Импульсный адаптер для мобильного телефона 220-5 Вольт на одном транзисторе

Предисловие

Много лет назад вручную мотал низкочастотные трансформаторы для разнообразных блоков питания, которые получались довольно большими и тяжёлыми. Существовали блоки питания с импульсными преобразователями, но все они имели сложную схемотехнику и их было трудно собрать самостоятельно. Нужно было иметь хорошие навыки расчёта и большой опыт работы с импульсными схемами. Да и элементная база была довольно скудной, и сборка высокочастотного преобразователя казалась магическим занятием, которое было под силу только высококвалифицированным профессионалам. Сейчас всё намного проще, и даже мощный и высокостабильный блок питания удастся собрать среднестатистическому радиолюбителю, а простую конструкцию же сможет повторить любой желающий.

Внимание! Автор статьи не является автором разработки и никак не претендует на схемотехнические решения описываемой конструкции. Данное устройство работает под высоким напряжением, опасным для жизни. Строго соблюдайте все меры безопасности. При повторении и/или ремонте Вы всё делаете на свой страх и риск. Автор не несёт никакой ответственности за Ваши действия.

Внешний вид и характеристики

Рассматриваемый преобразователь напряжения со стабилизацией, является наверное самым простым по количеству деталей, исполнению и налаживанию. И как самый простой представитель своего рода, он конечно же не лишён недостатков, которые заключаются в низкой стабильности выходного напряжения и высоком уровне пульсаций, но в то же время, при правильном подборе радиоэлементов, он имеет довольно высокую надёжность и повторяемость, что стало главным условием для широкого производства таких адаптеров бюджетного сегмента там, где к качеству выходного напряжения не предъявляются высокие требования.

Конкретно этот образец выпускался как дешёвая альтернатива утерянным или испорченным оригинальным зарядным устройствам для простых мобильных телефонов:

По надписям на корпусе адаптера, он выдаёт 5,7 В при токе 800 мА, и работоспособен при входном напряжении сети 100 - 240 В с частотой 50/60 Гц. В дальнейшем будет выяснено, что максимальный нагрузочный ток составляет 400 мА, а выходное напряжение имеет невысокую стабильность.

Схема и назначение элементов

Устройство основано на обратно-ходовом блокинг-генераторе и содержит минимум деталей. На схеме показан полноценный диодный мост на диодах D1 - D4, хотя изначально на оригинальной плате был установлен просто один выпрямительный диод:

Миниатюрный импульсный преобразователь выполнен по очень старой и простой, но хорошо зарекомендовавшей себя схеме, которая, с небольшими доработками, успешно используется в дешёвых блоках питания и по сей день.

Сетевое напряжение выпрямляется и фильтруется, протекая через резистор R1, предназначенный для ограничения зарядного тока конденсатора фильтра C1. Ток через резисторы R2 и R3 открывает транзистор Q1, запуская генерацию и наводя электромагнитную индукцию в сердечнике и обмотках трансформатора Tr1.

Обмотка III этого трансформатора играет двойную роль - через неё обеспечивается положительная обратная связь по цепи R5-C5, R6, R3 для лавинного переключения транзистора и возможности генерации, и с неё же берётся напряжение, выпрямляющееся диодом D7 и сглаживающееся конденсатором C4, для обеспечивания стабилизации уровня выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора, которое задаётся стабилитроном D8. Но это напряжение немного отличается от выходного, снимающегося с обмотки II трансформатора, которое выпрямляется диодом D6 и сглаживается конденсатором выходного фильтра C3.

В комментариях к статье появилось замечание по поводу возможности высыхания конденсатора C4, и неограниченный рост выходного напряжения в связи с этим. На самом деле этот рост вполне ограничен возможностями всего преобразователя в целом, и при подключённой нагрузке не может происходить бесконечно, хотя выходное напряжение при этом реально достигает двукратного значения. Для перестраховки этот конденсатор можно зашунтировать керамическим конденсатором с ёмкостью 0,1 - 0,47 мкФ, или полностью заменить на керамический соответствующей ёмкости. При этом напряжение конденсатора должно быть выше напряжения стабилизации в 2 раза.

Индикаторный светодиод D9 с ограничительным резистором R7, на выходе подключён неспроста - он играет роль начальной нагрузки, без которой напряжение на обмотках трансформатора может возрасти неограниченно, что приведёт прежде всего к пробою транзистора и выходу его из строя. Поэтому в таких преобразователях всегда используется подобный приём нагрузки в лице индикатора, которого обычно нет в оригинальных адаптерах мобильных телефонов, так как там более сложная схемотехника, и роль начальной нагрузки в них играет светодиод оптрона обратной связи.

Цепь D5, C2 и R4 представляет собой RCD-снаббер, снижающий выбросы высокого напряжения на первичной обмотке трансформатора, и на транзисторном ключе соответственно.

Коротко о деталях

Конденсаторы C1, C3 и C4 электролитические, C1 на напряжение не ниже 400 Вольт. Конденсатор C2 высоковольтный, так как всплески напряжения на нём могут достигать 400 Вольт и больше.

Все резисторы малогабаритные, с мощностью рассеивания 0,25 Вт. Если будет возможность, то для увеличения надёжности, резисторы R2 и R4 лучше составить из двух последовательно соединённых, с общим сопротивлением, указанным на схеме. Это уменьшит уровень падения напряжения на каждом резисторе, что предотвратит возможность пробоя высоким потенциалом.

Светодиод D9 может быть любого цвета свечения с прямым током на 10-20 мА. Можно обойтись и без его установки, но резистор R7 всё же лучше оставить, включив его в качестве нагрузки на выходе преобразователя.

