Ingo Electronics

10W Flyback inpulsinis maitinimo šaltinis

   

 Šis impulsinis maitinimo šaltinis (impulsinis keitiklis) pasižymi paprasta schema, mažais gabaritais (matmenys 3,5 x 7,5 x 2,0 cm), palyginti nedidele kaina ir, panaudojus papildomus įtampą žeminačius elementus pvz. LM317,7805,7812 ir t.t, gali būti panaudotas

įvairių elektroninių schemų ir prietaisų maitinimui.

 

Schemoje naudojamas vienas iš mažesnių, E formos, feritinių transformatorių, kurį galima išimti iš nebenaudojamo ar nebeveikiančio kompiuterinio maitinimo bloko.

Jo feritinės šerdies matmenys 19x16x5 (plotis,aukštis,storis-mm).

 

Šerdies skerspjūvio plotas apie 20 mm2. Ferito markė ar jo magnetinė skvarba šiuo atveju neturi jokios įtakos, nes jų parametrai kompiuterių maitinimo blokuose dažniausiai būna labai panašūs ir be to, flyback tipo transformatoriams, magnetolaidyje yra įvedamas tam tikras oro tarpas, kas visvien keičia ir  sumažina ferito magnetinę skvarbą.

 

 

 

 

 

 Schemoje naudojamas vienas iš mažesnių, E formos, feritinių transformatorių, kurį galima išimti iš nebenaudojamo ar nebeveikiančio

kompiuterinio maitinimo bloko. Jo feritinės šerdies matmenys 19x16x5 (plotis,aukštis,storis-mm).

 

Transformatoriaus gamybai reikia skirti ypatingą dėmesį, nes tai viena iš pagrindinių keitiklio detalių ir nuo jo priklausys visas

keitiklio veikimas. Tai truputį daugiau laiko ir kantrybės reikalaujantis darbas.

 

Išimtą tramsformatorių reikia išardyti, imantis visų atsargumo priemonių, nes jo feritas dėl mažų gabaritų yra labai trapus.

 

Tam galima panaudoti visas šias priemones - palaikyti apie vieną parą įmerktą acetone, pakaitinti verdančiame vandenyje, šildant

ferito suklijavimo vietą galingesniu lituokliu ar fenu. Svarbu nenaudoti didelės jėgos, be jokių  replių ar pan.

 

Kai feritas išsilaisvina iš klijų ir lako, jis turi laisvai išsiimti iš karkaso. Jeigu netyčia feritas kurioje nors vietoje lužtų, tai jį nesunkiai dar galima suklijuoti, panaudojant „super glue“, ar kokius kitus panašius klijus, nekeičiant ferito pradinės geometrinės formos.

Tai transformatoriaus darbui nei kiek nepakenks.

 

Pirmiausia vyniojama transformatoriaus pirminė apvija d 0,18mm laidu,120 vijų, vija prie vijos,trimis sluoksniais,izoliuojant apvijas tarp sluoksnių.

 

Po to vyniojama antrinė apvija d 0,3mm laidu, 15vijų,vija prie vijos,vienas sluoksnis.

 

Paskutinė vyniojama papildoma PWM valdiklio maitinimo apvija, d 0,3mm laidu, 12vijų, atskiriant nuo antrinės apvijos plonu įzoliacijos sluoksniu.

 

Šiap tai laidų diametrai, 10W galingumui didelės rekšmės neturi, aš vyniojau iš to ką turėjau.

 

Galima naudoti ir truputi didesnio diametro laidus, pvz. pirminei 0,21, antrinei 0,4, kad tik visos apvijos tilptų į transformatoriaus karkasą.

 

Vyniojant transformatoriaus apvijas,svarbu nesumaišyti apvijų tarpusavio poliariškumo ar kitaip sakant  fazuotės. Schemoje  yra pažymėta  apvijų pradžia, reiškia nuo tos vietos visos apvijos turi būti vyniojamos viena kryptimi.

 

Surenkant transformatorių, šerdyje padaromas 0,2-0,3mm oro tarpas, tai galima padaryti priklijuojant, porą, atitinkamo storio, popieriaus juostelių. Surenkant, šerdies puses suklijuoti nereikia ir nepageidautina, nes esant reikalui pervynioti, gali būti problematiška jas atskirti. Šerdis sutvirtinama, panaudojant karščiui atsparią, 4-5mm pločio, lipnią įzoliacinę juostelę.

 

Pas mane schemoje panaudotas IRFI840G MOSFET‘as. Tranzistorius esant apkrovimui iki 10W praktiškai nešyla, jeigu maitinimo šaltinis būtų naudojamas apkraunant pilnu 10W galingumu, ar esant sunkioms aplinkos sąlygoms (aukšta temperatūra, uždara ertmė) pageidautina prie tranzistoriaus, aušinimui pritvirtinti, Г formos, nedidelę aliuminio plokštelę. IRFI840 galima pakeisti kitu, ne mazesnės kaip 500V įtampos mosfet tranzistoriumi, pvz: IRFBC30,IRFBC40 ir pan.

