Разделы

В сети

Пользователей: 121
Из них просматривают:
Аналоги: 51. Даташиты: 9. Инструкции: 8. Новости: 29. Опросы: 1. Остальное: 6. Программы: 2. Производители: 1. Теги: 1. Форум: 9. Чат: 4.
Участников: 6
Гостей: 115

an , KT315 , alex01981 , Google , wolf170571 , Яндекс , далее...
Рекорд 2375 человек онлайн установлен 26.12.2015.

Партнёры


Партнёры

Новые объявления

Компьютеры

Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов

Написал MACTEP в 28.04.2013 14:30:00 (30268 прочтений)

Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементовК. ГАВРИЛОВ, г. Новосибирск

 

Предлагаемое устройство предназначено для питания ноутбука от бортовой сети автомобиля. Оно не содержит трансформаторов и дросселей.



Для питания большинства ноутбуков требуется постоянное напряжение около 19 В. Известные схемы автомобильных преобразователей напряжения питания для них (например, описанный в моей предыдущей статье "Автомобильный блок питания ноутбука на таймере КР1006ВИ1" в журнале "Радио", 2013, № 2, с. 22, 23) построены по принципу повышающего импульсного преобразователя с использованием трансформатора или накопительного дросселя. В отличие от них, в предлагаемом устройстве реализован двухтактный инвертор с диодно-конденсаторным удвоителем напряжения. Стабилизация выходного напряжения осуществляется методом широтно-импульсного (ШИ) регулирования.

Основные технические характеристики
Входное напряжение, В ....... 11...15
Выходное напряжение, В ........... 19
Максимальный выходной ток, А .... 4,7
КПД, % ...................... 61...83
Частота преобразования, кГц ...... 25
Габариты, мм   ............ 130x85x60
Вес, кг.......................... 0,6

Схема блока питания

 Рис. 1

 

Схема устройства показана на рис. 1. Устройство выполнено на основе специализированной микросхемы КР1114ЕУ4 (DA1), которая представляет собой двухтактный ШИ контроллер. Эта микросхема генерирует прямоугольные импульсы с управляемой длительностью. Элементы С4 и R7 задают частоту внутреннего генератора микросхемы около 25 кГц, а делитель R3R4 — минимальную длительность паузы между импульсами около 8 мкс (примерно 20 % от периода следования импульсов). Эта пауза предотвращает протекание сквозного тока через транзисторы при переключениях. Стабилизирующая обратная связь выполнена с использованием делителя напряжения R1R2R6 и внутреннего ОУ микросхемы DA1. На входы этого ОУ (выводы 1 и 2 микросхемы DA1) поступают сигналы обратной связи и образцового напряжения, на выходе ОУ (выводе 3 микросхемы DA1) формируется напряжение регулирования. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения, поступающие с выхода преобразователя. Частотная коррекция ОУ осуществляется посредством цепи на элементах R5 и СЗ. Выходы микросхемы DA1 (выводы 8— 11) — коллекторы и эмиттеры её выходных транзисторов — управляют инвертором на двух комплементарных парах мощных транзисторов VT1—VT4, включённых по мостовой схеме.

К выходу инвертора подключён удвоитель напряжения, содержащий выпрямитель на диодах Шотки VD1 — VD4 и конденсаторы С5—С7. Резисторы R9 и R12 ограничивают выходной ток микросхемы DA1 до 0,17...0,25 А и, соответственно, ток баз транзисторов VT1— VT4, чтобы не допустить их перегрузки. Ток через базы этих транзисторов выбран так, чтобы ограничить ток их коллекторов на уровне 5...10 А.

Удвоитель работает так. Предположим, открыт внутренний транзистор между выводами 8 и 9 микросхемы. В это время открыты транзисторы VT1 и VT4, a VT2 и VT3 — закрыты. При этом конденсатор С5 заряжается через диод VD1, а С6 через VD4 отдаёт заряд конденсатору С7, который питает нагрузку. Затем следует пауза, во время которой оба внутренних выходных транзистора микросхемы и транзисторы VT1 и VT4 закрыты. После паузы открывается внутренний транзистор между выводами 10 и 11 микросхемы и открываются транзисторы VT2 и VT3, a VT1 и VT4 остаются закрытыми. При этом конденсатор С6 заряжается через диод VD2, а конденсатор С5 через VD3 отдаёт заряд конденсатору С7. Затем вновь следует пауза, во время которой все транзисторы VT1—VT4 закрыты, после чего процесс повторяется. Конденсатор С2 подавляет помехи во входной цепи питания, а также препятствует проникновению импульсных помех, генерируемых преобразователем, в бортовую сеть автомобиля.

