Меню

Импульсный стабилизатор лабораторный блок питания

Самодельный лабораторный блок питания

Когда то у меня был советский источник питания Б5-47, он очень громко и противно пищал, грелся, периодически из него шел дым. Таким образом пользование сей девайсом более 5 минут причиняло просто невыносимые моральные страдания. Явно он был неисправен. Вскрытие показало что лучше его сразу выбросить и забыть. К тому же его интерфейс управления мне никогда не нравился, юзабельность тоже оставляла желать лучшего. Понятно, что без нормального БП жизнь скучна, решил быстренько сделать БП из того что было под рукой. В итоге изготовление данной конструкции по разным причинам затянулось аж на 2 года. Собственно вот результат:

Требования были следующие: регулируемое выходное напряжение до 30 В с регулируемым токоограничением до 5 А. Разумеется должна применяться цифровая индикация. Дизайн должен напоминать MASTECH HY3005D и им подобные. Единственное — мне никогда не нравилось что первый прибор показывает ток. Ну неправильно это — напряжение всегда первично, соответственно первый прибор должен показывать именно напряжение.

Первоначально проектировал схему на базе линейного стабилизатора К142ЕН2А, но в итоге отказался от этой идеи — низкий КПД, регулирующий силовой транзистор сильно грелся даже с учетом того что был предусмотрен переключатель отпаек на вторичной стороне трансформатора. Да и вообще всё как-то криво работало. Пришлось выпилить.

Второй вариант схемы разработал на базе легендарного ШИМ-контроллера TL494, который в разных вариациях встречается во многих компьютерных блоках питания. На этот раз всё получилось как надо.

Вкратце о конструкции:

Принципиальная схема (кликабельно)

Как уже говорил — девайс собрал из запчастей, большинство которых были в радиусе 5 метров от меня.

Понижающий трансформатор нашелся под столом, марки я его не знаю. Напряжение на вторичке около 40 В.
D1 — TL494, VD1 — диод шоттки и тороидальный дроссель L1 выпаял из неисправного компьютерного блока питания: диод шоттки используется в схеме выпрямления, он установлен на радиаторе возле импульсного трансформатора, тороидальный дроссель расположен рядом с ним.
LM358 — весьма хороший и распространенный операционный усилитель. Продаётся почти на каждом углу. Рекомендован к приобретению.
Шунт R12 — взял из какого-то старого связисткого оборудования: представляет собой 3 толстых изогнутых проволочки.

Резисторы R9, R10 используются для регулирования выходного напряжения (грубо, точно). Резисторы R3, R4 используются для регулирования токоограничения (грубо, точно).
При наладке БП подстроечным резистором R15 регулируется порог переключения светодиодной сигнализации. Еще возникли проблемы с интегральным стабилизатором 7805 — при входном напряжении около 40 В он начинал ужасно глючить — просаживал выходное напряжение, решил проблему установив по входу 1 Вт гасящий резистор R13.

Сам корпус взят от древнего самопишущего регистратора. Компоновка получилась следующей — в середине корпуса установлен силовой трансформатор, который вошел туда как родной, видимо они были созданы друг для друга. В передней части БП расположена электронная схема управления, органы управления и сигнализации. В задней части корпуса расположена вся силовая электроника. Таким образом трансформатор как бы делит БП на 2 части — слаботочную и силовую.

Передняя часть корпуса с откинутой лицевой крышкой. Цифровые измерительные приборы приехали из Китая, они заводского производства. Электронная схема управления состоит из 2 плат: плата регулятора напряжения — TL494 c обвязкой, и плата сигнализации — включает в себя микросхемы D3,D4. Почему не сделал на одной плате? Просто сигнализацию я делал несколько позже чем регулятор, и отдельно доводил её «до ума». Там тоже были свои заморочки.

Задняя часть корпуса. На общем радиаторе установлены диодный мост KBPC 3510, силовой транзистор КТ827А, дроссель L1, шунт R12. Всё это дело изнутри обдувается 12 сантиметровым вентилятором. В задней части корпуса установлены также предохранители, сглаживающие конденсаторы C1, C4 и маленький вспомогательный импульсный блок питания для работы вентилятора и цифровых измерительных приборов.

Конечно, можно было бы купить фирменный БП и не городить огород. Но иногда хочется самому поизобретать велосипед

Если кто-то задумает повторить конструкцию вот здесь выложил принципиальную схему в высоком разрешении и чертежи печатных плат в формате Sprint Layout.

