ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ НА 12...24 Вт

    Данный импульсный блок питания может использоваться как модуль питания систем управления, дежурного режима, драйвера для светодиодов, источника питания переносной аудиоаппаратуры и маломощных усилителей мощности.

    Функциональное описание
   DK112 и DK124 - микросхемы автономного импульсного источника питания. Отличается от ШИМ контроллера и внешнего комбинированное решение MOS с дискретным питанием, включают в себя ШИМ-контроллер, силовой транзистор на 700 В, схему измерения пикового тока и запатентованную технологию автономного питания, в которой отсутствуют обмотки вспомогательного источника питания, что значительно уменьшает количество компонентов, размер и вес схемы, что важно для чувствительных к стоимости блоков питания со стабилизированным выходным напряжением.

   Особенности контроллера:
   - входное напряжение 85V-265V
   - встроенная высоковольтный транзистор 700V
   - внутренне интегрированная пусковая цепь высокого напряжения, внешний пусковой резистор не требуется
   - встроенная схема плавного пуска 16 мс
   - встроенная схема компенсации высокого и низкого напряжения для поддержания максимальной выходной мощности высокого и низкого напряжения
   - запатентованная технология с автономным питанием, нет необходимости во внешнем вспомогательном источнике питания
   - встроенная схема частотной модуляции упрощает конструкцию периферийных электромагнитных помех
   - защита от перенапряжения, перегрева, перегрузки по току.

   Область применения
   - DVD, VCR, STB блок питания
   - адаптер, зарядное устройство питания
   - питание дежурного режима
   - светодиодный источник питания

Диапазон мощности

    Описание функции выводов микросхемы
   1, 2 – GND
   3 – FB – вход управления обратной связью FB
   4 – VCC – чип питания
   5,6,7,8 – OC – выходной контакт силового транзистора

    ПРЕДЕЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
    Напряжение питания VCC ..................................................... -0,3 В- -8 В.
    Ток питания VCC .................................................................... 100 мА
    Напряжение на контакте ........................................................ -0.3V - VCC + 0.3V
    Выдерживаемое напряжение силового транзистора............. 0.3V - 780V
    Пиковый ток ............................................................................. 1,5А для DK124 и 0,8А для DK112
    Общая рассеиваемая мощность ........................................... 1 Вт
    Рабочая температура ............................................................. -20 ℃ ... + 140 ℃
    Температура хранения ........................................................... -55 ℃ ... + 155 ℃
    Температура разрушения ...................................................... + 280 ℃ / 5S

    Функциональная схема ШИМ контроллера:

    Зависимость высоковольтного выброса от индуктивности первичной обмотки:

    Типовая схема включения:

