小型开关电源 12 伏 2 安。方案、说明

小型开关电源12伏2安。无线电电子电气工程百科全书

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所提出的自振荡 SMPS（开关电源）尺寸小且效率高。其特点是脉冲变压器的磁路工作进入饱和区。在设计自发电SMPS时，大多数情况下在线性模式下使用大功率变压器，在磁路饱和模式下使用低功率开关变压器。这些变压器的各个绕组相互串联，并与一个限流电阻串联，形成正反馈电路 (POC)。

该解决方案的缺点是电阻器中产生的热量增加。在大多数情况下，减少该电阻器消耗的功率的愿望会导致开关晶体管的发热增加和效率降低。低效率迫使开发人员关注转换器的其他电路解决方案，例如 Royer 自振荡器。它们有一个带有可饱和磁芯的变压器，并且没有小功率开关变压器或限流电阻。

然而，电流在开关时刻流过开关晶体管，其脉冲幅度可能超过消耗电流平均值的3...20倍。这种情况不仅决定了选择具有大电流储备的晶体管的条件，而且还表现为其发热增加。这种 SMPS 的效率约为 50%，输出功率高达 30 W。通过在开关晶体管的发射极电路中加入低阻电阻器可以提高效率。这正是 SMPS 中所做的，其示意图如图 1 所示。 XNUMX.

小型开关电源 12 伏 2 安。 IP方案
图。 1

乍一看，这似乎只会导致这些电阻器产生的热量增加。但多亏了这些电阻，电流存在局部负反馈 (NFE)，当晶体管急剧增加时，它限制了晶体管的集电极电流。结果，晶体管开关瞬间的集电极电流幅度减小了数倍，从而提高了 SMPS 的效率。在所提出的 SMPS 中，开关晶体管和变压器的发热，与没有这些电阻器的变体相比，减少了大约三倍，其可靠性和效率也相应提高。

Техническиехарактеристики
电源电压，V 220±20％
空闲输出电压，V 15
最大负载时的输出电压，V 12
最大负载电流，A 2
空闲模式下的转换频率，kHz 7,3
最大负载下的转换频率，kHz 6,7
空载电流 SMPS，不大于，mA 19
负载消耗的最大功率，W 24
最大效率（在最大输出功率下），% 84
输出电压纹波幅度，不大于，mV 22
外形尺寸，mm 110x73x25

电源电压通过熔断器 FU1 提供给 SMPS，它与压敏电阻 RU1 一起保护 SMPS 元件免受电源电压升高的影响。热敏电阻 RK1 在 SMPS 开启时对电容器 C2-C4 充电时限制电流脉冲。通过噪声滤波器 L1C1 的电源电压被提供给二极管桥 VD1，在那里它被整流，然后由电容器 C2 平滑。元件 C5、R3、VS1 形成一个电路，有助于转换器在打开时启动。

阻尼二极管 VD2、VD3 将开关晶体管 VT1、VT2 集电极上的电压脉冲幅度限制在安全值。这些晶体管的散热量很小，因此它们在没有散热器的情况下使用。在最重模式下，晶体管加热到 50°C。电阻器 R2、R4 构成电流的 OOS 电路，电路 R5C6 和 R6C7 设计用于晶体管的强制开关。输出交流电压对二极管电桥VD4-VD7进行整流，L2C8C9为平滑滤波器，电感提供电感滤波响应，这是转换器可靠启动所必需的。在整流器输出端安装电容为 68 nF 或更大的电容器会导致无法启动。 LED HL1 指示输出电压的存在。 SMPS 的所有部件都安装在由单面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上，其图纸如图 2 所示。 XNUMX.

图。 2

为了改善晶体管的冷却，在它们下方的板上制作了通风孔。电感L1和变压器T1用螺丝固定。将这些螺钉插入电路板的孔后，应从零件的侧面将 PVC 管片放在它们上面。然后他们安装一个扼流圈、一个变压器，并用塑料垫圈将它们压在板上。晶体管被拧在金属支架上，然后焊接到板上。 FU1保险丝由压入电路板的两个镀锡引脚组成，在这两个引脚之间焊接了一根直径为0,03 mm的铜线。在外部，它用一根 PVC 管封闭，以防止机械损坏，并在运行时保护 SMPS 的组件免受熔融金属飞溅的影响。对于 FU2 易熔插件，板上安装了一个金属塑料支架。组装并连接到网络 SMPS 的外观如图 3 所示。 XNUMX.