По прошествии времени пользователи в комментариях поделились своими модификациями блоков питания. Рассмотрим подробнее предложенные варианты. Обсуждение всех конструкций по-прежнему доступно в комментариях

Предложена acxat_smr

Драйвер полевика (точнее, двух параллельно — выравниванием токов занимаются сами полевики) запитан от отдельного источника 15в. У себя взял промагрегат 9-36в/15в TEN 12-2413. От него же запитаны кулеры.
TL494 запитана от отдельного источника 24 в.
Потенциометр вольтажа любой, замер тока с шунта амперметра. Трансформатор выдает 34 в, выпрямленного около 45.
Проблема мощности упиралась в дросселе. Если 5-амперник нормально шел, то 20 помучал.
Практическим путем нашел вариант два параллельно на кольцах от компового. 23 витка проводом 1,15мм.

Внешний вид конструкции

Предложена rond_60

Недавно натолкнулся на эту статью про ЛБП на TL494. Загорелся желанием собрать БП по этой схеме, тем более уже давно валялся трансформатор от польского блока питания на 24в и 4а. Вторичка выдает 34в переменки, после моста с кондером 10000х63в — 42в. Собрал навесным монтажом по этой схеме, включил и сразу дым из 494-й. Все проверил, заменил микросхему, включаю — на холостом работает, на выходе напряжение пытается регулироваться, прикоснулся к 494 — горячая! Добавил номинал 4.7к резистору R1 — блок работает, но стоило подключить лампочку 24в 21вт, как взорвалась микросхема в районе 9, 10 ножки. Отмотал с вторичной обмотки транс-ра несколько витков (снизил напряжение на 4 вольта) и все равно горят микросхемы. Питание на 8,11,12 ноги подавал 12в с другого БП, мотал дроссель разным по диаметру проводом и количеством витков — толку нет (сжег 6 микрух). У меня есть кой — какой опыт по переделке компьютерных блоков в зарядные устройства и регулируемые блоки питания на основе TL494 и ее аналогах. Начал собирать обвязку ШИМа по схемам к комповым БП. Изменил управление силовым транзистором, подал питание на ШИМ от отдельного источника на 12в (переделал зарядку от сотового телефона) и все — блок заработал! Пару дней настраивал на регулировки и свист дросселя (оссцила нет) теперь надо отлутить плату управления и можно собирать в корпус.

Сегодня настраивал свой БП. Спасибо большое shc68 за подсказку проверять пульсации на выходе динамиком если нет осциллографа. При малой нагрузке (лампочка 12в, 21вт) из динамика слышался гул и вой когда крутил регулятор тока. Устранил это безобразие установкой дополнительных конденсаторов (на схеме обведено красным цветом).
Как рекомендовал shc68 конденсатор С15 действительно жизненно важный. Еще с помощью динамика определил бракованный потенциометр на регулировку тока. При его вращении из динамика слышался шорох и треск. После его замены и установки доп. конденсаторов из динамика тишина (чуть слышное шипение) при разной нагрузке на выходе БП.
Делал тест на нагрев деталей блока. При такой нагрузке в течении 1.5 часов только транзистор грелся (трогал пальцем его корпус), а радиатор, где он установлен, чуть теплый (обдувается вентилятором). Дроссель — холодный, трансформатор тоже.

Внешний вид конструкции

Предложена andrej_l

За основу была взята схема с полевиком https://ic.pics.livejournal.com/rond_60/78751049/3328/3328_original.jpg
При отладке появились проблемы с управлением полевика через трансформатор. На небольших токах нагрузки он работал, при увеличении более 2 ампер происходил срыв и падение тока (при скважности ШИМ > 30%). Пришлось убрать трансформатор и вместо него поставить оптодрайвер ACPL3180 с питанием от отдельной обмотки трансформатора.
Сделал 2 независимых канала с регулировкой напряжения до 30V и ограничения тока до 10A. Второй канал запустился сразу, только пришлось подстроить максимальные значения напряжения и тока. Регулировочные резисторы — 10 оборотные
https://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-3590S-2-103L-3590S-10K-ohm-Precision-Multiturn-Potentiometer-10-Ring-Adjustable-Resistor/32673624883.html?spm=a2g0s.11045068.rcmd404.3.de3456a4CSwuV3&pvid=b572f0cb-2d84-4353-a657-a28824b99672&gps-id=detail404&scm=1007.16891.96945.0&scm-url=1007.16891.96945.0&scm_id=1007.16891.96945.0
В качестве V-A метра применён китайский модуль
https://ru.aliexpress.com/item/DC-100-10A-50A-100A/32834619911.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.466b33edLWGUwZ с доработкой, достигнута точность показаний 2% при больших токах и 10 мА при токах до 1А.
Радиатор на транзисторе и диоде один от компьютерного блока питания. При нагрузке на лампу 15V 150W он нагревается до 80 градусов (больше греется диод). Настроил включение вентилятора охлаждения на 50 град. (один на 2 канала)
Окончательная схема одного канала

