Схемы микромощных сетевых блоков питания на основе микросхемы PT4515


Три варианта сетевых бестрансформаторных микромощных источников питания с выходным током единицы-десятки миллиампер на основе микросхемы РТ4515. Эта микросхема широко применяется в светодиодных лампах.

Для управления симисторами, тринисторами, полевыми транзисторами и т. п., коммутирующими мощную сетевую нагрузку - электронагреватели и различную радиоэлектронную аппаратуру, широко используют маломощные узлы на транзисторах и микросхемах, в том числе и на микроконтроллерах.

Нередко для питания этих узлов применяют бестрансформаторные источники питания (ИП) на основе балластного конденсатора или резистора.

При потребляемом токе до 5 мА вполне подходящим может быть ИП на основе балластного резистора. Такого тока в большинстве случаев вполне достаточно для питания микросхем и оптопары, например MOC3063.

По сравнению с ИП с балластным конденсатором, очевидный недостаток ИП с балластным резистором - рассеивание на нём мощности около одного ватта.

Но есть и очевидное преимущество - пусковой ток примерно равен номинальному выходному току, в отличие от ИП с конденсатором, выходной ток которого зависит от ёмкости балластного конденсатора, а пусковой ток может существенно превышать его.

Это заставляет, во-первых, устанавливать дополнительный токоограничивающий резистор, на котором в ряде случаев может рассеиваться значительная мощность.

Во-вторых, конденсатор должен быть "с запасом", поскольку его пробой может привести к неприятным последствиям. Резистор в этом смысле более надёжен.

Параметры ИП с балластным резистором можно существенно улучшить, если дополнить его микросхемой РТ4515 - высоковольтным стабилизатором тока.

В последнее время эту микросхему широко применяют в светодиодных лампах небольшой мощности по своему прямому назначению как стабилизатор тока. Одна из таких ламп - торговой марки Gauss мощностью 10 Вт.

Почти все её элементы установлены на алюминиевой печатной плате-теплоотводе, а в цоколе размещён только защитный резистор.

Схема лампы

Схема лампы показана на рис. 1. Как видно, она очень проста. Диодный мост BD1 выпрямляет сетевое напряжение, конденсатор С1 сглаживает пульсации.

Схема светодиодной лампы на основе PT4515E89C

Рис. 1. Схема светодиодной лампы на основе PT4515E89C.

Защитный резистор R ограничивает ток зарядки конденсатора и выполняет функцию предохранителя. На микросхеме DA1 собран стабилизатор тока, последовательно с ним включены светодиоды.

Их число зависит от их параметров. В данном случае светодиодов всего семь, поскольку у каждого номинальное напряжение около 35 В.

В результате большая часть выпрямленного напряжения (примерно 250 В) падает на светодиодах. На микросхеме падает 50...60 В. Она заметно нагревается и поэтому установлена на плату, выполняющую функцию теплоотвода.

Ток стабилизации установлен резистором R1 в соответствии с формулой lout = 0.6/R1.

Вследствие применения стабилизатора тока через светодиоды протекает фиксированный ток, исключены его броски и пульсации. Но следует отметить, что последнее справедливо только в том случае, если в лампе установлен конденсатор С1.

Дело в том, что в некоторых дешёвых моделях светодиодных ламп на основе этой микросхемы сглаживающий конденсатор может отсутствовать.

В этом случае пульсации тока, а значит, и светового потока будут весьма большие.

Структурная схема PT4515

Структурная схема микросхемы PT4515

Рис. 2. Структурная схема микросхемы PT4515.

Теперь несколько слов о самой микросхеме PT4515, структурная схема которой показана на рис. 2. Она содержит высоковольтный полевой транзистор VT1, усилитель постоянного тока DA1, узел питания (стабилизатор напряжения) А1 и узел защиты от перегрева и высокого напряжения в режиме стабилизации тока А2.

Узел питания А1 формирует напряжение для питания остальных элементов и образцовое напряжение для усилителя DA1, который сравнивает его с напряжением на выводе REXT, к которому подключают внешний токозадающий резистор.

В зависимости от напряжения на токозадающем резисторе ОУ открывает или закрывает полевой транзистор, поддерживая ток стока стабильным.

Выпускают эту микросхему в корпусах Т0252, SOT89, СРС4 и ESOP8, от типа корпуса зависят тепловое сопротивление и максимальная рассеиваемая мощность (без теплоотвода).

Эту микросхему выпускают с обозначениями РТ4515 [1] и РТ4515С [2]. Параметры этих модификаций несколько различаются. Кроме того, их производят в разных корпусах.

Судя по измеренному напряжению на выводе REXT, можно предположить, что в микромощных ИП была применена микросхема РТ4515С.

Если в такой или подобной светодиодной лампе вышли из строя один или несколько светодиодов, а это типичная ситуация, и ремонтировать её нецелесообразно, исправные "остатки" можно использовать для изготовления небольшого по размерам и имеющего неплохие параметры сетевого ИП.

