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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore switching 220/5 volt 2,5 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Gli alimentatori con trasformatori ad una frequenza di 50 Hz oggi hanno praticamente perso la loro posizione a favore di quelli pulsati con un'elevata frequenza operativa, che, a parità di potenza di uscita, hanno, di regola, dimensioni e peso inferiori e maggiore efficienza. I principali fattori limitanti per l'autoproduzione di alimentatori a commutazione da parte dei radioamatori sono le difficoltà nel calcolo, nella produzione o nell'acquisto di un trasformatore di impulsi già pronto o di un nucleo magnetico in ferrite. Ma se si utilizza un trasformatore già pronto da un alimentatore per computer ATX per assemblare un alimentatore switching a bassa potenza, il compito diventa molto più semplice. Mi è capitato di avere un alimentatore per computer difettoso IW-ISP300J2-0 (ATX12V300WP4). La ventola era bloccata, il diodo Schottky a bassa potenza era rotto e più della metà di tutti i condensatori all'ossido installati erano gonfi e perdevano capacità. Tuttavia, la tensione di standby in uscita era +5VSB. Pertanto, è stato deciso, utilizzando un trasformatore di impulsi della sorgente di tensione di standby e alcune altre parti, di produrre un altro alimentatore a commutazione con una tensione di uscita di 5 V con una corrente di carico fino a 2,5 A. In un alimentatore ATX, i nodi della sorgente di tensione di standby sono facili da isolare. Fornisce una tensione di 5 V ed è progettato per una corrente di carico massima di 2 A o più. È vero, negli alimentatori più vecchi di questo tipo può essere progettato per una corrente di soli 0,5 A. Se sull'etichetta dell'unità non è presente un'iscrizione esplicativa, puoi essere guidato dal fatto che il trasformatore della sorgente di tensione di standby con un massimo la corrente di carico di 0,5 A è significativamente inferiore a quella del trasformatore sorgente di 2 A. Il circuito di un alimentatore switching fatto in casa con una tensione di uscita di 5...5,25 V con una corrente di carico massima di 2,5 A è mostrato in Fig. 1. La sua parte generatrice è costruita sui transistor VT1, VT2 e sul trasformatore di impulsi T1 a immagine e somiglianza dell'unità computer da cui è stato rimosso il trasformatore.
Si è deciso di non ripetere i componenti secondari dell'alimentatore originale (dopo il raddrizzatore di tensione +5 V), ma di assemblarli secondo il circuito tradizionale con uno stabilizzatore di tensione parallelo integrato come unità per confrontare la tensione di uscita con quella di riferimento uno. Il filtro contro le sovratensioni in ingresso viene assemblato da parti esistenti, tenendo conto dello spazio libero per la loro installazione. La tensione alternata della rete 230 V attraverso il fusibile FU1 e i contatti chiusi dell'interruttore SA1 viene fornita al filtro RLC R1C1L1L2C2, che non solo protegge l'unità dalle interferenze provenienti dalla rete di alimentazione, ma impedisce anche le interferenze generate dal stessa unità di impulso dall'entrare nella rete. Il resistore R1 e le induttanze L1, L2, inoltre, riducono il picco di consumo di corrente quando l'unità è accesa. Dopo il filtro, la tensione di rete viene fornita al raddrizzatore a diodi a ponte VD1-VD4. Il condensatore C9 attenua le increspature della tensione raddrizzata. L'unità generatrice del convertitore di tensione è assemblata sul transistor ad effetto di campo ad alta tensione VT2. I resistori R2-R4 sono progettati per avviare il generatore. La potenza complessiva di queste resistenze aumenta perché il circuito stampato dell'alimentatore da cui sono state rimosse si è notevolmente scurito sotto di esse a causa del surriscaldamento. Per lo stesso motivo, il resistore di smorzamento R8 è installato con una potenza maggiore e