Читайте также:  Тяга стабилизатора передняя febest

Rшунт 0,0015 Ом — Это встроенный шунт прибора, к нему добавляются сопротивление проводов от индикатора до клемм XS104 и «-«, при большом токе они оказывают значительное влияние. Провод 1,5 кв.мм
Настройка:
1 Запускаем задающий генератор на TL494 и драйвер с отключенным затвором VT101. На выходе драйвера будет ШИМ около 90%. Настраиваем частоту TL в пределах 80 — 100 кГц подбирая R107
2 Подключаем затвор транзистора (для подстраховки питание +45 подаём через токоограничивающий балласт, я брал 2 лампы 24V 150W последовательно) и смотрим выход БП. Подключаем небольшую нагрузку (я брал 100 Ом). Если напряжение на выходе регулируется то устанавливаем максимальное значение выхода с помощью R122.
3 Убираем токоограничивающий балласт, нагружаем выход сильнотоковой нагрузкой (я брал лампу 15V 150W) и настраиваем максимальный ток в нагрузке: R106 постепенно выводим в нижнее по схеме положение, подбираем R104 и R105 добиваясь срабатывания защиты по току (у меня ограничение по току 10А). При сработке токовой защиты регулировка напряжения с помощью R101 в большую сторону не приводит к его росту на выходе.
4 Узел индикации на операционнике и светодиодах не нуждается в настройке (его единственный недостаток — небольшая подсветка красного светодиода когда горит зелёный, можно исправить включив последовательно с красным обычный диод.
5 настраиваем Р101 на нужную температуру срабатывания вентилятора нагрузив блок питания на приличную нагрузку измеряя температуру диода и транзистора на радиаторе.

Источник

Лабораторный импульсный блок питания. Часть 1. ЛБП на микросхемах серии 38xx: TL3842, UCC3804

Схемы ЛБП, опубликованных в свое время в различных технических журналах, довольно громоздки, несмотря на неплохие параметры (много из этих схем мне довелось изготавливать). Думаю, что понятие «лабораторный» не должно ассоциироваться с большим объемом и неподъемной массой.

Я считаю основными характеристиками ЛБП:
1. Надежность.
2. Мобильность (для меня это важно) а, значит, малый вес и габариты.
3. Минимальные потери на регулирующем силовом элементе.
4. Высокие регулировочные и нагрузочные характеристики.
5. Доступность и дешевизна комплектующих.
6. Минимальная сложность схемы.
7. Простота в изготовлении и настройке.
7. Хорошая повторяемость и, конечно, — малые временные затраты на сборку девайса.

Понятно, что малые габариты и вес, высокий КПД и приличная мощность, — все это можно совместить лишь в импульсном блоке питания. Именно в этом направлении пытался продвинуться и я, собрав и испытав несколько незамысловатых схем импульсных ЛБП, о которых речь пойдет ниже. Все схемы собраны с применением элементной базы от старых компьютерных БП и электронных трансформаторов «Ташибра» и им подобных.

Как и говорилось выше, упор при конструировании данного ЛБП, как и всех последующих, делается на имеющиеся комплектующие, поэтому и предлагается здесь не технология изготовления каких-либо узлов (намотка дроссля или трансформатора), а подбор ИЗ ТОГО, ЧТО ЕСТЬ, коль уж, речь идет о достаточно быстром и бесдефицитном изготовлении ЛБП.
Безусловно, найдется пара узлов, нуждающихся в модернизации, но в большинстве случаев постараемся избегать ненужных трудозатрат.
Если согласны с такой концепцией, читаем дальше.

