Понадобился мне для одного из моих проектов блок питания. Да такой чтоб с небольшими габаритами и с приличными характеристиками. Мне требовалось напряжение 5 вольт и ток не менее двух ампер. Однозначно, что блок питания должен быть импульсным. Сейчас существует великое множество различных ШИМ контроллеров на которых можно сделать такой блок питания. Я решил остановится на микросхемах от Power Integrations а точнее на Top Switch. Выбор обусловлен популярность и низкой ценой при неплохих характеристиках.

Кроме этого не надо почти ни какой обвязки и настройки! Короче как раз для меня :-) Хочу напомнить что блок питания является источником повышенной опасности, так как некоторые его детали находятся под напряжением угрожающим жизни человека. Высоковольтный электролитический конденсатор С2 в некоторых случаях может длительное время быть заряженным! Короче я предупреждал. Хотя ток своих не бьёт :-)

Теперь немного сухих цифр:

  • Входное напряжение от  85 до 265 вольт
  • Выходное напряжение 5 вольт
  • Максимальный ток 2 А
  • Пульсации напряжения ~30 милливольт
  • Защита от перегрева
  • Защита от короткого замыкания

А вот и схема этого девайса:

Блок питания на TOP222Y

Ничего нового я здесь не изобрел. Эту схему можно найти в одном из многочисленных апноутов производителя. Вместо TL431 можно поставить обычный стабилитрон, но упадёт стабильность напряжения и нельзя будет его скорректировать. Для коррекции напряжения нужно поиграть резисторами R3 или R2. Можно поставить вместо одного из них подстроечник и установить нужное напряжение.

Трансформатор

Это пожалуй самая сложная часть этого блока питания. Его придётся наматывать самому. У Power Integrations даже есть программа предназначенная для расчёта трансформаторов, но моего TOP222Y среди поддерживаемых ШИМ контроллеров почему то не оказалось. Поэтому пришлось курить мануалы, читать форумы и спрашивать знающих людей. Параметры трансформатора очень сильно зависят от сердечника. Сердечник который я применил в своем блоке был выдран из другого трансформатора от импульсного блока питания принтера. Размеры сердечника такие:

Блок питания на TOP222Y

Чтоб разобрать готовый трансформатор пришлось изрядно повозится. Для того чтоб половинки сердечника расклеились мне пришлось варить трансформатор в кипящей воде некоторое время :-) Как видно из рисунка сердечник уже имеет зазор посередине. Если у вашего сердечника нет такого зазора то его нужно сделать проложив между его половинками бумагу. Он должен быть примерно 0,1 — 0,2мм. Наматывать трансформатор нужно начинать с первичной обмотки.  Я наматывал её  проводом диаметром  0,2 мм. Всего я намотал 130 витков. Допустимо использовать от 0,15 мм до 0,25 мм в зависимости от мощности. Провод наматывается виток к витку. Когда первый слой намотан нужно намотать поверх него слой какой-нибудь тонкой изоляционной плёнки. Я использовал какую-то жёлтую плёнку от другого трансформатора. Продолжать наматывать второй слой обмотки нужно с того же места где закончился первый. У меня всего получилось три слоя. Когда первичка намотана нужно намотать на нее пару слоёв плёнки дабы  не замкнула она со вторичкой. Начало обмотки нужно отметить как либо. Это важно! Начало обмотки обозначено на схеме точкой, если концы обмотки перепутать, то блок питания не запуститься или будет отдавать крохотную мощность. Вторичку я мотал проводом диаметром 1 мм 6 витков. Её нужно равномерно растянуть по всей поверхности. После неё еще один слой изоляции и мотает третью обмотку. Я мотал её тем же проводом что и первичку (0.2 мм) 12 витков. Их так же располагаем по всей длине каркаса и не забываем про начало и конец обмотки. Все обмотки мотать надо в одном направлении. Когда намотка обмоток завершена, наматываем еще один слой изоляции, вставляем сердечник, заклеиваем его, припаиваем проводки к штырькам на каркасе и трансформатор готов!

