Преобразование Sdc2921 в регулируемый источник питания

Обновлено: 05.07.2024

Блоки питания составляют основу всех наших электронных устройств и обеспечивают стабильную подачу питания там, где это необходимо больше всего. В современной электронике, такой как компьютеры и другие устройства, чувствительные к данным, питание должно работать безупречно, и один сбой может означать потерю работы и данных. Но, как разработчики электроники, мы, как правило, оставляем свои соображения по поводу источника питания на потом, часто хватаясь за готовый блок схемы, который, как мы знаем, уже работает. В конце концов, нам просто нужен выход 5 В, верно? Оказывается, под капотом происходит гораздо больше.

Источники питания с высоты 10 000 футов

Большинство блоков питания получают питание от сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток для использования в электронных устройствах. Во время этого процесса блок питания выполняет ряд функций, в том числе:

Преобразование переменного тока из сети в стабильный постоянный ток
Предотвращение влияния переменного тока на выход источника постоянного тока
Поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения.

Чтобы осуществить все эти преобразования, в обычном блоке питания используется несколько общих компонентов, включая трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный начинается с переменного тока, который возникает в настенной розетке в виде синусоидальной волны. Эта форма волны переменного тока колеблется между отрицательным и положительным напряжением до шестидесяти раз в секунду.

Синусоида переменного тока. (Источник изображения)

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, чтобы удовлетворить требования к напряжению нагрузки источника питания. Как только напряжение снижается, выпрямитель преобразует синусоидальную форму волны переменного тока в набор положительных впадин и пиков.

Выпрямление удаляет отрицательную сторону сигнала переменного тока, оставляя только положительный выходной сигнал. (Источник изображения)

В этот момент в форме волны переменного тока все еще присутствуют колебания, поэтому используется фильтр, чтобы сгладить напряжение переменного тока в пригодный для использования источник постоянного тока.

Применение фильтра с резервуарным конденсатором удаляет агрессивные пики и впадины в нашей волновой форме. (Источник изображения)

Теперь, когда переменный ток был преобразован в пригодный для использования постоянный ток, некоторые блоки питания будут дополнительно устранять любые пульсации в форме сигнала с помощью регулятора. Этот регулятор обеспечивает стабильный выход постоянного тока независимо от изменений, происходящих с входным переменным напряжением.

Краткий обзор процесса. Независимо от того, на какой блок питания вы смотрите, он всегда будет иметь как минимум три основных компонента — трансформатор, выпрямитель и фильтр. Регуляторы могут использоваться или не использоваться в зависимости от того, является ли источник питания нестабилизированным или регулируемым (подробнее об этом позже).

Подробно о компонентах блока питания

Трансформер

В качестве первой линии защиты трансформатор выполняет функцию понижения входящего переменного тока от сети до уровня напряжения, который может выдержать нагрузка блока питания. Трансформаторы также могут повышать напряжение, но в этой статье мы сосредоточимся на тех, которые понижают напряжение для низковольтных электронных устройств постоянного тока.

Внутри трансформатора две обмотки катушки, обе физически отделены друг от друга. Первая обмотка получает переменный ток от сети, а затем электромагнитно соединяется со второй обмоткой для передачи необходимого переменного напряжения во вторичную обмотку. Сохраняя эти две обмотки физически разделенными, трансформатор может изолировать сетевое напряжение переменного тока от достижения выхода схемы источника питания.

Две физически разделенные катушки в трансформаторе проводят через электромагнитную связь. (Источник изображения)

Выпрямитель

После того как переменный ток был понижен трансформатором, выпрямитель должен преобразовать сигнал переменного тока в необработанный формат постоянного тока. Это достигается с помощью одного или набора диодов в полуволновой, двухполупериодной или мостовой конфигурации выпрямления.