Схема 1

была собрана и испытана на популярной серии микросхем 38ХХ. В конструкции применялись микросхемы TL3842 и UCC3804. При тестировании схемы на ее вход подавались напряжения от 42 до 60В. Снимаемые токи достигали величины до 4А в диапазоне регулировки от 3 до 35В (до 50В при входном напряжении 60В).
Эта схема, как и все последующие, описанные здесь, существовала и тестировалась лишь на беспаечной макетке, что значительно скрадывало ее эксплуатационные характеристики, как если бы схема была собрана на печатной, грамотно разведенной, плате.

Работа ЛБП происходит следующим образом. После подачи питания на ЛБП, на 7 вывод ШИ-регулятора DA1 подается напряжение 12В от параметрического стабилизатора R1/VD1, достаточное для его включения. Встроенный стабилизатор напряжения микросхемы «оживает» и начинает работать тактовый генератор, частота которого определяется компонентами R6, C4. Практически сразу же на выходе DA1 (pin 6) появляется положительный импульс, фронтом открывающий полевой транзистор VT1, который, в свою очередь, открывает составной силовой ключ на транзисторах VT2, VT3, осуществляющий в открытом состоянии «накачку» контура, образованного дросселем L1, конденсатором С3 и сопротивлением нагрузки.

Как только напряжение в точке соединения элементов P1-R8 достигнет порога срабатывания усилителя ошибки (2,5В), импульс на выводе 6 микросхемы перестает существовать, запирая своим спадом транзисторы ключей в ожидании разряда контура, отдающего накопленную энергию в нагрузку. При напряжении ниже порога срабатывания усилителя ошибки, процесс «накачки» контура, с последующей отдачей энергии в нагрузку, возобновляется.

В качестве лирического отступления замечу, что ШИМ-управляемые ЛБП по большому счету — нонсенс, т. к. при простой схемотехнике, сопоставимой по сложности с линейными регулируемыми источниками питания, весьма трудно добиться внятного ШИ-регулирования из-за плохой привязки процессов, происходящих в реактивных накопительных цепях ШИ-регулируемых БП, к собственно регулируемому выходному напряжению. Мы пойдем другим путем и легко допустим сваливание ШИ-регулятора в обычный релейный режим, где пропуск 4-5 импульсов на такт регулирования будет считаться нормой. Чтобы при этом не происходило характерного свиста или гудения дросселя, повысим частоту тактового генератора ШИ-регулятора, уменьшим индуктивность дросселя.

Таким образом, ШИ-регулирование будет происходить не всегда, а лишь на участках регулирования, требующих частой «накачки» контура — на «холостом ходу» ЛБП, либо в зависимости от потребляемого тока — при подключенной нагрузке. Все остальное время работа ШИ-регулятора будет блокирована малой активностью контура, накопившего, но не отдавшего энергию, вследствии чего, напряжение на входе усилителя ошибки будет удерживаться значительное время.

Налаживание схемы заключается в подборе накопительного дросселя L1 и уточнении номиналов резисторов R8/P1. Частота генератора DA1 может быть выбрана в диапазоне 25-80кГц (что справедливо и для других схем на базе ШИМ 38ХХ) с учетом того, что индуктивность дросселя должна быть большей для меньшей частоты и наоборот. Сам дроссель должен работать без нагрева в заданом диапазоне токов, следовательно, габариты его магнитопровода не должны минимизироваться. Все дроссели, используемые в экспериментах с импульсными ЛБП были изъяты из выходных силовых цепей компьютерных БП и применялись как есть — без перемотки. Наиболее подходящими оказались дроссели на кольцах с внешним диаметром 28-32 мм, используемые когда-то в 3,3-вольтовых шинах питания компьютерных БП. Обмотки этих дросселей содержат 15-25 витков провода диаметром 1,0-1,3 мм, а индуктивность варьируется от 30 до 120 микрогенри.

О прочих компонентах схемы. Для DA1 с названием UCC3804, указанной на схеме, напряжение запуска составляет 12В. Для микросхем TL3842, так же испытанных в этом ЛБП, напряжение запуска — не менее 17В. В качестве VT1 использован КП501А (240mA/180V), который можно заменить на биполярный транзистор, как показано на схеме Б. Правда, полевой транзистор гораздо лучше справляется с ролью драйвера ключа и не нуждается в подборе сопротивлений, обладая лучшими пороговыми свойствами. VT2 — 2N5401 (0,8A/200V); VT3 — 2SC5200 (15A/230V). Транзистор VT3 при необходимости можно заменить на прибор противоположной проводимости, выполнив ключ, как показано на схеме В. Мощность каждого из резисторов, примененных в схеме, не превышает полуватта. Входной электролитический конденсатор большой емкости (отсутствующий на схеме) устанавливается по вкусу в соответствии с входным напряжением, — в случае применения классического трансформатора.

