Схема импульсного стабилизатора ненамного сложней обычного, используемого в трансформаторных блоках питания, но более сложная в настройке.

Поэтому недостаточно опытным радиолю­бителям, не знающим правил работы с высоким напряжением (в частности, никогда не работать в одиночку и никогда не настраивать включенное уст­ройство двумя руками - только одной!), не рекомендую повторять эту схему.

На рис. 1 представлена электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения для зарядки сотовых телефонов.

Рис. 1 Электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения

Схема представляет собой блокинг-генератор, реализованный на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Диодный мост VD1 выпрямляет переменное сете­вое напряжение, резистор R1 ограничивает импульс тока при включении, а также выполняет функцию предохранителя. Конденсатор С1 необязателен, но благодаря ему блокинг-генератор работает более стабильно, а нагрев транзи­стора VT1 чуть меньше (чем без С1).

При включении питания транзистор VT1 слегка приоткрывается через рези­стор R2, и через обмотку I трансформатора Т1 начинает течь небольшой ток. Благодаря индуктивной связи, через остальные обмотки также начинает протекать ток. На верхнем (по схеме) выводе обмотки II положительное напряжение небольшой величины, оно через разряженный конденсатор С2 приоткрывает транзистор еще сильней, ток в обмотках трансформатора нарастает, и в итоге транзистор открывается полностью, до состояния насыщения.

Через некоторое время ток в обмотках перестает нарастать и начинает снижаться (транзистор VT1 все это время полностью открыт). Уменьшается напряжение на обмотке II, и через конденсатор С2 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1. Он начинает закрываться, амплитуда напряжения в обмотках уменьшается еще сильней и меняет полярность на отрицательную.

Затем транзистор полностью закрывается. Напряжение на его коллекторе увеличивается и становится в несколько раз больше напряжения питания (индуктивный выброс), однако благодаря цепочке R5, С5, VD4 оно ограничивается на безопасном уровне 400...450 В. Благодаря элементам R5, С5 генерация нейтрализуется не полностью, и через некоторое время полярность напряжения в обмотках снова меняется (по принципу действия типичного колебательного контура). Транзистор снова начинает открываться. Так продолжается до бесконечности в цикличном режиме.

На остальных элементах высоковольтной части схемы собраны регулятор напряжения и узел защиты транзистора VT1 от перегрузок по току. Резистор R4 в рассматриваемой схеме выполняет роль датчика тока. Как только паде­ние напряжения на нем превысит 1...1,5 В, транзистор VT2 откроется и замк­нет на общий провод базу транзистора VT1 (принудительно закроет его). Конденсатор СЗ ускоряет реакцию VT2. Диод VD3 необходим для нормаль­ной работы стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения собран на одной микросхеме - регулируемом стабилитроне DА1.

Для гальванической развязки выходного напряжения от сетевого использует­ся оптрон VOL Рабочее напряжение для транзисторной части оптрона берет­ся от обмотки II трансформатора Т1 и сглаживается конденсатором С4. Как только напряжение на выходе устройства станет больше номинального, через стабилитрон DA1 начнет течь ток, светодиод оптрона загорится, сопротивле­ние коллектор-эмиттер фототранзистора VOL2 уменьшится, транзистор VT2 приоткроется и уменьшит амплитуду напряжения на базе VT1.

Он будет сла­бее открываться, и напряжение на обмотках трансформатора уменьшится. Если же выходное напряжение, наоборот, станет меньше номинального, то фототранзистор будет полностью закрыт и транзистор VT1 будет "раскачиваться" в полную силу. Для защиты стабилитрона и светодиода от перегрузок по току, последовательно с ними желательно включить резистор сопротивле­нием 100...330 Ом.

Налаживание
Первый этап: первый раз включать устройство в сеть рекомендуется через лампу 25 Вт, 220 В, и без конденсатора С1. Движок резистора R6 устанавли-вают в нижнее (по схеме) положение. Устройство включают и сразу отклю­чают, после чего как можно быстрей измеряют напряжения на конденсаторах С4 и Сб. Если на них есть небольшое напряжение (согласно полярности!), значит, генератор запустился, если нет генератор не работает, требуется поиск ошибки на плате и монтаже. Кроме того, желательно проверить тран­зистор VT1 и резисторы R1, R4.

