Флайбек по китайськи

У попередній статті я описував малопотужний блочок на TinySwitch-II. Однак, справжні китайці роблять такі речі тільки на транзисторах! Що ж, чому б не взяти з них приклад? Спробуємо розібратися, як це працює.

Велика частина схеми перебуває під небезпечним для життя напругою!

забороняється:
  • Лізти у включений в мережу пристрій руками, паяльником і іншими предметами.
  • Лізти в пристрій раніше, ніж через 5 хвилин після відключення від мережі.
  • Налагоджувати включене пристрій без розділового трансформатора.
  • Користуватися пристроєм без надійного ізолюючого корпусу.
  • Живити від нього пристрої, що не мають подвійний ізоляції, без використання УЗО.

Флайбек на насичують трансформаторі


На малюнку вище наведено цілком типова схема сабжа. Навіть не сама спрощена. Ще кілька схемок можна глянути тут. Конкретна ця - від китайського зарядника для Самсунгов. Незважаючи на її простоту, схема охоплена двома кільцями стабілізуючих зворотних зв'язків.

До речі, швидше за все я помилився, коли її знімав, і резистори R1 і R2 мають опір 2.2 Ом, а не 0.22.

На VD1, R1, C1 зібрана цілком типова для китайців схема харчування високовольтної частини. R1 - спеціальний розривний резистор. Вони вміють швидко і надійно згоряти при перевищенні потужності, виконуючи одночасно дві функції - обмеження струму заряду C1 і запобіжника. Де такі взяти - хз, так що не варто забувати про нормальний запобіжник. C1 можна прикинути зі співвідношення 1мкФ на 1Вт вихідної потужності.

Права частина не менш стандартна. Звичайна вторинне коло флайбека. R8 і R9 - відключається навантаження, HL1 - індикатор.

C3, R7, VD4 утворюють цілком звичайну фіксуючу ланцюжок. Вона описана у Семенова. Є про неї і в прикладеної статті хз звідки, в тому числі і чому там використовується повільний 1N4007. Додати до цього особливо нічого.

А от все інше як раз і являє основний інтерес.

На VT1 і T1 зібраний блокінг-генератор (хоча, точно не впевнений - я з блокинг-генераторами не знайомий). Через ланцюжок R3, R5, C2 подається позитивний зворотний зв'язок. Працює він досить просто. Струм через R4 відкриває VT1 і через нього починає текти струм. Цей струм, через трансформатор і ланцюг ПОС подається базу VT1, прискорюючи його відкривання, в результаті транзистор лавиноподібно відкривається і підтримується в такому стані наростаючим струмом через первинну обмотку трансформатора. Через деякий час ток первинної обмотки досягає струму її насичення, при цьому струм в обмотці ОС різко падає і транзистор починає закриватися. Трансформатор виходить з насичення і ланцюг ПОС відновлюється, прискорюючи закривання транзистора. Після повного закривання транзистора він утримується в цьому стані до тих пір, поки не перезарядиться C2.

Таким чином, час відкритого стану транзистора визначається часом наростання струму в обмотці трансформатора до струму його насичення, а закритого - конденсатором C2 і резисторами в ланцюзі ПОС. Якщо придивитися, можна помітити подібність із струмовим ШІМ (current-mode PWM), застосованим в TinySwitch-II, і, власне, це він і є. Він обмежує струм первинної обмотки, а отже, і запасається в ній за один цикл енергію (вона залежить виключно від струму через первинну обмотку і її індуктивності). Оскільки з змінних величин на передану перетворювачем потужність впливають тільки частота перетворення і запасається за цикл енергія, то цей механізм стабілізує передану у вторинну ланцюг потужність (в певних межах, тому що зміна часу фази накопичення призводить до зміни частоти перетворення). Власне, це і є перша з петель стабілізуючою зворотного зв'язку. Завдяки тому, що вона обмежує вихідний струм перетворювача - він не особливо боїться короткого замикання виходу (але недовго, тому що захисту від КЗ немає, а вся передана енергія в цьому режимі розсіюється вторинною обмоткою і діодом VD5).

Однак, ця петля обмежує передану потужність. Нескладно порахувати, що без зовнішнього навантаження і при стабілізації потужності на рівні 2Вт вихідна напруга буде близько 32В, і це тільки завдяки відключається навантаженні. У більшості випадків необхідно якщо не стабілізувати, то хоча б обмежувати вихідну напругу. Для цієї мети призначена ланцюжок VD2, VD3, C4. VD3 і C4 утворюють випрямляч, що випрямляє напругу з обмотки ОС. Оскільки струм в обмотці ОС і вторинці тече одночасно - напруги на них пов'язані коефіцієнтом трансформації: UW3 = NW3 * UW2 / NW2. Відповідно пов'язані і напруги на виходах випрямлячів. Як тільки напруга на C4 перевищить поріг відкривання VD2 - він відкриється і притисне базу VT1, тим самим зриваючи генерацію до тих пір, поки C4 не розрядиться. Так реалізується ключова стабілізація вихідної напруги по сигналу з обмотки зв'язку.

