Импульсные источники питания. Элементная база, архитектура и ремонт

Коростелин А. В.
Импульсные 
источники питания
Элементная база, 
архитектура и ремонт 
Москва 
СОЛОН-Пресс 
2024

УДК 621.397
ББК 32.85,32.94-5
К68
Коростелин А. В.
Импульсные источники питания. Элементная база, архитектура 
и ремонт. — М.: СОЛОН-Пресс, 2024. — 392 с.: ил..
В этой книге рассматривается элементная база, архитектура и методика ремонта импульсных источников питания, применяющихся в современной технике.
В книге предоставлен актуальный материал (как теоретический, так 
и практический), достаточный для того, чтоб читатель научился понимать принципы работы устройства, познакомился с элементной базой, 
и, как следствие, смог самостоятельно нарабатывать опыт диагностики 
и ремонта различных источников питания.
В приложении приводится информация о том, как определить и избежать покупки контрафактных компонентов. Также дана нормативноправовая база деятельности мастерской по ремонту бытовой техники.
Книга ориентирована на инженеров, разработчиков электронной 
аппаратуры, преподавателей и студентов вузов и колледжей, специалистов по ремонту электронной техники (мастеров, сервисных инженеров), желающих систематизировать и углубить свои знания об импульсных источниках питания различных видов.
КНИГА — ПОЧТОЙ
Книги издательства «СОЛОН-Пресс» можно заказать и оплатить на сайте издательства 
с пересылкой Почтой РФ. Заказ можно оформить одним из перечисленных способов:
1. 	Оформить заказ на сайте www.solon-press.ru, войдя в раздел «Каталог».
2. 	Заказать книгу по тел. (495) 617-39-64, (495) 617-39-65.
3. 	Отправить заявку на e-mail: kniga@solon-press.ru (указать наименование издания, 
обратный адрес и ФИО получателя).
4. 	Послать открытку или письмо по адресу: 123001, Москва, а/я 82.
При оформлении заказа следует правильно и полностью указать адрес, по которому 
должны быть высланы книги, а также фамилию, имя и отчество получателя. Желательно 
указать дополнительно свой телефон и адрес электронной почты.
Свежий каталог издательства «Солон-Пресс» можно скачать на сайте издательства 
www.solon-press.ru по ссылке «Скачать почтовый каталог издательства Солон-Пресс», 
размещенной на всех страницах каталога.
По вопросам приобретения обращаться:
ООО «СОЛОН-Пресс»
Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65
E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru
ISBN 978-5-91359-412-9	
© «СОЛОН-Пресс», 2024
	
© Коростелин А.В., 2024

Содержание
Предисловие .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Глава 1. Общие сведения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Глава 2. Элементная база источников питания .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 13
2.1. Пассивные компоненты  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1. Резисторы и шунты .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.2 Варисторы и термисторы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.3. Конденсаторы — основные параметры .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 19
2.1.4. Плёночные конденсаторы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 23
2.1.5. Электролитические конденсаторы .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 26
2.1.6. Керамические конденсаторы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 31
2.1.7. Суперконденсаторы или ионисторы .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 32
2.2. Базовые узлы из пассивных компонентов .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 34
2.3. Диоды  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.1. Основные паспортные характеристики диодов .  .  .  . . . 42
2.3.2. Диоды Шоттки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3.3. Защитные лавинные диоды  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 45
2.4. Основные типы выпрямителей .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 47
2.5. Тиристоры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5.1. Особенности работы на реактивную нагрузку .  .  .  . . . . 54
2.5.2. Особенности коммутации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 54
2.6. Транзисторы в качестве электронных ключей .  .  .  .  .  . . . . . . 56
2.6.1. Электронный ключ на биполярном транзисторе .  .  . . . 57
2.6.2. Транзисторы с изолированным затвором .  .  .  .  .  . . . . . 67
2.6.3. Ключи на транзисторах с изолированным затвором . 77
2.7. Операционные усилители и TL431 .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 83
2.8. Линейные стабилизаторы напряжения .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 91
2.9. Оптопары .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.10. Измерение тока в цепи .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.11. Практические примеры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . 108
2.11.1. Блок питания на гасящем конденсаторе  .  .  .  .  . . . . . 108
2.11.2. Тиристор в качестве реле .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 111