viene utilizzato un diodo più potente rispetto al prototipo come VD6. Il diodo Zener VD5 protegge il transistor ad effetto di campo VT2 dal superamento della tensione consentita tra gate e sorgente. Il transistor bipolare VT1 ospita un'unità di protezione da sovraccarico e di stabilizzazione della tensione di uscita. Quando la corrente sorgente del transistor VT2 aumenta a 0,6 A, la caduta di tensione sul resistore R5 raggiungerà 0,6 V. Il transistor VT1 si aprirà. Di conseguenza, la tensione tra il gate e la sorgente del transistor ad effetto di campo VT2 diminuirà. Ciò impedirà un ulteriore aumento della corrente nel canale drain-source del transistor ad effetto di campo. Rispetto al prototipo, la resistenza del resistore R5 è stata ridotta da 1,3 a 1,03 Ohm, la resistenza R6 è stata aumentata da 20 a 68 Ohm e la capacità del condensatore C13 è stata aumentata da 10 a 22 μF. La tensione dall'avvolgimento II del trasformatore T1 viene fornita al diodo raddrizzatore Schottky VD8, la cui oscillazione di tensione ai terminali è di circa 26 V. Le increspature della tensione raddrizzata vengono attenuate dal condensatore C15. Se per un motivo o per l'altro la tensione di uscita dell'alimentatore tende ad aumentare, aumenta la tensione all'ingresso di controllo del regolatore di tensione parallelo DA1. La corrente che scorre attraverso il diodo emettitore del fotoaccoppiatore U1 aumenta e il suo fototransistor si apre. Il transistore VT1 risultante si apre riduce la tensione tra il gate e la sorgente del transistor ad effetto di campo VT2, che riporta la tensione di uscita del raddrizzatore al valore nominale. Il circuito del resistore R16 e del condensatore C16 impedisce l'autoeccitazione dello stabilizzatore. L'alimentatore prodotto è dotato di un misuratore di corrente di carico con puntatore PA1, che ne aumenta notevolmente la facilità d'uso, poiché consente di stimare rapidamente la corrente consumata dal carico. Lo shunt per il microamperometro PA1 è la resistenza ohmica dell'avvolgimento dell'induttore L4. I LED HL1 e HL2 illuminano la scala microamperometrica. I connettori di uscita XP2 e XS1 sono alimentati con tensione attraverso il filtro L5C19. Il diodo zener VD9 con il diodo VD10 impedisce un aumento eccessivo della tensione di uscita in caso di malfunzionamento dei circuiti di stabilizzazione. La frequenza operativa del convertitore è di circa 60 kHz. Con una corrente di carico di 2,3 A, l'intervallo di ondulazione della tensione raddrizzata sul condensatore C15 è di circa 100 mV, sul condensatore C18 è di circa 40 mV e all'uscita dell'alimentatore è di circa 24 mV. Questi sono ottimi indicatori. L'efficienza dell'alimentatore con una corrente di carico di 2,5 A è del 71%, 2 A è dell'80%, 1 A è del 74%, 0,2 A è del 38%. La corrente di cortocircuito in uscita è di circa 5 A, la potenza consumata dalla rete è di circa 7 W. Senza carico, l'unità consuma circa 1 W dalla rete. Le misurazioni del consumo energetico e dell'efficienza sono state effettuate quando l'unità era alimentata con una tensione costante pari all'ampiezza della tensione di rete. Durante il funzionamento prolungato con la corrente di carico massima, la temperatura all'interno della custodia ha raggiunto i 40 оC a temperatura ambiente 24 оC. Questo è significativamente inferiore a quello dei numerosi alimentatori switching di piccole dimensioni inclusi nei kit di vari dispositivi elettronici domestici. Con una corrente di carico pari alla metà del valore massimo dichiarato si surriscaldano di 35...55 оC. La maggior parte delle parti dell'alimentatore descritto sono installate su una scheda di 75x75 mm. Installazione: cerniera su due lati. Come alloggiamento viene utilizzata una scatola di giunzione in plastica con dimensioni di 85x85x42 mm per il cablaggio elettrico esterno. Il blocco nella custodia aperta è mostrato in Fig. 2, e il suo aspetto è mostrato in Fig. 3.
