Особливість двополярного джерела живлення, що пропонується увазі читачів, - наявність в кожному плечі і лінійної імпульсної ступенів регулювання, що дозволило знизити падіння напруги і потужність на регулюючому транзисторі і, відповідно, зменшити розміри тепловідведення. Пристрій, який автор успішно експлуатує більше п'яти років, вийшло, можливо, не цілком оптимальним, але ми сподіваємося, що радіоаматори зможуть доопрацювати його, використовуючи наявну елементну базу під свої завдання.
Основна проблема, яка виникає при виготовленні блоку живлення, що працює в широкому інтервалі вихідної напруги і з великим струмом навантаження, - забезпечити мінімальну рассеиваемую потужність на регулюючому елементі і, відповідно, отримати максимальний ККД пристрою в цілому.
Один із шляхів вирішення цієї задачі полягає у використанні трансформатора з багатосекційні обмоткою [1]. Основні недоліки - необхідність маніпулювати перемикачем що дуже незручно, і складність виготовлення трансформатора.
Найбільш вдале рішення - імпульсний джерело з подальшою фільтрацією пульсацій компенсаційних стабілізатором. Ускладнення пристрою компенсується малими розмірами тепловідводів, оскільки падіння напруги, а отже, і потужність, що виділяється на регулюючому транзисторі лінійного стабілізатора, можна зробити мінімальними і незалежними від напруги на навантаженні.
За основу був узятий лабораторний блок живлення, описаний в [2]. Головний його недолік - досить громіздкий дросель, який різко збільшує масу і габарити пристрою. У пропонованому варіанті джерела первинне регулювання напруги здійснюється на високій частоті (15...50 кГц), тому дросель виконаний на феритовому магнітопроводі, що значно зменшило габарити та масу приладу
Основні технічні характеристики
- Вихідна двополярне напруга, В......3...30
- Максимальний струм навантаження, А......3
- Ефективне значення напруги пульсацій при максимальному струмі навантаження, мВ......30
- Межі регулювання струму спрацьовування системи захисту, А......0,25...3
- Коефіцієнт стабілізації при зміні напруги мережі від 190 до 240 В......500
Схема джерела живлення показана на рис. 1. Штрихпунктирной лінією виділені однакові вузли в обох плечах. Розглянемо роботу пристрою на прикладі джерела плюсового напруги.
(натисніть для збільшення)
Змінна напруга вторинної обмотки мережевого трансформатора Т випрямляє діодний міст VD1-VD4 і фільтрує конденсатор Сб. Потім постійна напруга надходить на комутуючих транзистор VT4 імпульсного стабілізатора і на тригер Шмітта, зібраний на транзисторах VT5, VT6, напруга живлення якого стабілізоване параметричним стабілізатором R13VD18.
В початковий момент після включення блоку живлення датчик напруги - транзистор VT7 закритий, транзистор VT5 тригера Шмітта відкритий, а транзистори VT1 і VT2 закриті. Транзистор VT3 відкритий струмом, що протікає через його емітерний перехід і резистори R6 R7. Отже, комутуючих транзистор VT4 теж відкрито. Конденсатор С8 починає заряджатися. Напруга на ньому зростає до тих пір, поки не стане близьким до встановленого вихідного. Подальше збільшення напруги на конденсаторі С8 призведе до відкривання датчика напруги VT7 і спрацьовування тригера Шмітта. В результаті транзистори VT1 і VT2 відкриються, а транзистори VT3 і VT4 закриються.
Потім в роботу включається дросель L1 На ження самоіндукції відкриває діод VD17, і енергія, накопичена в дроселі, передається в навантаження.
Після вичерпання запасу енергії в дроселі діод VD17 закривається, а струм в навантаження надходить з конденсатора С8 Напруга на ньому починає зменшуватися, і у якийсь момент закриється датчик напруги VT7. Тригер Шмітта переключиться (транзистор VT6 буде закритий, а транзистор VT5 відкритий), транзистори VT1 і VT2 закриються а транзистори VT3 і VT4 відкриються. Конденсатор С8 знову почне заряджатися.
Діод VD16 захищає комутує транзистор VT4 в аварійних ситуаціях, наприклад, при виході з ладу діода VD17 або втрати ємності конденсатора С6.
Компенсаційний стабілізатор на транзисторах VT8, VT9, VT11 зібраний з простої схеми і особливостей не має.
