с 9 до 18

Бесперебойный источник питания 5 В, 1 А

Предлагаемый источник предназначен для питания постоянным напряжением 5 В различных мобильных аппаратов и для зарядки встроенных в них аккумуляторов. Работать он может как от сети ~ 230 В, так и от установленных в нём литий-ионных аккумуляторов большой ёмкости.

Предлагаемый источник предназначен для питания постоянным напряжением 5 В различных мобильных аппаратов и для зарядки встроенных в них аккумуляторов. Работать он может как от сети ~ 230 В, так и от установленных в нём литий-ионных аккумуляторов большой ёмкости.


Сегодня широко распространены недорогие DVB-T2 телевизионные приставки для приёма цифровых теле- и радиовещательных программ. Большинство таких приставок во время работы сильно нагреваются и небрежно собраны. По этим причинам их надёжность низка, а срок службы зачастую невелик. Если ремонт сломавшейся приставки нецелесообразен или невозможен, можно использовать её компактный корпус и некоторые узлы в различных радиолюбительских конструкциях.

В предлагаемой конструкции использованы детали от телевизионной DVB-T2 приставки ORIEL202 и корпус от неё. От печатной платы этой приставки отрезан фрагмент (зелёный слева на рис. 1) с её импульсным узлом питания, который собран по традиционной схеме на микросхемах FSDH321 и AZ431 (TL431). Его полная принципиальная схема не составлялась, но для применения в описываемом источнике узел был доработан.


Последовательно с плавкой вставкой FUSE1 установлен ограничивающий бросок тока при включении в сеть невозгораемый резистор сопротивлением 51 Ом и мощностью 2 Вт. Параллельно оксидным конденсаторам ЕС2, ЕСЗ со стороны их выводов припаяны керамические конденсаторы для поверхностного монтажа ёмкостью по 15 мкФ. Между выводами 1 и 2 микросхемы U3 AZ431 припаян резистор сопротивлением 124 кОм, что увеличило выходное напряжение узла с 5,02 до 5,3 В.

У всех оксидных конденсаторов было проверено ЭПС. Оно оказалось слишком большим у подключённого к выводу 2 микросхемы U1 FSDH321 оксидного конденсатора на 47 мкФ, 25 В. Он был заменён конденсатором 47 мкФ, 35 В, параллельно которому был припаян керамический конденсатор для поверхностного монтажа ёмкостью 1,8 мкФ. На корпус оксидного конденсатора 10 мкФ, 400 В я надел термоусаживаемую трубку, чтобы защитить его от соприкосновения с другими деталями. К выводам 6—8 микросхемы U1 припаял теплоотвод — медную пластину площадью 2 см2. Учтите, он находится под высоким сетевым напряжением. Все приведённые выше позиционные обозначения соответствуют маркировке на плате дорабатываемого узла.


На рис. 2 показана схема предлагаемого источника. Если источник подключей к сети -230 В, а выключатель SA1 замкнут, напряжение около 5,3 В с выхода модуля U1 (это и есть узел питания от телевизионной приставки) через дроссель L1 и замкнувшиеся контакты электромагнитного реле К1 поступает на USB-гнездо XS1 и штекер ХР1. При заряженной аккумуляторной батарее G1G2 и напряжении в сети более 180 В ток нагрузки может кратковременно достигать 2 А. Во время зарядки этой батареи желательно, чтобы ток нагрузки не превышал 1... 1,5 А, этому условию обычно удовлетворяют большинство мобильных аппаратов.


При полностью заряженной батарее источник в режиме холостого хода потребляет от сети мощность 0,4 Вт. При токе нагрузки 1 А размах пульсаций выходного напряжения 5,3 В — около 16 мВ, а потребляемая от сети мощность — 7,8 Вт. При токе нагрузки 2 А потребление возрастает до 15 Вт. Светодиод HL1 сигнализирует о включении источника в сеть.

В отсутствие сетевого напряжения и при замкнутом выключателе SA2 напряжение 3...4.3 В от аккумуляторов через контроллер U2 поступает на повышающий стабилизированный преобразователь напряжения, в котором применена распространённая микросхема МС34063А или любая из её аналогов (КР1156ЕУ5,    МС34063АР1, МС33063АР1, MC33063AVP, КА34063А, IP33063N, IP34063N). При указанном на схеме номинале конденсатора СЗ частота преобразования — около 67 кГц. Сопротивлением резистора R1 задают порог срабатывания защиты от перегрузки по току. Чем меньше это сопротивление, тем он выше. Выходное напряжение 5,1 В устанавливают подборкой резистора R2. Учтите, что при обрыве цепи резистора R6 или слишком малом сопротивлении резистора R2 полевой транзистор VT1, диод Шоттки VD1 и микросхема DA1 могут быть повреждены.

