Сетевой адаптер Samsung ETAOU10EBE - простой ИБП на двух транзисторах

Вступление - От меньшего к большему

В ранней статье был описан "Импульсный адаптер для мобильного телефона 220-5 Вольт на одном транзисторе" (1). Было много критики по поводу использования такого блока питания, но это был примитивный вариант для простых нужд, который очень легко повторить и сделать самостоятельно без особых расчётов и настройки.

В дальнейшем была опубликована статья "Простое зарядное устройство литий-ионных аккумуляторов малой ёмкости на TP4056" (2), в которой также была использована подобная схемо-техника преобразователя, но уже на двух транзисторах. Недостатками обеих преобразователей является низкий коэффициент стабилизации, что обусловлено совмещением этой цепи с контуром положительной обратной связи для поддержания генерации преобразователя.

В упомянутых статьях автором было обещано рассмотреть такой же простой блок питания, но уже с непосредственной стабилизацией выходного напряжения. Так вот настало время вернуться к теме, и для тех, кому не жалко добавить пару радиокомпонентов, показать более продвинутую схему. Если по схеме в статье [1] массово производились дешёвые адаптеры 2000-ых годов, то в 2010-ых популярной стала именно приводимая здесь топология, поскольку большинство разбираемых по сей день бюджетных адаптеров, выполнено именно в таком стиле. Такие преобразователи имеют неплохие параметры и довольно высокую надёжность за счёт добавления в схему развязывающего оптрона, непосредственно с выхода в цепь отрицательной обратной связи генератора.

В качестве примера для рассмотрения, был взят сетевой адаптер вьетнамского производства небольшой мощности,  для зарядки и питания мобильных телефонов. Вообще то адаптер маркируется как "Samsung ETAOU10EBE", но с его помощью можно заряжать любые маломощные устройства и обеспечивать питанием потребители, имеющие разъём micro-USB. Адаптер имеет вилку европейского типа, плоский лёгкий корпус малых габаритов, и позиционируется как переносное устройство для путешествий:

Внешний вид и разъёмы сетевого адаптера

По надписям на корпусе, адаптер выдаёт 5 В при токе 700 мА, и работоспособен при входном напряжении сети 100 - 240 В с частотой 50/60 Гц. В дальнейшем будет выяснен реальный возможный ток нагрузки, и представлена нагрузочная характеристика с максимальной выходной мощностью.

Разборка адаптера

производится очень легко, снятием единственной небольшой крышки, которая просто приклеена, и её легко можно поддеть ножом. Устройство недорогое, так что о шурупах и винтах не может быть и речи. Для дальнейшей сборки её снова придётся приклеивать. У данного устройства был повреждён шнур в месте выхода наружу, и периодически терялся контакт во время зарядки телефона. Было решено устранить эту маленькую неисправность, а заодно и изучить устройство блока питания:

Устройство со снятой крышкой

За крышкой сразу видно установленную в пазах плату, которую можно вытащить, ухватившись за неё пинцетом или пассатижами - тянуть за шнур не рекомендуется - под изоляционной оболочкой могут возникнуть разрывы отдельных проводников, так как они довольно тонкие. Сама плата в корпусе, кроме уже снятой крышки, удерживается контактами сетевой вилки, которая изнутри имеет пружинящие зажимы, передающие сетевое напряжение контактным площадкам на плате:

Пружинящие контакты-зажимы с внутренней стороны сетевой вилки

После разборки адаптера, выходной шнур был отпаян для ремонта, и начато изучение устройства. Печатная плата блока питания, выполнена односторонним омеднением с двухсторонним расположением радиокомпонентов, и имеет небольшие размеры. Все крупные и выводные элементы установлены сверху, а со стороны токопроводящих участков припаяны элементы поверхностного монтажа. Хотя некоторые компоненты и наклонены, весь монтаж выполнен ровно и красиво, а места пайки довольно чистые, но кое-где всё же наблюдаются остатки прозрачного флюса:

 
Внешний вид печатной платы адаптера с радиокомпонентами

Далее, по рисунку печатной платы и расположению радиокомпонентов, была зарисована и переведена в цифровой формат, принципиальная схема устройства, которая представлена на картинке ниже. Сетевое напряжение, через вилку европейского типа, подаётся на контактные площадки платы, с которых поступает на токоограничивающий резистор R1 и однополупериодный выпрямитель на диоде D1. После этого, пульсирующее напряжение сглаживается высоковольтным электролитическим конденсатором C5, и подаётся на обратноходовой преобразователь автогенераторного типа, выполненный на импульсном трансформаторе Tr1 и транзисторе Q1 обратной проводимости.

