Рис. %img:view
| [Home] | [Donate!] [Контакты] |
Canon K30229 - блок питания, устанавливаемый в некоторые модели принтеров Canon, например, используется для питания принтера "Canon PIXMA iP2000".
Существует мнение, что адаптерами называют только внешние блоки питания. На самом деле, это не совсем так. И хотя, действительно, чаще всего адаптерами называют именно внешние блоки питания, тем не менее, встроенные также допустимо называть адаптерами. Впрочем, рассматриваемый пример, "Canon K30229", интересен не только тем, что он, являясь встроенным блоком питания, официально называется адаптером, но и тем, что он просто очень хорошо спроектирован и добротно сделан и в определённой степени является одним из тех образцов, на которые можно ориентироваться при разработке импульсных блоков питания.
Оглавление
На корпусе блока питания имеется следующая важная информация:
Canon K30229
AC ADAPTER
Input: 220-240V 50/60Hz 0.35A
Output: 24V 1.1A
MADE IN THAILAND
Блок питания выполнен в виде завершённого узла; имеет свой пластиковый корпус. Корпус полностью закрытый (даже без вентиляционных отверстий), что полностью исключает возможность случайного контакта с элементами, находящимися под опасным напряжением. Кабель питания для включения в сеть и нагрузка подключаются через свои разъёмы.
Внутри корпуса находится печатная плата, на которой размещены все элементы блока питания. На плате имеются две зоны: "Primary" (имеет гальваническую связь с сетью) и "Secondary" (не имеет гальванической связи с сетью; низковольтные вторичные цепи, отвечающие за получение выходного напряжения). Между зонами на плате имеется довольно широкий промежуток (не менее 7 мм), свободный от токопроводящих дорожек и элементов. Единственные элементы, пересекающие "границу", это трансформатор T1, оптрон PC1 и конденсаторы C4, C8.
Рис. %img:b1. Печатная плата блока питания Canon K30229 (вид сверху).
Рис. %img:b2. Печатная плата блока питания Canon K30229 (вид снизу).
Принципиальная схема блока питания достаточно проста благодаря удачно выбранному PWM (ШИМ) контроллеру, для которого требуется минимальное количество внешних элементов.
Рис. %img:cir. Схема блока питания Canon K30229
На входе блока питания установлен плавкий предохранитель F1, который срабатывает в случае серьёзных неисправностей в блоке питания; в исправном блоке питания потребляемый ток ограничивается ШИМ контроллером (IC1 на схеме). Фильтр C1, L1, C10 предотвращает проникновение в сеть помех, возникающих в процессе работы блока питания (L1 здесь - синфазный дроссель на ферритовом сердечнике, служит для подавления синфазной помехи). Резистор R13 необходим для быстрого гарантированного разряда конденсаторов, установленных в фильтре электромагнитных помех; без резистора существует опасность того, что пользователь разрядит эти конденсаторы на себя, взявшись за вилку только что отключённого от сети устройства.
Выпрямление сетевого напряжения происходит абсолютно стандартно - с помощью мостового выпрямителя (D1..D4) и сглаживающего пульсации электролитического конденсатора C2.
Приятная особенность используемого ШИМ контроллера - он сам обеспечивает себе питание, используя входное высокое напряжение; это выгодно отличает данный контроллер от множества других, которым требуется цепь питания для запуска (которая питается высоким - выпрямленным сетевым напряжением) и низковольтное питание для рабочего режима (от отдельной обмотки трансформатора). Это не только усложняет схему из-за увеличения количества элементов, но, что ещё хуже, усложняет трансформатор, требуя наличия дополнительной обмотки. Дополнительная обмотка, хотя сама является низковольтной, она имеет гальваническую связь с сетью через питаемые цепи и поэтому должна надёжно изолироваться от вторичной обмотки. Здесь же, для того чтобы контроллер мог обеспечить себя питанием, требуется лишь два дополнительных элемента: диод (D6, выпрямляет сетевое напряжение) и конденсатор C6 (накопительный конденсатор, хранящий запас энергии; контроллер поддерживает на этом конденсаторе напряжение, требуемое для своего питания).
В качестве ключевого транзистора, установленного в цепи первичной обмотки импульсного трансформатора (T1), используется транзистор Q1 типа K3699 - быстродействующий мощный высоковольтный (900 В - максимальное напряжение сток-исток) n-канальный MOSFET. Транзистор управляется от вывода 5 микросхемы IC1. Элементы R3, D5, ZD1 в цепи затвора транзистора являются вспомогательными; резистор R3 ограничивает ток в цепи затвора при включении транзистора (ограничивает зарядный ток ёмкости затвора); диод D5 ускоряет процесс закрытия транзистора; стабилитрон ZD1 ограничивает напряжение на затворе во время переходных процессов.