Разводка платы

От разводки платы напрямую зависят характеристики блока питания.  Из-за не правильно разведенной платы может упасть КПД блока питания, возникнут пульсации выходного напряжения, блок начнет создавать помехи, да и еще куча всего остального включая нестабильную работу. В даташите производитель дает некоторые советы по разводке печатной платы и рекомендуется их придерживаться. Дается даже рисунок куска печатной платы. Набор основных правил разводки платы довольно прост:

  • C4 и R1 должны быть максимально близко к выводам SOURСE и CONTROL
  • Земля в «горячей» части блока питания это вывод SOURСE. Поэтому все дорожки которые должны быть подключены к земле следует вести именно к этому выводу. Даже если это не удобно. Это хорошо отображено на принципиальной схеме.
  • Конденсатор С2 ставить поближе к ШИМ контроллеру
  • Ноги у D1 и D2 должны быть минимально длинны и расположены они должны быть как можно ближе к трансформатору
  • Дорожка от вывода DRAIN до трансформатора должна быть как можно короче. Тоже самое касается и дорожки от трансформатора до плюса питания.

Зная и применяя эти правила можно развести свою плату, ибо моя я думаю далека от идеала и можно сделать лучше. Кроме того на моей плате изначально отсутствовал конденсатор С5. Я сейчас я расскажу почему.

Конденсатор С5

Страшный конденсатор как кажется на первый взгляд. Стоит между высоковольтной и низковольтной часть блока питания. А это значит что если его вдруг пробьёт, то блок питания превратится в машину смерти! Поэтому нельзя ставить туда конденсатор какой попало. Для таких целей существуют специальные Y конденсаторы. Бывают Y1 и Y2 нам подойдет любой из них с ёмокстью около 3.3 нф. Чтоб знать как он примерно выглядит я сфоткал свой:

Блок питания на TOP222Y

С этим конденсатором будет немного щипать, если одновременно коснуться заземления и вывода блока питания. Но ничего страшного в этом нет, этот конденсатор стоял абсолютно во всех импульсиниках которые мне доводилось разобрать. И все они точно также кусались. Возникает вопрос, а зачем вообще он нужен? Можно его не впаивать, блок питания заведётся и будет работать но будет выдавать сильные пульсации на выходе. На осциллограмме ниже можно видеть пульсации напряжения на выходе блока питания. В момент снятия показаний, блок питания был нагружен проволочным резистором 5 ом, а конденсатор С5 не впаян:

Блок питания на TOP222Y

А теперь я впаял конденсатор. Нагрузка та же самая:

Блок питания на TOP222Y

Видно что пульсации сильно уменьшились, хоть и остались довольно существенными. Но для меня это не особо критично, т.к. этот блок питания будет всего лишь заряжать пальчиковые аккумуляторы.  Чтоб избавится от остатков пульсаций нужно правильно намотать дроссель и не жалеть ёмкостей С6 и С7. Кстати конденсатор С1 тоже не простой. На нем должно быть написано X2. Его можно найти в компьютерных блоках питания. Он нужен (как я понял) чтоб не выпускать помехи которые создает блок, в сеть 220 в.

Пусконаладка

Ни каких плясок с бубном устраивать мне не пришлось. Всё заработало сразу после первого включения. Да и налаживать то тут особо нечего. Разве что немного подстроить выходное напряжение резисторами  R3 или R2. Если страшно включать его в сеть, то можно вместо предохранителя включить лампочку 220 вольт мощностью 100 ватт. В момент включения лампочка должна вспыхнуть а потом погаснуть (если блок ни чем не нагружен). Если лампочка горит и не гаснет то скорее выключаем блок питания и ищем ошибку. Если это первое испытание блок прошел успешно то можно ставит предохранитель на место и  давать нагрузку потихоньку. Я использовал нихромовую спиральку для этих целей. Дал нагрузку — попробовал не греется ли. Потом еще больше нагрузки и еще… Потом замкнул выводы блока питания накоротко. Ничего не взорвалось и не сгорело. Сработала защита и блок питания начал легонько щёлкать пытаясь запуститься. Разомкнул провода и он стартовал как ни  в чем не бывало. Кстати радиатор оказался не нужен, нагрев TOP222Y оказался минимальным. Я и не ожидал такого.

Итоги

Блок питания получился отличный. Если вы ни когда не делали импульсных блоков питания, то начинать лучше всего именно с ШИМ контроллеров TOP221-227. Проще них вряд-ли можно что-то придумать вообще. Любые комментарии по теме и не совсем — приветствуются.

Скачать печатную плату