Содержание
2.11.3. Импульсно-фазовый тиристорный регулятор .  .  . . . 113
2.11.4. Задержка включения реле  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 116
Глава 3. Топологии импульсных источников питания .  .  .  . . . 118
3.1. ИИП без гальванической развязки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . 118
3.1.1. Понижающий преобразователь и синхронный 
выпрямитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118
3.1.2. Повышающий преобразователь . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
3.1.3. Инвертирующий преобразователь .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 128
3.1.4. Комбинированные преобразователи .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 128
3.1.5. Практический пример преобразователя .  .  .  .  .  . . . . . 133
3.1.6. Преобразователи на переключаемых 
конденсаторах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.1.7. Простейшие конденсаторные преобразователи  .  . . 140
3.2. ИИП с трансформаторной развязкой .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 143
3.2.1. Обратноходовой преобразователь .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 146
3.2.2. Прямоходовой преобразователь .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 149
3.2.3. Push-pull преобразователь .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 153
3.2.4. Полумостовой преобразователь .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 155
3.2.4. Мостовой преобразователь .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . 158
3.3. Отдельные реализации преобразователей  .  .  .  .  .  .  . . . . . . 160
3.3.1. Коэффициент мощности и его коррекция  .  .  .  .  . . . . . 160
3.3.2. Резонансный LLC-преобразователь .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 165
3.3.3. Н-мост и управление двигателями .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 167
3.3.4 Источники бесперебойного питания  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 171
3.3.5. Блоки питания ATX .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . 180
3.3.6. Сварочные источники  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 194
3.3.7. Автоколебательные преобразователи .  .  .  .  .  .  . . . . . . 213
Глава 4. Элементы и цепи защиты и фильтрации .  .  .  .  .  . . . . . 217
4.1. Снабберные цепи  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
4.2 Фильтрация помех в линии питания .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . 221
4.3. Защита от перенапряжений в цепи питания .  .  .  .  .  .  . . . . . . 225
4.4. Практический пример сетевого фильтра  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 229
4.5. Защита сигнальных линий .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . 230

Содержание
Глава 5. Интегральные микросхемы источников питания .  . 235
5.1. Интегральные драйверы затворов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . 235
5.2. Интегральные конверторы напряжения .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 245
5.3. Контроллеры обратноходовых ИИП с интегрированным 
ключом	  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
5.4. ШИМ контроллеры однотактных ИИП .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 265
5.5 ШИМ контроллеры двухтактных ИИП .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . 281
5.6. Контроллеры PFC  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
5.7. Супервайзеры  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
Глава 6. Практика ремонта .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . 299
6.1. Оборудование мастерской  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . 299
6.2. Идентификация и проверка компонентов .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . 315
6.3. Общие рекомендации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . 332
6.4. Ремонт обратноходовых ИИП .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . 339
6.5. Типовые дефекты ИИП других топологий и типов .  .  .  . . . . 349
Приложение 1. О контрафактных компонентах .  .  .  .  .  .  . . . . . . 356
Приложение 2. Нормативно-правовая база деятельности 
мастерской .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
Список литературы и интернет-источников .  .  .  .  .  .  .  . . . . . . . . 382

Предисловие
Книга ориентирована на ремонтников электронной техники (мастеров, сервисных инженеров), желающих систематизировать и 
углубить свои знания об импульсных источниках питания различных 
видов. В первую очередь, материал предназначен для начинающих 
специалистов с неглубоким и разрозненным опытом в ремонте. 
Приведенная в книге информация будет полезна при ремонте любой преобразовательной техники, поскольку, несмотря на существование огромного множества разнообразных импульсных источников питания, в основе их функционирования лежат одни и те же 
базовые принципы, а в основе схемотехники — одни и те же топологии.
Будучи техническим руководителем, я регулярно помогаю своим 
сотрудникам и коллегам из других мастерских в поиске решений 
при ремонте тех или иных устройств, разъясняю особенности функционирования различных узлов, и порой, к сожалению, наблюдаю 
серьёзные пробелы в их знаниях, препятствующие успешным самостоятельным действиям. Именно так и возникла идея написания 
книги. Итак, эта книга не является ни сборником схем серийно выпускаемых устройств, ни альбомом самодельных конструкций, ни 
списком рецептом типового ремонта «по-быстрому». Эта книга и не 
учебник радиоэлектроники  — подразумевается, что читатель знаком с законом Ома, понимает работу транзистора, способен воспользоваться мультиметром, паяльником, и уже обладает некоторым, пусть даже и поверхностным, опытом ремонта. Основная задача, стоявшая передо мной  — предоставить объем актуального 
материала (как теоретического, так и практического), достаточный 
для того, чтоб читатель научился понимать принципы работы 
устройства, познакомился с элементной базой, и, как следствие, 
смог самостоятельно нарабатывать опыт диагностики и ремонта 
различных источников питания.
Следует понимать, что написание любой книги есть компромисс 
между избыточным объёмом, запутанной структурой и сложным текстом, с одной стороны, и чрезмерно сжатым материалом, покрывающим только базовые основы, после прочтения которого вопросов 
остаётся больше, чем ответов. В этой книге не будет изобилия графиков и формул, а множество информации останется за полями. 
Взамен вниманию читателя предлагается минимально-необходимый базис для самостоятельной практической работы.