Если все правильно и ошибок нет, но генератор не запускается, меняют мес­тами выводы обмотки II (или I, только не обоих сразу!) и снова проверяют работоспособность.

Второй этап: включают устройство и контролируют пальцем (только не за металлическую площадку для теплоотвода) нагрев транзистора VTI, он не должен нагреваться, лампочка 25 Вт не должна светиться (падение напряже­ния на ней не должно превышать пары Вольт).

Подключают к выходу устройства какую-нибудь маленькую низковольтную лампу, например, рассчитанную на напряжение 13,5 В. Если она не светится, меняют местами выводы обмотки III.

И в самом конце, если все нормально работает, проверяют работоспособность регулятора напряжения, вращая движок подстроечного резистора R6. После этого можно впаивать конденсатор С1 и включать устройство без лампы-токоограничителя.

Минимальное выходное напряжение составляет около 3 В (минимальное па­дение напряжения на выводах DA1 превышает 1,25 В, на выводах светодио­да-1,5В).
Если нужно меньшее напряжение, заменяют стабилитрон DA1 резистором сопротивлением 100...680 Ом. Следующим шагом настройки требуется уста­новка на выходе устройства напряжения 3,9...4,0 В (для литиевого аккумуля­тора). Данное устройство заряжает аккумулятор экспоненциально умень­шающимся током (от примерно 0,5 А в начале заряда до нуля в конце (для литиевого аккумулятора емкостью около 1 А/ч это допустимо)). За пару ча­сов режима зарядки аккумулятор набирает до 80 % своей емкости.

О деталях
Особый элемент конструкции - трансформатор.
Трансформатор в этой схеме можно использовать только с разрезным ферри-товым сердечником. Рабочая частота преобразователя довольно велика, поэтому для трансформаторного железа нужен только феррит. А сам преоб­разователь - однотактный, с постоянным подмагничиванием, поэтому сер­дечник должен быть разрезным, с диэлектрическим зазором (между его поло­винками прокладывают один-два слоя тонкой трансформаторной бумаги).

Лучше всего взять трансформатор от ненужного или неисправного анало­гичного устройства. В крайнем случае его можно намотать самому: сечение сердечника 3...5 мм2, обмотка I-450 витков проводом диаметром 0,1 мм, обмотка II-20 витков тем же проводом, обмотка III-15 витков прово­дом диаметром 0,6...0,8 мм (для выходного напряжения 4...5 В). При намот­ке требуется строгое соблюдение направления намотки, иначе устройство будет плохо работать, или не заработает совсем (придется прикладывать усилия при налаживании - см. выше). Начало каждой обмотки (на схеме) вверху.

Транзистор VT1 - любой мощностью 1 Вт и больше, током коллектора не менее 0,1 А, напряжением не менее 400 В. Коэффициент усиления по току Ь2ь должен быть больше 30. Идеально подходят транзисторы MJE13003, KSE13003 и все остальные типа 13003 любой фирмы. В крайнем случае, при­меняют отечественные транзисторы КТ940, КТ969. К сожалению, эти транзи­сторы рассчитаны на предельное напряжение 300 В, и при малейшем повы­шении сетевого напряжения выше 220 В они будут пробиваться. Кроме того, они боятся перегрева, т. е. требуется их установка на теплоотвод. Для транзи­сторов KSE13003 и МГС13003 теплоотвод не нужен (в большинстве случаев цоколевка - как у отечественных транзисторов КТ817).

Транзистор VT2 может быть любым маломощным кремниевым, напряжение на нем не должно превышать 3 В; это же относится и к диодам VD2, VD3. Конденсатор С5 и диод VD4 должны быть рассчитаны на напряжение 400...600 В, диод VD5 должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки. Диодный мост VD1 должен быть рассчитан на ток 1 А, хотя потребляемый схемой ток не превышает сотни миллиампер - потому что при включении происходит довольно мощный бросок тока, а увеличивать сопротивление ре­зистора Шдля ограничения амплитуды этого броска нельзя - он будет силь­но нагреваться.