Читайте также:  Что такое стабилизатор гринстед

В случае использования данного ЛБП с электронным трансформатором, необходимости особой в конденсаторе нет. Почему? Об этом несколько позже.

Плюсы ЭТОГО ЛБП: простая схемка, возможны небольшие габариты конструктива, малый нагрев, позволяющий использование силового ключа без радиатора при токе до 2-х Ампер (при использоваиии указанного транзистора VT3-гарантировано), неплохая стабилизация (провал напряжения в диапазоне от 5 до 30В и подключении нагрузки, обеспечивающей ток не менее 3-х Ампер, составил не более 0,2В), бесшумная работа в рабочем диапазоне токов и напряжений, нет сложностей в настройке, возможность подачи достаточно высоких входных напряжений, определяемых лишь электрическими характеристиками полупроводниковых приборов и номиналами резисторов (в разумных, конечно, пределах).

Минусы: пульсации с частотой коммутации ключа при максимальной нагрузке достигают 200 мВ, желательна экранировка конструкции, нет защиты от КЗ (но и задача такая перед автором не стояла, а на базе данного ШИ-регулятора защита реализуется легко). Плавность регулировки так же не мешало бы улучшить путем добавления в цепь регулирования дополнительного потенциометра.

Схема 2

Следующая схема имеет несколько лучшие характеристики по сравнению со Схемой 1, имея на порядок меньший уровень пульсаций во всем диапазоне регулировки выходного напряжения от +1,2 до +30В.

Концепция построения подобных схем известна мне, по меньшей мере с 1979 года, когда впервые в журнале «Радио» я увидел схему лабораторного БП, где обычный линейный регулируемый стабилизатор был совмещен со схемой импульсного регулятора, что позволяло данному ЛБП обрести характеристики линейного регулятора с высоким КПД, малыми пульсациями и высоким коэффициентом стабилизации.

Импульсный регулятор отслеживал падение напряжения на силовых электродах регулирующего транзистора стабилизатора, и в момент достижения напряжения между его входным и выходным электродами значения в 2В, прекращал подачу напряжения в LC-контур, установленный на входе линейного стабилизатора. Таким образом, при любом значении напряжения, установленного на выходе линейного стабилизатора, падение напряжения на его силовых электродах (К-Э или Э-К, — неважно в данном случае) не превышало 2-х Вольт. В самом худшем случае, мощность, рассеиваемая на транзисторе, не превысила бы 10Вт, при том, что стабилизатор был расчитан на выходной ток 5А. Что меня останавливало тогда от сборки этого ЛБП, так это большое количество деталей, которых у меня тогда не было вовсе, как, впрочем, и средств для их приобретения.

Ну, что же, ЛБП, изображенный на схеме 2, является эхом того самого, описанного в журнале «Радио» ЛАБОРАТОРНОГО БП. Эхом достаточно далеким, т. к. в различной технической литературе этот концепт в различных схемных воплощениях засвечивался не раз.

Как и в Схеме 1, ШИ-регулятор выполнен на микросхеме семейства 38ХХ (DA1), где усилитель ошибки выполняет лишь команды оптрона IC1, отслеживающего, собственно, падение напряжения на входе-выходе микросхемы DA2, являющейся классическим линейным стабилизируемым регулятором — КР142ЕН22А. Эта микросхема способна выдать ток до 7,5А при регулировке выходного напряжения от 1,2 до 37В.
Многим ЕН22А нравится именно поэтому. Но не все так просто. Мощность, которую способна выдержать микросхема, всего 30Вт. Посчитаем. При входном напряжении 40В и выходном — 30В, ток 3А будет для нее максимальным. Да и при использовании ее в обычном линейном режиме понадобится радиатор больших размеров. Ну, а, если представить, что падение напряжения на силовых электродах этой микросхемы не будет превышать 3-х Вольт?