Не став особливої ​​проблеми і введення ОС з вторинної ланцюга через оптопару. При цьому світлодіод оптопари включається як зазвичай, а транзистор між землею і базою VT1. Тоді при запалюванні світлодіода транзистор оптопари відкриється і придавить базу VT1, зриваючи генерацію. Втім, зазвичай така стабілізація застосовується в кілька більш складною схемою.

Алсо ця схема працює не гірше, якщо в якості VT1 застосувати MOSFET.

Токовий ШІМ без насичує трансформатора


Досить просто можна переробити схему, зберігши струмовий ШІМ, але усунувши насичення сердечника трансформатора. Для цього треба ввести Струмовимірювальні шунт і ще один транзистор:

Тепер, коли струм первинної обмотки досягне такого значення, що на R9 буде падати 0.7В (тобто в даному випадку - 100мА) транзистор VT2 відкриється і закриє VT1. Трансформатор ж до стану насичення не дійде. Крім того, іноді в якості VT2 використовують транзистор оптопари. Тоді він одночасно виконує і функцію компаратора струму, і функцію стабілізації вихідної напруги. Ця схема трохи кращі, хоча і не впевнений точно - чим саме.

Як розрахувати такий питальник


Чесно кажучи - я і сам не знаю точно, ні разу не бачив статей з цього приводу. Так що далі - чиста відсебеньки, та ще й невипробувані :) Так що тільки окреслю приблизний процес.

Отже, перш за все варто поколупався архівчік подібних схем і вибрати яка симпатичніше (попонятнее, не дуже спрощена або навпаки, простіше і все таке). Номінали здебільшого можна залишити, а от решта порахувати.

Конденсатор фільтра. Правило я вже наводив вище - 1 мкФ на 1 Вт вихідної потужності.

Трансформатор. Задаємося необхідними параметрами, частотою перетворення в районі 30-40кГц і вважаємо струм і індуктивність первинної обмотки за методикою Семенова. При цьому з'ясуються індуктивність і ток первинки. Тепер треба порахувати параметри первинки. Для варіанту з насищающіся трансформатором її треба вважати так, щоб трансформатор насичувався при розрахованому струмі первинки. Для варіанту з додатковим транзистором - навпаки, щоб не насичується, та ще й запас залишити. Також в цьому випадку потрібно порахувати R9 = 0.7V / I1.

Тепер можна розрахувати вторинку і обмотку зв'язку. Вторинку можна порахувати за методикою Семенова, можна просто порахувати як для трансформатора з напругою на первинній обмотці 130В - тобто N1 / N2 = 130V / U2. Потім порахувати обмотку зв'язку так, щоб N2 / N3 = U2 / UVD3. U2 = Uout + UVD5.

Якщо потрібно кілька вихідних напруг - за вторинку приймається обмотка, з якою знімається найбільша потужність, інші вважаються як в звичайному трансформаторі - тобто якщо вторинка 5В, а потрібно ще 12В - то в обмотці на 12В буде в 12/5 разів більше гілки, ніж в пятівольтового. Також можна робити обмотки з відводами, приблизно як малює PI Expert, якщо йому вказати кілька вихідних напруг і дозволити Stacking в настройках вторинних обмоток.

Якщо потрібна більш точна стабілізація - слід розраховувати обмежувач на VD2, VD3, C4 на напругу, трохи більше вихідного, або взагалі викинути, а ланцюжок оптопари порахувати як зазвичай (книжка Семенова в допомогу, ага).

Зрозуміло, такий розрахунок видасть результати вельми сумнівною точності, так що швидше за все доведеться взяти їх за відправну точку і далі зайнятися налагодженням і експериментуванням. Так що запасіться розділовим трансформатором, гумовими рукавичками та відповідним вимірювальним обладнанням, а також сотнями обережності і томиком по ТБ.

Про намотуванні трансформатора

На виході з зарядки 6,5 вольт без навантаження - боязно мені якось тиньку таким живити, може паралельно вихоуд стабілітрон 5,1v поставити? Або ще якось захистити мою схему?

Це не переробка, це інший варіант схеми. Переробляти готові питальник на неї нема чого. Хіба що оптрон ввести.
На виході з зарядки 6,5 вольт без навантаження Стабілізатор вліпити. На стабілітрон воно працювати буде, але вдует в нього з полампера. Краще какой-нить стабілізатор на 5В з малим падінням напруги на ньому (або підніми вихідний вольт до 8 і постав 7805, але ККД погіршиться). Алсо там є стабілізація напруги по первинці, якщо в неї поставити стабілітрон трохи меншого номіналу - вихідна напруга зменшиться. Можна і додати оптронна ОС, тоді на виході буде досить стабільна напряжение бажаного номіналу. А можна підібрати іншу зарядку, з оптронной ОС з коробки - у них зазвичай і напряжение з заводу точніше, і легко її регулювати підбором резисторів близько TL431.

А як живити діод оптопари - у тебе в статті про тінісвітч там стабілітрон варто і обв'язка - як її розрахувати? Яку оптопару ставити?