 Išėjimo įtampos stabilizavimo grandinėje naudojamas optronas LTV817, ir 18V stabilitronas BZX83V018.

Išėjimo įtama, keičiantis apkrovimui, kinta nežymiai. Tarp minimalaus ir maksimalaus apkrovimo, įtampų skirtumas yra apie 0,3-0,4V.

Galima šiek tiek sumažinti arba padidinti išėjimo įtampą parenkant D8 stabolitroną, norimai įtampai , tačiau tuo atveju reikia atitinkamai padidinti arba sumažinti PWM valdiklio maitinimo apvijos vijų skaičių (apie 1vija/1voltui).

Norint keitiklį gaminti kitokiai stabilizuotai išėjimo įtampai, perviniojant T1 apvijas galime orientuotis pagal šią lentelę.:  

 Išėjimo įtampa,srovė Pirminė apvija, vijų sk./laido diametras Antrinė apvija,vijų sk./laido diametras Valdymo apvija, vijų sk./laido diametras Stabilitronas D8 
 5V, 2A 120/d0,18mm 5/3x0,45mm13/0,2mm  BZX83V004.3  4,3V
 9V, 1A 120/d0,18mm 8/2x0,45mm 11/0,2mm BZX83V008.2  8,2V
 12V, 1A 120/d0,18mm 10/0,45mm 10/0,2mm BZX83V0011  11V
 15V, 0,7A 120/d0,18mm 13/0,45mm 11/0,2mm BZX83V0013  13V
 19V, 0,5A 120/d0,18mm 15/0,30mm 12/0,3mm BZX83V0018  18V

Be apkrovimo tokį flayback tipo keitikli jungti į tinklą nepageidautina, gali smarkiai kaisti mosfetas, arba del aukštos itampos indukcijos pramušti mosfeta ar valdymo mikroschemą, nes be apkrovos transformatorius neturi kur išskirti sukauptą energiją.

Jungti į tinklą galima esant bent minimaliam apkrovimui. Derinimo metu, patartina prie išėjimo prijungti pilną, atitinkamo galingumo nominalią apkrovą. Taip pat derinimo metu nepatartina jungti prie išėjimo įvairias kaitrines lemputes, nes įjungimo metu jų aktyvinė varža yra labai maža, ir dėl per didelės apkrovos įjungimo momentu, gali pramušti diodą antrinėje grandinėje ar atsitikti kokie nors kiti nemalonūs dalykai.

 

Įjungimo į tinklą pradiniu momentu, PWM valdiklis užsimaitina per 400kom varžą R3, tuo metu dirba tik dalis valdiklio schemos, ir išduodami trumpi impulsai valdiklio užmaitinimui per papildimą transformatoriaus apviją. Valdiklis pasileidžia po įjungimo į tinklą per 2-3 sekundes. Jeigu valdiklis nepasileidžia, reiškia papildoma apvija duoda per mažai įtampos, tuo atveju reikia papildomai valdiklio valdymo apvijai pridėti 2-3 vijas.

 

Normaliame režime, esant trumpam jungimui, arba viršijus apkrovimui, įjungimo metu, keitiklis nepasileis, t.y PWM valdiklis startuos, tačiau tokiame režime,valdymo įtampa bus per maža, kad pilnai įjungti keitiklį, tuomet keitiklio išėjime matysime pulsuojančius, kas 1-2 sek, žemos įtampos impulsus.

 

Apsaugai nuo per didelės srovės pirminėje grandinėje, naudojama  varža R9.  PWM valdiklis, pasiekus įtampai  ant  Isens 3 įėjimo 0,9V , uždaro Q1 tranzistorių,  jeigu schema sumontuota teisingai, maksimalus srovės impulsas pirminėje grandinėje priklausys nuo pasirinkto varžos R9 dydžio. Varža R9 šioje schemoje gali būti nuo 1 iki 3 omų.

Esant didesnei varžai, gali būti per daug ribojama srovė, dėl ko PWM valdiklis gali nepasileisti, nes neužteks įtampos antrinėje grandinėje, o esant per daug mažai varžai, gali būti nepatikima apsauga nuo per didelio apkrovimo ar trumpo jungimo.

 

Tai labai palengvina keitiklio derinimo darbus, nes netgi esant neteisingai parinktam, ar pagamintam transformatoriui, srovė pirminėje grandinėje bus ribojama varža R9, ir tranzistorius nebus taip greit pramušamas ar perkaitinamas, išskyrus atveją, jeigu tranzistorius būtų pramuštas dėl per didelės atbulinės indukcinės įtampos pirminėje grandinėje.

 

Atbulinę indukciją pirminėje transformatoriaus apvijoje slopina R2,C3,D5 grandinė. Varža R2 gali būti iki 100kom, esant mažesnei R2 varžai, ant jos išsiskirs didesnis galingumas, tuomet reikalinga didesnio galingumo varža, didinant R2 varžą, gali būti nepilnai slopinama atbulinė indikcija. 

 

Impulsiniam keitikliui panaudota vienas iš pigesnių PWM valdiklių - UC3845N.