При снижении входного напряжения ниже минимально допустимого значения (оно составляет 10...11 В и зависит от тока нагрузки) преобразователь выходит из режима стабилизации напряжения, его выходное напряжение снижается, так как удвоитель не может обеспечить на выходе напряжение больше удвоенного входного.

Внешний вид блока питанияВнешний   вид   собранной   платы устройства показан нэ рис. 2. Микросхему КР1114ЕУ4 (DA1) можно заменить аналогами МВ3759Р, TL494CN. КА7500В, IR9494. Вместо транзисторов КТ8102Б (VT1, VT3) и КТ8101Б (VT2, VT4) можно применить КТ8102А и КТ8101А соответственно. Транзисторы VT1 и VT2 следует установить на одном теплоотводе, VT3 и VT4 — на другом. Площадь каждого теплоотвода — около 200 см2. На транзисторе комплементарной пары с меньшим коэффициентом передачи тока базы больше падение напряжения и рассеивание тепла, поэтому установка транзисторов в каждом плече моста на общий теплоотвод позволяет выровнять их тепловой режим. При этом не требуется электрическая изоляция транзисторов от теплоотвода.

Диоды Шотки 2Д219А (VD1— VD4) можно заменить другими из серий 2Д219, 2Д2998, КД2998. Эти диоды устанавливают без теплоотводов. Можно применить MBR1035, MBR1045, КД271—КД273 с индексами "А" или "АС", установив каждый диод на отдельный теплоотвод площадью 10... 15 см2 или через изолирующие прокладки на общий теплоотвод площадью 60 см?. Пригодны диоды КД271 — КД273 с другими индексами, а также серий КД213, 2Д231, 2Д251, 2Д252, 2Д2992, 2Д2993, КД2995-КД2997, но площадь теплоотвода на один диод нужно увеличить до 25 см2.

Оксидные конденсаторы С2, С5— С7 должны быть рассчитаны на допустимый импульсный ток не менее 3 А и иметь по возможности малое эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС), т. е. относиться к категории "Low ESR". Это позволяет снизить пульсации выходного напряжения и повысить надёжность устройства. Подойдут, например, конденсаторы Jamicon серий WL, TL или TZ. При необходимости каждый из них можно заменить несколькими параллельно соединёнными одинаковыми конденсаторами. В этом случае можно ориентировочно полагать, что допустимый импульсный ток растёт пропорционально числу соединённых конденсаторов. Так как в силовых цепях устройства протекает значительный импульсный ток, при разводке печатной платы важно, чтобы общий провод и плюсовая шина питания, используемые в силовой части устройства, соединялись с соответствующими проводниками слаботочной части на выводах конденсатора С2. В противном случае возможны срывы генерации и другие нарушения работы устройства.

Движком подстроенного резистора R1 устанавливают выходное напряжение преобразователя, оно может находиться в пределах 18...20 В. Соединения входа преобразователя с бортовой сетью и выхода с ноутбуком выполнены так же, как в предыдущей конструкции.

 

Литература

Автомобильный блок питания ноутбука на таймере КР1006ВИ1 -  "Радио", 2013, № 2, с. 22, 23)

 