Полуволновое выпрямление

В этой конфигурации один выпрямительный диод используется для извлечения напряжения постоянного тока из половины периода формы сигнала переменного тока. Это оставляет блоку питания половину выходного напряжения, которое он получил бы от полной формы волны переменного тока при Vpk x 0,318. Половина волны — это самая дешевая конфигурация, которая идеально подходит для нетребовательных источников питания и, как правило, оставляет наибольшее количество пульсаций выходного напряжения.

Полуволновое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала. (Источник изображения)

Полноволновое выпрямление

В этой конфигурации два выпрямительных диода используются для извлечения двух полупериодов входящего сигнала переменного тока. Этот процесс обеспечит удвоение выходного напряжения однополупериодного выпрямления при Vpk x 0,637. Хотя эта конфигурация дороже в разработке, чем Half Wave, поскольку для нее требуется трансформатор с центральным отводом, она имеет дополнительное преимущество улучшенного сглаживания пульсаций переменного тока.

Полноволновое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала. (Источник изображения)

Исправление моста

В этой конфигурации используются четыре диода, соединенные мостом, для достижения двухполупериодного выпрямления без использования трансформатора с отводом от середины. Это обеспечит то же выходное напряжение, что и полная волна при Vpk x 0,637 с диодами, которым требуется только половина их обратного напряжения пробоя. В течение каждого полупериода два противоположных диода проводят ток, что обеспечивает полную форму волны переменного тока в конце полного цикла.

Мостовое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала аналогичны полноволновому. (Источник изображения)

Фильтр

Теперь, когда мы преобразовали напряжение переменного тока, задача фильтра состоит в том, чтобы удалить любые пульсации переменного тока в выходном напряжении, оставив плавное постоянное напряжение. Зачем устранять пульсации? Если они попадут на выход источника питания, они могут повредить нагрузку и, возможно, разрушить всю вашу схему. В фильтрах используются два основных компонента: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот.

Резервуарной конденсатор

Электролитический конденсатор большой емкости используется для временного накопления выходного тока, обеспечиваемого выпрямительным диодом. При зарядке этот конденсатор сможет обеспечить выходной постоянный ток в промежутках времени, когда выпрямительный диод не проводит ток. Это позволяет блоку питания поддерживать стабильный выход постоянного тока во время циклов включения/выключения блока питания.

Здесь вы можете увидеть разницу в выходном сигнале с крышкой резервуара и без нее. (Источник изображения)

Фильтр нижних частот

Вы можете создать цепь питания, используя только накопительный конденсатор, но добавление фильтра нижних частот еще больше устранит пульсации переменного тока, которые проходят через накопительный конденсатор. В большинстве базовых источников питания вы не найдете фильтры нижних частот, поскольку для них требуются дорогие катушки индуктивности с ламинированным или тороидальным сердечником. Однако в современной электронике с импульсными источниками питания вы обнаружите, что фильтры нижних частот используются для устранения пульсаций переменного тока на более высоких частотах.

Добавив в цепь питания накопительный конденсатор и фильтр нижних частот, вы сможете устранить более 95 % пульсаций переменного тока. Это позволит вам поддерживать стабильное и чистое выходное напряжение, которое соответствует пику исходной входной волны переменного тока.

Регулятор

В регулируемых источниках питания будет добавлен стабилизатор для дальнейшего сглаживания напряжения постоянного тока и обеспечения стабильного выходного сигнала независимо от изменений входных уровней. С этим улучшенным регулированием также возникают дополнительные сложности и затраты на питание цепи. Вы найдете регуляторы в двух разных конфигурациях: шунтирующий регулятор или последовательный регулятор.

Шунтовой регулятор

В этой конфигурации стабилизатор подключается параллельно нагрузке, что обеспечивает постоянное протекание тока через регулятор до того, как он попадет на нагрузку. Если ток нагрузки увеличивается или уменьшается, шунтирующий регулятор будет либо уменьшать, либо увеличивать свой ток для поддержания постоянного напряжения и тока питания.

