Проектирование импульсного источника питания с активным ККМ. Эпизод II

в 10:33, , рубрики: diy или сделай сам, PFC, Блок питания, ИИП, инвертор, ККМ, Производство и разработка электроники, силовая электроника, схемотехника, Электроника для начинающих

В своей предыдущей статье я рассказал о проектирование импульсного источника питания, показал его схемотехнику и дизайн платы. Остановился на том, что платы для проекта были заказаны на заводе, я их получил и можно приступить к сборке устройства.

Почему статья будет не большая

К сожалению, умудрился словить бан за какой-то из комментов, в итоге «черновики» оказались не доступны, в том числе и для данной статьи. Переписывать все с нуля ни времени, ни огромного желания нету. Поэтому покажу основные этапы, фотографии, тем более как показала прошлая статья — читают и комментируют исключительно большие специалисты, поэтому мои разъяснения вряд ли кому-то нужны.

Собственно, первый блок собран и уехал моему товарищу, второй я собираю уже для себя любимого — он и будет фигурировать в данной статье.

image
Рисунок 1 — Вид печатной платы (сверху)

image
Рисунок 2 — Вид печатной платы (снизу)

Монтаж синфазного фильтра и блока питания собственных нужд

В данной статье я расскажу только о входном синфазном фильтре и многоканальном блоке питания для питания ШИМ контроллеров и системы охлаждения. Писать большие статьи не удобно и долго, поэтому решил дозировать в небольших количествах, но немного чаще.

С теоритической частью вы можете подробно ознакомиться в предыдущей статье, сейчас же я напомню, что речь идет о обратноходовом преобразователе, который имеет на выходе 3 гальванически развязанных канала по 15В каждый с номинальным током 1А. Этого более чем достаточно, чтобы запитать контроллеры. В реалиях можно было бы ограничиться и 200-300 мА на канал, но под рукой имелись только ETD34 и было решено делать с запасом — лишним не будет.

По началу хотел монтировать SMD компоненты разом в печке, но такой путь несколько усложняет отладку, поэтому запаиваем сначала компоненты входной группы + все компоненты для нашего флайбека:

image

image
Рисунок 3 — Внешний вид платы после монтажа компонентов синфазного фильтра и источника питания собственных нужд

Никаких сверхъестественных компонентов тут нет, но как вы наверняка заметили — трансформатора нет. Наверное, 60-70% вопросов, которые мне в ЛС задают так или иначе связаны с моточными изделиями, чаще всего: «Как намотать трансформатор (дроссель)?» и «Почему не работает, вроде намотал как надо?». Поэтому следующий раздел посвящен именно изготовлению трансформатора.

Изготовление трансформатора

Есть две основные проблемы из-за которых возникают проблемы с моточными изделиями, это зазор и определение начала обмоток. Именно два этих аспекта могут на корню «зарубить» весь ваш преобразователь, поэтому о них по подробнее.

1) Если посмотреть на любую схему блока питания, где есть трансформатор, то можно заметить «точку» около одного из концов обмотки — так принято обозначать ее начало. Выглядит это примерно так:

image
Рисунок 4 — Условно-графическое обозначение трансформатора

В однотактных преобразователях этот аспект играет ключевую роль, связано это с тем, что магнитный поток — это величина векторная, а значит ее направление так же важно, как и значение. Поэтому, когда начинаете мотать трансформатор, то обязательно помечайте от какого вывода вы начинали мотать, он и будет той самой точкой — началом. Так же все обмотки должны мотаться в одну сторону, это не совсем так, но именно в процессе намотки — все мотается в одном направление. В случае флайбека, когда вы распаяете все согласно «началу обмоток», то получится, что в первичной обмотке поток имеет обратное направление, именно поэтому передача энергии идет на обратном такте/ходе. Отсюда и название данной топологии. Соблюдение отметок «начало обмотки» и намотка в одном направление в процессе изготовления не позволят вам запутаться.