ШИМ контроллеры из серии NCP1200 работают на фиксированной частоте, определяемой встроенным генератором и не требуют внешних частотозадающих цепей. В серии есть три варианта контроллеров с частотами 40, 60 и 100 кГц. В данном блоке питания в качестве IC1 используется микросхема NCP1200P100, частота генератора которой составляет 100 кГц (более высокая частота требует большей аккуратности при проектировании во избежание нежелательных эффектов, но позволяет получить достаточно мощный блок питания при очень малых размерах).
Ток через ключ Q1 замыкается на общий провод первичной цепи через шунт R1 (здесь это резистор с сопротивлением 1.2 Ом). Напряжение с шунта подаётся на вход 3 контроллера ШИМ через резистор R2 (вместе с дополнительным конденсатором C9 они образуют простейший фильтр); контроллер ограничивает импульс тока через ключ в каждом цикле своей работы на уровне, соответствующем напряжению на шунте примерно 1 В; в данном случае это означает ограничение тока на уровне примерно 0.8 А.
Во вторичной цепи блока питания видим выпрямитель на диоде Шоттки (D22), диод, как обычно делается в подобных выпрямителях, зашунтирован конденсатором (C21) для подавления "звона" (резонансных явлений на паразитных элементах схемы в моменты переключения диода). Конденсатор C22 является сглаживающим. Стабилитрон ZD21 защищает нагрузку, если в результате неисправности блока питания, на выходе устанавливается напряжение, существенно выше номинального.
Стабилизация выходного напряжения, как обычно в подобных схемах, реализуются за счёт цепи обратной связи, вводимой с помощью оптрона (PC1), который также обеспечивает гальваническую развязку между вторичной и первичной цепями. Выход оптрона включается между выводом 2 ШИМ контроллера IC1 и общим проводом первичной цепи; никаких дополнительных элементов не требуется (если не считать фильтрующего конденсатора C5).
Ток на входе оптрона задаёт "программируемый стабилитрон" TL431 (IC21), который управляется напряжением с делителя напряжения R25, VR21, R26. Делитель подключён к выходу выпрямителя блока питания, поэтому напряжение на R26 пропорционально выходному напряжению. Элементы делителя подбирают таким образом, чтобы при номинальном напряжении на выходе выпрямителя, на выходе делителя (на R26) напряжение было равно пороговому напряжению для IC21. Тогда, если напряжение на выходе блока питания повышается, напряжение на управляющем выходе IC21 становится выше порогового уровня, в результате чего появляется ток через светодиод оптрона PC1. За счёт этого возникает сигнал на входе управления ШИМ контроллера IC1 (вход 2), вынуждающий контроллер начать снижение длительность импульсов. При этом напряжение на выходе блока питания понижается до требуемого уровня. Если напряжение на выходе оказывается ниже номинального, ток на входе оптрона отсутствует, а ШИМ контроллер начинает работу в "максимальном" режиме, повышая напряжение на выходе блока питания.
Благодаря наличию подстроечного резистора VR21 в делителе напряжения, в процессе настройки можно точно установить выходное напряжение блока питания.
На выходе блока питания имеется фильтр синфазной помехи в виде элемента L21 (синфазный дроссель на ферритовом кольце). Это также положительно характеризует данный блок питания.
Наконец, заметим, что между общим проводом первичной цепи блока питания (цепи высокого напряжения) и общим проводом вторичной цепи (выходные цепи низкого напряжения) включены конденсаторы C4, C8 небольшой ёмкости. Конечно, это в некоторой степени снижает надёжность гальванической развязки с сетью; кроме того, если цепи питаемого устройства имеют связь с "землёй", появляется небольшой ток утечки на "землю" (до 0.3 мА при указанных на схеме ёмкостях конденсаторов). Но зато значительно снижается уровень синфазной помехи на выходе блока питания, которая возникает за счёт наличия паразитной емкостной связи между первичной и вторичной обмотками импульсного трансформатора. Блоки питания без подобных конденсаторов заметно "шумят", создавая электромагнитные помехи и для питаемого устройства, и для других устройств, находящихся поблизости (довольно чувствительны к ним, например, радиоприёмники). Благодаря конденсаторам C4, C8, проникающая на вторичную обмотку импульсного трансформатора синфазная помеха практически полностью замыкается на общий провод первичной цепи блока питания, так как ёмкость конденсаторов во много раз больше паразитной ёмкости между обмотками (соответственно, реактивное сопротивление переменному току многократно меньше, чем сопротивление паразитной ёмкости).
В целом блок питания очень хороший, хотя конечно, не идеальный. Например, можно придраться к тому, что только одна линия питания от сети защищена предохранителем (в идеале следует ставить два предохранителя); не используется линия заземления, за счёт которой можно было бы использовать более совершенный фильтр электромагнитных помех, защитить питаемое устройство от утечек на землю переменного тока, проникающего из сети через конденсаторы C4, C8 и обезопасить пользователя от риска поражения током в случае неисправности блока питания.
Смотрите далее:
Примеры реальных блоков питания