Шунтовые регуляторы подключаются параллельно нагрузке. (Источник изображения)

Регулятор серии

В этой конфигурации последовательный регулятор соединен последовательно с нагрузкой, которая обеспечивает переменное сопротивление. Этот регулятор будет последовательно измерять входное напряжение нагрузки, используя систему отрицательной обратной связи. Если выборка напряжения растет или падает, то последовательный регулятор либо снижает, либо увеличивает свое сопротивление, позволяя большему или меньшему току течь через нагрузку.

Последовательные регуляторы добавляют переменное сопротивление для управления током. (Источник изображения)

Типы блоков питания

Обычные блоки питания переменного/постоянного тока используют в своих схемах некоторые или все вышеперечисленные компоненты как нерегулируемые или регулируемые источники питания. Какой тип источника питания вы используете в своем проекте электроники, зависит от уникальных требований вашей конструкции.

Нерегулируемые источники питания

Эти блоки питания не имеют стабилизатора напряжения и обеспечивают установленное напряжение только при максимальном выходном токе. Здесь выходное напряжение постоянного тока связано с внутренним трансформатором напряжения, и выходное напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от выходного тока нагрузки. Эти источники питания известны своей надежностью и недорогой стоимостью, но не обеспечивают достаточной точности для чувствительных к мощности электронных устройств.

Нерегулируемые блоки питания содержат все стандартные компоненты, кроме стабилизатора.

Регулируемые блоки питания

Регулируемые блоки питания включают в себя все основные компоненты нерегулируемых блоков питания с добавлением регулятора напряжения. Обратите внимание на три конфигурации источника питания регулятора:

Линейный источник питания. В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор для управления выходным напряжением в определенном диапазоне. Хотя эти блоки питания не самые эффективные и выделяют много тепла, они известны своей надежностью, минимальным электрическим шумом и широкой доступностью в продаже.

Типичная схема линейного источника питания. (Источник изображения)

Источник питания с режимом переключения. В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор, который включается и выключается для подачи напряжения на выходной накопительный конденсатор. Режимы переключения, как правило, меньше и легче, чем линейные источники питания, имеют более широкий выходной диапазон и более эффективны. Однако они требуют сложной схемы, создают больше шума и требуют подавления помех для работы на высоких частотах.

Здесь мы можем видеть дополнительную сложность в схеме переключения режимов. (Источник изображения)

Батарея питания. Эта конфигурация действует как накопитель энергии и обеспечивает постоянный поток постоянного тока для электронного устройства. По сравнению с линейными и импульсными источниками питания батареи являются наименее эффективным методом питания устройств, и их также трудно согласовать с правильным напряжением нагрузки. Однако у батарей есть то преимущество, что они обеспечивают источник питания, когда сеть переменного тока недоступна, и не создают электрических помех.

При выборе блока питания для вашего следующего электронного проекта обратите внимание на следующие преимущества и недостатки нерегулируемых и регулируемых источников питания:

Простая схема
Надежность и экономичность

Напряжение зависит от потребляемого тока нагрузки.
Идеально подходит для устройств, работающих от фиксированного выходного тока/напряжения.

Постоянное напряжение
Выше качество
Улучшенная фильтрация шума.
Регулируемое выходное напряжение/ток

Выбирая между линейным, импульсным или регулируемым блоком питания, учитывайте следующее:

Стабильный и надежный
Меньше электрического шума
Хорошее регулирование линии и нагрузки.

Низкая эффективность
Требуются радиаторы большего размера.
Большие и тяжелые компоненты
Дорого

Маленький размер и легкий вес
Широкий диапазон входного напряжения
Высокая эффективность
Дешевле по сравнению с линейным.