2) Зазор… В двухтактных преобразователях его нет (не всегда), поэтому данного вида трансформаторов он практически не касается, но вот при изготовлении дросселей и трансформаторов для однотактных преобразователей момент актуальный.

Если по-простому — зазор не дает вашему сердечнику насытиться, то есть чем больше зазор, тем большее количество (мощности) энергии можно прокачать через него. То есть увеличивая зазор до бесконечности мы можем увеличивать и мощность трансформатора до бесконечности, но есть одно ограничение…

При увеличении зазора — уменьшается индуктивность обмотки. То есть, чтобы получить необходимое значение индуктивности нам придется намотать большее количество витков, а вот количество витков уже ограничивается размерами сердечника. Собственно поэтому нельзя получить ту самую «бесконечную влаааааасть! мощность».

Что касается дросселей (кстати трансформатора однотактников тоже дроссели) — если он изготавливается из феррита, например, N87, то зазор обязателен! Иначе сердечник будет насыщаться и мощность преобразователя упадет почти до нуля. Именно поэтому часто люди, собрав БП и запустив на холостом ходе радуются, что работает, но под нагрузкой он «затыкается» — скорее всего в таких случаях дело в зазоре.

Теперь перейдем к процессу изготовления:

а) Выбираем подходящий набор, я использую ETD34. Он состоит из каркаса, 2-х частей сердечника с уже заводским зазоров 0.2 мм и скобы крепежные. Так же я использую в качестве изоляции «специальный скотч», его прелесть в том, что он тонкий и прочный, а значит практически не занимает места в окне трансформатора.

image
Рисунок 5 — Комплект для изготовления трансформатора

Так же вам потребуется медный лакированный провод, желательно обмоточный. Чем хорош «обмоточный» — он после протяжки подвергается отжигу и поэтому более мягкий, а значит и мотать проще. На мелких трансформаторах не сильно критично, а вот на 500+ Вт уже руки скажут спасибо за такое, хотя он конечно и дороже на 10-15%, но решать вам. Я использую отожженный с диаметром 0.335 мм.

б) Приступаем к процессу намотки. Советую начинать наматывать с самой тонкой обмотки: в понижающих преобразователях это первичная обмотка, для повышающих это вторичная. Это позволит вам намотать аккуратно, плотно самую сложную обмотку, т.к. сделать это поверх «жирной и кривой» будет достаточно проблематично. Опять же малая мощность простит вам пренебрежение данным советом, а вот на мощностях 500+ Вт вам будет очень грустно.

После намотки каждого слоя первичной обмотки (у меня она в 3 слоя) изолируем в 1-2 слоя изоляционной лентой. Как намотали всю обмотку, распаиваем ее и изолируем обмотку в 3-4 слоя, это уже межобмоточная изоляция — она самая важная и от нее зависит напряжение развязки трансформатора.

image
Рисунок 6 — Вид трансформатора после намотки первичной обмотки и обмотки самопитания

в) Далее уже наматываем остальные обмотки, лучше в порядке повышения толщины сечения провода. Принципы изоляции такие же как и на первичной обмотке. После того, как все обмотки намотаны, если позволяет место проходим лентой финальные 5-6 витков дополнительно.

Так же рекомендую после намотки всех обмоток и финальной изоляции «пшыкнуть» лаком, например, Plastik-71. Это позволит вам не переживать о возможной влаге, конденсате, пыли и прочей гадости. Лучше в 2-3 прохода, давая высохнуть предыдущим. И делать это лучше только на каркасе до сборки трансформатора + не забудьте прикрыть от лака выводы.

image
Рисунок 7 — Вид каркаса после намотки и изоляции всех обмоток

г) Теперь остается просто собрать трансформатор. Сами половины сердечника можно закрепить с помощью скоб, а можно склеить. Последнюю операцию в идеале производить специальным клеем с добавлением дисперсного ферритового порошка, а так можно обычным моментом. Только настоятельно рекомендую клеить тонким слоем — иначе увеличится зазор и уменьшится индуктивность. Так же советую не намазывать клеем среднюю «ногу», это полностью лишает вас шанса разобрать его в случае необходимости.

