Высококачественный промышленный ИБП на 12В 2.4А

В одной из прошлых статей был описан быстрый ремонт импульсного блока питания, где в комментариях читатели интересовались схемой и предназначением повреждённых радиокомпонентов. Вашему вниманию представляется подобный, но более мощный блок питания, где по сравнению с отремонтированным так же добавлено некоторое количество деталей и имеются небольшие отличия, приводящие к более высокому качеству и большей надёжности всего устройства в целом. В статье представлены принципиальная схема и внутреннее устройство блока питания.

Вся электронная начинка находится в прямоугольном компактном корпусе чёрного цвета, на верхней крышке которого имеется круглое отверстие для светодиода индикации нормального рабочего режима - да, это не просто индикатор наличия выходного напряжения, он светится только при определённом его уровне, и это станет понятно далее, при ознакомлении с принципиальной схемой устройства. Входное переменное напряжение сети 200 - 240 Вольт, на плату преобразователя поступает через вилку европейского типа на пластиковом корпусе, а постоянное выходное напряжение питания, значением 12 Вольт, выводится гибким двухжильным проводом с разборным штекером типа DC1.7mm на конце.

Адаптер питания изготовлен в Китае и позволяет питать нагрузку и различные устройства, требующие постоянного стабилизированного напряжения значением 12 Вольт при потребляемом токе не более 2,4 Ампер. Он имеет уровень эффективности "V", и защиту от перенапряжения и перегрузки по току, включая короткое замыкание на выходе:

Внешний вид и маркировка сетевого адаптера питания

Испытание блока питания под нагрузкой

Для проверки этих значений и оценки реального качества блока питания, выходной штекер временно был разобран и отпаян. К средней части этого штекера подводится положительный полюс напряжения, на самом кабеле обозначенный закрашенной продольной линией, а к внешней оболочке штекера - отрицательный. Пластиковый корпус штекера откручивается и предоставляет доступ к его контактам, от которых можно свободно отпаять проводники.

В качестве нагрузки для испытания была использована галогеновая лампа накаливания с потребляемой мощностью 20 Ватт. Освобождённый выходной кабель адаптера, и гнездо-панелька от лампы накаливания, были подключены к многофункциональному измерительному прибору, для одновременного контроля выходного напряжения и тока нагрузки блока питания, а следовательно и потребляемой мощности в нагрузке:

Подключение галогеновой лампы и измерительного прибора к блоку питания

Без нагрузки на выходе блока питания напряжение немного превысило значение в 12 Вольт, а при потребляемом нагрузкой токе до 1,7 Ампер выходное напряжение снизилось на 0,42% от значения 12 Вольт. При этом потребляемая от адаптера мощность составила почти 20 Ватт, а нагрев корпуса в течении 30 минут не превысил 35 °C при комнатной температуре окружающей среды. Это довольно хорошие показатели, и имеется уверенность, что блок питания свободно выдержит и заявленный максимальный ток нагрузки в 2,4 Ампер. К сожалению под рукой не оказалось прибора для замера уровня пульсаций, но посторонних писков и свистов внутри устройства не наблюдалось:

Измерение выходных параметров сетевого адаптера питания

Как устроен промышленный сетевой адаптер

Корпус устройства состоит из двух половинок, неразборным образом сваренных друг с другом. Для вскрытия пришлось сделать надрез ножовкой по периметру места соединения. После этого верхняя крышка легко снимается, и открывается доступ к внутренностям блока питания. Плата адаптера вместе с оболочной при этом остаётся в нижней части корпуса, и так же легко вытаскивается из неё. От сетевой вилки питания, к плате идут два провода, которые для удобства дальнейшего исследования устройства, так же были отпаяны от неё. Корпус был разрезан тонким полотном ножовки, и прорезь получилась довольно узкая, так что его в дальнейшем можно будет склеить и собрать обратно:

Разборка корпуса и извлечение платы сетевого адаптера

Всю верхнюю часть извлечённой начинки занимает листовой радиатор из тонкого алюминия, физически связанный с теплоотводом установленной в углу выпрямительной диодной сборки. Под этим радиатором имеется жёсткий каркас из изоляционного материала, который обволакивает всю плату блока питания целиком. сверху и снизу. На листовом радиаторе имеется отверстие под индикаторный светодиод, а на изоляционном каркасе - прорезь для него и для теплоотвода сборки.

