Схемы адаптеров питания 5в 5а. Блок питания: с регулировкой и без, лабораторный, импульсный, устройство, ремонт

5 вольт – одно из самых широко используемых напряжений. От этого напряжения питается большинство программируемых и непрограммируемых микроконтроллеров, всевозможных индикаторов и тестеров. Кроме того 5 вольт используется для зарядки всевозможных гаджетов: телефонов, планшетов, плееров и так далее. Я уверен, что каждый радиолюбитель может придумать множество применений этому напряжению. И в связи с этим я подготовил для вас три хороших на мой взгляд варианта блоков питания со стабилизированным выходным напряжением 5 вольт.

Первый вариант – самый простой.

Этот вариант отличается минимальным количеством используемых деталей, крайней простотой сборки и невероятной ‘живучестью’ – блок почти нереально убить. Итак перейдем к схеме.

Эта схема срисована с недорогой зарядки телефона, обладает стабилизацией выходного напряжения и способна выдавать ток до 0.5 А. На самом деле блок может выдавать и больше, но при повышении тока на выходе начинает срабатывать защита от перегрузки и выходное напряжение начинает уменьшаться. Защита от перегрузок и КЗ реализована на резисторе 10 ом в цепи эмиттера силового транзистора и маломощном транзисторе s9014 . При повышении тока через первичную обмотку трансформатора на эмиттерном резисторе создается падение напряжения, достаточное для открытия s9014, который в свою очередь притягивает базу силового транзистора к минусу, тем самым закрывая его и уменьшая длительность импульсов через первичную обмотку. При изменении номинала данного резистора можно увеличить или уменьшить ток срабатывания защиты. Сильно увеличивать не стоит, так как это повлечет за собой повышение нагрева силового транзистора и увеличит вероятность выхода последнего из строя.

Стабилизация выполнена на распространенном оптроне pc817 и на стабилитроне 3.9 В (при изменении номинала которого можно менять выходное напряжение). При превышении выходного напряжения, светодиод оптрона начинает светиться ярче, вызывая повышение тока через транзистор оптрона на базу s9014 и, как следствие, закрытие силового ключа. При уменьшении выходного напряжения, наоборот, транзистор оптрона начнет закрываться и s9014 не будет обрывать импульсы на базе силового ключа, тем самым увеличивая их длительность и, соответственно, увеличение выходного напряжения.

Особое внимание стоит уделить намотке трансформатора. Это зачастую является фактором, отталкивающим новичков от импульсных блоков питания. Итак, поскольку блок однотактный, нам потребуется трансформатор с немагнитным зазором между половинками сердечника. Зазор нужен для быстрого размагничивания сердечника и для предотвращения вхождения феррита в насыщение. Расчет трансформатора в идеале надо проводить в специальных программах, но для тех, кому этого делать не хочется, скажу, что в таких маломощных блоках питания первичная обмотка состоит из 190-220 витков провода 0.08-0.1мм. Грубо говоря, чем больше сердечник, тем меньше витков. Поверх первички в том же направлении мотается базовая обмотка. Она состоит из 7 – 15 витков того же провода. И в конце уже более толстым проводом мотается вторичка. Число витков 5-7. Крайне важно мотать все обмотки в одном направлении и помнить, где начало и конец. На схеме и на плате (которую можете скачать тут) точками указаны начала обмоток.

По схеме тут больше добавить нечего, она довольно простая и не требует особых навыков для сборки. Все компоненты можно изменять в пределах 25%, блок прекрасно будет работать. Силовой транзистор можно ставить любой обратной проводимости, соответствующей мощности и с расчетным напряжением коллектора не менее 400 вольт. Базовый транзистор – любой маломощный NPN с такой же цоколёвкой, как и s9014 .

Данный блок мощно применять там, где не нужен высокий ток, а нужна компактность, например для питания Arduino или для зарядки устройств с аккумуляторами небольшой ёмкости. Из плюсов данного бп можно отметить компактность, наличие защиты и стабилизации и, конечно, простоту сборки. Из минусов, пожалуй, только малая выходная мощность, которую кстати можно поднять, увеличивая ёмкость входного фильтрующего конденсатора.

Блок кстати выглядит так:

Второй вариант – более мощный.

Этот вариант очень похож на предыдущий, но мощнее. Блок имеет доработанную обратную связь и, следовательно, лучшую стабилизацию. Давайте взглянем на схему.

Схема представляет собой блок дежурного питания компьютерного бп. В отличие от предыдущей схемы в этой более мощный силовой транзистор, большая ёмкость входного фильтрующего конденсатора и, самое главное, трансформатор с большей габаритной мощностью. Всё это как раз и влияет на выходную мощность. Ещё в данной схеме, в отличие от первой, сделана нормальная стабилизация на TL431 – источнике опорного напряжения.

Принцип работы тут такой же, как и у предыдущего варианта. Через резистор 560 кОм на базу силового ключа подается начальное напряжение смещения, он приоткрывается и через первичную обмотку начинает течь ток. Нарастание тока в первичке вызывает нарастание тока во всех остальных обмотках, значит ток, возникающий в базовой обмотке, будет ещё сильнее открывать транзистор, и этот процесс продолжиться до тех пор, пока транзистор полностью не откроется. Когда он откроется, ток через первичку перестанет изменяться, а значит на вторичке перестанет течь и транзистор закроется и цикл будет повторяться.

Про работу защиты по току и стабилизации я подробно рассказал выше и не вижу смысла повторяться, так как тут всё работает точно так же.

Поскольку этот блок питания сделан на основе дежурки компьютерного блока, трансформатор я использовал готовый и не перематывал. Трансформатор EEL-19B. Расчетная габаритная мощность 15 – 20 Вт.

Как и в предыдущей схеме номиналы компонентов можно отклонять в пределах 25%, так как в разных компьютерных бп эта схема прекрасно работает с разными компонентами. Этот экземпляр, благодаря выходному току в 2 А можно использовать как зарядку для телефонов и планшетов или для прочих потребителей, требующих большой ток. Из плюсов данной конструкции можно отметить простоту добычи радиодеталей, ведь наверняка у каждого есть нерабочий блок питания от старого компа или телевизора, а там элементарной базы хватит на 3 – 4 таких бп. Так же плюсом можно считать немалый выходной ток и неплохую стабилизацию. Из минусов справедливо можно отметить размер платы (она довольно высокая из-за трансформатора) и возможность свиста при холостом ходу. Свист может появиться из-за неисправности какого-либо элемента, либо просто из-за слишком низкой частоты преобразования на холостом ходу. Под нагрузкой частота увеличивается.

Третий вариант – самый мощный.

Этот вариант для тех, кому нужна огромная мощность и прекрасная стабилизация. Если вам не жалко пожертвовать компактностью, этот блок специально для вас. Итак, смотрим схему.

В отличие от предыдущих двух вариантов, в этом применяется специализированный ШИМ – контроллер UC3843 , который, в отличие от транзисторов, как ни как умеет менять ширину импульсов и специально сделан для применения в однотактных блоках питания. Также у UCшки частота не меняется в зависимости от нагрузки и её можно четко рассчитать в специализированных калькуляторах.

Итак принцип работы. Начальное питание поступает через резистор 300 кОм на 7 ножку микросхемы, она запускается и начинает генерировать импульсы, которые выходят с 6 ножки и идут на полевик. Частота этих самых импульсов зависит от элементов Rt и Ct. С указанными компонентами частота на выходе 78,876 кГц. Вот кстати устройство микросхемы:

На этой микросхеме очень удобно реализовывать защиту по току, у неё для этого есть специальный вывод – current sense. При напряжении больше 1 вольта на этой ножке сработает защита и контроллер снизит длительность импульсов. Стабилизация здесь сделана при помощи встроенного усилителя ошибки current sense comparator. Поскольку на 2 выводе у нас 0 вольт, усилитель error amp. Всегда выдает логическую единицу и она идёт на вход усилителя current sense comparator, формируя тем самым опорное напряжение 1 вольт на его инвертирующем входе. При превышении напряжения на выходе блока питания, фототранзистор оптрона открывается и шунтирует 1 вывод микросхемы на минус. При этом снижается напряжение на инвертирующем входе current sense comparator, а так как на его не инвертирующем в момент открытия транзистора нарастает напряжение, то в какой то момент оно превысит напряжение на инвертирующем входе (при КЗ случается то же самое) и current sense comparator выдаст логическую единицу, что в свою очередь приведет к уменьшению длительности импульсов и, в конечном итоге, к снижению напряжения на выходе блока питания. Стабилизация в данном блоке питания очень хорошая, чтоб вы понимали, насколько она хорошая, при подключении резистора 1 Ом на выход, напряжение падает всего на 0.06 вольта, при этом на нём рассеивается 25 Вт тепла и он сгорает через пару секунд. Вообще этот блок может выдавать и 30 Вт и 35, так как в роле ключа здесь применён полевой транзистор. На схеме указан 4n60, но я поставил irf840, так как у меня их много. Микросхема может выдавать на управление полевиком ток до 1 А, что дает возможность без дополнительного драйвера управлять довольно мощными полевыми ключами.

Схема представлена ниже, она почти полностью повторяет ту, что в даташите

Частота работы преобразователя 132 кГц, производитель обещает мощность TNY266 до 15 Ватт. Блок питания построен по топологии flybaск - обратноходовый преобразователь.

Коротко по деталям:

Диодная сборка DB107, можно заменить на обычные диоды или любую другую оборку (400B 0,5А)

Конденсатор 22мкфх400 - электролит, если к ИБП подключать слаботочные нагрузки (максимум 1A), то можно уменьшить до 10 мкФ

Микросхема ТNY266, можно заменить на ТNY263-268, параметры см. ниже:

Конденсатор на 1 ножке микросхемы - 0,1 мкф 50В-обычный керамический

Оптотранзистор CNY17-2 или любой c аналогичными параметрами из серий РС, TLP, ток через диод подбирается путём подстройки резисторов делителя (на схеме со звёздочкой)

Стабилитрон - любой на 3,9 вольта

Диод Шоттки 1N5822 или любой аналогичный

Сглаживающий конденсатор 1000 мкФ х 16 B

И теперь самое главное, камень преткновения для многих - импульсный трансформатор. Берём его из отслужившей энергосберегающей лампы. Разъединяем трансформатор. Мотаем первичку 130 витков проводом 0,15мм. Вторичная обмотка содержит 6 витков проводом 0,35 х 3 (сложенным втрое). Первичка обязательно изолируется от вторички.

Теперь по поводу направления намотки, мотаем обе обмотки в одном направлении, как это сделать показано ниже на рисунке:

Фото готового блока:

Фото трансформатора из лампы.

В настоящее время импульсные преобразователи используются практически везде и всё чаще заменяют классические линейные стабилизаторы, на которых при больших токах выделяется значительная мощность в виде тепловых потерь. Предлагаемая схема является простым понижающим преобразователем Step-Down с напряжения 12 В на стандартное для USB 5 В и собирается она на основе популярной микросхемы LM2576T.

Устройство предназначено для работы с автомобильной проводкой 12 В и может использоваться для зарядки или питания GPS-навигаторов, мобильных телефонов, планшетов оснащенных разъемом USB .

В состоянии покоя система полностью отключена от питания авто, а во время работы выключается сразу же после отключения тока, потребляемого с его выхода (например, при отключении провода от USB-разъема). Запуск системы осуществляется через кратковременное нажатие на кнопку, но если в данный момент выход не подключен — преобразователь снова автоматически выключится.

Принципиальная схема преобразователя LM2576T

Основой является уже упомянутый ранее чип U1 (LM2576T-ADJ), дроссель L1 (100uH) и диод Шоттки D1 (1N5822). Конденсатор C1 (100uF) фильтрует напряжение питания. Выходной фильтр представляет собой конденсатор C4 (470uF), а стабилитрон D4 (BZX85C5V1) мощностью 1.3 Ватт может защитить систему от возможного кратковременного повышения напряжения питания (жалко будет спалить дорогой смартфон из-за случайных ошибок).

Принцип действия устройства

Для начала стоит написать несколько слов о самой микросхеме LM2576T — контроллере преобразователя. Схема обеспечивает превосходную альтернативу для типовых 3-х контактных линейных стабилизаторов семейства LM317, предлагая гораздо более высокую эффективность и позволяя снизить потери. Очень большое преимущество микросхемы LM2576T — возможность отключения и перехода в режим Standby, в котором потребляемый ток всего 50 мкА. Эта функция не используется в данной схеме преобразователя, но стоит иметь в виду на будущее. LM2576T содержит в своем составе все необходимые компоненты для преобразователя, вместе с силовым транзисторным ключом, который может работать с токами до 3 А. Сборка требует подключения только нескольких внешних компонентов.

Важным элементом является делитель напряжения R10 (1,2 k), R11 (3,6 к), так как он отвечает за величину выходного напряжения. Степень деления подобрана так, чтобы при выходном напряжении 5 В на входе компаратора микросхемы U1 присутствовало напряжение 1.23 В. Внутренний компаратор микросхемы управляет транзистором, чтобы напряжение на выходе достигло нужного значения. Всё это дело стабилизирует напряжение и при изменении тока нагрузки.

Преимуществом данной схемы является возможность автоматического выключения питания после отключения тока, потребляемого от преобразователя. Отвечает за это транзистор T1 (BD140), а также резисторы R6 (10k) и R4 (1k). В выключенном состоянии резистор R6 обеспечивает правильное отключение транзистора T1. Запуск системы осуществляется через кратковременное замыкание кнопки S1 (типа сенсорная). Преобразователь включается, а транзистор T4 (2N7000) поддерживает далее низкий потенциал на базе T1. Резистор R4 ограничивает ток базы транзистора Т1.

Для контроля тока потребляемого нагрузкой, используется операционный усилитель U2 (LM358), в котором задействуется только одна половина. Он работает с усилением, равным 1000, установленным через резисторы R12 (100k) и R13 (100 Ом). Конденсатор C2 (100nF) фильтрует напряжение питания усилителя. Для управления транзистором T4 используется делитель напряжения R9 (10k), R7 (10k), осуществляющий деление выходного напряжения ОУ на 2.

Незначительное падение напряжения на измерительном резисторе R14 (0,2 Ома) порядка 5 мВ, нужно для поддержания работы преобразователя. Таким образом, для поддержания включенного состояния инвертора, достаточно потребляемого нагрузкой тока 25 мА.

Двухцветный светодиод D2 выполняет роль индикатора питания.

Когда же напряжение на выходе слишком высокое, открывается стабилитрон D3 (BZX55C5V1), а на резисторе R8 (2,2 k) появляется потенциал, достаточный для открытия транзистора T3 (2N7000). Сразу T2 (2N7000) будет закрыт и загорится красный светодиод. Ток светодиодов ограничен через резисторы R2 (560 Ом) и R3 (1k). При нормальной работе транзистор T2 пропускает ток (через R5) и горит зеленый светодиод.

Печатная плата инвертора 12/5 вольт

Печатная плата в PDF доступна для всем посетителям сайта . Монтаж преобразователя не сложен, все помещается на односторонней печатке. Пайку следует начинать с маленьких радиоэлементов — резисторов, потом диоды, транзисторы, и заканчивая конденсаторами и разъемами. Под микросхему не следует использовать панельки, особенно если система будет работать в автомобиле, так как из-за вибраций м/с может вылететь из гнезда. Если схема будет работать постоянно и в сложных условиях, без притока воздуха, то стоит прикрутить небольшой радиатор (кусок пластины) на транзистор Т1.

Как упростить конструкцию

Как уже говорилось, DC-DC инвертор имеет функцию автоматического отключения. Но можно при желании от нее отказаться, что неплохо упростит конструкцию. Резистор R14 тогда надо заменить перемычкой, а операционный усилитель U2 и элементы, которые с ним работают, не будут нужны вообще. Не нужна также установка транзистора T4. Вместо кнопки можно использовать любой переключатель соответствующей мощности, что позволит включить преобразователь тумблером. В случае, если схема будет работать в постоянном режиме, не нужен и транзистор T1 — соедините его эмиттер с коллектором с помощью перемычки.

Продолжая тему блоков питания (БП), начатую тут:

Адаптер приобретён для питания кухонной подсветки столешницы на 12V.

Именно такой блок питания тут ещё не обозревался.
На этот раз детектива не будет, но неприятные сюрпризы и тут имеются…
Блок был заказан у другого продавца, где сейчас их нет в наличии, поэтому ссылку привёл на аналогичный товар.

Сам БП был упакован в белую коробочку без опознавательных знаков и вместе с сетевым кабелем запихан в пакетик, фото упаковки не делал.








Выходной кабель 1,1м с фильтром на конце и стандартным штекером подключения 5,5x2,1мм





На корпусе имеется неяркий зелёный индикатор наличия выходного напряжения.
Напряжение холостого хода завышено до 12,7V видимо для компенсации падения напряжения под нагрузкой.
Потребляемая мощность на холостом ходу 0,5Вт
Корпус не разборный (склеен), но для соблюдения традиций, был аккуратно вскрыт, требуха тщательно рассмотрена.


Печатная плата - односторонний гетинакс, флюс местами не отмыт, монтаж на 3+, компоненты не закреплены герметиком, радиаторы держатся слабо. Ронять такой блок нежелательно.








Вид со снятыми радиаторами






Выходной кабель имеет сопротивление 0,13 Ом, что на максимальном токе 5А даёт падение напряжения 0,65В
Заявленный ток 5А блок может выдать только кратковременно.
Измеренная зависимость: Ток - Напряжение - Температуры обоих радиаторов (полевика / диодов) при Токр = 20ºC
0А - 12,70V - 24ºC/24ºC
1,2A - 12,52V - 41ºC/44ºC
2,5А - 12,30V - 62ºC/69ºC
3,0A - 12,22V - 77ºC/86ºC
3,5А - 12,13V - 88ºC/93ºC - Предел долговременной работы.
4,0А - 12,05V - 102ºC/109ºC - Явный перегрев, БП начинает попахивать палёным, защиты по перегреву нет. Длительная и надёжная работа блока при таком токе невозможна.
5,0А - 11,88V - Температуру не измерял, т.к. проверял кратковременно (спалить блок в планы не входило).
6,0А - 11,56V - Предел кратковременного выходного тока.
На ещё большем токе блок сразу вырубается по перегрузке.

Таким образом, этот адаптер можно безопасно длительно нагружать максимум на 3,5А - в очередной раз подтверждается необходимость давать запас не менее 30% на бюджетное пластиковое китайское питание.
Если адаптер будет установлен в нише или в тесном ящичке без продыха, максимальный ток следует ограничить до 3A.
В качестве нагрузки использовал суровые советские проволочные резисторы ПЭВ, ПЭВР, ППБ


Реальная схема блока питания


Собран адаптер по классической схеме обратноходового стабилизированного преобразователя напряжения похоже на базе FAN6862. Защита от короткого замыкания и перегрузки - имеется.
Примечательно, что блок питания не использует заземляющий проводник, который просто не подключен на плате. Ничего плохого в этом нет - большинству БП в пластиковом корпусе защитное заземление и не требуется.
Входной сетевой фильтр установлен. Выходной фильтр реально отсутствует - около штекера стоит обманка.
Силовой полевик и диодная сборка установлены на отдельных алюминиевых радиаторах с использованием теплопроводной пасты. Радиаторы можно было поставить побольше - габариты корпуса позволяют.
Гальваническая развязка выполнена нормально.
Выходные конденсаторы недостаточной ёмкости и не Low ESR, что приводит к повышенным ВЧ пульсациям на выходе (амплитуда 0,4V на токе 4А). Для освещения это не очень критично, но запитывать от него чувствительную электронику не стоит. При необходимости, выходные конденсаторы можно поменять на Low ESR 1500uF/16V - амплитуда пульсаций уменьшится минимум вдвое.
Наводка на включённый в ту-же розетку сетевой радиоприёмник - присутствует на слабых станциях в разумных пределах. Наводка на батарейный радиоприёмник также присутствует на расстоянии менее 20см от БП и выходного кабеля.

Комплектный сетевой кабель стандартный 1,1м, тонкий, очень мягкий и гибкий.
Он таит в себе очень неприятный сюрприз - кабель универсальный и по ошибке может быть использован для питания мощных потребителей (например лазерного принтера). При этом возможно возгорание или поражения током от голой жилы, проплавившей изоляцию.
Надпись на кабеле 0,5мм2 и вилке 10А дополнительно вводят в заблуждение - на таком токе кабель расплавиться за несколько секунд.






Реальное сечение проводов кабеля не более 0,15мм2, причём жилы из какого-то сплава, напоминающего медь. Реальная максимально-допустимая нагрузка этого кабеля не более 1,5А.
Измеренное сопротивление кабеля (по цепи L-N) 2,25 Ом - это слишком большая величина.
Изоляция кабеля очень слабая - рвётся голыми руками, внутренняя изоляция проводников изготовлена из мягкого вспененного материала (китайская экономия).




Штыри вилки и контакты гнезда сделаны из тонкой жести (почти фольга) и мнутся руками.


Однозначный вывод - кабель сразу порезать на кусочки и выбросить в урну.

UPD Совершенно случайно попался в руки точно такой-же нерабочий БП. Проработал 2 года и вспухли выходные ёмкости



После замены емкостей БП заработал:)

Итого, имеем типичный бюджетный блок питания для светодиодного освещения с реальным выходным током 3,5А и мощностью 40Вт.
Продолжение следует…