Для настроювання або ремонту радіотехнічних пристроїв необхідно мати кілька джерел живлення. У багатьох вдома вже є такі пристрої, але, як правило, вони мають обмежені експлуатаційні можливості (допустимий струм навантаження до 1 А, а якщо і передбачена струмовий захист, то вона має інерційності або без можливості регулювати - тригерна). Загалом такі джерела за своїм технічними характеристиками не можуть конкурувати з промисловими блоками харчування. Купувати ж універсальний лабораторний промисловий джерело досить дорого.
Використання сучасної схемотехніки та елементної бази дозволяють зробити домашніх умовах джерело живлення, за основними технічними характеристиками не поступається кращим промисловим зразкам. При цьому він може бути простим в виготовлення та настроювання.
Основні вимоги, яким повинен задовольняти таке джерело живлення: регулювання напруги в діапазоні 0...30 В; здатність забезпечити струм в навантаженні до 3 А при мінімальних пульсаціях; регулювання спрацьовування струмового захисту. Крім того, спрацьовування захисту по струму повинно бути достатньо швидким, щоб виключити пошкодження самого джерела в разі короткого замикання на вихід. Можливість плавно регулювати в джерелі живлення обмеження струму дозволяє при налаштуванні зовнішніх пристроїв виключити їх пошкодження.
Всім цим вимогам задовольняє пропонована нижче схема універсального джерела живлення. Крім того, даний блок живлення дозволяє використовувати його в як джерела стабільного струму (до 3 А).
Основні технічні характеристики джерела живлення:
- плавне регулювання напруги в діапазоні від 0 до 30 В;
- напруга пульсацій при струмі 3 А не понад 1 мВ;
- плавне регулювання струму обмеження (захисту) від 0 до 3 А;
- коефіцієнт нестабільності по напрузі не гірше 0,001%/В;
- коефіцієнт нестабільності по струму не гірше 0,01%/В;
- ККД джерела не гірше 0,6.
Електрична схема джерела живлення, рис. 4.10, складається з схеми управління (вузол А1), трансформатора (Т1), випрямляча (VD5...VD8), силового регулює транзистори VT3 і блоку комутації обмоток трансформатора (А2).
Рис. 4.10. Електрична схема універсального джерела живлення
Схема управління (А1) зібрана на двох універсальних операційних підсилювачах (ОУ), розташованих в одному корпусі, і живиться від окремої обмотки трансформатора. Це забезпечує регулювання вихідної напруги від нуля, а також більш стабільну роботу всього пристрою. А для полегшення теплового режими роботи силового регулюючого транзистора застосований трансформатор з розділити вторинною обмоткою. Відводи автоматично перемикаються залежно від рівня вихідної напруги за допомогою реле К1, К2, що дозволяє, незважаючи на великий струм в навантаженні, застосувати тепловідвід для VT3 невеликих розмірів, а також підвищити ККД стабілізатора.
Блок комутації (А2), щоб за допомогою всього двох реле забезпечити перемикання чотирьох відводів трансформатора, виконує їх включення в наступній послідовності: при перевищенні вихідної напруги рівня В 7,5 - включається К1; при перевищення рівня 15 включається К2; при перевищенні 22 - відключається К1 (у цьому випадку з обмоток трансформатора надходить максимальна напруга). Зазначені пороги задаються використовуваними стабілітронами (VD11 .VD13). Відключення реле при зниженні напруги виконується в зворотній послідовності, але з гістерезисом приблизно 0,3 В, тобто коли напруга знизиться на це значення нижче ніж при включенні, що виключає брязкіт при перемиканні обмоток.
Схема управління (А1) складається з стабілізатора напруги стабілізатора струму. При необхідності пристрій може працювати в будь-якому з цих режимів. Режим залежить від положення регулятора "Р (R18).
Стабілізатор напруги зібраний на елементах DA1.1-VT2-VT3. Працює схема стабілізатора наступним чином. Потрібне вихідна напруга встановлюється резисторами "грубо" (R16) і "точно" (R17). В режимі стабілізації напруги сигнал зворотного зв'язку по напрузі (-Uoc) з виходу (Х2) через дільник з резисторів R16-R17-R7 надходить на неінвертуючий вхід операційного підсилювача DA1/2. На цей же вхід через резистори R3-R5-R7 подається опорна напруга +9 Ст. В момент включення схеми на виході DA1/12 буде збільшуватися позитивне напруга (воно через транзистор VT2 приходить на управління VT3) до тих пір, поки напруга на вихідних клемах Х1-Х2 не досягне встановленого резисторами R16-R17 рівня. За рахунок негативного зворотного зв'язку по напрузі, надходить з виходу Х2 на вхід підсилювача DA1/2, виконується стабілізація вихідної напруги джерела живлення.
При цьому вихідна напруга буде визначатися співвідношенням:
де 
.
Відповідно змінюючи опір резисторів R16 (грубо) і R17 ("точно"), можна міняти вихідна напруга Івих від 0 до 30 Ст.
Коли до виходу джерела живлення підключена навантаження, у його вихідному ланцюзі починає протікати струм, що створює позитивне падіння напруги на резисторі R19 (щодо загального проводу схеми). Ця напруга надходить через резистор R18 в точку з'єднання R6-R8. З стабілітрона VD2 через R4-R6 подається опорна негативне напруга (-9). Операційний підсилювач DA1.2 підсилює різниця між ними. Поки різниця негативна (тобто вихідний струм менше встановленої резистором R18 величини), на виході DA1/діє 10 +15 Ст. Транзистор VT1 буде закритий і ця частина схеми не робить впливу на роботу стабілізатора напруги.