Выходные транзисторы микросхемы DA1 включены по схеме, отличающейся от типовой. На выводы 1 и 8 этой микросхемы подано не входное напряжение преобразователя, а выходное через фильтр R5C5. Это позволило увеличить амплитуду импульсов на затворе транзистора ѴТ1, что уменьшило сопротивление его канала сток—исток в открытом состоянии. Дроссель L2 — накопительный. Выходное стабилизированное напряжение 5,1 В поступает на разъёмы XS1 и ХР1 через фильтр L3C7C9C11. Большинство деталей преобразователя напряжения размещены на плате размерами 52x45 мм, показанной на рис. 3. Монтаж — двухсторонний навесной.


Когда преобразователь напряжения работает, светится светодиод HL3. При входном напряжении 4 В и токе нагрузки 0,5 А входной ток преобразователя — 0,74 А (КПД — 86 %), при токе нагрузки 1 А входной ток — 1,63 А (КПД — 78 %). При нормальной работе преобразователя микросхема DA1 и полевой транзистор VT1 практически не нагреваются. Потери энергии происходят в основном в дросселе L2 и диоде Шоттки VD1. При токе нагрузки 0,5 А размах пульсаций выходного напряжения — 30 мВ. Ток покоя — 4 мА.

Литий-ионная аккумуляторная батарея G1G2 подключена через контроллер U2, который отключает её от источника зарядного тока и нагрузки при напряжении ниже 3,02 В и выше 4,33 В. Этот контроллер, собранный на плате размерами 45x9 мм (рис. 4), был извлечён из отслужившего свой срок "плоского" литий-ионного аккумулятора. Поскольку в контроллере был обнаружен самовосстанавливающийся предохранитель (деталь, помеченная буквой Т на рис. 4), никаких дополнительных предохранителей и плавких вставок, защищающих аккумуляторы, было решено не применять. Можно использовать любой подобный контроллер, желательно от аккумулятора ёмкостью более 2 Ач. Можно приобрести и готовый модуль контроллера для литий-ионного аккумулятора напряжением 3,7 В.

G1 и G2 — литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 суммарной ёмкостью около 4,6 А ч при разрядке током 0,5 А. Можно соединить параллельно любое число таких аккумуляторов. Подойдут и литий-ионные аккумуляторы на 3,7 В со встроенным контроллером, в этом случае модуль U2 не нужен. Резистор R11 ограничивает зарядный ток.

Во время зарядки падением напряжения на резисторе R11 транзистор VT2 открыт, светодиод HL2 светится. При зарядке током 0,5 А падение напряжения на контроллере U2 не превышает 20 мВ. Продолжительность полной зарядки батареи — около 20 часов. Поскольку токи зарядки и разрядки относительно малы, контролировать температуру аккумуляторов не требуется.


При разработке источника были опробованы четыре варианта подключения к микросхеме DA1 дополнительного ключевого транзистора. Лучшим оказался изображённый на схеме рис. 2 вариант с мощным низковольтным    полевым транзистором АР9916Н. Этот транзистор имеет пороговое напряжение затвор—исток менее 1 В и типовое значение ёмкости затвор-исток 527 пФ. Это упрощает управление им и позволяет получить высокий КПД. Вариант с п-р-п транзистором 2SD882-Y при токе нагрузки 1 А приводил к сильному разогреву этого транзистора и току потребления преобразователя 2,6 А вместо 1,63 А с транзистором АР9916Н. Хотя при нормальной работе полевой транзистор не нагревается, к нему припаян медный теплоотвод площадью 3 см2. Транзистор АР9916Н можно заменить на AP9916J или FDD6530A. Вместо транзистора 2SA1270 подойдёт любой из серий SS9012, SS9015, ВС557, 2SA733, КТ6112, КТ3107.

Первоначально в качестве VD1 был применён диод Шоттки SR360 с максимальным выпрямленным током 3 А. Замена его аналогичными диодами на ток 10...45 А уменьшала входной ток преобразователя на 5...10% и повышала его КПД. Но ввиду недостатка места на монтажной плате я остановился на диоде SR540, рассчитанном на ток 5 А. Амплитуда напряжения на аноде этого диода — около 10 В относительно общего провода. Можно применить также диод SBL1040CT,
SBL2040CT, S20C40C или S30D40C. Теплоотвод не требуется.

