Проектирование импульсного источника питания с активным ККМ. Эпизод II

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.
Share post

Comments 36

    +1
    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.

    Можно включить параллельно конденсаторам резисторы на соответствующее напряжение, чтобы разряжали конденсаторы секунд за 15. Всегда так делаю, даже с маломощными блоками.

    Еще один момент — комментарии я читать не буду, увы и ах… Отнимают они огромное количество времени, а польза от них чуть меньше чем ноль.

    Ну и напрасно, я всегда очень внимательно читаю комментарии и к своим статьям, и к чужим; часто в них можно почерпнуть информацию, полезностью не уступающую основной статье.
      +2
      PFC не будет работать если его банки разряжаться по 15 секунд будут. В других случаях вариант с резистором интересный.

      Наткнулся на эту статью в ленте, первую часть пропустил видимо — посмотрел комментарии и понял причину. Там диванные специалисты предлагали АТХов напараллелить, про лживость даташитов говорили. Так что не из чего информацию брать. В личку отвечает, пару вопросов уже успел задать.
        0
        Лампа накаливания как имитация нагрузки тоже плохо — у низковольтных короткая и толстая спираль, в холодном состоянии экстраток на включении может 20+ номиналов превышать. Блин, будто балластный резистор собрать из десятка 120-омных МЛТ-2 — это такая суперсложная задача.
          0
          Зато это хорошая имитация емкости по питанию в боевой нагрузке.
            0
            Для первого старта — даже слишком хорошая :)
            0
            Можно включать их не все сразу.
          0
          Интересно, какая температура плавления у этого «специального скотча».
            +2
            «Специальный скотч» видимо такой или похожий ссылка
            130 градусов. В автомобилях его используют, значит -40..+125 градусов для него рабочие, документации не противоречит
              0
              Я что-то не видел требований по температуре. Но, если окружающая +125, то, учитывая саморазогрев трансформатора (а он всяко поболее +5 градусов), скотч потечет.
                +1
                Это рабочая температура. При чем тут окружающая? «Скотч» не должен нагреваться выше 130 градусов, а как она достигается не важно. Может быть и -20 окружающая и +145 перегрев. Если смотреть реальные условия: 20-30 градусов окружающая среда и перегрев 35-40 градусов (больше в расчеты не закладывают). Получим 70 градусов, запас очевиден.
                +2
                Использовал эту ленту для различных целей. Нагрев в 100 градусов держит без проблем.
              0
              Не малы ли зазоры для 400В и гальванической развязки?
                0
                Ну не так уж и страшен конденсатор в данном изделии.
                да весьма неприятно, но когда в одну руку то максимум будет ожог и испуг
                вот если двумя руками за разные вывод то да можно и в морг, но это довольно сложно делать
                  0
                  Да и ожога не будет скорее всего. Я как-то разрядил 220мкф из АТХ БП себе в бедро, положив разобраный блок на колени.Заряда хватило на один мат(но громкий) и чтоб блок полетел на 2 метра через комнату.
                  Намного жестче удар от конденсатора что вспышку ксеноновую запитывает в фотоаппаратах. Там аж дух перехватило и голову очистило от всяческих мыслей, как матерится забыл моментально, рука болела внутри, но ожога не было.
                  –3
                  Вот те на! В косом мосту дроссель оказьівается, а мужики-то не знали не трансформатор. И даже китайцьі не ленятся разделять первичку, что бьі вторичка между ними легла.
                  Иногда страшно от того, что подобная єелектроника через обьічную сеть магазинов может попасть в дом.
                    +3
                    Может написать что же плохо случится от того, что обмотку не разделили? И можете сразу показать свою публикацию, где рассказано как надо? Читаю второй пост по данному устройству и везде есть пара умников, которые говорят плохо, а сами ничего не написали тут.
                      0
                      От разделения снижается индуктивность рассеяния, растёт КПД и падают потери в т.ч. на нагрев. Это общее место, «своей публикации» достаточно ХиХ.
                        0
                        Аа, теперь понял, статья єта для того, что бьі собрать похвальі и восторги, а не обнаружить коллективньім разумом слабьіе места и пути улучшения. И кстати, до комменария автора мне (и не только мне) не бьіло очевидно, что єто не сила, а дежурка, а в дежурке действительно не обязательно заморачиваться слоением обмоток, так что здесь я бьіл не прав.
                        Однако трансформатора в косом єто не отменяет.
                      0
                      Жаль, что автор не читает комменты, надеюсь знающие подскажут — на фото «Рисунок 6» почему так выглядит обмотка? Почему провод не распределен равномерно? Это би(три)филярная намотка в три жилы того-же сечения что и первичка?
                        0
                        Если судить по данным из первой части, то витки распределены (там 4 или 5 витков что ли), количество жил увеличено чтобы набрать сечение.
                        –2
                        Последнюю операцию в идеале производить специальным клеем с добавлением дисперсного ферритового порошка,… Так же советую не намазывать клеем среднюю «ногу», .....