Сначала снимается алюминиевый радиатор, который удерживается за счёт небольшой прижимной силы на элементы под ним, и придавливанием крышкой корпуса сверху, а далее плата освобождается от изоляционного каркаса, раскручиванием его на некоторый радиус, достаточный для извлечения электронной части:

Дополнительный радиатор и изоляционный каркас блока питания

Плата блока питания выполнена очень компактно, с плотной компоновкой радиоэлементов на ней. Она имеет одностороннее омеднение, но кроме обычных выводных компонентов, со стороны токопроводящих участков расположены и компоненты поверхностного монтажа. Все установленные радиоэлементы являются высокого качества, и имеют своё позиционное обозначение на плате, монтаж которой так же выполнен довольно качественно и надёжно, места пайки чистые и не имеют остатков флюса, а крупные детали залиты чем-то наподобие силикона, исключающего их отрывание при падении или сильной тряске устройства.

Все силовые участки платы имеют большую ширину, и дополнительно усилены припоем, а между так называемой "горячей" и "холодной" частями имеется достаточное расстояние для предотвращения воздушного пробоя и проникновения высокого напряжения на низковольтную часть платы. Дополнительно во входной части сделан искровой разрядник, выполненный печатным способом прямо на плате устройства, и защищающий входные цепи от перенапряжения. Силовые элементы, в виде транзисторного ключа и выпрямительной сборки, установлены на отдельные теплоотводы из толстого алюминия:

Вид печатной платы блока питания на 12В 2,4А сверху и снизу

Принципиальная схема устройства

После разборки корпуса адаптера, было детально изучено его устройство и схемотехника. В устройстве имеются входной и выходной фильтры питания, а основой всего является импульсный преобразователь напряжения обратноходового типа, выполненный с применением широко распространённого ШИМ-контроллера CR6853, у которого существует очень много прямых аналогов.

В данном случае микросхема контроллера выполнена в миниатюрном корпусе SOT-23-6L, и имеет соответственно шесть выводов. Для её работы необходима минимальная обвязка, и преобразователи на её основе получаются относительно малых габаритов. Несмотря на маленький корпус и небольшое число выводов, контроллер состоит из большого числа элементов, и имеет в своём составе всё необходимое для построения однотактных преобразователей в широком спектре заданных технических характеристик:

Типовая схема включения, внутренняя блок-схема, назначение и описание выводов ШИМ-контроллера CR6853

Для облегчения представления и лучшего понимания, принципиальная схема была разбита на три условных логических блока, которые в принципе могут быть использованы по отдельности, или в случае необходимости заменены на аналогичные по функциональности. Все позиционные номера и номиналы радиоэлементов соответствуют их реальной маркировке и обозначениям на печатной плате. Номиналы конденсаторов поверхностного монтажа взяты из технической документации на ШИМ - контроллер.

Входной узел состоит из:

• сетевого фильтра на синфазных трансформаторах L1 и L2, конденсаторах C13 и C14, причём последний X2-типа, термисторе TH1, и двух последовательно соединённых резисторax R1 и R2;
• выпрямителя переменного напряжения в пульсирующее на диодном мосту BD1, и фильтра постоянного напряжения на конденсаторах C1 и C2.