Вместо моста VD1 можно поставить 4 диода типа 1N4004...4007 или КД221 с любым буквенным индексом. Стабилизатор DA1 и резистор R6 можно заме­нить на стабилитрон, напряжение на выходе схемы будет на 1,5 В больше напряжения стабилизации стабилитрона.

"Общий" провод показан на схеме только для упрощения графики, его нельзя заземлять и (или) соединять с корпусом устройства. Высоковольтная часть устройства должна быть хорошо изолирована.

Оформление
Элементы устройства монтируют на плате из фольгированного стеклотексто­лита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (использованным автором) является оформление платы устройства в корпус от ис­пользованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).

Т ранзисторы кремниевые структуры n-p-n, высоковольтные усилительные. Производство транзисторов 13001 локализовано в странах Юго-восточной Азии и в Индии. Применяются в маломощных импульсных блоках питания, зарядных устройствах для различных мобильных телефонов, планшетов и т. п.

Внимание! При близких(почти идеинтичных) общих параметрах у разных производителей транзисторы 13001 могут отличаться по расположению выводов .

Выпускаются в пластмассовых корпусах TO-92, с гибкими выводами и TO-126 с жесткими. Тип прибора указывается на корпусе.
На рисунке ниже - цоколевка MJE13001 и 13001 разных производителей, с разными корпусами.

Наиболее важные параметры.

Коэффициент передачи тока у 13001 может быть от 10 до 70 , в зависимости от буквы.
У MJE13001A - от 10 до 15 .
У MJE13001B - от 15 до 20 .
У MJE13001C - от 20 до 25 .
У MJE13001D - от 25 до 30 .
У MJE13001E - от 30 до 35 .
У MJE13001F - от 35 до 40 .
У MJE13001G - от 40 до 45 .
У MJE13001H - от 45 до 50 .
У MJE13001I - от 50 до 55 .
У MJE13001J - от 55 до 60 .
У MJE13001K - от 60 до 65 .
У MJE13001L - от 65 до 70 .

Граничная частота передачи тока - 8 МГц.

Максимальное напряжение коллектор - эмиттер - 400 в.

Максимальный ток коллектора(постоянный) - 200 мА.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при токе коллектора 50мА, базы 10мА - 0,5 в.

Напряжение насыщения база-эмиттер при токе коллектора 50мА, базы 10мА - не выше 1,2 в.

Рассеиваемая мощность коллектора - в корпусе TO-92 - 0.75 Вт, в корпусе TO-126 - 1.2 Вт без радиатора.

Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт

Большинство современных сетевых зарядных устройств собрано по простейшей импульсной схеме, на одном высоковольтном транзисторе (рис. 1.18) по схеме блокинг-генератора.

В отличие от более простых схем на понижающем 50-герцевом трансформаторе, трансформатор у импульсных преобразователей той же мощности гораздо меньше по размерам, а значит, меньше размеры, вес и цена всего преобразователя. Кроме того, импульсные преобразователи более безопасны – если у обычного преобразователя при выходе из строя силовых элементов в нагрузку попадает высокое нестабилизированное (а иногда и вообще переменное) напряжение со вторичной обмотки трансформатора, то при любой неисправности импульсника (кроме выхода из строя оптрона обратной связи – но его обычно очень хорошо защищают) на выходе вообще не будет никакого напряжения.

Рис. 1.18. Простая импульсная схема блокинг-генератора

Описание принципа действия и расчета элементов схемы высоковольтного импульсного преобразователя (трансформатор, конденсаторы и прочее) можно прочитать по ссылке http://www.nxp.com/ acrobat/applicationnotes/AN00055.pdf (1 Мб).

Принцип работы устройства

Переменное сетевое напряжение выпрямляется диодом VD1 (хотя иногда щедрые китайцы ставят целых 4 диода, по мостовой схеме), импульс тока при включении ограничивается резистором R1. Здесь желательно поставить резистор мощностью 0,25 Вт – тогда при перегрузке он сгорит, выполнив функцию предохранителя.