    Конструкция трансформатора (пример)
    Определение параметра:
    При проектировании трансформатора необходимо сначала определить некоторые параметры, диапазон входного напряжения, выходное напряжение и ток, частота переключения, максимальный рабочий цикл.
    (1) Диапазон входного напряжения AC 85...265В
    (2) Выходное напряжение и ток DC12V / 1A
    (3) Частота переключения F = 65 кГц
    (4) Максимальный коэффициент заполнения D = 0,5
    Выбор сердечника:
    Сначала рассчитаем входную мощность источника питания P = Pout / η (η относится к КПД импульсного источника питания, установленному на 0,8),
    Pout = Vout x Iout = 12 В x 1 А = 12 Вт, P = 12 / 0,8 = 15 Вт. Мы можем передать производителя ядра
    Приведенная схема выбрана и также может быть выбрана расчетным путем. Мы можем проверить режим диаграммы, чтобы выбрать источник питания 15 Вт EE20 или для сердечника EE25. Возьмем сердечник EE25 для следующего расчета.
    Расчет первичного напряжения Vs
    Входное напряжение AC85-265 В, рассчитывается максимальная мощность при минимальном напряжении, минимальное напряжение 85 В.
    Vs = 85 x 1,3 = 110 В (с учетом падения напряжения в линии и падения напряжения выпрямления)
    Расчет времени
    Длительность = 1 / F x D = 1/65 x 0,5 = 7,7 мкСм;
    Расчет количества витков первичной обмотки Np
    Np = (Vs x Ton) / (ΔBac x Ae)
    Np --- исходное количество оборотов
    Vs --- напряжение постоянного тока первичной стороны (минимальное значение напряжения)
    Тонна --- время проводимости
    ΔBac --- переменная рабочая магнитная плотность (мТл), установленная на 0,2
    Ae --- эффективная площадь магнитного сердечника (мм2) EE25 сердечник - 50 мм2
    Np = (110 x 7,7) / (0,2 x 50) = 84,7 ≈ 85
    Поскольку трансформатор не может занять половину оборота, возьмем 85 витков.
    Расчет количества витков вторичной стороны Ns
    Ns --- номер вторичной стороны
    Np --- исходное количество оборотов
    Vout --- выходное напряжение (включая падение напряжения в сети и падение напряжения на выпрямителе, 12 В + 1 В = 13 В)
    Vor --- напряжение обратной связи (установите это напряжение не выше 150 В, чтобы не повредить чип перенапряжения, в этой конструкции
    Установите на 100 В)
    Ns = (13 x 85) / 100 = 11 витков
    Расчет первичной индуктивности Lp
    Lp = (Vs x Ton) / Ip
    Lp --- первичная индуктивность
    Ip --- первичный пиковый ток (максимальный пиковый ток чипсета 720 mА)
    Lp = (100 x 7,7) / 720=1.18≈1.2 (mH)
    Проверка конструкции трансформатора
    Максимальная магнитная индукция трансформатора не должна превышать 0,4 Тл. (Магнитная индукция насыщения феррита обычно составляет 0,4 Тл.
    Справа), поскольку несимметричная цепь обратного хода работает в первом квадранте B-H, магнитный сердечник имеет остаточное сопротивление Br около 0,1T, поэтому максимальный
    Рабочий поток Bmax составляет всего 0,4-0,1 = 0,3 Тл
    Bmax = (Ip x Lp) / (Np x Ae)
    Bmax = (800 x 1,2) / (85 x 50) = 0,225
    Bmax <0,3 доказывает, что дизайн является разумным
    Индуктивность рассеяния трансформатора
    Поскольку трансформатор не является идеальным устройством, в процессе производства должна быть индуктивность рассеяния, и индуктивность рассеяния будет влиять на стабильность и безопасность продукта.
    Все, чтобы уменьшить индуктивность рассеяния, контролируется в пределах 5% от индуктивности, а метод сэндвич-обмотки может уменьшить индуктивность рассеяния.
   
    И вот тут начинает Схемопанорамма, точнее СМЕХОПАНОРАММА.
В другом даташнике приведена схема на такой же преобразователь, но вот параметры трансформатора уже взяты с потолка:

    Тот же сердечник ЕЕ25, содержащий на 5 витков больше имеет индуктивность в 2 раза меньше. Однозначно что то не то, явно кто-то что-то намудрил:

    Параметры блока питания и магнитопровода вбиваются в программу по расчету импульсных блоков питания от Денисенко и получается следующая картинка:    

    В общем очень сильно похоже на действительность. Мотаю согласно полученным расчетам. Единственная не точность в изготовлении зазора – 0,4 мм. Получилось немного больше за счет слоя клея.
   Использовалась микросхема DK112, выпаянная из готового блока питания, купленного на Али.
Включаю – работает, выдает 13 вольт, но ограничение тока начинается сразу после превышения на нагрузке 0,45 А. Увеличиваю зазор – не могу получить больше 0,3 А. Уменьшаю – 0,55А, а дальше срабатывает защита от перегрузки.
   Но ведь эта ерунда как то работает на сердечнике ЕЕ22 и выдает заявленные 1,5А:

    Уменьшая зазор я увеличиваю индуктивность, следовательно нужно больше витков в первичке. Ввожу новые данные:

    Разборка, смотка, намотка новых обмоток на трансформатор. На всякий случай проверяю что с номиналами клампера:

    Даже на быстром диоде тепла выделяться будет не много и это радует.
   По итогу при 13 вольтах выходного напряжения с данного блока питания удалось получить ток на выходе 2,4 А (!) при сетевом напряжении 158…262 вольта. При этом происходит нагрев как сердечника, так и самой микросхемы. Скорей всего частоты выше 50 кГц для сердечника великоваты – выброс напряжения самоиндукции тоже великоват, по сравнению с Китайским братом.
   Беспокоил нагрев микросхемы и посетила мысль о радиаторе для нее. Понятно, что указана температура в 140 градусов как максимальная рабочая, но я не сторонник таких температур, особенно в блоках питания и ставлю радиатор на микросхему.