Диоды D1 - D5 высоковольтные, на ток от 1 А. Транзистор так же высоковольтный, обратной проводимости, малой или средней мощности. Диоды D6 и D7 должны быть высокочастотными, с малым временем восстановления. От стабилитрона D8 (должен иметь малый ток стабилизации) зависит средний уровень выходного напряжения, который должен уметь обеспечивать трансформатор и преобразователь в целом.

Сам трансформатор выполнен на ферритовом сердечнике E24/12/6 типоразмера Ш6×6, который обязательно должен иметь зазор между двумя его половинами. В данном случае зазор был составлен из одного слоя обмоточного теплостойкого скотча. Первичная обмотка содержит 300 витков провода, диаметром 0,08 мм, а обмотки II и III имеют по 8 витков. Диаметр провода обмотки II должен выдерживать выходной ток нагрузки и может иметь диаметр 0,6 - 0,8 мм. Диаметр провода обмотки обратной связи III не критичен и можно использовать провод с диаметром от 0,1 мм.

Между обмотками следует намотать изоляционный материал, такой как трансформаторная бумага или теплостойкий скотч. Обязательно нужно обратить внимание на фазировку обмоток, начала которых на принципиальной схеме обозначены точками. При неправильной фазировке преобразователь не запустится, или будет работать некорректно.

Конструкция и налаживание

Конструкция всего устройства очень простая, и для повторения печатная плата не разрабатывалась. Его можно собрать даже навесным монтажом, главное оставить достаточный зазор между высоковольтными частями. На плате промышленного образца сборка довольно компактная и выглядит следующим образом:

Правильно собранный, из исправных радиокомпонентов, адаптер особого налаживания не требует. Так как здесь, задающим генератором, и силовым ключом является всего один каскад, то частота преобразования так сказать "подстраивается" под параметры трансформатора, ввиду чего он сам задаёт необходимый режим работы . Первое включение в сеть всё же необходимо производить с последовательно соединённой лампой накаливания небольшой мощности, максимум до 60 Вт. Если всё хорошо, то нить накала лампы не должна светиться, в противном случае нужно проверить правильность монтажа и фазировку обмоток трансформатора. На холостом ходу, без подключённой нагрузки может быть слышен небольшой писк, что нормально для таких преобразователей.

Необходимое выходное напряжение подбирается количеством витков вторичных обмоток трансформатора и зависит от напряжения стабилизации стабилитрона D8, который работает в режиме малого тока.

Входные проводники припаиваются к вилке, которая является частью корпуса устройства, а выход подсоединяется к разъёму для подключения к мобильному телефону. Плата преобразователя вставляется в пазы на корпусе, а его половинки стягиваются винтами.

Проверка / Тестирование

При нормальной работе устройства светится индикаторный светодиод, который немного выступает из предназначенного для него отверстия на корпусе:

На холостом ходу, без подключённой к выходу нагрузки, величина напряжения достигает 8 Вольт, но во время зарядки телефона напряжение падает и скорее всего адаптер работает в режиме ограничения тока. Интересный факт, что в устройстве не предусмотрена специальная защита по току или от перегрузки, но при коротком замыкании на выходе, ничего страшного не происходит, и после его устранения адаптер продолжает работать в нормальном режиме:

По рекомендациям из комментариев к статье, была снята нагрузочная характеристика адаптера. Для этого к его выходу, через многофункциональный измерительный прибор, был подключён потенциометр с низким сопротивлением, и постепенно увеличивая ток нагрузки, периодически записывалось значение выходного напряжения. Выяснилось, что при токе выше 400 мА, напряжение падает ниже трёх Вольт, что соответственно является пределом для зарядки литий-ионных аккумуляторов, так как их не следует разряжать ниже этого значения. По мере же увеличения ЭДС на заряжаемом аккумуляторе, зарядный ток будет падать:

По зафиксированным данным был составлен график зависимости выходного напряжения от тока нагрузки, на котором зелёным цветом отмечена область выходного напряжения в пределах 5 Вольт с допустимой погрешностью +/- 10%. Указанные измерения производились при входном напряжении питающей сети 230 Вольт и при комнатной температуре окружающей среды:

Небольшая доработка

Один из образцов промышленного адаптера был немного доработан и была переделана его выходная часть. Вместо кабеля со старинным разъёмом на конце, прямо на сам корпус было установлено гнездо "USB type A" для дальнейшего подключения к нему необходимого кабеля с соответствующим разъёмом. На входе был выпаян одиночный выпрямительный диод, и вместо него установлен полноценный диодный мост как на схеме выше, впоследствии заизолированный бумажным скотчем:

Теперь устройство можно использовать как современный адаптер, и заряжать им простые телефоны или питать различные самоделки, не критичные к стабильности входного напряжения. При подключении в сеть доработанное устройство нормально работает и светится индикаторный светодиод:

На холстом ходу выходное напряжение сильно увеличивается выше нормы, и оно зависит ни сколько от входного, сколько от сопротивления нагрузки. Это происходит из-за того, что осуществляется стабилизация напряжения другой обмотки, и если добавить в схему оптронную развязку, то можно привязать стабилизацию именно к выходной обмотке трансформатора, но если питаемое устройство не является динамической нагрузкой и оно будет подключено постоянно, то напряжение на нём всегда будет в пределах нормы. А о простом адаптере с оптронной развязкой и дополнительными элементами будет рассказано в другой статье.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ИИП
• Преобразователь напряжения
• Блок питания
• ИБП