Знакомство с Тиньками или маломощный блок питания на любой случай

Сергей Никитин

Но чаще всего из строя выходит блок питания, а само устройство вполне может остаться целым. И получается что девайс есть, но нет источника питания. Да и самому для разных самоделок тоже нужны различные источники питания.
В магазине их купить можно, но не всегда есть то, что тебе нужно. Или размер не тот, или форма, и не известно что там внутри и сколько он проработает.

По специализации на работе, часто приходится заниматься утилизацией светодиодных ламп, ртутных энерго-сберегаек и прочих, соответственно все внутренности остаются. По этой причине и на работе скопилось очень много драйверов от разных ламп и лампочек, энергосберегающих, светодиодных, обычные с цоколями Е27, Е14, и G13 (это как старые лампы дневного света ЛД-40 и ЛД-20, только светодиодные), неисправные адаптеры питания и зарядки от телефонов и прочий хлам.
Некоторые устройства просто разбирались на запчасти, будучи полностью исправными.

Вот с этих исправных всё и началось, эксперименты по сборкам блоков питания под свои нужды.
По началу экспериментировать было немного страшновато, ведь может коротнуть и "бахнуть". Сначала срисовывалась схема из подходящего донора, извлекались радиодетали и переносилось всё это на свою плату, нужного минимального размера.
Экспериментировал сначала с блоками питания дежурного режима на транзисторах от ATX (компьютерные блоки питания), даже от стиральных машин тоже были, потом появилась потребность экспериментов с блоками питания на микросхемах. Попадались блоки питания с не понятными микросхемами, обозначение их в интернете не пробивалось, но попадались и блоки с Тиньками, это микросхемы серии TNY-17х, TNY-26х, TNY-27х.

Поискал в интернете на них даташит, всё нормально, есть даташит подробный. Посмотрел у китайцев, тоже есть по копеечной цене, заказал на пробу разных, попробовал. Работают!!!
Вот хочу и Вас познакомить с этими микросхемами и конструкциями блоков питания на них!

И дальше пошло-поехало, начались эксперименты с различными блоками питания и драйверами, с исправными и неисправными.
Как оказалось, что неисправности у них у всех характерные, и обычно выходят из строя одна-две детальки, и это в основном электролитические конденсаторы, которые в свою очередь могут тянуть за собой электронный ключ в виде транзистора или микросхемы.
Светодиодные лампы с цоколем G13 (как старые лампы дневного света ЛД-40, или как ЛД-20), у них в основном только светодиоды отказывают, или дорожки в светодиодной ленте пробивает между собой.
Драйвера у них вот такие, практически вечные и из строя в основном не выходят, я их даже в обычные Е27 светодиодные лампочки ставил, они там со стандартной мощностью 18 Вт и 9 Вт:

Самое интересное, что сетевые электролиты в них, даже после длительной работы не теряют свои параметры, ESR у них тоже остаётся в норме.
А ещё с этих драйверов можно взять много полезных деталей. Диодный мост SMD MB10S, сетевой электролит, там они 6,8 мкФ 400В обычно, SMD конденсатор 1 мкФ 50 Вольт, быстродействующий диод SMD с маркировкой ES1J, это как FR107, резисторы. На драйверах от электронных балластов для ЛД или энергосберегающих, тоже есть чем поживиться. И везде есть дросселя, а это почти готовые трансформаторы, примерно вот такие. Бывают ещё меньше, бывают побольше.

Чем они полезны. Если посмотреть на него, то там есть место для ещё одной обмотки. Но это ещё не всё, в нём много лишних витков. Если есть чем измерить индуктивность, то очень прекрасно. У этого экземпляра индуктивность обмотки равна 4,12 mH. Если замерить индуктивность нечем, то нужно будет трансформатор (дроссель) полностью перематывать.

Для этих целей есть очень хорошая программа от Владимира Денисенко, она обратная, там написано Flybackinvert.

Flyback, это означает «обратноходовый». Принцип работы на кратко таков;
При открытии ключа (транзистор или транзистор внутри микросхемы), через него и первичную обмотку трансформатора протекает возрастающий ток. В магнитопроводе накапливается энергия. По достижении тока определённого уровня, транзистор управляемый схемой закрывается, и накопленная энергия отдаётся в виде импульсов напряжения на катушках трансформатора.