Durante la fabbricazione del blocco, è necessario prestare particolare attenzione alla messa in fase degli avvolgimenti del trasformatore T1; l'inizio e la fine di nessuno di essi devono essere confusi. Il trasformatore utilizzato 3PMT10053000 (dall'alimentatore del computer sopra menzionato) ha anche un avvolgimento destinato al raddrizzatore di tensione -12 V, che in questo caso non viene utilizzato. Invece, puoi utilizzare quasi tutti i trasformatori simili. Come guida nella scelta di un trasformatore, fornisco i valori di induttanza degli avvolgimenti utilizzati: I - 2,4 mH, II - 17 μH, III - 55 μH. Come PA1 è stato utilizzato il microamperometro M68501 (indicatore di livello di un registratore domestico). Si prega di notare che i microamperometri di questo tipo provenienti da diversi anni di produzione presentano una variazione molto ampia nella resistenza del meccanismo di misurazione. Se non è possibile impostare il limite di misurazione desiderato selezionando il resistore R13, è necessario collegare un resistore a filo avvolto di piccola resistenza (circa 4 Ohm) in serie con l'induttore L0,1. Durante la calibrazione del microamperometro, si è scoperto inaspettatamente che era molto sensibile all'elettricità statica. Un righello di plastica portato poteva deviare l'ago dello strumento al centro della scala, dove poteva rimanere anche dopo aver rimosso il righello. Questo fenomeno è stato eliminato rimuovendo la scala di pellicola esistente. Invece è stato incollato un foglio di alluminio appiccicoso, che copriva anche le aree libere della carrozzeria. Lo schermo a lamina deve essere collegato con un filo a qualsiasi terminale del microamperometro. Puoi provare a trattare il corpo del microamperometro con un agente antistatico. La scala di carta stampata sulla stampante viene incollata al posto di quella rimossa. Una scala campione è mostrata in Fig. 4. Come puoi vedere, con questo microamperometro è notevolmente non lineare.
Il resistore R1 è importato non infiammabile. Invece di tale resistenza, è possibile installare un filo avvolto con una potenza di 1...2 W. I resistori domestici a film metallico e al carbone non sono adatti come R1. I restanti resistori sono per uso generale (S1-14, S2-14, S2-33, S1-4, MLT, RPM). Il resistore a montaggio superficiale R19 è saldato direttamente ai pin dello zoccolo XS1. I condensatori all'ossido sono analoghi importati di K50-68. L'uso di condensatori C15, C18, C19 con una tensione nominale di 10 V invece di condensatori all'ossido con una tensione di 6,3 V, spesso utilizzati negli alimentatori a commutazione, aumenta significativamente l'affidabilità del dispositivo. Il condensatore a film C2 con una capacità di 0,033...0,1 μF è progettato per funzionare con una tensione alternata di 275 V. I restanti condensatori sono ceramici importati. I condensatori C14, C17 sono saldati tra i terminali dei corrispondenti condensatori all'ossido. Il condensatore C20 è installato all'interno della spina XP2. Un potente gruppo di diodi Schottky S30D40C prelevato da un alimentatore di computer difettoso. Nel dispositivo in esame può funzionare senza dissipatore di calore. Puoi sostituirlo con MBR3045PT, MBR4045PT, MBR3045WT, MBR4045WT. Alla corrente di carico massima, l'alloggiamento di questo gruppo si riscalda fino a 60 оC è l'elemento più caldo del dispositivo. Invece di un gruppo diodi, è possibile utilizzare due diodi convenzionali nel pacchetto DO-201AD, ad esempio MBR350, SR360, 1N5822, collegandoli in parallelo. A essi deve essere collegato un ulteriore dissipatore di calore in rame, mostrato in Fig., sul lato dei terminali del catodo. 5.