Вместо диода Шоттки SB 140 подойдут SB120, SB130, 1 N5817—1 N5819, SS14, SK14 и аналогичные с максимальным током 1 А. При установке здесь более мощного диода Шоттки нужно увеличить сопротивление резистора R11 до 3,9...4,7 Ом.

Светодиоды указанных на схеме типов можно заменить любыми другими индикаторными соответственно зелёного (HL1), красного (HL2) и синего (HL3) свечения.

Дроссель L1 содержит четыре витка сложенного вдвое монтажного провода сечением по меди 0,75 мм2. Они намотаны на низкочастотном ферритовом кольце внешним диаметром 12 мм. Конструкция этого дросселя некритична.

Дроссель L2 — готовый из узла коррекции растра импортного кинескопного компьютерного монитора. Его магнитопровод Н-образный ферритовый высотой 16 мм и внешним диаметром 13 мм. Обмотка намотана литцендратом, имеющим сечение по меди около 0,35 мм2. Чем меньше её сопротивление, тем лучше. При нагреве дросселя сопротивление медного провода растёт, а КПД преобразователя падает. Магнитопровод дросселя L2 не должен входить в насыщение при входном напряжении преобразователя 3,2 В и токе нагрузки 2 А.


Дроссель L3 — готовый на кольцевом ферритовом магнитопроводе внешним диаметром 10 мм. Чем больше его индуктивность и чем меньше сопротивление, тем лучше.

Сетевой выключатель SA1 — клавишный малогабаритный OR-L. Такие применяли в компьютерных ЖК-мониторах. Подойдут и другие выключатели, например, MR21 или SWA206A. Выключатель SA2 — импортный малогабаритный, все группы его контактов соединены параллельно. Его можно заменить такими же выключателями, как SA1.

Реле К1 — G5V-1-DC5 с сопротивлением катушки 167 Ом. Подойдёт и другое миниатюрное реле с одной группой контактов на переключение и необходимым коммутируемым током, катушка которого рассчитана на напряжение 3...5 В. Сопротивление резистора R8 подбирают наибольшим, при котором обеспечивается надёжное срабатывание реле.

Оксидные конденсаторы — импортные малогабаритные. Конденсатор С1 — керамический или плёночный. Остальные конденсаторы — керамические для поверхностного монтажа. При отсутствии керамических конденсаторов большой ёмкости можно соединять конденсаторы меньшей ёмкости по несколько штук в параллель. Чем большей получится суммарная ёмкость, тем лучше. После монтажа каждого керамического конденсатора проверяйте цепи на отсутствие замыканий. Провода, соединяющие резистор R1 с выводами микросхемы, должны быть как можно короче.

При проверке работоспособности и налаживании собранного источника аккумуляторы подключайте к нему в последнюю очередь. Учтите, что ток их короткого замыкания может достигать нескольких десятков ампер. Повышающий преобразователь напряжения испытывайте и налаживайте, питая его от лабораторного блока питания с выходным напряжением 3...5 В, работающим в режиме ограничения выходного тока до 0,3...3 А.

В случае неисправности микросхемы FSDH321 в модуле U1 заменить её можно на любую из перечисленных в таблице. Желательно, чтобы эта микросхема была в таком же корпусе, как и работавшая ранее. Прежде, чем заменять её, проверьте исправность всех деталей, с которыми она работала.


Как уже было сказано, источник собран в корпусе телевизионной приставки ORIEL202 (рис. 5). Его размеры — 111x102x30 мм. В боковых стенках корпуса просверлены дополнительные вентиляционные отверстия. Компоновку узлов и деталей внутри корпуса можно увидеть на рис. 1.

Источник питания был испытан на электромагнитную совместимость с самодельным УКВ-радиоприёмником [1] и с мультимедийным плейером [2]. К радиоприёмнику был подключён штекер ХР1, а плейер, работающий в режиме приёма вещательных радиостанций, вставлен в USB-гнездо XS1. При питании как от сети переменного тока, так и от аккумуляторов помехи приёму УКВ-радиостанций отсутство вали. Радиоприёмник лежал на корпу се проверяемого источника.




А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.

  • Бесперебойный источник питания 5 В, 1 А

Похожие статьи

Прибор автоматики для пчеловода

Прибор автоматики для пчеловода

Приборы, облегчающие труд пчеловода, оказываются очень полезными в работе. Но, если на каждую технологическую задачу нужен свой прибор, то их общее количество может достигать несколько штук, притом самых разнообразных по своим функциям, и порой какой-то определённый блок бывает нужен раз в год.

Теги: Бесперебойный источник