 

Šioje schemoje keitiklis dirba 133khz dažniu. Dažnį nustato kondensatorius C2 ir varža R6, todėl šiuos elementus reikia parinkti didesniu tikslumu, arba derinimo metu reikiamą dažnį nustatyti da\nomačiu ar oscilografu.

Patogiausia dažnį nustatyti varžą R6 laikinai pakeitus 20-40 kilomų kintama varža ir UC3845 laikinai užmaitinus iš atskiro 12V DC maitinimo šaltinio (Vcc 7 įėjimas), ir nejungiant keitiklio į tinklą. Pas mane R6 varža gavosi 19,2k.

 

Keitiklio derinimas, darbo patikrinimas.

1. Laikinai užmaitinus UC3845 (Vcc 7 įėjimas) iš atskiro 12V DC maitinimo šaltinio,  patikrinama ar išeina impulsai iš PWM valdiklio ir nustatomas jų dažnis.

 

2.Pirmojo įjungimo i tinklą metu, keitiklį trumpam įjungiam per 40w 220V elektros lemputę, arba per kokią nors didelio galingumo 50-100omų varžą, arba dar geriau didinant įtampą per autotransformtorių.

Stebima ar startuoja PWM valdiklis, ir ant varžos R9, prijungus oscilografą, žiūrima koks yra maksimalus srovės dydis, kokia jos forma ir koks srovės impulso laikas. Srovės impulso maksimumas neturėtų viršyti 0,3-0,4A, impulso laikas priklausys nuo apkrovimo, ir turėtų būti apie 0,2-0,3 mks, esant 133khz dažniui ir nomonaliam apkrovimui. Didinat apkrovimą, impulso laikas ir srovė, nors ir nežymiai- turi didėti, mažinant-mažėti .

 

Impulso forma turi gautis panaši į šias oscilogramas:

 

Viso proceso metu stebima ar nekaista tranzistorius Q1. Esant bet kokiam kaitimui ar netgi šilimui, reikia peržiūrėti schemos montažą, patikrinti kaip pajungtas apkrovimas, arba galų gale keisti transformatoriaus parametrus.

 

3.Patikrinam išėjimo įtampos dydį.

 

4.Keitiklį jungiam į tinklą tiesiogiai, be el. lemputės,vėl oscilografu stebim srovės impulso formą.

Srovė viso impuso metu turi kilti tiesia linija, jeigu impulso pabaigoje srovė staigiai kyla netiesine forma, reiškia transformatoriaus šerdis yra persotinama, tuomet reikia perskaičiuoti pirminės apvijos vijų skaičių, ar bandyti reguliuoti feritinės šerdies oro tarpą. Viso proceso metu stebim tranzistoriaus Q1 temperatūrą.

 

5.Patikrinam kaip stbilizuojama išėjimo įtampa keičiant apkrovimą.

 

P.S.  Dar kai kokie patarimai:

 

Derinimo metu negalima jungti apkrovimo varžos šitaip, žr.pav.:

 Nes tuomet vyksta netipiniai flayback topologijai procesai, ko pasekoje gali buti pramušamas tranzistorius ir kt. schemos dalys.

 

 

  

 

 

Gaminant montažinė plokštę, takelius prie transformatoriaus kojelių patartina privesti taip (žr.pav. ), paliekant apie 0,5mm tarpelį, tuomet prireikus jį išimti, tai padaryti bus žymiai  lengviau.

Tokiu pat būdu patartina takelius  privesti ir prie Q1tranzistoriaus.

Mikroschema U2 ne lituojama tiesiai prie plokštės, o statoma  į DIP8 lizdą.

 

Keitiklio principinė ir montažinė schemos (Proteus failai): 

Ši schema gali būti naudojama kaip bazinė įvairiems eksperimentams, tobulinimui, arba parenkant kitą transformatorių reikiamai įtampai ir galingumui. Kaip pvz. galima bandyti daryti keletą išėjimo įtampų, dvipolį išėjimą, patobulinti ar pakeisti pagal kokia kitą schemą įtampos stabilizavimo grandinę, įvesti kokias nors papildomas apsaugas ir t.t..

Transformatorių preliminariai aš skaičiavau programa  PI Expert v.7.1, įvedus atitinkamus duomenis, ir   pagrindą imant transformatoriaus šerdį EI19.

 

Keitiklio gamybai reikalingos detalės

 

 

 RT1 Termistorius NTC 5om 
 R2 43k 0,25W 
 R3 400k 1-2W 
 R5 120 
 R6 19,2k 
 R7,R8 1k 
 R9 3 
 R10 330 
 R11 27 
 R12,R13 10k 
 BR1 Diodinis tiltelis 2W04  400V  2A 
 C1 22mkF  400V 
 C2 470pF 
 C3 1000pF 
 C4 0,1mkF 
 C5 470mkF 50V 
 C6 100mkF 35V 
 C7,C8 330pF 
 U1 Optronas 817 
 U2  PWM valdiklis UC3845 +lizdas DIP-8 
 Q1 IRFI840G 
 D1 Bet koks  LED'as 
 D2 FR102 
 D3 1N4148 
 D5 HER208 
 D7 PR3002 100V 3A 
 D8 Stabilitronas BZX83V018    18V