图。 3

Dinistor KN102D可替换为DB3、DB4或KN102系列中的任何一个，二极管1.5KE350SA可替换为1.5KE300SA、1.5KE400SA、1.5KE440SA，二极管2D2999B可替换为KD2999A、KD213A-KD213V、KD2997A、K D2997B 。 YL-BB3N7M LED 可以替换为任何颜色的任何小尺寸 LED，工作电流高达 20 mA。经过实验，作者发现KT812A晶体管可以用KT840A替代。当使用晶体管 2T704A、KT704B、KT809A 时，发热增加，但在可接受的范围内，但是，它们具有不同的外壳，这将需要改变印刷电路板的拓扑。热敏电阻 SCK-103NTC 可替换为 MZ92-P220RM、MZ92-R220RM、MZ92-P330RM、MZ92-R330RM、压敏电阻 VCR391 - JVR-10N361K、JVR-14N361K、JVR-20N361K、JVR-10N391 K、JVR-14N391 20K,JVR - 391N10K、JVR-431N14K、JVR-431N20K.JVR-431N1K。电感器 L2000 缠绕在标准尺寸 K10x6x5 的磁芯 M10NM 上，并包含 0,12 匝对折的 MGTF 0,3 或 PELSHO XNUMX 电线。

电感L2绕在尺寸为K2000x16x10的M5NM磁路上，绕组包含24匝PETV或PEV-2线，直径为0,85 mm。变压器T1采用铁氧体磁路M2000NM-A K32x18x7（笔者测得的磁导率为1885，深饱和感应0,38T）。允许使用尺寸为 K2000x1x2000 的 M1NM17、M2000NM39-32、M20NM-6 磁芯。绕线可以使用PETV、PEV-2或PELSHO线，绕线I和III各包含8匝直径为0,3 mm的线，绕线II - 351匝直径为0,45 mm的线，绕线IV - 33直径为 0,85 mm 的导线匝数。

初步将磁路的边缘磨平，并缠绕两层漆布或一层织物绝缘胶带。所有绕组的导线都紧紧地铺设在磁路上。绕组 I 和 III 首先同时缠绕在两根导线上，两根导线之间的间隙为 3 ... 5 mm，以防止击穿。然后用虫胶浸渍绕组并缠绕两层涂漆织物。接下来 - 一层绕组 II，将导线“线圈到线圈”。该层的开始和结束之间应有6 ... 7 mm的距离，电线固定，绕组用虫胶浸渍。接着铺设一层漆布，以同样的方式缠绕第二层和第三层绕组II，然后铺设两层漆布或绝缘胶带。绕组 IV 最后缠绕，浸渍虫胶。然后 - 两层或三层绝缘胶带以保护绕组免受机械损坏。设置时，应记住 SMPS 的元件处于危及生命的电源电压下，因此，在设备与电源断开的情况下更换所有元件。

在第一次将源连接到网络之前，您应该检查安装并确保组装的产品与图表匹配。之后，将熔断器 FU2 从支架上取下，并将 SMPS 连接到网络。如果开机后没有发生自发电，则将电容C5的电容增加到1μF或安装一个阻值为3欧姆的电阻R120。如果 SMPS 的空闲电流大于 40 mA（在网络滤波器和二极管组件 VD1 之间测量），那么这意味着磁路的饱和感应远小于 0,38 T。在这种情况下，需要按比例增加变压器T1所有绕组的匝数。匝数应至少增加 10 ... 15%，如有必要，可增加更多。在 SMPS 正常运行期间，变压器 T1 应发出安静的哨声。

总之，需要注意的是，这个SMPS的基础是T1变压器，因此，如果需要使用不同尺寸的磁导体或获得不同的功率，则应重新计算所有元素。最简单的方法是在计算机上使用作者的程序 Converter 4.0.0.0，moskatov.narod.ru/Converter.html

作者：E. Moskatov，塔甘罗格，罗斯托夫州；出版：cxem.net

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