Кроме указанных элементов, в данном блоке так же присутствуют плавкий предохранитель и, выполненные прямо на плате, искровые разрядники печатного типа, упомянутые ранее:

Второй, главный блок, является однотактным импульсным преобразователем напряжения обратноходового типа, сердцем которого служит рассмотренная микросхема ШИМ - контроллера CR6853. Импульсы с её выхода поступают на силовой транзистор Q1 типа HFP5N80 с изолированным затвором, нагрузкой которого является первичная обмотка импульсного трансформатора Tr1, зашунтированная RCD - снаббером на элементах D5, C3, R8, R12 и R14.

Ко вторичной обмотке трансформатора подключён однополупериодный выпрямитель на диодной сборке D7 двух диодов с барьером Шоттки типа F06C10C, а так же конденсатор Y-типа, компенсирующий паразитную межобмоточную ёмкость трансформатора. В цепи истока силового ключа установлены низкоомные резисторы, сигнал с которых подаётся на вывод "SEN" микросхемы контроллера, через который осуществляется отрицательная обратная связь по току, сигнал ошибки же для стабилизации выходного напряжения передаётся через оптрон U2 на вывод "FB" контроллера.

Сам контроллер основное питание получает с обмотки III трансформатора, а начальное напряжение для запуска формируется из высоковольтного, через последовательно соединённые резисторы R3, R4 и R20 высокого сопротивления. Диод D8 предотвращает утечку этого напряжения через электролитический конденсатор C6:

Третий узел представляет собой фильтр на конденсаторах C8 - C9 и синфазном трансформаторе L3, и цепь отрицательной обратной связи по напряжению, основой которой служит программируемый стабилизатор U3 типа TL431. Выходное стабилизированное напряжение адаптера в данном случае зависит от соотношения верхнего и нижнего плеча резистивного делителя на резисторах R15 - R16, и более точно подбирается дополнительным резистором нижнего плеча R25, включённым параллельно резистору R16.

Кроме всего этого, здесь присутствует цепь индикации нормального состояния выходного питающего напряжения, выполненная на светодиоде зелёного цвета свечения, последовательно с которым, кроме токоограничивающего резистора, включён ещё и стабилитрон, обеспечивающий начало свечения светодиода только при достижении некоторого уровня выходного напряжения, параллельно которому так же включён стабилитрон ZD1, по всей видимости защищающий питаемое устройство от нештатного превышения уровня напряжения некоторого определённого значения:

Как уже говорилось, описанные узлы вполне могут быть заменены на аналогичные по функциональности, или переделаны с учётом необходимых требований к конечному устройству. Их можно как доработать, так и упростить, с сохранением технических характеристик в некоторых пределах. В конце статьи прикреплён файл в формате ".PDF" со всеми узлами устройства вместе.

Данный адаптер был разобран и изучен для понимания работы серийных промышленных блоков питания, показывающих хорошее качество и высокую надёжность. Если будут интересные идеи, предлагайте свои варианты переделки или доработки, так же будут интересны и мелкие замечания по замене или добавлению отдельных радиокомпонентов.

Пишите Ваши замечания и оставляйте отзывы, всем спасибо за внимание и поддержку, особенно тем, кто следит за циклом с самой первой статьи про "Импульсный адаптер для мобильного телефона 220-5 Вольт на одном транзисторе", где уже было запланировано показать сложное устройство, но хотелось начать с самого простого - на каждую конструкцию всегда найдётся свой конструктор, всё зависит от конкретных требований и имеющихся возможностей.

Далее планируется показать дорогостоящую конструкцию профессионального блока питания для промышленных устройств, работающих 24/7, так что кому интересно подписывайтесь на статью и следите за новыми публикациями всегда оставаясь на связи.

Статьи по теме:

• Быстрый ремонт импульсного блока питания
• Буферное зарядное устройство свинцовых аккумуляторов
• Зарядное устройство батарей из трёх литий-ионных аккумуляторов
• Импульсный адаптер для мобильного телефона 220-5 Вольт на одном транзисторе
• Простое зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов малой ёмкости на TP4056
• Простой импульсный блок питания на двух транзисторах
• Замена оригинальному сетевому адаптеру питания видеокамеры SONY

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ИБП
• ШИМ