Преобразователь собран на транзисторе VT1 по классической обратноходовой схеме. Резистор R2 нужен для запуска генерации при подаче питания, в этой схеме он необязателен, но с ним преобразователь работает чуть стабильнее. Генерация поддерживается благодаря конденсатору С1, включенному в цепь ПОС на обмотке И, частота генерации зависит от его емкости и параметров трансформатора. При отпирании транзистора напряжение на нижних по схеме выводах обмоток I и II отрицательное, на верхних – положительное, положительная полуволна через конденсатор С1 еще сильнее открывает транзистор, амплитуда напряжения в обмотках возрастает.

Транзистор лавинообразно открывается. Через некоторое время, по мере заряда конденсатора С1, базовый ток начинает уменьшаться, транзистор начинает закрываться, напряжение на верхнем по схеме выводе обмотки II начинает уменьшаться, через конденсатор С1 базовый ток еще сильнее уменьшается, и транзистор лавинообразно закрывается. Резистор R3 необходим для ограничения базового тока при перегрузках схемы и выбросах в сети переменного тока.

В это же время амплитудой ЭДС самоиндукции через диод VD4 подзаряжается конденсатор СЗ – поэтому преобразователь и называется обратноходовым. Если поменять местами выводы обмотки III и подзаряжать конденсатор СЗ во время прямого хода, то резко возрастет нагрузка на транзистор VT1 во время прямого хода (он может даже сгореть из-за слишком большого тока), а во время обратного хода ЭДС самоиндукции окажется нерастраченной и выделится на коллекторном переходе транзистора – то есть он может сгореть от перенапряжения.

Поэтому при изготовлении устройства нужно строго соблюдать фазировку всех обмоток (если перепутать выводы обмотки II – генератор просто не запустится, так как конденсатор С1 будет, наоборот, срывать генерацию и стабилизировать схему).

Выходное напряжение устройства зависит от количества витков в обмотках II и III и от напряжения стабилизации стабилитрона VD3. Выходное напряжение равно напряжению стабилизации только в том случае, если количество витков в обмотках II и III одинаковое, в противном случае оно будет другое. Во время обратного хода конденсатор С2 подзаряжается через диод VD2, как только он зарядится до примерно -5 В, стабилитрон начнет пропускать ток, отрицательное напряжение на базе транзистора VT1 чуть уменьшит амплитуду импульсов на коллекторе, и выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне. Точность стабилизации у этой схемы не очень высока – выходное напряжение гуляет в пределах 15…25% в зависимости от тока нагрузки и качества стабилитрона VD3.

Альтернативный вариант устройства

Схема более качественного (и более сложного) преобразователя показана на рис. 1.19.

Для выпрямления входного напряжения используются диодный мостик VD1 и конденсатор С1, резистор R1 должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, иначе в момент включения, при зарядке конденсатора С1, он может сгореть. Емкость конденсатора С1, в микрофарадах, должна равняться мощности устройства, в ваттах.

Сам преобразователь собран по уже знакомой схеме на транзисторе VT1. В цепь эмиттера включен датчик тока на резисторе R4 –

Рис. 1.19. Электрическая схема более сложного преобразователя

как только протекающий через транзистор ток станет столь большим, что падение напряжения на резисторе превысит 1,5 В (при указанном на схеме сопротивлении – 75 мА), через диод VD3 приоткроется транзистор VT2 и ограничит базовый ток транзистора VT1 так, чтобы его коллекторный ток не превышал указанные выше 75 мА. Несмотря на свою простоту, такая схема защиты довольно эффективна, и преобразователь получается практически вечный даже при коротких замыканиях в нагрузке.

Для защиты транзистора VT1 от выбросов ЭДС самоиндукции в. схему добавлена сглаживающая цепочка VD4-C5-R6. Диод VD4 обязательно должен быть высокочастотным – идеально BYV26C, чуть хуже – UF4004…UF4007 или 1N4936, 1N4937. Если нет таких диодов – цепочку вообще лучше не ставить!