Требуется более сложная схема.
Может загрязнить сеть переменного тока.
Более высокий уровень шума

Не требуется доступ к сети переменного тока.
Портативный источник питания

Фиксированное входное напряжение
Фиксированный срок службы
Выходное напряжение падает по мере использования резервов энергии

Технические характеристики блока питания, о которых нужно знать

Выбирая готовую схему блока питания вместо разработки собственной, необходимо знать несколько спецификаций. К ним относятся:

Выходной ток . Это максимальный ток, который блок питания может подавать на нагрузку.
Регулятор нагрузки . Это определяет, насколько хорошо регулятор может поддерживать постоянный выходной сигнал при изменении тока нагрузки, обычно измеряемого в милливольтах (мВ) или максимальном выходном напряжении.
Шум и рябь . Они измеряют нежелательные электронные помехи и колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный, обычно измеряемые в размахе напряжения для импульсных источников питания.
Защита от перегрузки. Это функция безопасности, которая отключает источник питания в случае короткого замыкания или перегрузки по току.
Эффективность. Это отношение мощности, преобразованной из сети переменного тока в постоянный ток.Высокоэффективные системы, такие как импульсные источники питания, могут достигать рейтинга эффективности 80 %, уменьшать тепловыделение и экономить энергию.

Постоянная конверсия

Блоки питания обеспечивают постоянную основу питания для всех наших электронных устройств, будь то ваш компьютер, смартфон или телевизор, список можно продолжить. Независимо от того, какой тип источника питания вы используете или проектируете, все они включают в себя несколько основных компонентов для преобразования сети переменного тока в устойчивый постоянный ток (DC). Трансформатор сначала понижает напряжение, которое затем выпрямляется до необработанного формата постоянного тока. Затем он фильтруется и регулируется, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение для стабильного выходного сигнала. При разработке собственной схемы блока питания рассчитывайте использовать эти основные компоненты вместе с уникальными характеристиками мощности для вашей конструкции, чтобы обеспечить стабильный выход постоянного тока в любое время суток.

Нужен разъем питания для предстоящего проекта по разработке электроники? У нас есть куча бесплатных библиотек! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!

Введение. Преобразование блока питания компьютера в регулируемый настольный лабораторный блок питания

Сегодня цены на лабораторный блок питания значительно превышают 180 долларов США. Но оказывается, что устаревший компьютерный блок питания идеально подходит для этой работы. Они стоят всего 25 долларов и имеют защиту от короткого замыкания, тепловую защиту, защиту от перегрузки и различные выходные напряжения 3 В, 5 В и 12 В, но мы модифицируем их, чтобы выдавать от 1,5 В до 24 В. Они идеально подходят для общей электроники.

Это мой первый инструктаж по блестящей идее, мне всего 14 лет, и я могу ее воплотить

ВНИМАНИЕ: Это приведет к аннулированию гарантии и может шокировать вас, если вы не соображаете.

ПРИМЕЧАНИЕ. В этом руководстве полно грамматических и орфографических ошибок. Преподаватели английского языка, возможно, захотят отвести взгляд сейчас

Вам понадобятся:
Лента
Отвертка
Компьютерный блок питания (рекомендую 250 Вт+)
Кабель блока питания
Крепления для проводов
Паяльник
/> Резистор мощностью 10 Ом, 10 Вт или выше (некоторые новые блоки питания не работают должным образом без нагрузки, поэтому это может обеспечить)

Дополнительно:
переключатель
2 светодиода любого цвета (лучше всего красный и зеленый)
Если вы используете светодиоды, вам понадобится 1 или 2 резистора(ов) 330 OEM
Термоусадочная трубка
Внешний корпус (некоторые люди втискивают все это внутрь корпуса блока питания, или вы можете поместить его во внешний корпус.)