Что бы понять что это, проведите такой эксперимент. Возьмите обычный силовой трансформатор на 50 Гц, к первичной обмотке подключите 1,5 Вольтовую батарейку, и удерживая руками выводы этой обмотки отключите батарейку. ДОЛБАНЁТ ТОКОМ И ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Можно подключить параллельно обмотке неоновую лампочку, и посмотреть, как от 1,5 Вольт она будет вспыхивать. А ей нужно в среднем 80 Вольт.

Вот эта энергия работает с пользой во вторичной обмотке, и наносит вред в первичной, потому как полярность её уже обратная, и к напряжению питания 300 Вольт прибавляются ещё сотни вольт с обмотки которые выводят транзистор ключа, ну или микросхему. Для этого обязательно нужна демпферная цепочка, но такая чтоб забрать лишнюю энергию и транзистор не сжечь, и ещё энергия осталась для вторичных цепей.
Там конечно ещё есть и паразитные колебания, и резонансы, и много всего. Но в это не будем вдаваться, кому нужно почитайте умную литературу.

Выше это скрин программы для обратного расчёта. Мне же нужно определить сколько витков уже имеется на моём экземпляре трансформатора (дросселя).
Разбираем аккуратно данный трансформатор, для этого его нужно подогреть градусов до 100, может немного больше (но не сильно 200 градусов это кирдык ферриту наступит), пока то, чем он залит, не станет мягким. Можно попробовать нагреть его паяльником, или прокипятить его некоторое время.
Сразу может и не получиться, у меня тоже не сразу получилось, ломал сначала феррит, пока не наловчился, благо этого добра валяется много.
В итоге получили вот такую конструкцию, такой сердечник.

Там в середине сердечника видим зазор, измеряем его, у меня он получился 0,8 мм.
Все трансформаторы в обратно-ходовых преобразователях имеют зазор. Без зазора в сердечнике обратноходовые преобразователи не работают!!!
Теперь вставляем в программу в окно «Сердечник» в правом верхнем углу, Е13/7/4 (это его размер, 13 мм ширина, 7 половина высоты, 4 толщина). В середине окна программы «Величина немагнитного зазора мм», пишем наш зазор 0,8 мм, слева в окне «Число витков», пишем любое количество витков, к примеру 400, и нажимаем кнопку «Рассчитать».

Программа будет ругаться, что там не влезает и прочее, но нам главное посмотреть строку «Индуктивность первичной обмотки», у меня она получилась 5,2 мГн. Прибор же показал 4,12 мГн.
Уменьшаем в окне программы количество витков и снова жмём «Рассчитать». Так до тех пор, пока индуктивность первичной обмотки в программе не сравняется с нашей замеренной.

У меня при 350 витках в окне программы, индуктивность получилась 4,045мГн, то есть сравнялась с измеренной 4,12 мГн.
Ну вот примерно столько в первичной обмотке нашего трансформатора и намотано, 350 витков. Можно повозиться и подобрать точнее.
Тут точность не нужна, если не нужно выжать всё до милливатта. Программа считает всё с запасом, не как у китайцев.
Теперь считаем в программе только уже «прямо».

Начинаем вводить необходимые для нашего блока питания данные:

1.Питание – расширенный диапазон 100-230-250 вольт, это чтоб работал при любом напряжении сети, и при низком нижнем там витков нужно меньше на первичке, что очень удобно.

2.Частота преобразования берётся 132 кГц, это из даташита на TNY-27…

3.Максимально допустимое напряжение на ключе, смотрим в даташите, 600 Вольт - это важный параметр, от него будут считаться другие паразитные вещи.
Сопротивление канала, у всех примерно 2 Ом, и здесь это не важно так как потери 2-10 вольт на ключе при питании под 300 Вольт не значительны.

4. Плотность тока 5А на мм. кВ. много с виду, но там где провода короткие нормально.

5. Диаметр провода первичной обмотки 0,25 мм, примерно прикинул какой там уже был намотан.