Пригодятся диодный мост, оксидный конденсатор и микросхема. Для этого следует вынуть из цоколя алюминиевую плату, на которой установлены элементы, нагреть её с нижней стороны (паяльником, феном или утюгом), а когда припой расплавится, аккуратно и быстро снять все элементы. Исправные светодиоды могут пригодиться для ремонта аналогичных ламп.

Основные технические параметры

  • Максимальное напряжение на выходе (Vout max), В..........450
  • Минимальное напряжение на выходе (Voul min), В...........6,5
  • Собственный ток потребления (ldd), мкА..............90...250
  • Интервал установки выходного тока (loul), мА...........5...60
  • Номинальное напряжение на входе/выходе REXT (Vrexl), мВ .....................582...618.

Первый вариант блока питания

Схема первого варианта ИП показана на рис. 3. Сетевое напряжение выпрямляет диодный мост VD1, конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую на микросхеме стабилизатора тока, последовательно с ним включены токоограничивающие резисторы R1 и R2.

Их ориентировочное суммарное сопротивление R (в омах) можно определить по формуле R = (Uc - Uda1, - Uвых)/Ін, где Uc - напряжение сети, В; Uda1 - напряжение на микросхеме (50...60 В); Uвых - выходное напряжение, В; Ін - ток нагрузки, А.

Схема простого блока питания на основе PT4515E89C

Рис. 3. Схема простого блока питания на основе PT4515E89C.

Поскольку конденсатор С1 подключён к мосту через резистор R1, ток его зарядки ограничен и поэтому большого броска тока при подключении этого ИП к сети не будет. Стабилизированный ток перераспределяется между стабилитроном VD2, который задаёт выходное напряжение, и нагрузкой.

Ток нагрузки не должен превышать 4 мА, поскольку 1 мА - минимальный ток стабилизации стабилитрона. У этого ИП есть определённые достоинства, повышающие надёжность его работы.

Отсутствует большой бросок тока при зарядке конденсатора С1. Этот конденсатор заряжается не до амплитудного значения сетевого напряжения, а существенно меньше.

При пробое конденсатора просто увеличатся ток, потребляемый от сети, и соответственно разогрев резистора R1. Поэтому на его месте лучше применить резистор с запасом по мощности рассеяния. Пробой полевого транзистора в микросхеме приведёт лишь к ухудшению стабильности выходного напряжения, росту пульсаций и помех.

Поскольку любой из выходов ИП соединён с сетью 230 В через резистор, в данном случае 20 кОм, это уменьшает вероятность поражения током при прикосновении к выходным цепям ИП. Недостаток уже отмечен ранее - повышенный разогрев элементов.

Печатная плата для схемы

Рис. 4. Печатная плата для схемы.

Вид готового блока питания

Рис. 5. Вид готового блока питания.

Чертёж печатной платы первого варианта ИП показан на рис. 4. Изготовлена она из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм.

Каждый из резисторов R1 и R2 составлен из шести для поверхностного монтажа типоразмера 1206 сопротивлением 30 кОм и мощностью 0,25 Вт, которые включены последовательно-параллельно.

Конденсатор С1 - оксидный для поверхностного монтажа, конденсатор С2 - К10-17 типоразмера 1206. Стабилитрон может быть любой малогабаритный на напряжение 3,3...30 В, при этом никаких других изменений делать не надо. Металлизированный участок платы, на который припаяна микросхема DA1, выполняет функцию теплоотвода.

Но его недостаточно, поэтому рядом с микросхемой припаян дополнительный теплоотвод, в качестве которого использован медный фланец от неисправного транзистора или микросхемы в корпусе ТО220.

Налаживание сводится к установке тока стабилизации с помощью резистора R3 в соответствии с приведённым выше выражением. Токоограничивающие резисторы R1 и R2 подбирают так, чтобы при номинальном напряжении сети на микросхеме было постоянное напряжение 50...60 В.

В этом ИП с указанными на схеме номиналами размах напряжения пульсаций на микросхеме DA1 - 20 В при постоянном напряжении на ней около 60 В. Пульсаций на выходе не наблюдалось совсем.

Если заменить микросхему резистором, размах напряжения пульсаций на выходе - 15 мВ. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 5.

Схема с общим сетевым проводом

В некоторых случаях требуется, чтобы один из выходов бестрансформаторного ИП был непосредственно соединён с одним из сетевых проводов.

В таком случае подойдёт второй вариант ИП с однополупериодным выпрямителем, схема которого показана на рис. 6. Здесь применены три последовательно включённых токоограничивающих резистора R1 -R3. Устройство работает аналогично.

Схема варианта блока питания с однополупериодным выпрямителем

Рис. 6. Схема варианта блока питания с однополупериодным выпрямителем.