    Кстати мысль об установке радиатора посетила не меня одного:

    Нагрузив блок питания на 1 ампер и выждав более часа произвожу контроль температуры радиатора:

    58 градусов вполне нормальная температура для микросхемы с максимальной в 140. Но за истекшее время феррит нагрелся так же градусов до 60-ти, поэтому на него тоже будет установлен радиатор. Греется сам феррит, поскольку плотность тока в обмотке даже при полутора амперах не выше 4 ампер на квадратный миллиметр, следовательно провод не может разогреть трансформатор до такой температуры.
    В итоге получилась вот такая схема блока питания:

    Расположение деталей на печатной плате (прошла маленький тюнинг после снятия видеосюжета) В частности изменено включение снаббера во вторичной цепи, изменены номиналы в цепи светодиода оптрона для увеличения протекающего тока. Конденсатор С9 замыкается с минусом втоичного питания через металлическую подложку для данного БП (ну это мне так надо):

    Более наглядно показано в видео:

   Привезенные из Ростова микросхемы полностью работоспособны, DK112 полностью повторила параметры микросхемы выпаянной из купленного блока питания. А вот DK124 удивила. Впрочем подробно в видео:

   Получил DK124 из Китая (БРАЛ ТУТ). В общем и целом микросхемы повели себя точно так же как и привезенные из Ростова - может развить ток на нагрузке до 5 ампер, но через 16 минут под нагрузкой 1,5 А ее разорвало. Радиатор успел прогреться градусов до 62-63. Подробности ниже:

   Поскольку причина вылета осталась не понятной было решено провести еще один эксперимент - использовать вместо клампера супрессор. В итоге схема блока питания приобрела вид:

   Термометр у меня выключается через час работы, после повторного включения я еще несколько минут размышлял добавлять этот материал или нет и в конце концов решил добавить - если сказал А, то нужно говорить и Б.
   В общем спустя 90 минут работы термометр показывал следующее:

   Разумеется, что захотелось попробовать максимализм - даташник обещает 24 Вт, делаю небольшую перегрузку 12,8 вольта на 2 ампера = 25 Вт. Спустя два часа получаю следующие результаты:

   Жарковато конечно, в даташнике указана максимальная рабочая температура 140ºС. Даже с учетом не очень хорошего теплового сопротивления корпуса до критического состояния еще далековато, следовательно 20...24 Вт с данного блока питания можно снимать.

   Ну и напоследок несколько слов об отличиях данного контроллера.
   Рабочая частота может изменяться в небольших пределах и имеет 12 фиксированных ступеней изменения. Совместно с традиционным ШИМ управлением это позволяет получить более устойчивую работу контроллера на малых тока потребления.

   Данный контроллер разумеется работаеит и как полноценный ШИМ - длительность импульсов изменяется пропорционально нагрузке:

   Кроме этого при перегрузке рабочая частота уменьшается до 22 кГц с нормированной длительностью импульса. Это позволяет не перегружать силовой транзистор и контролировать нормализацию нагрузки. Если нагрузка пришла в норму контроллер переходит в штатный режим работы.
   В даташнике упоминается о запатентованной системе питания самой микросхемы, отбирающей часть напряжения с коммутируемой обмотки, но я сильно не вникал – повлиять на это нет возможности, следовательно это можно воспринимать как «ДАНО».

   Архив со схемой и даташниками находится ЗДЕСЬ.