6. Далее вводим то, что нам нужно, я например считаю под зарядное для телефона. Напряжение 5 Вольт, и ток 2 Ампера, потери на диоде 0,6 Вольт, диаметр вторички 0,5 мм., мягче мотать, так как всё маленькое, хрупкое. И что можно сделать ещё ниже напишу.

7. Немагнитный зазор, примерно ввести, программа ниже сама выдаст требуемый.

8.Размер сердечника, ширину измерил, около 13 мм, из библиотеки выбираем. Но здесь есть нюанс, некоторые сердечники нестандартные немного и имеют толщину отличную от 4 мм. Тогда из библиотеки подбираем тот размер, у которого сечение сердечника совпадает примерно.

Всё, нажимаем "Рассчитать", программа нам выдала 191 виток. А у нас имеется на нашем трансформаторе примерно 350 витков. 350-191=159 витков, вот их нужно смотать. Сматываем примерно так, чтобы удобно было выводы обмоток делать. Сетевые выводы должны быть с одной стороны каркаса, выходные с другой, это правило.
И ещё одно правило - это хорошая между ними изоляция. Я использую майларовую ленту.
Если витков сетевой обмотки останется больше, то можно уйти в насыщение магнитопровода, а это плохо. По этому тут много не значит хорошо.

Вторичка у меня получилась 10 витков в три провода, многовато….. По этому можно взять литцендрат, это такой обмоточный многожильный провод который применяется в тех же некоторых драйверах, в катушках кинескопных мониторов, некоторых телевизоров.
Можно попробовать намотать и проводом 0,5 в две жилы, будет нормально, потому что на максимальных токах устройства работают кратковременно, и не круглые сутки. И ещё, там где высокочастотное преобразование, лучше всего вторичку мотать многожильным проводом, потому что ток протекает не по всей площади проводника, а ближе к поверхности. По этому нужно увеличивать площадь поверхности проводников. Скин эффект так называемый. Ну если нужно всё же получить мощу, то берём размер магнитопровода больше и тогда всё получится.

Ну если получится, то можно намотать вторичку и проводом 0,7-0,8 мм, для кратковременной работы на максимальном токе пойдёт, меня получилось вот так:

Даже дополнительная вспомогательная обмоточка влезла, так намотал на всякий случай 12 Вольт, по расчётам 26 витков, проводом 0,14 мм. Удобно при разработке печатной платы, чтоб типоразмер трансформатора позволял разместить микросхему под ним.

Когда наматываем, обязательно смотрим где начало и направление намотки, иначе будет бах. Одноимённые концы помечаются на схеме точками.

(Заводской китайский адаптер с заявленными параметрами 5 Вольт 2,1 Ампера был намотан: первичка 0,14 мм, 75 витков, дополнительная обмотка 12 витков 0,14 мм, вторичка 5 витков 3х0,35 мм, довольно сносно работал, но очень сильно грелся) Это я для сравнения на сколько можно плюс-минус мотать и всё работает. Соотношение между витками обмоток только соблюдать нужно, первичную уменьшили, значит и вторичные тоже нужно уменьшать. Иначе уменьшатся рабочие токи на выходе, а амплитуда напряжения при прямом ходе увеличится, и нужно будет ставить диод с большим рабочим обратным напряжением.

Смотрим амплитуду тока транзистора, он по программе 0,486А, значит нам нужна будет микросхема с примерно таким-же током ключа.

Возьмём из даташита на TNY, ближе всех с запасом микросхема TNY-275, а можно взять и TNY-276. Можно примерно и по мощности рассчитать (5Вх2А=10Вт) и выбрать по мощности, смотрим даташит:

Тут даже указано в каких условиях это всё будет работать, адаптер это плохое охлаждение значит микросхему нужно мощнее брать, обычные условия охлаждение лучше - запас мощности можно брать меньше.
Так-же можно понизить мощность микросхемы которую она выдаёт, если увеличить ёмкость конденсатора С7 с 0,1 мкФ до 1 мкФ, так гласит даташит. Выше здесь указана классическая упрощённая схема подключения этих микросхем.
Есть ещё TNY-26…,но там немного ножки по другому разведены, а вот TNY-17… интересная тем, что там деталей ещё меньше, но мощность её тоже поменьше.
Ниже приведу схему из даташита конкретную:

А ниже свою рабочую:

На плате нужно сделать дорожки от ключа и общего провода микросхемы и конденсаторов сетевого фильтра как можно короче, это всё для борьбы с паразитными явлениями. По этому я так криво там всё нарисовал. Кстати, в даташите на микросхему есть печатная плата.