Для плавного збільшення вихідної напруги після включення блоку живлення і запобігання спрацьовування захисту при значній ємнісний навантаження застосовані елементи R19, VD20, С10. У момент включення конденсатор С10 заряджається за двома ланцюгам: через резистор R19 і резистор R21, діод VD20. Напруга на конденсаторі (і базі транзистора VT9) повільно протягом близько 0,5 с зростає. Відповідно збільшується і напруга на виході, поки не стабілізатор увійде в сталий режим. Далі діод VD20 закривається, а конденсатор С10 дозаряджати через резистор R19 і в подальшому на роботу стабілізатора не впливає.
Діод VD19 потрібен для швидкої розрядки конденсатора С10 після виключення блоку харчування і при зменшенні вихідної напруги. У цьому випадку напруга на конденсатор С8 зменшується швидше, ніж на 10 діод відкривається і VD19 напруга на обох конденсаторах знижується одночасно.
Крім того, для швидкого зменшення вихідної напруги при виключенні блоку харчування застосовано реле К1. Після включення блока в мережу на реле К1 через резистор R1 подається напруга з випрямляча на діодах VD7 VD8 Випрямлена напруга фільтрує конденсатор C3 невеликої ємності. Реле спрацьовує, його контакти К1.1 розмикаються і не впливають на роботу стабілізатора.
При виключенні блоку напруга на конденсаторі C3 зникає швидше, ніж на С6, тому реле К1 практично відразу відпускає його контакти К1.1 замикаються і конденсатор С10 швидко розряджається через резистор R20. У цей момент відкривається діод VD20 і напруга на базі транзистора VT9 зменшується майже до нуля. Напруга на виході стабілізатора пропадає.
Ланцюг R26VD23 служить для прискореної розрядки конденсатора і конденсаторів С13 навантаженні при встановленні менших значень напруги. У цьому випадку напруга на колекторі транзистора VT11 стає менше, ніж напруга на виході блоку, діод VD23 відкривається і конденсатор С13 розряджається по ланцюгу: резистор R26, діод VD23, ділянка колектор-емітер транзистора VT11 і діоди VD21, VD22. В сталому режимі ланцюг R26VD23 на роботу блоку не впливає.
Конденсатор С12 запобігає самозбудження стабілізатора. Конденсатори С14 і С23 підключені безпосередньо до вихідних клем блоку живлення для зменшення високочастотних пульсацій.
Ланцюг R6C7 потрібна для зменшення часу закривання транзисторів VT3, VT4. Якщо транзистор VT3 відкрито, на резисторі R6 створюється падіння напруги, плюсом прикладена до бази транзистора. У такий же полярності заряджається конденсатор С7. Коли транзистор VT2 відкриється, через його ділянку колектор-емітер нижня по схемою обкладка конденсатора з'єднається з емітером транзистора VT3. Таким чином, до емітер-ному переходу транзистора VT3 буде докладено закриває напруга, що сприяє його форсованого закривання, а значить, і закриванню комутуючого транзистора VT4.
Коли спрацьовує захист (при перевантаженні або замиканні в навантаженні), на базу транзистора VT10 через дільник R22R23 надходить відкриває його напруга. В внаслідок база транзистора VT9 виявляється з'єднаної з загальним проводом через ділянка колектор-емітер відкритого транзистора VT10. Напруга на виході блоку пропадає.
Відзначимо особливості побудови мінусового каналу блоку живлення. Імпульсний стабілізатор і тригер Шмітта залишилися без змін. Компенсаційний стабілізатор виконаний на транзисторах інший провідності, і регулює елемент VT21 включений в ланцюг мінусовій лінії живлення. Це спростило зв'язок компенсаційного стабілізатора з вузлом захисту. Тригер Шмітта (на транзисторах VT17, VT18) підключений безпосередньо до транзистору VT20. Функцію датчика напруги виконує транзистор VT18 тригера Шмітта. Щоб при виключенні блоку харчування вихідні напруги пропадали синхронно в обох плечах, використано загальна реле К1 (контакти К1.2).
Вузол захисту живлять від двополярного джерела напруги. Це дозволяє досить просто управляти обома плечима блоку живлення [3]. Мінусове напруга формує помножувач на діодах VD5, VD6 і конденсаторах С1, С2 і на рівні -5 В стабілізує параметричний стабілізатор R2VD10.
Схема вузла захисту показана на рис. 2.