Invece dei diodi 1N4005, sono adatti 1 N4006, 1 N4007, UF4007, 1N4937, FR107, KD247G, KD209B. Il diodo FR157 può essere sostituito con FR207, FM207, FR307, PR3007. Uno dei diodi elencati funzionerà al posto del KD226B. Qualsiasi UF103, UF4003, 4004N1GP RG4935D, EGP2C, KD20B può sostituire il diodo FR247. Invece del diodo zener BZV55C18, sono adatti 1N4746A, TZMC-18. LED HL1, HL2: bagliore bianco proveniente dall'unità di retroilluminazione LCD di un telefono cellulare. Sono incollati al microamperometro con colla cianoacrilica. Il transistor KSP2222 può essere sostituito da qualsiasi serie PN2222, 2N2222, KN2222, SS9013, SS9014, 2SC815, BC547 o KT645, tenendo conto delle differenze nell'assegnazione dei pin. Il transistor ad effetto di campo SSS2N60B è stato rimosso dall'alimentatore difettoso e installato su un dissipatore di calore in alluminio alettato con superficie di raffreddamento di 20 cm2, e tutti i terminali del transistor devono essere isolati elettricamente dal dissipatore di calore; quando l'alimentatore funziona con la massima corrente di carico, questo transistor si riscalda fino a soli 40 оC. Invece del transistor SSS2N60B, puoi utilizzare SSS7N60B, SSS6N60A, SSP10N60B, P5NK60ZF, IRFBIC40, FQPF10N60C. Il fotoaccoppiatore EL817 può essere sostituito con un altro fotoaccoppiatore a quattro pin (SFH617A-2, LTV817, PC817, PS817S, PS2501-1, PC814, PC120, PC123). Invece del microcircuito LM431ACZ, andrà bene qualsiasi altro funzionalmente simile nel pacchetto TO-92 (TL431, AZ431, AN1431T). Tutte le induttanze sono di fabbricazione industriale e i nuclei magnetici delle induttanze L1, L2, L4 sono in ferrite a forma di H. La resistenza dell'avvolgimento dell'induttore L4 è 0,042 Ohm. Più grande è questo induttore, meno si surriscalda il suo avvolgimento, più accuratamente il microamperometro PA1 misurerà la corrente di carico. L'induttore L5 è avvolto su un nucleo magnetico ad anello; minore è la resistenza del suo avvolgimento e maggiore è la sua induttanza, meglio è. Lo starter L3 è un tubo di ferrite lungo 8 mm posizionato sul terminale del catodo comune del gruppo diodi VD5. La spina XP2 è collegata al condensatore C19 con un filo a doppio filamento 2x2,5 mm2 Lunghezza cm 120. La presa USB-AF XS1 si fissa nel foro presente nel corpo del dispositivo tramite colla. Il primo collegamento del dispositivo prodotto alla rete CA viene effettuato senza carico tramite una lampada a incandescenza con una potenza di 40...60 W a 235 V, installata al posto del fusibile FU1. Le prove preliminari di carico vengono effettuate sostituendo FU1 con una lampada ad incandescenza di potenza 250...300 W. I filamenti delle lampade a incandescenza non dovrebbero brillare durante il normale funzionamento dell'alimentatore. Realizzato con parti impeccabili, il dispositivo inizia a funzionare immediatamente. Se necessario, selezionando la resistenza R13 è possibile impostare le letture dell'amperometro. Selezionando il resistore R14, la tensione di uscita dell'alimentatore viene impostata su 5...5,25 V. L'aumento della tensione compensa la sua caduta sui cavi che collegano l'unità al carico. L'alimentatore prodotto può essere utilizzato insieme ad un hub USB modificato [1], al quale è possibile collegare fino a quattro dischi rigidi esterni da 2,5 pollici funzionanti contemporaneamente. La potenza sarà sufficiente ad alimentare, ad esempio, dispositivi come [2]. Letteratura
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