Радио №4 2013г стр. 20-21

17
 
Комментарии принадлежат их авторам. Мы не несем ответственности за их содержание.
Отправитель Нити
T112-10
Отправлено: 28.04.2013 22:59  Обновлено: 28.04.2013 22:59
Технический Директор
Дата регистрации: 17.07.2010
Откуда: Спиртогонск
Сообщений: 2053
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Хорошая схема, без гемору с намоткой и на наших деталях.
Можно ли упростить, оставив только два транзистора и два диода? Такое решение я видел в схеме другого (маломощного) ПН. КПД будет выше, но "массы" ноутбука и авто должны быть изолированы друг от друга. Вот только не знаю - потянет ли тогда такую мощность. По идее, должен.
evildesign
Отправлено: 28.04.2013 23:15  Обновлено: 28.04.2013 23:15
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Это идиотская схема. При таком КПД и таких импульсных токах...
T112-10
Отправлено: 28.04.2013 23:47  Обновлено: 29.04.2013 0:10
Технический Директор
Дата регистрации: 17.07.2010
Откуда: Спиртогонск
Сообщений: 2053
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Ну импульсные токи в любых схемах нехилые, а КПД, конечно, маловат, но это видимо потому, что ток идёт каждый полупериод через два диода и два транзистора. А это почти 3В падения напряжения и около 30Вт мощности - т.е., как раз 30-40% потерь.
А если примириться с обязательной изоляцией "масс" (что впрочем, никаких неудобств не доставит) и оставить два диода и два транзистора, то КПД можно теоретически поднять до 80-85%, что весьма неплохо.
terio007
Отправлено: 02.05.2013 19:45  Обновлено: 02.05.2013 19:45
Инженер
Дата регистрации: 03.01.2012
Откуда: Новосибирск
Сообщений: 800
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
evildesign : Это идиотская схема.
_______________________________

Хорошая рецензия.Присоединяюсь.
KT315
Отправлено: 02.05.2013 20:30  Обновлено: 02.05.2013 20:30
V.I.P.
Дата регистрации: 24.06.2011
Откуда: Мухосранск
Сообщений: 2026
Пользователь активен!
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Тогда зачем такие схемы печатают в популярнейших журналах? 
terio007
Отправлено: 02.05.2013 21:00  Обновлено: 02.05.2013 21:00
Инженер
Дата регистрации: 03.01.2012
Откуда: Новосибирск
Сообщений: 800
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
KT361  Тогда зачем такие схемы печатают в популярнейших журналах?

ееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееееее                                                     Схема на первый взгляд  рабочая.Если лень мотать катушку и согласен похерить кпд. то почему бы и нет.                                                                                                                                                                                А почему печатают?  Ну надо же им что-то печатать. 
Отмажутся если что - дескать журнал то не для профи,а для любителей...вот такое и печатаем 
Gruffi
Отправлено: 02.05.2013 23:42  Обновлено: 02.05.2013 23:42
Технолог
Дата регистрации: 11.11.2011
Откуда: Moscow
Сообщений: 135
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Любые питающие схемы удвоителей и умножителей напряжения можно назвать дурацкими т. к. они не оптимальны. И чем больше токи, тем они более дурацкие.   
Но у них есть и достоинства. Здесь нет катушки. Для кого-то это может оказаться решающим. 
знаю, что многие боятся катушек индуктивности, особенно для импульсных источников. 
Их можно понять - сердечника или нет или его параметры неизвестны.
И если индуктивность еще можно измерить специальным тестером, то чтобы измерить ампер-витки до насыщения, нужен специальный прибор ( я сделал такой, собственной конструкции - было интересно). 
Поэтому такие "дурацкие" схемы тоже имеют право на жизнь.
evildesign
Отправлено: 03.05.2013 10:58  Обновлено: 03.05.2013 10:58
Модератор
Дата регистрации: 26.01.2010
Откуда: Тирасполь
Сообщений: 3374
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
Имеют право на жизнь только в головах дураков. Тут еще и принципиальных ошибок немерянно.
Умножители с переключающимися конденсаторами прекрасно работают на токах до десятков миллиампер. Чем меньше ток-тем эффективнее схема.
Profus
Отправлено: 09.05.2013 9:42  Обновлено: 09.05.2013 9:42
Младший сотрудник
Дата регистрации: 11.05.2012
Откуда: Kiev
Сообщений: 23
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
К.П.Д. процесса зарядки конденсатора от источника постоянной э.д.с. не может превышать 50%  !  Для его увеличения необходимо принимать специальные меры!
Gruffi
Отправлено: 09.05.2013 15:35  Обновлено: 09.05.2013 15:35
Технолог
Дата регистрации: 11.11.2011
Откуда: Moscow
Сообщений: 135
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
То, что умножители напряжения работают тем хуже, чем больше токи и число умножения, я знаю не хуже вашего, можете поверить.
Но вот в то, что схема нерабочая, что фото - подделка и т. п. в этом я сильно сомневаюсь, хотя вникать и терять на это время, просто не хочу.. 
По поводу КПД - немало любителей делает импульсные преобразователи с плохими катушками, причины разные - неправильный сердечник, число витков и т. п. 
Эти преобразователи обычно работают, но работают плохо - низкий КПД, большие пульсации при насыщении и т. п. 
Повторяю, не у всех есть осциллограф, не все могут измерить и расчитать индуктивность, так что схема имеет право на жизнь.
Я бы такую не стал делать - у меня есть осциллограф и другие необходимые приборы.
Aenigma
Отправлено: 22.09.2015 12:47  Обновлено: 08.07.2016 13:47
Школьник
Дата регистрации: 22.09.2015
Откуда:
Сообщений: 1
 Автомобильный блок питания ноутбука без намоточных элементов
T112-10
Цитата:
Хорошая схема, без гемору с намоткой и на наших деталях.
Можно ли упростить, оставив только два транзистора и два диода? Такое решение я видел в схеме другого (маломощного) ПН. КПД будет выше, но "массы" ноутбука и авто должны быть изолированы друг от друга. Вот только не знаю - потянет ли тогда такую мощность. По идее, должен.
Уменьшение числа транзисторов и диодов не позволило бы увеличить КПД! Двухтактный удвоитель всегда эффективнее однотактного, так как токи через его элементы в 2 раза меньше (при одинаковом выходном токе), не смотря на то, что ток в каждом такте проходит через вдвое большее количество диодов и транзисторов. В первом приближении можно считать, что мощность потерь при этом тоже уменьшается в 2 раза, так как она пропорциональна квадрату тока. Это общие рассуждения, касающиеся удвоителей напряжения, они не вполне относятся к данной схеме, так как эта схема - не обычный удвоитель, но об этом ниже. Теоретически КПД данной схемы не зависит от количества тактов удвоения - в идеале её КПД равен Uвых/(2*Uвх). В реальности к этому добавляются потери на питание микросхемы и базовых цепей транзисторов, а также "паразитные" потери - на сквозные токи ключей и нагрев конденсаторов. У этой схемы довольно большой выходной ток, поэтому применять однотактный удвоитель категорически не рекомендуется. Во-первых, существенно вырастут импульсные токи (которые и так немалые) и пульсации выходного напряжения. Во-вторых, это повлечёт за собой дополнительное снижение КПД, главным образом, за счёт увеличения "паразитных" потерь. Скорее всего, в этом случае потребовалось бы применение других транзисторов, конденсаторов, и схема усложнилась бы.