Коли струм навантаження досягне встановленого значення, падіння напруги на резисторі R30 (див. рис. 1) стане достатнім для відкривання транзистора VT12. На вхід S (вивід 14) тригера DD1 надходить високий рівень, і він переходить в одиничний стан. На виході інвертора DD2.1 з'явиться низький рівень, який через діод VD1 і резистор R50 впливає на транзистор VT19 (див. рис. 1), що призведе до відкривання останнього і закривання складеного транзистора VT20VT21. Напруга на виході мінусового джерела пропаде.
На виході ж інвертора DD2.3 з'явиться одиничний сигнал, що впливає через діод VD5 і резистор R22 (див. рис. 1) на транзистор VT10, що в цілому призводить до закриванню та плюсового плеча. Світлодіод HL1 "+" сигналізує про наявність перевантаження саме в плюсовому плечі блоку живлення. Аналогічно вузол захисту працює і в разі перевантаження мінусового джерела.
Таким чином, де б не виникло перевантаження, відключаються обидва плеча стабілізаторів, і такий стан буде зберігатися як завгодно довго, поки не буде натиснута кнопка SB1 "Повернення". У цьому випадку високий рівень впливає на входи R (виводи 3 і 15) і перемкне тригери в нульовий стан. Працездатність стабілізаторів відновиться. Конденсатор C3, шунтувальний контакти кнопки SB1, потрібен для установки тригерів в нульовий стан в момент включення блоку в мережу. Резистори R1, R2 служать для встановлення рівня чутливості захисту. Конденсатори С1, С2, шунтуючі входи S тригерів, запобігає помилкові спрацьовування вузла захисту від імпульсних перешкод, наведених у з'єднувальних провідниках. Діоди VD1-VD6 потрібні для розв'язки виходів мікросхем.
Мережевий трансформатор у блоці живлення можна використовувати будь, забезпечує необхідну потужність. В авторському варіанті застосовано готовий трансформатор ТС-180-2. Первинна обмотка залишена без змін. Вона містить 680 витків дроту ПЕВ-1 0,69 Всі вторинні обмотки видалені, а на їх місце нові намотані обмотки II і III, що містять по 105 витків дроту ПЕВ-1 1,25. Трансформатор можна виготовити самостійно на основі магнітопровода ПЛ21 х45.
Дроселі L1 і L2 намотані на броньових магнітопроводах Б-30 з фериту М2000НМ. Обмотки містять по 18 витків джгута, складеного з дев'яти проводів ПЕВ-2 0,4. Зазор між половинами магніто ровода - 0,2 ..0,5 мм.
Діоди КД202Р (VD1-VD4, VD12 - VD15), які розміщені на невеликих тепловідводах, можна замінити іншими, розрахованими на прямий струм не менше 3 А і необхідне зворотне напруга. Замість діодів КД105Б (VD5-VD9) і Д223А (VD19-VD23, VD27-VD31) допустимо використовувати будь-які з серій КД208, КД209. Діоди Д9Б (VD1-VD6, рис. 2) можна будь-якими з серій КД521, КД522.
Реле К1 - РЭС48А виконання РС4 590 202 на робоче напругу 12 Ст. Краще підібрати реле на більшу напругу, наприклад, РЭС48А виконання РС4.590.207 с напругою 27 Ст. В цьому випадку слід використовувати струмообмежуючий резистор R1 меншого опору та потужності.
Транзистори КТ644Б (VT3, VT15) замінні на КТ644А, КТ626В, в крайньому випадку на КТ816В, КТ816Г або КТ814В, КТ814Г. На місці транзисторів VT1, VT10, VT13 допустимо використовувати будь-які кремнієві з допустимою напругою колектор-емітер не менше 60 Ст. Замість транзисторів МП26А (VT7, VT12, VT19, VT22 VT1, рис. 2) можна застосувати будь-які з серій МП25, МП26; замість КТ3102А (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - КТ315В-КТ315Е, КТ3102Б. Транзистор КТ827А (VT8) замінимо будь-яким з цієї чи з серії КТ829, а також КТ908А, КТ819Г, транзистор КТ825А (VT21) - будь-яким з цієї чи з серії КТ853, а також КТ818Г Замість транзисторів КТ908А (VT4, VT16) краще застосувати КТ945А з великим максимальним струмом колектора.
Транзистор МП37Б (VT23) слід підібрати по максимальній напрузі колектор-емітер, оскільки він працює на межі допустимого значення.
Транзистори VT4, VT8, VT16, VT21 і діоди VD17, VD25 встановлені на невеликі радіатори розмірами відповідно 50x50x5 і 40x30x3 мм.
Мікросхеми серії 564 замінні відповідними аналогами серії К561.