Это зависит от того, какой метод вы используете: (Подробнее об этом позже):
Клеммные колодки
Сверло
LM317 или LM338K Регулятор напряжения
100 нФ Конденсаторы (керамические или танталовые)< br />Конденсаторы 1 мкФ Электролитические
1N4001 или 1N4002 Силовой диод
Резистор 120 Ом
Переменный резистор 5 кОм
Крепления
Зажимы типа «крокодил»

Шаг 1. Сбор и подготовка блока питания

Предупреждения:
ПРЕЖДЕ ЧЕМ ПРОДОЛЖИТЬ, УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ВАШ ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ОТКЛЮЧЕНО.

Конденсаторы могут укусить и, если не дать болевого шока, убить вас. Пожалуйста, разрядите блок питания, оставив его отключенным на несколько дней или подключив резистор 10 Ом между красным и черным проводами.

Если вы слышите жужжание при включении блока питания, это означает короткое замыкание или другую серьезную проблему. Если вы слышите жужжание (которое исходит не от паяльника) при пайке, это означает, что ваш блок питания включен. Через блок питания по-прежнему проходит питание, если он подключен, но не включен

Хорошо, давайте приступим прямо к делу, снимите корпус компьютера и выкрутите винты (обычно 4) на задней панели компьютера, чтобы освободить блок питания. Теперь выкрутите 4 винта сверху корпуса и вытащите провода из отверстия, затем сгруппируйте провода одного цвета вместе и отрежьте концы.

Просто хочу сообщить вам, что вы только что аннулировали свою гарантию

Шаг 2. Все это подключаем!

Теперь самое сложное, это то, где мы действительно углубимся в это и добавим светодиоды, переключатели и другие подобные объекты. Есть много проводов каждого типа, поэтому я рекомендую использовать 2-4 каждого типа. Некоторые люди втискивают все внутрь коробки. Я использовал другой внешний корпус, но это зависит от того, какой метод вы используете на следующем шаге.

Если вы хотите добавить индикатор режима ожидания или включения сети, вам понадобится светодиод (рекомендуется красный, но не обязательно) и резистор на 330 Ом. Припаяйте черный провод к одному концу резистора и короткую ножку светодиода к другому. Резистор уменьшит напряжение, чтобы предотвратить повреждение светодиода. Перед тем, как надеть другой, при желании наденьте немного термоусадочной трубки, чтобы остановить шорты.Припаяйте фиолетовый провод к более длинной ножке, и когда вы подключите его, но не включите, он должен загореться.

Вы также можете использовать другой светодиод (зеленый лучше всего работает), который загорается при включении блока питания. Некоторые советуют использовать серый провод для питания светодиода, но вам нужен еще один резистор на 330 Ом. Я просто подключил его к оранжевому проводу 3,3 В.

Теперь о переключателе. Если он есть на задней панели блока питания, я полагаю, он вам не нужен, но я думаю, что вы все равно должны его использовать. Подключите зеленый провод к одному контакту выключателя, а черный к другому. Если вы действительно против использования выключателя, просто изолируйте зеленый и черный провода вместе.

Вы также можете использовать предохранитель на 1 ампер. Все, что вам нужно сделать, это взять пучок черных проводов, которые вы будете использовать, и обрезать их где-нибудь вдоль провода, а затем соединить их с помощью предохранителя в держателе предохранителя.

Некоторым блокам питания для правильной работы требуется нагрузка. Чтобы обеспечить эту нагрузку, припаяйте красный провод к одному концу резистора 10 Ом, 10 Вт и черный провод к другому. Это заставит блок питания думать, что он питает что-то.

Если все это сбивает с толку, в помощь прилагается диаграмма. На схеме показан способ соединения проводов с помощью перемычек. Я объясню больше об этом в следующем шаге. Он также соединяет серый провод со светодиодным индикатором питания, но вы также можете использовать оранжевый провод, и он также показывает проводку для резистора высокой мощности.

Шаг 3. Демонстрация силы

Хорошо, из всех других руководств, которые я читал, существует множество различных способов подключения ваших устройств к источнику питания, я начну с лучшего и перейду к худшему.