Разница не принципиальная, отсутствует только дополнительная обмотка, она примерно на 12 Вольт, и служит для защиты от перенапряжения на выходе. Без неё работает нормально, но если выжимать максимум то для подпитки микросхемы она нужна. На входе стоит предохранитель-ограничитель в виде резистора R1 (от энерго-сберегаек, он там туже функцию выполняет), величина 10-15 Ом не принципиально, взят из светодиодного драйвера, дроссель облегчает жизнь диодному мосту, тоже взято из драйверов. Фильтр три конденсатора, два электролита чтоб надёжнее было и ёмкость больше, плёночный чтоб электролитам легче жилось, высокочастотные токи берёт на себя.

Ёмкость входного фильтра должна равняться примерно, при нормальном входном напряжении в микрофарадах мощности устройства в Ваттах. В данном варианте 10 Ватт значит ёмкость должна быть не меньше 10мкФ, желательно, здесь 13,6 мкФ, нормально. Но если всё же будет эксплуатироваться при минимально расчётном напряжении, ёмкость входного фильтра берём ближе к рассчитанной в программе, там она 62 мкФ, ближе есть 47 мкФ, 68 мкФ. При таких величинах конденсаторов резистор-ограничитель на входе нужно будет убирать и ставить последовательно предохранитель на 2 Ампера и «таблетку» на 10 -15 Ом (терморезистор NTC, используется в блоках питания). Демпфер (R4, C4,D1) выполнен из распространённых деталей, в импульсных блоках питания, в адаптерах применяются и в драйверах, не во всех правда.

Дальше D2 выпрямитель (будет греться сильнее всех, по этому большой) и фильтры, конденсатор С6 полимерный желательно, что б не вздулся, дроссель L2 это несколько витков провода соответствующего диаметра на жёлтом кольце от компьютера или на кусочке ферритового стержня, это в компьютерных блоках питания и на материнках много такого добра. С9,С11 это SMD, в обвесе процессора на материнке их обычно много, или на других платах от компов особенно. Ёмкость тут не важна особо, это тоже электролитам помогает жить дольше.

Если посмотреть на схемы, они почти одинаковые, разница в способе стабилизации выходного напряжения. В родной стоит обычный стабилитрон, точность будет не очень. Я ставлю TL-431, это уже в принципе прецизионный стабилитрон с напряжением стабилизации 2,5 Вольт. Делитель на его входе позволяет изменять это напряжение.

Формула для расчёта делителя R11=R10((Uвых/2,5В)-1). Где 2,5 это пороговое напряжение стабилизации, у некоторых оно немножко (в сотых долях) отличается. R8, R9 рассчитываются что бы при выходном напряжении получить ток через оптрон около 10 мА, и ток для удержания стабилитрона тоже около 10мА. Это повторюсь примерно, для простоты расчетов. С12 уменьшает уровень ВЧ помех на выходе относительно земли. От них иногда во время зарядки телефона бывает не адекватная реакция на прикосновение к сенсорному экрану.

У меня сейчас дома вот такие зарядки. Они были сначала куплены на Алике, разобраны. После анализа схем я увидел там что всё очень не надёжно, переделал по своим схемам, платы под эти корпуса разработал, для красоты добавил светодиодов.
Платка измерения напряжения и тока была оставлена родная, напряжение она немного завышает, но мне это не принципиально.
В общем можно проектировать блок питания под широкий диапазон нужд, диапазон мощности этих микросхем позволяет это делать.

Ниже приведу схему дешманского китайского сетевого адаптера:

Как видим, сетевой ВЧ фильтр отсутствует, демпфер тоже, а без него выходят из строя силовые транзисторы и микросхемы. Выходной фильтр тоже примитивный, стабилизация выходного напряжения примерная. Выпрямительный диод стоит на ток 1А максимум, при этом заявлено, что то максимальный ток нагрузки 2,1 А.