                        ЕМНИП, если клей с ферритовым порошком брать, то среднюю ногу не надо мазать ещё и потому, что именно в ней сформирован искомый «заводской» зазор.
                          +2
                          Взяли фразу из статьи и перефразировали, в чем смысл? Те, кто хоть раз видели заводской компаунд с ферритом прекрасно понимают, что зазоры больше 0.1 мм им просто не заполнить: адгезия в первый сутки нулевая, текучесть высокая. Он подходит только для «склейки» и для каркасов со скобами
                            0
                            Как скажете.
                            Я исходил из того, что гик != электронщик. Поэтому — вполне возможна ситуация, когда незнакомый с заводской методикой человек сотрёт в порошок кусок феррита, замешает на нём эпоксидку и проклеит торцы всех трёх кернов сердечника.
                            Автор, ЕМНИП, нигде не оговаривал, ни что именно на среднем керне формируется «заводской» зазор, ни что бывают модели сердечников без зазора. И всё это — отражено в кодах заказа сердечников.
                          –1
                          1. В предыдущей статье для ккм вы рассчитывали другой сердечник. Если использовать ETD34 то не получается рассчитать его на 600Вт при 230В переменки на входе и 400В постоянки на выходе. При расчете на мощность 400Вт расчеты показывают минимальный зазор 2,93мм. Проверьте, пожалуйста, а то могут получиться проблемы с перегревом (и не только).

                          2. Токовые петли. На сколько я понял из рисунков печатных плат у вас получились большие расстояния проводников м/у конденсатором, трансформатором и транзистором(ами) и для ккм и для полумоста, это может привести к тому что блок питания будет сильно «фонить», т.е. монитор поблизости будет рябить, радио работать не будет, а если угадать с частотой можно получить глушилку сотовой связи (не полную, но связь будет заметно хуже). Производители блоков питания всегда стараются сделать эти расстояния как можно меньше.
                            +1
                            1. Вот именно поэтому я и не комментирую и не читаю, но тут просто не удержаться… Какого цвета таблетку надо было съесть? ETD34 — это для блок питания, который нужен для +15В на ШИМ контроллерах. Дроссель ККМ вообще на кольце!!!
                            Сам полумост на ETD44. Давайте вы начнете сначала читать статьи внимательнее, а не просто смотреть картинки и потом уже вот такое выдавать?

                            2. «Токовые петли» и «Сильно фонить» — вы хотя бы знаете, что эти термины не пересекаются в принципе? Загляните в промышленные железки, там на сотнях кВт проводники по 1,5 метра и как-то не фонят.
                            Единственное чем плохи длинные и УЗКИЕ проводники — это высокая индуктивность, но именно для ее снижения все соединения реализованы из огромных полигонов. По вашему я сединял все полигонами по 10-12 мм ради 2А тока по ним протекающих?
                            Производители мелких блоков питания экономят на площади платы. Давайте не будем фантазировать? Судя по Вашей логике электровозы с их частотными контроллерами и проводами по 1-2 метра — это просто ЭМИ оружие на рельсах.
                              0
                              Это просто победа! Уважаемый Leerooooy бегите отсюда пока не поздно, а то ведь местные интеллектуалы вас добьют. Мне еще очень хочется увидеть статью про полумостовую часть. Все равно «специалисты» лучше знают чем вы)
                                +2
                                Только обязательно пусть сообщит куда убежал )
                                +1
                                1. Мой недочет, извиняюсь. Но обращение было написано с нейтральным посылом с просьбой обратить внимание, зачем столько ненависти?

