Блок питания +5В

Этот простой импульсный преобразователь выполнен на основе микросхемы TOP-221 фирмы Power Integrations, Inc.
и может отдавать в нагрузку ток до 2А, что более чем достаточно для питания различных цифровых устройств.

Внешний вид

Микросхема TOP-221, являющаяся представителем семейства TOPSwitch-II фирмы Power Integrations, Inc., включает в себя мощный высоковольтный транзистор и все узлы, необходимые для его управления. В связи с этим конструирование источников питания  упрощается до безобразия, а система встроенных в микросхему защит делает ее практически неубиваемой.

Схема, показанная ниже, практически полностью повторяет типовое решение, предлагаемой фирмой. Конденсатор C3 через выпрямительный мост VD1 заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения. С помощью обратноходового преобразователя на основе трансформатора T1, микросхемы DA1, диода VD3 и конденсатора C5 это напряжение понижается до 5В. Во время открытого состояния транзистора энергия накапливается в сердечнике трансформатора, а в моменты его закрывания «выплескивается» обратно и питает вторичные цепи. Процесс идет на фиксированной частоте 100 кГц, а количество запасенной в цикле энергии определяется длительностью открытого состояния, задаваемого узлами стабилизации через вход Control микросхемы.

Внешние узлы стабилизации – это «микросхема регулируемого аналога стабилитрона» DA2 и оптрон DA3. При увеличении выходного напряжения сверх 5В зажигается светодиод оптрона, и на вход Control микросхемы поступает повышенный ток от вспомогательного выпрямителя (обмотка II–VD4–C6). Этот ток приводит к уменьшению длительности открывающих импульсов, и следовательно – к уменьшению передаваемой во вторичные цепи энергии, в результате чего напряжение на выходе выправляется.

Электрическая схема, нагрузочная характеристика и моточные данные трансформатора

Пока напряжение на выходе не достигло 5В (а на C6 и C7 – устойчивых 4,7В), микросхема делает попытки запуститься, при которых рассеиваемая ею мощность минимальна. Это предохраняет преобразователь от коротких замыканий и чрезмерно большой нагрузки.

При превышении тока через открывшийся транзистор сверх установленной величины, последний досрочно закрывается, что защищает узел от перегрузок и также способствует повышению надежности. Наконец, при перегреве микросхемы свыше135^o C срабатывает внутренний температурный датчик и работа преобразователя временно блокируется (до остывания микросхемы). В итоге, чтобы вывести микросхему из строя надо очень и очень постараться!

Нагрузочная характеристика получившегося блока питания приведена на электрической схеме. В одном из блоков питания я поленился и изготовил трансформатор с сокращенным (более чем в два раза!) количеством витков («2-ой вариант»). Микросхема стерпела такое «издевательство» и ощутимо не нагревалась даже без использования теплоотвода, отдавая в нагрузку ток порядка 0,4А (максимальный отдаваемый ток такого преобразователя снизился до 0,8А).

Печатная плата разрабатывалась под пластмассовые флакончики из-под химикатов, которых мне надарили великое множество. Этим объясняется столь «обтекаемая» форма платы. У флакончиков отрезалось горлышко, уменьшалась высота, а недостающая стенка («дно») вырезалась из винипласта толщиной 4 мм. В дно вворачивались два штепселя, крепление к стенкам осуществлялось четырьмя винтами М2.

В плату без ее модификации можно установить стандартные 4-выводные оптроны, а также 5-выводный отечественный оптрон АОТ110. Для оптронов в корпусах DIP6 (1N35) предусмотрены дополнительные площадки, но печатные проводники в некоторых местах придется перерезать и соединить их по-новому. У оптрона АОТ110 следует уменьшить коэффициент передачи, соединив базу фототранзистора с эммитером через резистор порядка 10к (на плате есть место под соответствующий SMD-компонент). Вместо Ш-образного трансформатора на плату помещается магнитопровод Б22.

Резисторы R1 и R2 ограничивают пусковой ток и служат «плавкими предохранителями». Конденсаторы C1 и C2 уменьшают излучаемые помехи и с некоторым запасом должны быть рассчитаны на сетевое напряжение. Конденсатор C4 должен быть на напряжение не ниже 200В (совместно с элементами VD2 и R3 он образует цепочку, гасящую выбросы напряжения на первичной обмотке, опасные для DA1. Вместо конденсатора и резистора здесь иногда ставят защитный диод типа P6KE200).

Изоляции обмотки III следует придать первостепенное значение. Для уменьшения излучаемых помех желательно ввести экран из одного слоя тонкого провода. В крайнем случае между обмотками I и III следует разместить обмотку II, распределив ее по всей ширине каркаса. Дроссель L1 может быть намотан на ферритовом кольце или стержне, «витками поболее да сопротивлением пониже». На выход блока питания я поставил светодиод с токоограничительным резистором (на схеме не показаны) для индикации наличия напряжения +5В.

Микросхемы TOP221 установлены без каких-либо теплоотводов, но свои блоки питания я эксплуатирую в щадящих режимах. При токах нагрузки, близких к максимальным, потребуется установка микросхемы DA1 на теплоотводящую пластину и более «прозрачные» для воздуха стенки корпуса.

antiradio.narod.ru
Дата создания документа: 10.10.2008. Последнее обновление: 10.10.2008.