  
   Блок питания, который использовался в качестве донора микросхемы DK112 покупался ЗДЕСЬ. Цена у других продавцов может отличаться, но это при условии бесплатной доставки Cainiao Super Economy. Как только Вы выбираете 2 и более штуки доставка переключается на платную и тут уже лучше держать под рукой калькулятор. Хотя как по мне - разница в 10 центов погоды не делает.
   Ферритовые магнитопроводы покупал ЭТИ. Согласен - доставка в шесть басков дороговата, но я заказывал три типоразмера и по итогу доставка обошлась меньше 10 долларов.
   Радиаторы для этих источников питания я использовал от того, что валяется в ящике и памяти нет откуда что бралось. Довольно долго рылся на Али и пришелк выводу, что наиболее экономно получается взять ТАКИЕ радиаторы. Отрезав от него три ребра получаем хороший радиатор на трансформатор, а отрезанные три ребра как раз станут радиатором для контроллера. В общем одним выстрелом по двум зайцам, но придется повозится со скотчем.
   Можно пойти ДРУГИМ путем - резать ни чего не надо, поскольку один радиатор можно поставить на микросхему, а два приклеить на феррит, но так получается чуть дороже.
   Предохранители такого типа для меня как бы в новинку - по ремонтам пользовался, но в самопал еще не ставил. Поэтому заказал НАБОР предохранителей. Посмотрю какие быстрей будут заканчиваться и тогда уже буду делать выводы.
   Фильтр сетевого питания на Али позиционирутеся как UU9.8 или UF9.8. Отличаются вариантами установки ферритового сердечника, поскольку каркас позволяет устанавливать его и вертикально и горизонтально.

   Указанная индуктивность кроме индуктивности указывает и на ток, который можно пропускать через этот фильтр, поскольку большую индуктивность толстым проводом не намотаешь. Для UU9.8 и UF9.8 картина выглядит следующим образом:
   5 mH - диаметр провода 0,35 мм
   10 mH - диаметр провода 0,27 мм
   30 mH - диаметр провода 0,2 мм
   Дальше уже в зависимости от желаемой плотсности тока не трудно определить какой максимум через тот или иной фильтр можно пропускать.
   Установочные размеры приведены ниже:

   И пока при памяти данные по проводам более крупного фильтра UU10.5 или UF10.5
   5 mH - диаметр провода 0,5 мм
   10 mH - диаметр провода 0,5 мм
   20 mH - диаметр провода 0,37 мм
   Для своих нужд я заказал ТАКИЕ, индуктивностью 30 mH - при плотности тока в 3 ампера на квадратным миллиметр мощность получается порядка 20 Вт, что для этого преобразователя почти максимум.
   Сетевые электролитические конденсаторы для этого блока питания я выбирал на напряжение 450 вольт. На оригинальном стоит 15 мкфФ на 400 вольт, но 15 мкФ мне показалось мало, поэтому выбор пал на ЭТИ ЭЛЕКТРОЛИТЫ - 33 мкФ 450 В (доставка 6 недель, конденсаторы от 29мкФ до 34мкФ, ESR от 0,7 до 1,1 Ома). По началу рука тянулась СЮДА, но доставка Cainiao Super Economy это как минимум 2 месяца, поэтому поразмышляв после получения 33 мкФ решил попробовать 47мкФ на 450В от NICHICON. Доставка ровно месяц, емкость от 42 мкФ до 51мкФ, ESR от 0,38 Ом до 0,52 Ом.
   Конденсаторы
   Электролиты для вторичного питания не заказывал в этот раз - еще есть запасы с прошлого года. Заказывал ЗДЕСЬ несколько позиций, в том числе на 680 мкФ на 25, используемые в этом импульсном блоке питания.
  
   Оригинальные даташиты на DK112 и DK124, принципиальная схема и чертеж печатной платы данного источника питания ЗДЕСЬ. Файлы многостраничные.
   Программа для расчетов импульсных блоков питания ЗДЕСЬ.
  
   Если для кого то это сложно или некогда заморачиваться с единичной сборкой, то можно купить уже готовые блоки питания:
   12В, 0,45А - заказывал несколько штук, использовал в качестве источника питания антенного усилителя, небольшой светодионой лампы, источника питания вентилятора принудительного охлаждения;
   12В, 1,5А - дежурный режим сварочного аппарата (замена штатного во время ремонта), светодиодный светильник;
   12В, 2,5А - брал 2 штуки, из одного сделал светодиодный светильник;
   12В, 5А - еще не использовал
   Упомянутые источники питания тестировались в реальности и показали соответствие заявленным параметрам.