Правильно. Это нам подойдет. Напряжение зажигания светодиода оптрона около 1,5В. Еще 0,7В упадет на последовательно включенным со светодиодом оптрона диоде VD1 и токоограничительном резисторе R2 при рабочем токе через светодиод около 10 мА — 0,33В при номинале R2 — 33Ома = 2,53В. Приблизительно. Минимальное падение напряжения на электродах микросхемы не должно быть меньше этого значения, т. к. меньшее падение напряжения на силовых электродах микросхемы может ухудшить параметры стабилизатора. Поэтому, нанеся некоторый ущерб КПД, можем увеличить сопротивление R2 до 200-300Ом.

Эксперементально доказано, что светодиоды оптронов зажигаются уже при токе 1 мА, а «светочувствительности» входа ошибки DA1 хватает для срабатывания ШИ-регулятора. Впрочем, все познается в эксперименте и при возможном повторении конструкции, подбор номинала R2 все равно будет необходим, если только кого-то не устроят значения по умолчанию.

Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет «общего» провода.

О деталях. Дроссель — все тот же. Оптрон использовал первый попавшийся LV817. Другие не пробовал, но думаю, что результат при использовании других оптронов получится не хуже.

Наладка заключается в установке диапазона выходных напряжений (путем подбора дросселя, сопротивлений R10, 11), установке оптимального падения напряжения на DA2 путем подбора R2. Схема работоспособна в широком диапазоне входных напряжений (номиналы ориентированы 40-60В по входу).

Все плюсы ЛБП по схеме 2 уже расписаны в тексте. Можно добавить лишь то, что при проверке на нагрев, все силовые компоненты схемы, включая транзистор параметрического стабилизатора, были расположены на одном небольшом радиаторе. При токе 3А нагрев радиатора не был ощутимым. Он был просто теплым. Схема самая простая из тех (данного концепта), что мне доводилось встречать ранее.

Из минусов: Требуется параметрический стабилизатор для питания DA1, что несколько снижает общий КПД. Ну и, немного больше деталей по сравнению с предыдущей схемой. Остальные минусы найдете сами.

Спасибо за внимание!
Продолжение следует…

Источник



Импульсный лабораторный блок питания 0. 30В, 0.01. 5А

Предлагаемое устройство стабилизирует напряжение питания нагрузки и ограничивает потребляемый ею ток, переходя в режим стабилизации тока. Импульсный режим работы обеспечивает высокий КПД в любых режимах работы. Устройство не боится продолжительных замыканий выхода. Оно может служить источником тока для процессов электролиза, гальванопластики и других, для которых необходим стабильный или ограниченный ток. Устройство можно использовать для зарядки аккумуляторов почти всех типов. В радиолюбительской литературе опубликовано множество описаний лабораторных блоков питания. Предлагаемый источник отличается широкими функциональными возможностями, простотой, высоким КПД. На рис.1 показана его функциональная схема.

Функциональная схема

Основа устройства — понижающий стабилизатор напряжения с широтно-импульсным регулированием на коммутирующем транзисторе VT1. После накопительных элементов — дросселя L1 и конденсатора С1 — включены последовательно регулируемые линейные ограничитель тока А1 и стабилизатор напряжения A3. Диод VD1 обеспечивает протекание тока дросселя L1 в конденсатор С1 и нагрузку, когда закрыт коммутирующий транзистор VT1. Ток нагрузки ограничен сверху узлом А1 от 10 мА до 5 А. Стабилизатор напряжения A3 позволяет регулировать выходное напряжение от 0 до 30 В. Дифференциальные усилители А2 и А4 с коэффициентом усиления около 5 контролируют падение напряжения на блоках А1 и A3. Когда хотя бы одно из них слишком велико, коммутирующий транзистор VT1 закрывается по сигналу широтно-импульсного регулятора А5. Этим достигаются высокий КПД и стабилизация не только выходного напряжения, но и тока. Небольшая рассеиваемая мощность на регулирующих элементах повышает надежность устройства, позволяет снизить его массу и габариты за счет уменьшения размеров теплоотводов по сравнению с линейным регулированием. На рис.2 показана принципиальная схема устройства.