Цитата:
Ну импульсные токи в любых схемах нехилые, а КПД, конечно, маловат, но это видимо потому, что ток идёт каждый полупериод через два диода и два транзистора. А это почти 3В падения напряжения и около 30Вт мощности - т.е., как раз 30-40% потерь.
А если примириться с обязательной изоляцией "масс" (что впрочем, никаких неудобств не доставит) и оставить два диода и два транзистора, то КПД можно теоретически поднять до 80-85%, что весьма неплохо.
При работе от аккумулятора (Uвх ≈ 12 В) КПД этой схемы не так уж мал (~70% ), т. е. приближается к КПД импульсных источников среднего качества. Потери на диодах небольшие (они на ощупь едва тёплые), основные потери - на транзисторах. Дело в том, что эта схема - не обычный удвоитель. Транзисторы в ней работают в линейном (ненасыщенном) режиме, в открытом состоянии их ток коллектора приблизительно постоянный. Это, с одной стороны, повышает скорость их переключения и ограничивает токи перезаряда конденсаторов, с другой - используется для стабилизации выходного напряжения - на транзисторах падает избыток напряжения, как в обычных линейных стабилизаторах. КПД зависит, главным образом, от того, какую часть напряжения нужно гасить на транзисторах: чем больше входное напряжение, тем меньше КПД (он ограничен величиной Uвых/(2*Uвх)). От нагрева диодов КПД не зависит - просто меньше тепловыделения придётся на транзисторы. Также в этой схеме крайне нежелательно использовать полевые транзисторы - ток через открытый канал будет достигать неприлично больших величин, будет излишне греть конденсаторы и сокращать срок их службы.

Для тех, кто считает, что схема плохая и содержит ошибки: она хорошо себя показала при длительной эксплуатации. Этим источником я пользовался, например, по дороге с Алтая.

Открыть изображение в новом окне

Открыть изображение в новом окне

Разное

Если "ревёт" один из дросселей резонансного стабилизатора, забейте деревянный клин между его катушками.

Интересно

Сортировать всякую всячину поможет магнит, завернутый в бумагу или полиэтилен.

Похожие новости