Микросхемы и TL431 в SMD корпусе покупал на Алике, там 1кг микросхем стоит около 100руб, ну это образно. Всё остальное из старых плат.
К удивлению всё работает чётко, даже на даче где напряжение, бывает понижается и до 150 Вольт.
У этих микросхем очень много разных защит, короткого замыкания на выходе они тоже не боятся.
Трансформаторы тоже, как оказалось, штука в принципе простая, там главное - примерно программы держаться, и при разборке сердечник не перегреть сильно.

Для себя вывел некоторые правила - насыщение магнитопровода опаснее, чем короткое замыкание на выходе. При насыщении магнитопровода, это как его просто не стало, и энергию запасать некуда, и та что была - тоже исчезла. По этому зазор немного больше - это лучше, немного меньше витков в первичной - тоже лучше.
Больший ток во вторичной цепи тоже витки убавляются, в разумных пределах конечно.

Если немного изменить схему, то получается прекрасное зарядное для литиевых аккумуляторов, или других с заданным током заряда и конечным напряжением заряда. Вот один пример:

Обычный адаптер, только добавлена схема ограничения тока на R12-R13, и изменено выходное напряжение при помощи делителя на стабилитроне TL-431. Для одного литиевого аккумулятора даже трансформатор пересчитывать не нужно. При указанных номиналах ток будет около 0,5-0,6 А.
Падение напряжения 0,6 Вольт на этих резисторах, открывает транзистор Т2, тот в свою очередь открывает Т3, ток через оптрон прерывает генерацию микросхемы.
При достижении напряжения на выходе 4,2 Вольт - дальнейший заряд прекращается.

Точное напряжение окончания заряда настраивается на холостом ходу более точным подбором резисторов R10-R11.
Делается это - подключая параллельно, если нужно приподнять напряжение, то к R10; если нужно приопустить напряжение, то к R11 - дополнительных резисторов величиной на порядки большие, к примеру 33 кОм, или другой такого порядка.
Из практики - заводские зарядки до 4,25-4,3 Вольт заряжают, что очень сильно снижает срок службы аккумулятора. Вот по этому 4,20 Вольт, это максимум, что там должно быть.
Если нужно изменить ток заряда, то изменяется величина резисторов R12-R13.

Если нужно заряжать аккумуляторы другого напряжения, то пересчитывается трансформатор и делитель на TL-431 (R10 R11). Вот формула: R11=R10((Uвых/2,5В)-1).
Резистор R10 (в пределах 820 Ом — 4-5 кОм) можно изменять, чтобы попасть ближе к цифровому ряду номиналов при перерасчёте R11. Есть конечно прецизионные резисторы, с нестандартными номиналами, но это их нужно долго искать.
Могу сказать что SMD резисторы имеют очень точные номиналы и разброс у них ну в пределах 1-2%, что не могу сказать про конденсаторы, там разброс доходит до 10%. Но в фильтрах питания (если они не резонансные) это не так принципиально.

Платы получаются примерно такие:

Это на два USB разъёма.

Это на 4 USB разъёма. Платы получаются размером 45х40 мм.

Единственно - без перемычек не обошлось, платы залиты лаком. 5 Вольт 1 Ампер платы выдают вообще не напрягаясь.
Во всех этих адаптерах у меня сильнее всех грелся выпрямительный диод, по этому кое где он был в корпусе ТО-220. На втором месте по нагреву - микросхема, потом трансформатор, но у последних разница не большая была.
Если немного упростить, то с этой платы можно один сетевой электролит убрать, плёночный один сетевой можно убрать, и по 5 Вольтам тоже один электролит можно убрать. Надёжность будет пониже, но размеры процентов 20 меньше будут.

Есть ещё хорошие микросхемы PN8370 по мощнее, PN8368 послабее, в корпусе SOP-7, там вообще получаются адаптеры миниатюрные, вот например:

Про это, если кому-то будет интересно, я напишу позже.
Может кому пригодятся печатки описанных адаптеров, прикрепляю в архиве.

Скачать архив