image
Рисунок 8 — Вид трансформатора после сборки

Финальная сборка

В общем-то осталось только напаять трансформатор на нашу плату и сборка данного узла будет завершена, останется лишь проверить работоспособность.

image

Рисунок 9 — Внешний вид платы после монтажа входных цепей и БП собственных нужд

Первое включение и тест на работоспособность

Включать оборудование в сеть, особенно собранное без опыта всегда страшно, страшно что бахнет или током ущипнет — не боятся только дураки. Поэтому если вы решили собрать устройство из статьи или какое-либо другое с питанием от сети, то первое включение после сборки лучше проводить с помощью специальных приспособлений. Есть несколько вариантов:

1) Тестовый стенд или лабораторный источник с выходом 0-400В как раз для таких случаев. Ценник на них начинается примерно от 80-120 тыс. руб., поэтому по определенным причинам не все могут себе такое позволить дома, да и вряд ли вы собираете по 2-3 новых блока в неделю чтобы такое оборудование было актуально. Так что надо ли оно вам?

2) Включение через трансформатор 1:1 + электронный предохранитель. Такой способ дешевый, а значит доступен всем. Трансформатор отвяжет устройство и вас от сети, а предохранитель не даст блоку пыхнуть. Данное оборудование колхозится за 1000 руб, явно доступнее первого пункта, а главное для любителей ничем не хуже.

3) Наверное классика жанра — выпаиваем предохранитель и вместо него впаиваем лампу 230В на 60 Вт. Только лампа накаливания! Такая замена не даст блоку сгореть. Если все хорошо, то без нагрузки при включении лампочка загорится и погаснет: вспыхнет, т.к. зарядится входная емкость. Если загорелась и не гаснет, то где-то КЗ — выключаем и проверяем схему.

Только не забудьте разрядить высоковольтные конденсаторы! Батарея из двух 470 мкФ кондеров разряженная в руку (особенно если слегка влажная) с вероятностью 90% обеспечит вам путешествие с мигалками до ближайшей больницы или в морг. Постоянный ток намного опаснее переменки, не зря на электрический стул подводят постоянку.

4) Вариант для настоящих профессионалов раздолбаев — сразу в розетку сунуть. Если в схеме КЗ или еще какой косяк, то при условии, что вам проводку делал хороший электрик — выбьет автоматы и сгорит транзистор, если делали сами делал не сильно грамотный человек, то блок будет гореть и плавиться и не факт, что автомат выбьет. Поэтому настоятельно советую пункт 2.

Теперь собственно к тесту. Я использую лампу накаливания на 12В и 10Вт. Ток у нее около 900-1100 мА, этого достаточно чтобы испытать наш блок. По сути просто повешу в качестве нагрузки на канал и посмотрю, что с напряжением на выходе и насколько их «перекосило», т.к. стабилизируется все по одной из 3-х обмоток.

image
Рисунок 10 — Вид работы БП собственных нужд под номинальной нагрузкой канала

Заключение

В следующей части я покажу результаты сборки и отладки ККМа, а так же поделюсь свои результатами под расчету выходной емкости. Там получились весьма интересные результаты, особенно при замене электролитов на пленку о чем и будет рассказ.

Формат дальнейших статей будет таким же — небольшие повествования о результатах, какие-то замечания и «советы» начинающим.

Еще один момент — комментарии я читать не буду, увы и ах… Отнимают они огромное количество времени, а польза от них чуть меньше чем ноль, т.к. чтение советов и мнения специалистов аля «да надо два АТХа слепить вместе и будет круто» — минздрав предупреждает вызывает рак мозга.

Если вам очень хочется что-то лично у меня спросить, посоветовать, обсудить какой-то вопрос, то добро пожаловать в ЛС.

Надеюсь до скорых встреч! Часть по ККМ уже написана в «Черновиках» и я постараюсь ее как можно быстрее довести до логического завершения и опубликовать на ваше обозрение.

Автор: Leerooooy

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля