Ключевой частью любого электронного устройства является блок питания. Любая нестабильность или неисправность блока питания приводит к тому, что устройство перестает работать или демонстрирует странное поведение. В этой статье я представил импульсный AC/DC обратноходовой источник питания, преобразующий переменное напряжение 85-260 В в постоянное напряжение 5 В при токе нагрузки до 2.5 А, который можно использовать в различных приложениях. Выбор выходного напряжения 5 В удобен для линейных регуляторов, преобразующих 5 В в более низкие напряжения.
Максимальная выходная мощность этого блока питания составляет около 12 Вт, что означает, что он способен обеспечить ток 2.5 А при выходном напряжении 5 В. Микросхема контроллера DK1203 не нуждается ни во внешнем питании, ни в пусковом резисторе, ни во вспомогательной обмотке трансформатора. Ферритовый сердечник трансформатора – EE20. Потенциометр позволяет регулировать выходное напряжение и устанавливать его точно на уровне 5.0 В.
Я проверил плату на предмет падения напряжения, отдаваемого тока и выходных пульсаций .Для выполнения всех тестов я использовал нагрузку постоянного тока Siglent SDL1020X-E и осциллограф Siglent SDS2102X Plus. Я уверен, что создание этой схемы расширит ваши знания в области проектирования импульсных источников питания, за исключением случаев их использования в реальных приложениях.
Технические характеристики
- Входное напряжение: 85-265 В AC;
- Выходное напряжение: 5 В DC;
- Максимальный выходной ток: 2.5 А;
- Максимальный выходной ток (непрерывный): 2 А;
- Пульсации выходного напряжения (без нагрузки): 1.5 мВ (с.к.з.), 4 мВ (пик-пик);
- Пульсации выходного напряжения (при нагрузке 2 А): 3 мВ (с.к.з.), 25 мВ (пик-пик);
- Максимальное падение напряжения (при нагрузке 2 А): 50 мВ;
- Тип трансформатора: EE20.
Описание схемы
На Рисунке 1 показана принципиальная схема импульсного источника питания. Как видно, микросхема контроллера – это DK1203.
 |
|
| Рисунок 1. | Принципиальная схема обратноходового импульсного источника питания. |
P1 – это входная клемма для входа переменного напряжения. F1 – небольшой предохранитель на 500 мА, а R1 – варистор 7D741 для поглощения высоковольтных бросков напряжения. Конденсатор C2 емкостью 100 нФ, предназначенный для снижения высокочастотных помех, должен быть класса X2. T1 – это синфазный дроссель. Сетевое напряжение выпрямляется мостовым выпрямителем MB6M компании Vishay (BR1) и сглаживается конденсатором C3 емкостью 22 мкФ/ 400 В.
Элементы R2, C4 и D2 относятся к снабберной цепи, предназначенной для гашения помех переключения. D2 – диод с быстрым восстановлением RS1M в корпусе SMA. Контроллер импульсного преобразователя типа DK1203. Оптопара OP1 типа PC817 обеспечивает интерфейс с контроллером IC1 для измерения выходного напряжения и его стабилизации. REF – шунтовой регулятор TL431 для стабилизации выходного напряжения и передачи любых флуктуаций на оптопару.
Выходное напряжение выпрямляется диодом Шоттки D1 типа SS54 в корпусе SMC. Элементы C5, C5, C7 и L1 используются для снижения выходных пульсаций. Резистор R4 сопротивлением 470 Ом, обеспечивающий предварительную нагрузку для стабилизации выходного напряжения, должен быть типоразмера 1206. 3-миллиметровый зеленый светодиод D3 индицирует правильную работу источника питания. Конденсаторы C8 и C9 снижают уровень высокочастотных помех. Контрольная точка VT (один штыревой контакт) позволяет использовать мультиметр для измерения выходного напряжения, чтобы с помощью потенциометра R11 установить точное значение 5.0 В.
USB – это разъем USB Type-C USB4135 для подключения кабеля USB Type-C, питающего внешние устройства.
Разводка печатной платы
Разводка печатной платы импульсного источника питания показана на Рисунке 2. Это двухслойная печатная плата, в которой я использовал смесь компонентов для монтажа на поверхность и в отверстия.
 |
|
| Рисунок 2. | Разводка печатной платы обратноходового импульсного AC/DC источника питания. |
Трансформатор
Чтобы собрать трансформатор, выполните, пожалуйста, следующие действия. Сначала подготовьте эти материалы:
- Сердечник: феррит EE-20-10-6 (B66311G0000X187);
- Первичная обмотка: 2.88 мГн (124 витка провода 0.2 мм);
- Зазор: приблизительно 0.25 мм (расчетное значение);
- Вторичная обмотка: 6 витков провода 2×0.7 мм (два повода 0.7 мм в параллель);
- Каркас: 5+5, E20 горизонтальный (B66206B1110T001).
Обычно сердечники EE (Ш-образные) поставляются без зазора (зазора между двумя рабочими кернами сердечника). Поэтому, чтобы образовался зазор, приходится одинаково стачивать средние керны Ш-образного сердечника, но сделать такой зазор точно и намотать трансформатор вручную и без ошибок сложно.
 |
|
| Рисунок 3. | Сердечник EE-20-10-6 и немагнитный зазор в рабочем керне. |
Простое решение – использовать LCR-метр. Сначала наматываем первичную обмотку и собираем трансформатор (без зазора). Затем измеряем индуктивность первичной обмотки. Естественно, индуктивность будет больше 2.88 мГн. Поэтому нужно сошлифовать средний керн сердечника и создать зазор, затем снова собрать трансформатор и измерить индуктивность первичной обмотки. Таким образом, просто увеличивайте зазор и постоянно измеряйте индуктивность первичной обмотки, пока она не станет максимально близкой к 2.88 мГн. Небольшое отклонение от 2.88 мГн вполне допустимо и не имеет никакого значения. На Рисунке 3 показаны сердечник EE и зазор. Это простейший обратноходовой трансформатор с одной первичной и одной вторичной обмоткой, поэтому проблем в этом процессе возникать не должно.
 |
|
| Рисунок 4. | Ферритовый сердечник EF20 и каркас 5+5. |
На Рисунке 4 показаны каркас и ферритовый сердечник. На Рисунке 4 показаны ферритовый сердечник и каркас EF20, а на Рисунке 5 – способ намотки трансформатора.
 |
|
| Рисунок 5. | Намотка трансформатора. |
Сборка и испытание
Собранная печатная плата показана на Рисунке 6.
 |
|
| Рисунок 6. | Собранная печатная плата обратноходового импульсного источника питания. |
Я провел три теста для этого блока питания: измерение падения выходного напряжения, нагрузочной способности и выходных пульсаций.
 |
|
| Рисунок 7. | Выходное напряжение источника питания (без нагрузки). |
На Рисунках 7 и 8 показано поведение блока питания, сначала без нагрузки, а затем под максимальной непрерывной нагрузкой 2 А. Как подтверждает нагрузка постоянного тока, падение напряжения составляет всего около 50 мВ.
 |
|
| Рисунок 8. | Выходное напряжение источника питания (нагрузка 2 А). |
Аналогичным образом я протестировал выходные пульсации источника питания сначала без нагрузки (Рисунок 9), а затем под максимальной непрерывной нагрузкой 2 А (Рисунок 10). Если выходной диод и дроссель будут сильно нагреваться, с помощью термоклея установите на каждый из них небольшой радиатор. Такой радиатор показан на Рисунке 11. VT – это контрольная точка для подключения мультиметра и регулировки выходного напряжения до 5 В.
 |
|
| Рисунок 9. | Выходные пульсации источника питания (без нагрузки). |
 |
|
| Рисунок 10. | Выходные пульсации источника питания (нагрузка 2 А). |
 |
|
| Рисунок 11. | Рекомендуемый радиатор 7×7×6 мм для диода D1 и дросселя L1 (при необходимости). |
Такое подключение показано на Рисунке 12.
 |
|
| Рисунок 12. | Регулировка выходного напряжения. |
Купить DK1203 на РадиоЛоцман.Цены