В некоторых руководствах вам предложат засунуть все это в один чехол, но это опасно и сделает его очень теплым и раздавленным. Я рекомендую использовать внешний корпус.

1.Добавление переменного резистора:
Лично я считаю, что это лучший метод, так как он может обеспечить любое напряжение от 1,5 до 24 вольт. Причина, по которой это 22 В, а не 12, заключается в том, что он использует синий провод, который составляет -12 вольт, а не общую землю (черный провод). Вам понадобится:

LM317 или LM338K Регулятор напряжения
100 нФ Конденсаторы (керамические или танталовые)
1 мкФ Конденсаторы Электролитические
1N4001 или 1N4002 Силовой диод
Резистор 120 Ом
1x 5 кОм переменный резистор

Сначала соберите схему с основного изображения и соедините линии +12 и -12 вольт. Теперь просверлите отверстия либо в блоке питания, либо во внешнем корпусе для установки переменного резистора. Все остальные схемы должны оставаться внутри. Теперь я предлагаю добавить две клеммные колодки, чтобы вы могли напрямую подключать устройства. Вы также можете подключить несколько зажимов типа «крокодил» к клеммным колодкам. При повороте переменного резистора напряжение должно быть в пределах от 1,5 до 24 вольт. ПРИМЕЧАНИЕ. На основном изображении есть опечатка: переменная +24 В вместо 22 В. Если бы у вас был старый вольтметр, вы могли бы подключить его к выходу, чтобы он мог определить, какое у вас напряжение.

Красный: +5 В
Желтый: +12 В
Оранжевый: +3,3 В
Черный: Земля/Заземление
Белый: -5 В

Ниже показано изображение, в котором используется метод переплета.

3.Основные зажимы Crocodile
Если у вас нет такого большого опыта или нет вышеуказанных деталей и по какой-то причине вы не можете их купить, вы можете просто подключить любое напряжение, которое вы хотите, к зажимам Crocodile. . Если вы выберете этот вариант, я бы посоветовал надеть на зажимы типа «крокодил» муфту для предотвращения короткого замыкания.

Советы и устранение неполадок:

- Не бойтесь немного оживить коробку, вы можете добавить светодиоды, наклейки или что-нибудь еще!

-Убедитесь, что вы используете блок питания ATX. Если это блок питания AT или более старый, он, скорее всего, будет иметь другую цветовую схему проводов. Если у вас нет данных о проводке, не пытайтесь это сделать, так как вы можете зацепиться не за тот конец провода и вам снесет голову.

- PSU означает блок питания

-Если светодиод на передней панели не загорается, возможно, вы неправильно подключили ножку, просто поменяйте местами провода на ножках, и она должна загореться.

-Некоторые современные блоки питания имеют «чувствительный провод», который необходимо подключить к источнику питания, чтобы блок питания работал. Если провод серый, подключите его к оранжевому проводу, если розовый — к красному.

-Мощный резистор высокой мощности может сильно нагреваться; вы можете использовать радиатор, чтобы охладить его, но убедитесь, что он ничего не закорачивает.

-Если вы настаиваете на том, чтобы все было внутри, вы можете поставить вентилятор снаружи, а не внутри.

-Вентилятор блока питания может быть шумным, он питается от 12 В. Поскольку это больше не компьютеры питания и не так сильно нагреваются, вы можете перерезать красный провод вентилятора и подключить оранжевый провод 3,3 В. После этого следите за своей цепью, если она производит слишком много тепла, снова подключите вентилятор к красному проводу.

ПОЗДРАВЛЯЕМ! Вы успешно завершили работу с блоком питания!

Спасибо другим руководствам на Wikihow и Instructables, потому что я использовал некоторые из них.

Это руководство было опубликовано довольно давно, и, к сожалению, я больше не могу его поддерживать. Но есть много хороших вещей в комментариях ниже. Спасибо за лайки, репосты и подписки!

Читайте также: