформатор від АТС на 450 ват і замінити електролітичні конденсатори на 470мкФ - і все!

В цілому, імпульсний блок живлення своїми руками можна зібрати всього за 10-12 $ і то якщо брати всі компоненти з радіомагазині, але у кожного радіоаматора знайдеться більше половини радіодеталей, використаних у схемі.