Чертёж печатной платы показан на рис. 7. Для её изготовления использован фольгированный с одной стороны стеклотекстолит толщиной 1,5...2 мм. Применены выводные детали.

Оксидный конденсатор - импортный от сетевой светодиодной лампы, конденсатор С2 - керамический, плёночный или оксидный, который следует подключать с соблюдением полярности, его ёмкость может быть большой, до нескольких сотен микрофарад.

Резисторы - С2-23, МЛТ, стабилитрон - любой маломощный выводной. На плату рядом с микросхемой следует припаять теплоотвод площадью два-три квадратных сантиметра, изготовленный из медной ленты толщиной не менее 0,5 мм.

Печатная плата

Рис. 7. Печатная плата.

Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 8. Налаживание проводят в последовательности, описанной выше.

Вид готовой платы блка питания

Рис. 8. Вид готовой платы блка питания.

При требуемом токе нагрузки более 5 мА для уменьшения разогрева ИП в качестве балластного элемента следует применить конденсатор. Однако в этом случае придётся согласовать ток, стабилизируемый микросхемой и задаваемый конденсатором.

Дело в том, что в ИП с балластным резистором несложно подобрать его сопротивление, поскольку резисторы более доступны и выпускаются с большим рядом номиналов.

Выбор номиналов высоковольтных конденсаторов ограничен, а их параллельное включение не всегда целесообразно. Поэтому сначала следует выбрать балластный конденсатор соответствующей ёмкости, а затем подобрать ток стабилизации микросхемы РТ4515, для этого токозадающий резистор должен быть подстроечным.

Для выбора ёмкости балластного конденсатора (в микрофарадах) следует воспользоваться соотношением (формула):

выражение для расчета

где Uc - напряжение сети, В; Uda1 - напряжение на микросхеме, В; Uвых - выходное напряжение ИП, В; Ін - максимальный ток нагрузки, А.

Например, для Uda1, = 50 В, Uвых = 10 В, Ін = 30 мА расчётная ёмкость конденсатора С = 0,432 мкФ. Следует выбрать ближайший номинал в большую сторону, т. е. С = 0,47 мкФ. Сопротивление токозадающего резистора должно быть R = 0,6/Ін = 0,6/0,03 = 20 Ом.

Схема блока питания на PT4515 с балластным конденсатором

При выборе тока нагрузки не следует забывать, что рассеиваемая микросхемой мощность ограничена и не должна превышать 1,5 Вт с хорошим теплоотводом.

Схема сетевого блока питания с балластным конденсатором, PT4515

Рис. 9. Схема сетевого блока питания с балластным конденсатором, PT4515.

В итоге схема варианта ИП с балластным конденсатором примет вид, показанный на рис. 9. Большая часть сетевого напряжения падает на балластном конденсаторе С1.

Резисторы R3 и R4 ограничивают бросок тока при зарядке конденсатора, а резисторы R1 и R2 обеспечивают его разрядку после отключения сетевого напряжения.

Остальные элементы выполняют те же функции, что и в ранее описанных ИП. Достоинством такого ИП является повышенная надёжность, поскольку при пробое конденсатора С1 "удар" на себя примет микросхема DA1 и останется надеяться на её защиту от перегрева.

Но следует отметить, что конденсатор С1 работает в более лёгком режиме, чем в ИП без микросхемы, поскольку напряжение на нём меньше. Чертёж печатной платы для этого ИП показан на рис. 10.

Применены постоянные резисторы для поверхностного монтажа типоразмера 1206, подстроечный резистор - СПЗ-19. Конденсатор С1 должен быть рассчитан на работу при переменном напряжении не менее 230 В, С2 - оксидный на напряжение не менее 400 В, C3 - плёночный или оксидный.

Чертеж печатной платы блока питания

Рис. 10. Чертеж печатной платы блока питания.

Вид на печаьную плату

Рис. 11. Вид на печаьную плату.

Вид сверху

Рис. 12. Вид сверху.

Микросхема снабжена теплоотводом, изготовленным из медной полосы толщиной 1 мм, шириной 10...14 мм и длиной 20...25 мм. Этот теплоотвод припаян к металлизированной площадке рядом с микросхемой (рис. 11) и затем загнут на краю платы рядом с конденсатором С1 (рис.12).

Налаживание устройства сводится к установке резистором R5 расчётного постоянного напряжения на микросхеме. Следует отметить, что функциональным аналогом микросхемы РТ4515 является микросхема SM2082, но эксперименты с последней не проводились.

Печатные платы - Скачать.

И. Нечаев, г. Москва. Р-05-19.

Литература:

  1. РТ4515. - datasheetspdf.com - PT4515.
  2. РТ4515С. - datasheet.lcsc.com - PT4515CEESH_C126163.pdf.

1 750 Блок питания
блок питания импульсный блок питания источник питания питание
Написать комментарий:

cashback