Конденсатор С5 может быть любым, однако он должен выдерживать напряжение 250…350 В. Такую цепочку можно ставить во все аналогичные схемы (если ее там нет), в том числе и в схему по рис. 1.18 – она заметно уменьшит нагрев корпуса ключевого транзистора и значительно «продлит жизнь» всему преобразователю.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью стабилитрона DA1, стоящего на выходе устройства, гальваническая развязка обеспечивается оптроном VOl. Микросхему TL431 можно заменить любым маломощным стабилитроном, выходное напряжение равно его напряжению стабилизации плюс 1,5 В (падение напряжения на светодиоде оптрона VOl); для защиты светодиода от перегрузок добавлен резистор R8 небольшого сопротивления. Как только выходное напряжение станет чуть выше положенного, через стабилитрон потечет ток, светодиод оптрона VOl начнет светиться, его фототранзистор приоткроется, положительное напряжение с конденсатора С4 приоткроет транзистор VT2, который уменьшит амплитуду коллекторного тока транзистора VT1. Нестабильность выходного напряжения у этой схемы меньше, чем у предыдущей, и не превышает 10…20%, также благодаря конденсатору С1 на выходе преобразователя практически отсутствует фон 50 Гц.

Трансформатор в этих схемах лучше использовать промышленный, от любого аналогичного устройства. Но его можно намотать и самому – для выходной мощности 5 Вт (1 А, 5 В) первичная обмотка должна содержать примерно 300 витков проводом диаметром 0,15 мм, обмотка II – 30 витков тем же проводом, обмотка III – 20 витков проводом диаметром 0,65 мм. Обмотку III нужно очень хорошо изолировать от двух первых, желательно намотать ее в отдельной секции (если есть). Сердечник – стандартный для таких трансформаторов, с диэлектрическим зазором 0,1 мм. В крайнем случае можно использовать кольцо внешним диаметром примерно 20 мм.

Представляю очередное устройство из серии «Не Брать!»
В комплект прилагается простенький кабель microUSB, который буду тестировать отдельно с кучей других шнурков.
Заказал эту зарядку ради любопытства, зная, что в таком компактном корпусе крайне сложно сделать надёжное и безопасное устройство сетевого питания 5В 1А. Реальность оказалась суровой…

Пришло в стандартном пакетике с пупыркой.
Корпус глянцевый, обёрнут защитной плёнкой.
Габаритные размеры с вилкой 65х34х14мм








Зарядка сразу оказалась нерабочей - хорошее начало…
Пришлось в начале устройство разбирать и ремонтировать, чтобы иметь возможность тестировать.
Разбирается очень просто - на защёлках самой вилки.
Дефект обнаружился сразу - отвалился один из проводков к вилке, пайка оказалась некачественной.


Вторая пайка не лучше


Сам монтаж платы выполнен нормально (для китайцев), пайка хорошая, плата отмыта.






Реальная схема устройства


Какие проблемы были обнаружены:
- Довольно слабое крепление вилки с корпусом. Не исключена возможность остаться ей оторванной в розетке.
- Отсутствие предохранителя по входу. Видимо те самые проводочки к вилке и являются защитой.
- Однополупериодный входной выпрямитель - неоправданная экономия на диодах.
- Малая ёмкость входного конденсатора (2,2мкФ/400В). Для работы однополупериодного выпрямителя ёмкость явно недостаточна, что приведёт к повышенным пульсациям напряжения на нём на частоте 50Гц и к уменьшению срока его службы.
- Отсутствие фильтров по входу и выходу. Невелика потеря для такого маленького и маломощного устройства.
- Простейшая схема преобразователя на одном слабеньком транзисторе MJE13001.
- Простой керамический конденсатор 1нФ/1кВ в помехоподавляющей цепи (показал отдельно на фото). Это грубое нарушение безопасности устройства. Конденсатор должен быть класса не менее Y2.
- Отсутствует демпферная цепь гашения выбросов обратного хода первичной обмотки трансформатора. Этот импульс частенько пробивает силовой ключевой элемент при его нагреве.
- Отсутствие защит от перегрева, от перегрузки, от короткого замыкания, от повышения выходного напряжения.
- Габаритная мощность трансформатора явно не тянет на 5Вт, а его очень миниатюрный размер ставит под сомнение наличие нормальной изоляции между обмотками.