                                2. В свое время сталкивался с тем что блок питания у которого такой путь был порядка 25см при ширине дорожки 2 мм (300Вт, полный мост, т.е. в среднем 1А тока) вот так вот фонил. Затем много читали статей, мануалов и апп ноутов и наткнулись на такой совет, обратили внимание на платы нескольких комповских блоков питания и там действительно такой путь был гораздо меньше. Переделали, получилось порядка 7 см, и проблемы с фоном ушли. Может что-то другое влияло, но спросить было не у кого, так и осталось мнение что всему вина длинна проводников от конденсатора до транзисторов и трансформатора.
                                  +1
                                  1. После прошлой части у меня печет, тут я тоже не прав — погорячился.

                                  2. Проводник по сути это антенна. Чем он длиннее и меньше в ширину, тем индуктивность (паразитная) выше. В таком случае в таком проводнике появляется пульсация тока, а значит и помехи. Бороться с этим можно двумя способами:
                                  а) уменьшить длину, а значит и индуктивность проводника
                                  б) увеличить сечение/ширину проводника, опять же уменьшив индуктивность

                                  В идеале конечно оба пункта выполнять, но надо считать, чтобы не переборщить.
                                    0
                                    Спасибо за пояснение )
                                    Я тут изучаю ИИП (ну или пытаюсь), читаю много материалов, а вот в живую спрашивать не у кого…
                                    Возможно ли задавать эти вопросы вам? Или может вы знаете хороший форум?
                                      0
                                      В личку можно конечно. Форумы даже и не знаю, если интересует именно современная база компонентов, то ничего нет однозначно. Какие-то обсуждения и опыт можно найти только на форумах производителей.
                                        0
                                        А на electronix.ru не заглядываете? Я там давненько не бывал, но раньше не единожды получал полезные подсказки по вопросам питания.
                                          0
                                          Натыкался на него, надо получше присмотреться — спасибо за наводку!
                                  0
                                  «Токовые петли» и «Сильно фонить» — вы хотя бы знаете, что эти термины не пересекаются в принципе?

                                  Не знаем. С витой парой не путаете? В случае параллельных проводников в разных слоях платы петли малы.
                                  А попробуйте площадь контура увеличить, горячий и возвратный провода разнести на метр и подать на длине 2м туда 100А 100кГц (площадь 2м2 будет). Тогда и процессор получит свою долю электромагнитных помех и остальные чуткие цепи.


                                  Ценник на них начинается примерно от 80-120 тыс. руб.

                                  Б5-50 времён СССР гораздо дешевле, до 299В, 299мА макс.
                                  И если все статьи будут без графиков КПД от нагрузки, то от них толку примерно как от чайниковских комментов.


                                  ЗЫ А за что вас банили и почему черновик только здесь был?

                                    0
                                    С чего именно КПД измерять на данный момент? График имеет смысл строить лишь после окончательной сборки. Для TOP227 графики есть в дш с зависимостями от тока в первичке. После финальной сборки будет и КПД и данные с тепловизора (дроссели, ключи, транс), частично это будет в следующем куске с ККМ непосредственно.

                                    Бан за какой-то из комментариев в сторонней ветке.
                                0
                                ХМ. В результате то что реально заработало мог бы собрать школьник почитав статью на сайте «Паяльник». В качестве результатов грандиозного проекта нам предложили светящуюся лампочку.
                                Я долго ждал продолжения, но поскольку так и не дождался вынужден констатировать факты:
                                В то, что остальное заработало идеально, но у друга, предложено поверить на слово.
                                Фото собранной платы для друга, а тем более работающей в составе его оборудования незаметно.
                                Почему то у меня после такого громко анонсированного цикла статей под соусом — суперпрофи за несколько часов разработает на ваших глазах уникальное устройство возникают смутные сомнения. Боюсь не у одного меня.
                                Из моей практики разработки за два часа/дня устройство сходной сложности с той, на которую замахнулся автор, через пол года заканчиваются вот именно с таким результатом.
                                На мой взгляд. так ожидаемого мной чуда не произошло.
                                К сожалению.

                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.