При збільшенні струму навантаження до величини, при якій на вході DA1/7 з'явиться позитивне напруга на виході DA1/10 буде негативна напруга і транзистор VT1 прочиниться. У ланцюзі R13-R12-HL1 протікає струм, який зменшить відкриває напруга на базі регулює силового транзистора VT3.
Світіння червоного світлодіода(НІ) сигналізує про перехід схеми в режим обмеження струму. В цьому випадку вихідна напруга джерела живлення знизиться до такої величини, при якій вихідний струм буде мати значення, достатнє для того, щоб напруга зворотного зв'язку за струмом (Uoп), що знімається з резистора R16, і опорне в точці з'єднання R6-R8-R18 взаємно компенсувалися, тобто з'явився нульовий потенціал. У результаті вихідний струм джерела виявиться обмеженим на рівні, що задається положенням движка резистора R18. При цьому струм у вихідному ланцюзі буде визначатися співвідношенням:
де 
.
Діоди (VD3) на входах операційних підсилювачів забезпечують захист мікросхеми від пошкодження у разі включення її без зворотного зв'язку або при пошкодженні силового транзистора. У робочому режимі напруга на входах ОП близько до нуля і діоди не впливають на роботу пристрою. Конденсатор С3 обмежує смугу усиливаемых частот ОУ, що запобігає самозбудження і підвищує стійкість роботи схеми.
Особливості конструкції
Частини схеми, виділені пунктиром (вузли А1 і А2), розташовуються на двох друкованих платах розміром 80x65 мм з одностороннього склотекстоліти товщиною 1...3 мм
Для вузла А1 топологія і розташування елементів показані на рис. 4.11.
Рис. 4.11. Топологія друкованої плати і розташування елементів вузла А1
Вузол А2 може бути виконаний об'ємним монтажем і його розміри залежать від типу застосовуються реле.
При складанні використані деталі: підлаштовані резистори R5 і R6 типу СПЗ-19а; змінні резистори R16.R18 типу СПЗ-4а або. ППБ-1А; постійні резистори R19 типу С5-16МВ на 5 Вт, інші з серії МЛТ і С2-23 відповідної потужності.
Конденсатори С1, С2, С3, С10 типу К10-17, електролітичні С4...С9 типу К50-35 (К50-32).
Світлодіоди HL1, HL2 підійдуть будь-які з різним кольором світіння. Транзистори VT1, VT2 можуть бути замінені на КТ3107А (Б). Силовий транзистор VT3 встановлюється на радіатор площею близько 1000 см. кв. Роз'єм Х3 на платі. А1 типу. РШ2Н-2-15.
Реле К1, К2 застосовані польського виробництва типорозміру R-15 з обмоткою на робоча напруга 24 В (опір обмотки 430 Ом) - вони за рахунок безкорпусного виконання мають малі габарити і досить потужні перемикаючі контакти.
Мікроамперметр РА1 малогабаритний типу М42303 або аналогічний з внутрішнім шунтом на струм до 3 або 5 А. Для зручності експлуатації джерела живлення схему можна доповнити вольтметром, що показує вихідну напругу.
Мережевий трансформатор Т1 виготовляється самостійно на основі броньового уніфікованого промислового трансформатора потужністю 160 Вт (наприклад, з серії ОСМ1 ТУ16-717.137-83). Залізо в місці розташування каркаса котушки має перетин 40x32 мм. Потрібно видалити всі вторинні обмотки, залишивши тільки мережеву (якщо первинна обмотка розрахована на 380 В, то з неї сматываем 300 витків). Намотування починаємо з обмотки 8-9-10 - вона містить 38+38 витків проводом. ПЗП діаметром 0,23 мм. Обмотка містить 7-6-5-4-3 16+15+15+15 витків проводом ПЕЛ діаметром 1,5 мм Вторинні обмотки трансформатора повинні забезпечувати на холостому ходу напруги 18+18 В і 7,5+7,5+7,5+7,5 В відповідно.
При безпомилковому монтажі в схемі вузла А1 потрібно настроїти тільки максимум діапазони регулювання вихідної напруги 0...30 В резистором R5 і максимальний струм захисту 3 А - резистором R6.
Блок комутації (А2) в налагодженні не потребує. Необхідно лише перевірити пороги перемикання реле К1, К2 і відповідне збільшення напруги на конденсатор С8.
При роботі схеми в режимі стабілізації напруги світиться зелений світлодіод (HL2), а при переході в режим стабілізації струму - червоний (HL1).
Для збільшення максимально допустимого струму в навантаженні до 5 А в схему буде потрібно внести зміни, показані на рис. 4.12 (встановлюється паралельно два силові транзистори). Це викликано необхідністю забезпечити надійну роботу пристрою в разі короткого замикання на вихідних клемах.
Рис. 4.12. Зміна в схемі для струму в навантаженні до 5 А
У найгіршому разі силові транзистори короткочасно повинні витримувати перевантаження по потужності P=U вх*I=35*5=175 Вт. А один транзистор КТ827А може розсіювати потужність 125 Вт.
Перемикаючі напругу з трансформатора Т1 ріпі К1 і К2 інерційні і не забезпечують миттєве зниження напруги, що приходить з вторинної обмотки Т1, але вони зменшать теплову рассеиваемую потужність силових транзисторах при тривалій роботі джерела.
У разі виконання джерела живлення на струм 5 А необхідно також зменшити номінал резистора R19 до 0,2 Ом і з урахуванням цього перерахувати значення резистора R18 за формулою:
Автор: Шелестов В. П.