Читайте также:  Stay out максим анатольевич стабилизатор

Принципиальная схема

Компоненты VT4, VD5, L1, С8 соответствуют VT1, VD1, L1, С1 на рис. 1. На элементах VT1-VT3, С1, VD3, HL1, R3-R8 собран широтно-импульсный регулятор А5. Ограничитель тока А1 собран по схеме стабилизатора тока на транзисторах VT6 и VT7, диодах VD6-VD10 и резисторах R10-R20, один из которых подключается переключателем SA2. Регулируемый стабилизатор напряжения A3 собран на микросхеме DA4. Дифференциальный усилитель А2 (см. рис. 1) — высоковольтный ОУ КР1408УД1 (DA3) с резисторами R21, R23, R25, R26. Аналогичный дифференциальный усилитель А4 — DA5, R28, R31.R33, R34. Пониженное до 30 В трансформатором Т1 сетевое напряжение с обмотки II выпрямляет диодный мост VD4 и сглаживает конденсатор С4. Это напряжение (около 40 В) — входное для импульсного стабилизатора. Резистор R1 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор напряжения питания задающего генератора, выполненного на однопереходном транзисторе VT2. Транзистор VT3 — усилитель тока задающего генератора. Выбор транзистора КТ825Г в качестве коммутирующего (VT4) обусловлен его высокой надежностью и широкой доступностью. Частота генерации 40 кГц выбрана в соответствии с частотными свойствами транзистора КТ825Г. На резисторе R2 и светодиоде HL1 собран параметрический стабилизатор напряжения около 2 В для фиксации уровня напряжения на эмиттере регулирующего транзистора VT1. Диод VD3 препятствует подаче обратного напряжения на эмиттерный переход этого транзистора. Открываясь, коммутирующий транзистор VT4 подключает дроссель L1 к выходу выпрямителя на диодном мосте VD4. Протекающим через дроссель L1 током заряжается накопительный конденсатор С8. Изменяя напряжение на базе транзистора VT1, можно регулировать ширину импульсов, открывающих транзистор VT4, и соответственно напряжение на накопительном конденсаторе С8. Ограничитель тока А1 выполнен на дискретных элементах. Отказ от использования микросхемы LT1084 обусловлен ее недостаточно высоким максимальным входным напряжением (37 В). Кроме того, применение дискретных элементов увеличивает КПД. Падение напряжения на токозадающем резисторе интегрального стабилизатора равно 1,25 В, при токе 5 А на этом резисторе рассеивается мощность 6,25 Вт. В примененном ограничителе тока падение напряжения на токозадающем резисторе UR равно разности падения напряжения на диодной цепи VD6-VD10 и напряжения база-эмиттер составного транзистора VT6VT7. В данном случае UR примерно равно 0,6 В. Мощность, рассеиваемая на резисторе R20 (на пределе 5 А), примерно равна 3 Вт. Сопротивление токозадающего резистора R рассчитывают по формуле R=UR/I, где I — требуемый ток ограничения.

В экземпляре автора реализованы 11 пределов ограничения тока: 10, 50, 100, 250, 500, 750 мА; 1, 2, 3, 4, 5 А. Им соответствуют резисторы R10-R20. Поскольку напряжение на конденсаторе С8 изменяется в широких пределах, ток через стабистор, составленный из диодов VD6-VD10, определяет стабилизатор на транзисторе VT5 и светодиоде HL2. Резистором R22 в цепи эмиттера транзистора VT5 устанавливают ток через цепь VD6-VD10 в пределах 10. 12 мА. Регулируемый стабилизатор напряжения A3 выполнен на микросхеме DA4. Диоды VD13, VD14 способствуют повышению его надежности. Через эти диоды при отключении блока питания от сети разряжаются конденсаторы С12 и С13, устраняющие самовозбуждение стабилизатора. Для получения нулевого выходного напряжения в цепь управляющего электрода через делитель R27R30 подано напряжение отрицательной полярности от стабилизатора DA2. Выпрямитель на диодном мосте VD2 и интегральных стабилизаторах DA1, DA2 питает также цифровой вольтметр на микросхеме КР572ПВ2А, собранный по типовой схеме. Выходные сигналы операционных усилителей DA3 и DA5 через диоды VD11 и VD12 поступают на общую нагрузку — резисторный делитель R3R4. Светодиод HL3 выведен на лицевую панель и сигнализирует о переходе блока питания в режим ограничения стабилизации тока. Увеличение падения напряжения на ограничителе тока или стабилизаторе напряжения вызывает рост напряжения на резисторе R4. Когда оно превысит пороговое значение (около 3 В), откроется транзистор VT1, укорачивая импульсы генератора на транзисторе VT2.