На транзисторе Q2 собрана цепь отрицательной обратной связи, как по току, так и по напряжению, часть которой составляет оптрон OC1, светодиод которого в свою очередь, через токоограничивающий резистор R8 и стабилитрон D4, подключён к выходу блока питания, тем самым осуществляя стабилизацию выходного напряжения, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора, выпрямляется диодом Шоттки D2 и сглаживается электролитическим конденсатором C4. Уровень выходного напряжения, кроме количества витков обмоток трансформатора и прочих параметров преобразователя, зависит от напряжения стабилизации используемого стабилитрона, которое складывается с падением напряжения на оптроне порядка 1,4 Вольт, и задаёт значение напряжения на выходе устройства. На резисторе R8 также падает некоторое напряжение, но оно довольно мало по сравнению с общим падением напряжения на стабилитроне и оптроне.

Обмотка III трансформатора осуществляет положительную обратную связь по переменному току, и обеспечивает напряжение для отрицательной обратной связи по постоянному. В схеме так же имеется высоковольтный конденсатор E-типа C6, для компенсации влияния межобмоточной ёмкости импульсного трансформатора. Для наглядности и во избежание путаницы, обозначения и нумерация на созданной принципиальной схеме, соответствуют маркировке на печатной плате устройства:

Принципиальная электрическая схема простого импульсного блока питания

Устройства по таким схемам не боятся перегрузок по току и короткого замыкания в цепи нагрузки, их легко собирать и налаживать, а себестоимость таких адаптеров очень низкая из-за использования недорогих и доступных компонентов, притом в довольно небольшом числе - проще может быть только на одном или двух транзисторах с посредственной стабилизацией выходного напряжения. Пишите в комментариях, что ещё можно добавить, что бы усовершенствовать эту схему, и как можно улучшить показатели, собранного по этой схеме устройства.

Испытание адаптера под нагрузкой

Для снятия нагрузочной характеристики преобразователя в целом, к его выходу, через многофункциональный измеритель, был подключён проволочный подстроечный резистор низкого сопротивления. Изменяя сопротивление резистора, и тем самым меняя так же и ток, протекающий через него, проводились наблюдения за уровнем выходного напряжения, при разных значениях тока нагрузки. На холостом ходу, а так же при токе до значения 400 мА, уровень выходного напряжения находился в допустимых пределах 5 Вольт ±10%. После дальнейшего увеличения тока нагрузки, значение напряжения резко упало, и при токе 500 мА опустилось до уровня 3 Вольт, ниже которого заряд нормального литий-ионного аккумулятора не происходит:

Значение выходного напряжения при различном токе нагрузки

Из выше проведённых тестов, можно сделать вывод что адаптер не выдаёт заявленных 700 мА и может начинать зарядку полностью разряжённого аккумулятора током лишь в 500 мА, а по мере накопления заряда, этот ток будет только уменьшаться. На основании полученных данных был создан график, наглядно отображающий зависимость выходного напряжения рассматриваемого адаптера от тока нагрузки. На протяжённости всего времени тестирования, при различных токах нагрузки от меньшего до максимально возможного, выходная мощность не превышала 2 Ватт. Это не очень много, но всё же её вполне достаточно для большинства радиолюбительских целей, таких как питание различных самоделок и зарядка не очень ёмких аккумуляторов. А в случае необходимости выходную мощность всегда можно повысить заменой трансформатора и силового транзистора, а ещё будет хорошо, если установить полноценный диодный мост на входе и увеличить ёмкость фильтрующего конденсатора. В подобных преобразователях встречались так же силовые транзисторы MJE13003 и MJE13005, а в место обычного, можно установить программируемый стабилитрон TL431, тем самым увеличив коэффициент стабилизации и диапазон установки выходного напряжения устройства:

График зависимости выходного напряжения адаптера от тока нагрузки

Нагрузочные способности рассмотренного адаптера, с некоторыми допущениями можно приравнивать к способностям обычного стандартного USB-порта компьютера, и к нему можно подключать нагрузку, обычно питающуюся от такого порта. Зарядить современный смартфон этим адаптером хотя и возможно, но это займёт довольно много времени, поэтому лучше всё же согласовывать потребитель электроэнергии с его источником и не превышать реальные нагрузочные характеристики последнего.

После завершения проверки и тестирования, повреждённый выходной кабель был укорочен и восстановлен, а его конец припаян на своё место к контактным площадкам платы. Далее плата обратно устанавливается в пластиковый корпус и приклеивается верхняя крышка:

Простой импульсный блок питания на двух транзисторах в разобранном виде

Кому лень читать статью, может посмотреть короткий видеоролик, по сути почти дублирующий её. Так же посещайте другие страницы сайта и смотрите

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}