Предисловие
В каждом разделе имеются ссылки на различные источники информации. Для более полного и всестороннего понимания я бы посоветовал читателям просмотреть эти материалы хотя бы «по диагонали». С этой же целью упоминаются определённые серии компонентов и модели оборудования  — не поленитесь ознакомиться с 
каталогами и техническими описаниями. Также я рекомендую читать все разделы последовательно и полностью, а не выбирать отдельные фрагменты, поскольку информация в каждом из них связана с предыдущими — ведь практические схемы зачастую являются 
общеупотребительными. Например, рассмотрев источник дежурного питания в разд. 3.3.5, нет нужды снова подробно рассматривать 
практически идентичный источник в разд. 3.3.6 и т.д.
Поскольку вся современная техническая информация (паспортные данные электронных компонентов, рекомендации производителей, сервисные руководства и прочее) публикуется на английском 
языке, важной отличительной особенностью книги является упоминание устоявшихся англоязычных эквивалентов терминов и основных понятий, с целью облегчить дальнейшее самообразование читателя. 
Несколько слов о структуре книги. Очень краткая первая глава 
даёт основное понятие о предмете рассмотрения книги. Во второй 
главе дана справочная информация о современной элементной базе, здесь же приводятся схемы простейших узлов, иллюстрирующие свойства и особенности рассмотренных компонентов. В  третьей главе приведены основные схемы импульсных преобразователей и их практические реализации применительно к узлам и 
устройствам различного типа и назначения. Четвёртая глава посвящена дополнительным цепям, которые хоть не участвуют непосредственно в процессе преобразовании энергии, но, тем не менее, являются важными и неотъемлемыми частями импульсного преобразователя. В пятой главе на нескольких распространённых примерах 
разъясняется устройство и принцип работы основных типов интегральных микросхем, применяемых в современных преобразователях. Наконец, шестая глава кратко поясняет практические приёмы и 
алгоритмы диагностики и ремонта.
Я буду рад получить обратную связь от читателей, отзывы, критику и дополнительные вопросы по адресу 4d.41.49.4c@gmail.com. 
С уважением, Коростелин А. В. 
г. Тюмень, январь 2020. 

Глава 1. 
Общие сведения
Как известно, все источники электрического питания могут быть 
разделены на две большие группы. Первичные источники превращают какой-либо иной вид энергии в электрическую. Таковыми источниками являются, к примеру, аккумуляторы, солнечные панели и 
генераторы. Источники вторичного электропитания (ИВЭП) получают электрическую энергию от первичных источников и формируют напряжения, требуемые для нормальной работы подключенной к ним нагрузки. Основные требования, предъявляемые к ИВЭП:
–	 обеспечение требуемой стабильности величины выходного напряжения (напряжений, если их несколько) при изменениях нагрузки и величины входного напряжения в допустимых пределах;
–	 обеспечение требуемого выходного тока (выходной мощности) в 
допустимых режимах работы;
–	 наличие систем защиты, обеспечивающих возможность безопасно завершать или приостанавливать работу при возникновении перегрева, перегрузки, или короткого замыкания на выходе;
–	 соответствие предъявляемым нормативным ограничениям по 
электробезопасности, уровню создаваемых помех, значению коэффициента мощности и т.п.
Конструктивно (см. предисловие) любые ИВЭП можно отнести 
либо к трансформаторным (более общее понятие — линейные, а 
трансформаторный  — разновидность), либо к импульсным. Первые используют трансформатор в качестве компонента, изменяющего величину напряжения. Очевидно, что питание трансформаторных источников должно осуществляться переменным током. 
Эти источники имеют простую конструкцию, при больших выходных мощностях характеризуются значительными габаритами и 
массой. Также они требуют отдельных узлов стабилизации выходного напряжения. 
Отметим, что массогабаритные параметры трансформатора 
уменьшаются с ростом частоты. Иначе говоря, при равной выходной мощности, большой и тяжёлый трансформатор, работающий 
на частоте электрической сети 50 Гц, можно заменить гораздо более компактным, подняв частоту до, скажем, десятков кГц. Именно 
этот факт обусловил бурное развитие и распространение импульс