Конструкция и детали. Блок питания смонтирован в корпусе размерами 90x170x270 мм. Транзистор VT4 и диод VD5 установлены без изолирующих прокладок на одном теплоотводе площадью 200 см2. На теплоотводе площадью 400 см2 смонтированы транзистор VT6 (через изолирующую прокладку) и стабилизатор DA4. Для повышения температурной стабильности диоды VD6-VD10 целесообразно установить на теплоотводе возможно ближе к транзистору VT6. Устройство собрано на универсальной макетной плате, печатная плата не была разработана. Трансформатор Т1 изготовлен из сетевого трансформатора лампового телевизора. Магнитопровод разбирают, снимают катушки. Сматывают накальные обмотки (они расположены в верхнем слое и намотаны проводом наибольшего диаметра), подсчитывая витки. Умножив это число витков на 5, получаем число витков обмотки II. Далее полностью сматывают анодные обмотки с обеих катушек на одну шпулю. Затем на каждую катушку наматывают внавал половинное число витков обмотки II в два провода анодной обмотки. Диаметр провода анодной обмотки 0,8 мм соответствует сечению 0,5 мм2. Намотка в два провода дает эквивалентное сечение 1 мм2, что позволяет получить ток нагрузки 5 А. Умножив число витков накальной обмотки на 3, получаем число витков обмотки III. Эту обмотку также в два провода можно намотать на одну из двух катушек. В связи с малым потреблением тока от обмотки III асимметрия магнитного поля трансформатора получается несущественной. После сборки магнитопровода полуобмотки III соединяют последовательно с учетом фазировки, начало одной полуобмотки III соединяют с концом другой, образуя отвод от середины. Дроссель L1 наматывают на магнитопроводе Б48 из феррита 1500НМ1 внавал в два провода анодной обмотки до заполнения каркаса. Для создания немагнитного зазора между чашками вложена текстолитовая шайба толщиной 1 мм. После стягивания болтом Мб готовый дроссель пропитывают клеем БФ-2. Сушка и полимеризация клея проводились в духовке при температуре 100 °С. При самостоятельном изготовлении дросселя на другом магнитопроводе следует иметь в виду, что ток через дроссель имеет треугольную форму. Среднему потребляемому току 5 А соответствует амплитуда 10 А, при этом токе магнитопровод не должен входить в насыщение. Стабилизатор LT1084 (DA4) можно заменить отечественным аналогом КР142ЕН22А. Переменный резистор R29 для большей долговечности использован проволочный ППБ. Учитывая, что через переключатель SA2 протекает значительный ток, для повышения стабильности и долговечности применен керамический галетный переключатель 11П3Н, его контакты соединены параллельно. Светодиод АЛ307КМ (HL3) можно заменить зарубежным L-543SRC-E.

Налаживание. Подбором резистора R30 устанавливают нулевое выходное напряжение на выходе блока питания при нижнем по схеме положении движка переменного резистора R29, а подбором резистора R32 — напряжение 30 В при верхнем по схеме положении движка R29. Подключают вольтметр к выводам 2 и 3 стабилизатора DA4 и подбором резистора R4 устанавливают напряжение 1,5 В. На время налаживания возможно применение подстроечных резисторов. Но их использование для постоянной эксплуатации не рекомендуется из-за нестабильности сопротивления подвижной контактной системы. Затем подключают к выходным клеммам нагрузку через амперметр. Изменяя резистором R29 выходное напряжение, по амперметру и встроенному вольтметру контролируют выходные параметры. На слаботочных пределах из-за наличия токов управления стабилизатора DA4 потребуется корректировка сопротивления резисторов R10-R12 по сравнению с расчетным. По включению светодиода HL3 необходимо проверить ограничение тока и его стабильность на всех пределах. Предлагаемый лабораторный блок питания очень удобен в работе, в том числе для зарядки аккумуляторов и батарей — от 7Д-0.1 до стартерных автомобильных. По встроенному цифровому вольтметру устанавливают конечное напряжение зарядки, переключателем SA2 выбирают необходимый ток зарядки и подключают аккумулятор (батарею). Зарядка идет стабильным током, при достижении заданного напряжения на аккумуляторе зарядка прекращается. За три года эксплуатации предлагаемого устройства отказов в его работе не было.

Источник