Теперь тестирование.
Т.к. устройство изначально не является безопасным, подключение производил через дополнительный сетевой предохранитель. Если уж что случится - хотя-бы не обожжёт и не оставит без света.
Проверял без корпуса, чтобы можно было контролировать температуру элементов.
Выходное нгапряжение без нагрузки 5,25В
Потребляемая мощность без нагркзки менее 0,1Вт
Под нагрузкой 0,3А и менее зарядка работает вполне адекватно, напряжение держит нормально 5,25В, пульсации на выходе незначительные, ключевой транзистор греется в пределах нормы.
Под нагрузкой 0.4А напряжение начинает немного гулять в диапазоне 5,18В - 5,29В, пульсации на выходе 50Гц 75мВ, ключевой транзистор греется в пределах нормы.
Под нагрузкой 0,45А напряжение начинает заметно гулять в диапазоне 5,08В - 5,29В, пульсации на выходе 50Гц 85мВ, ключевой транзистор начинает потихоньку перегреваться (обжигает палец), трансформатор тёпленький.
Под нагрузкой 0,50А напряжение начинает сильно гулять в диапазоне 4,65В - 5,25В, пульсации на выходе 50Гц 200мВ, ключевой транзистор перегрет, трансформатор также довольно сильно нагрет.
Под нагрузкой 0,55А напряжение дико прыгает в диапазоне 4,20В - 5,20В, пульсации на выходе 50Гц 420мВ, ключевой транзистор перегрет, трансформатор также довольно сильно нагрет.
При ещё большем увеличении нагрузки, напряжение резко проседает до неприличных величин.

Выходит, данная зарядка реально может выдавать максимум 0,45А вместо заявленных 1А.

Далее, зарядка была собрана в корпус (вместе с предохранителем) и оставлена в работе на пару часов.
Как ни странно, зарядка не вышла из строя. Но это вовсе не означает, что она является надёжной - имея такую схемотехнику долго ей не протянуть…
В режиме короткого замыкания зарядка тихо умерла через 20 секунд после включения - произошёл обрыв ключевого транзистора Q1, резистора R2 и оптрона U1. Даже дополнительно установленный предохранитель не успел сгореть.

Для сравнения, покажу как выглядит внутри простейшая китайская зарядка 5В 2А от планшета, изготовленная с соблюдением минимально-допустимых норм безопасности.

Пользуясь случаем, сообщаю, что драйвер светильника из предыдущего обзора был успешно доработан, статья дополнена.

Сосед обратился с просьбой отремонтировать зарядное устройство для литиевого аккумулятора. После переполюсовки зарядное полностью перестало реагировать на сеть и аккумулятор. Так как тема использования для меня имеет в последнее время прикладной характер, решил соседу помочь.

Зарядное для аккумуляторов 18650

Со слов соседа, алгоритм работы устройства таков: при подключенном аккумуляторе и поданном сетевом напряжении загорается красный светодиод и горит до тех пор, пока аккумулятор не зарядится, после чего загорается зеленый светодиод. Без установленного аккумулятора и поданном сетевом напряжении, светится зеленый светодиод.

Судя по этикетке, заряд током 450 mA осуществляется в щадящем режиме, но как оказалось после вскрытия это вариант эконом)). Схема зарядки состоит из двух узлов: преобразователя сетевого напряжения на одном транзисторе MJE 13001 и контроллера уровня заряда.

Разборка зарядного от Li-Ion 18650

Схема зарядного для АКБ

Преобразователь на одном MJE 13001 часто встречается в дешевых зарядках для телефонов, а так же в зарядках типа «лягушка ». Рисовать ее не стал - просто посмотрел в интернете похожую схему. Плюс, минус один резистор/конденсатор большой роли не играют. Схема типовая.

Тестером прозвонил диоды, стабилитрон и транзистор, убедился в их целостности. Решил проверить резисторы и попал в точку! Оказался оборванным резистор R1 - 510 кОм (на вышеприведенной схеме это резистор R3), подтягивающий напряжение питания к базе транзистора. В наличии такого не нашлось, взамен его был установлен резистор на 560 кОм.

После замены резистора зарядка завелась.

Устройства