Глава 1. Общие сведения 
ных ИВЭП, которые в итоге практически вытеснили классические 
трансформаторные источники. Импульсные источники вторичного питания (ИИП, анг. switched-mode power supply, SMPS) обязательно имеют в составе три компонента: полупроводниковый ключ, 
высокочастотный трансформатор или дроссель и схему управления. Включаясь и выключаясь с большой частотой, ключ создаёт в 
обмотке трансформатора (дросселя) импульсы, что и дало название этому типу источников питания. 
Источник питания, изменяющий только величину напряжения, 
называют конвертором. Если же, помимо изменения величины 
напряжения, осуществляется преобразование постоянного тока в 
переменный или наоборот, такой источник называют инвертором. 
Примерами инверторов могут служить блоки питания компьютерной и бытовой техники (уменьшают напряжение, преобразуют переменный ток в постоянный), источники бесперебойного питания 
(при работе от аккумуляторов увеличивают напряжение и преобразовывают постоянный ток в переменный). Примерами конверторов 
являются преобразователи питания процессора и чипсета на материнской плате компьютера, которые регулируют величину напряжения, при этом ток на входе и выходе конвертора постоянный. 
Тем не менее, в повседневном обиходе инвертором часто называют силовую часть (транзисторные ключи и трансформатор) любого 
ИИП.
Как правило, источник питания поддерживает стабильное напряжения на выходе, величина которого равняется заданной. Такие источники ещё называют источниками напряжения (англ. constant 
voltage, CV). Однако в ряде случаев требуется обеспечивать заданную величину тока в нагрузке, а выходное напряжение источника 
при этом может изменяться в довольно широких пределах (в зависимости от потребляемой нагрузкой мощности). В этом случае применимо название источник тока (англ. constant current, СС). Примерами источников тока могут служить зарядные устройства и сварочные аппараты.
Перечислим основные функциональные узлы структурной схемы ИИП с питанием от сети (блока питания), изображённой на рисунке 1.1. Напряжение сети через предохранитель F1 подаётся на 
фильтр электромагнитных помех и выпрямляется. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсаторным фильтром. Полученное постоянное напряжение подаётся на полупроводниковые ключи (транзисторы), а также на источник собственного 

Глава 1. Общие сведения 
питания, иначе называемый дежурным. Этот источник формирует 
низковольтное напряжение питания для собственных нужд, в частности, для схемы управления. Обычно дежурный источник является маломощным и имеет достаточно простую схему.
Схема управления, как правило, основана на какой-либо на специализированнной ИМС, также называемой контроллером. Её главной задачей является управление полупроводниковыми ключами с 
целью поддержания заданной величины выходного напряжения 
(или тока), а также обеспечение защитных функций (например, отключение блока питания при перегреве или перегрузке). Включившись при появлении дежурного питания, контроллер генерирует 
импульсы, подаваемые на полупроводниковые ключи, что приводит 
к циклическому открытию и закрытию последних. При этом в первичной обмотке трансформатора возникают импульсы тока, а на 
вторичной обмотке индуцируется напряжение. 
Количество генерируемых в единицу времени импульсов (частота коммутации ключей) при работе источника питания остаётся 
неизменным. При этом, длительность отдельного импульса может 
варьироваться. Обычно оперируют понятием «коэффициент заполнения» (англ. duty cycle, обозначается буквой D), который является безразмерной величиной от 0 до 100 % (т.е. от 0 до 1). Чем 
выше значение коэффициента заполнения, тем большую длительность имеют импульсы, соответственно, больше энергии передаётся в трансформатор, и наоборот. Схема управления посредРис. 1.1. Структурная схема