Оксидні конденсатори С6 і С15 складені з двох К50-24 за 1000 мкФ і двох К52-1Б по 100 мкФ, напруга 63, включених паралельно. Конденсатори С1, С2, С10, С11, С19, С20 - К50-6, C3, С4, С5, С13, С22 - К50-16, С12, С14, С21, С23 - К73-17.
Микроамперметры РА1, РА2 - М4205 на струм 100 мкА. Всі деталі пристрою заздалегідь перевіряють. В авторському варіанті джерело живлення зібраний на декількох платах навісним монтажем.
При налагодженні блоку найкраще скористатися осцилографом. Його підключають до емітера транзистора VT4. Движок резистора R28 встановлюють в середнє положення, а резистор R22 тимчасово випоюють. Включають блок живлення в мережу. На емітері транзистора VT4 повинні з'явитися прямокутні імпульси. Якщо напруга відсутня, в першу чергу слід переконатися, що реле К1 спрацювало. В іншому випадку підбором резистора R1 домагаються, щоб реле спрацьовувало при мінімальному напрузі мережі (190). Після цього вимірюють напруга колектор-емітер транзистора VT8. Воно повинно бути в межах 1,5...2 В і зберігатися при зміні вихідної напруги.
Перемикання імпульсного стабілізатора відбувається, коли напруга колектор-база транзистора VT9 приблизно дорівнює 0,9 В. Якщо його необхідно збільшити, в ланцюг емітера транзистора VT7 слід включити один або кілька діодів в прямому напрямку. Частота перемикання в невеликій мірі залежить від опору резисторів R17 (з його зменшенням частота зменшується) і R15 (з його збільшенням частота зменшується).
Резисторами R27 і R29 підбирають мінімальне і максимальне значення вихідного напруги (3 і 30).
Тепер до виходу стабілізатора підключають навантаження (або її еквівалент) опором близько 3 Ом потужністю не менше 27 Вт, попередньо встановивши напруга на виході приблизно 5 Ст. Плавно збільшуючи вихідна напруга, стежать, щоб струм у навантаженні не перевищував 3 А. Крім того, слід контролювати форму імпульсів. Якщо тривалість пауз між імпульсами стане менше 1/5 періоду, можливий зрив коливань. У цьому випадку необхідно збільшити індуктивність дроселя, застосувавши магнітопровід великих розмірів або збільшивши число витків.
Потім калібрують мікроамперметр, що вимірює струм навантаження. Для вимірювання напруги на виході блоку живлення можна включити мікроамперметр з додатковим резистором опором близько 300 кОм.
Далі впаюють резистор R22. Движок резистора R32 встановлюють у верхнє (за схемою) положення, а резистором R28 - мінімальна напруга. До виходу стабілізатора підключають резистор опором 40 Ом. Включають блок живлення мережа і, збільшуючи вихідна напруга, встановлюють струм навантаження 250 мА. Потім за допомогою резистора R1 (див. рис. 2) домагаються, щоб спрацював захист і включився світлодіод HL1. Для джерела негативного напруги мінімальний струм спрацьовування захисту встановлюють резистором R2.
Після цього движок резистора R32 пересувають у нижнє (за схемою) положення. Опір навантаження зменшують і встановлюють струм 3 А. Переміщаючи движок резистора R32 вгору (за схемою), помічають момент спрацьовування захисту. Тепер слід виміряти опір виведеної частини резистора R32, поставити резистор близького номіналу і відградуювати його по струму спрацьовування захисту.
Аналогічно налагоджують плече мінусового напруги.
На закінчення вимірюють осцилографом напруга пульсацій при максимальному струмі навантаження. Якщо пульсації перевищують 30 мВ, встановлюють додаткові конденсатори С11 і С20 (на схемі рис. 1 показані штриховими лініями). Може виявитися, що при швидкому повороті движка резистора R28 (R56) вихідна напруга ще змінюється, хоча движок вже нерухомий У цьому випадку верхній висновок резистора R21 потрібно випаяти і з'єднати з колектором транзистора VT4 (показано штриховою лінією). Нижній висновок резистора R49 також слід випаяти і підключити до точки з'єднання елементів R2, С2, VD6 (див. рис. 1). Опір резистор R21 і R49 при цьому необхідно збільшити до 20 кОм.
ККД компенсаційного стабілізатора можна підвищити, якщо на місці VT8 і VT21 застосувати транзистори з меншою напругою насичення колектор-емітер, враховуючи рекомендації [4].
Замість МП37Б (VT23) краще використовувати германієвий транзистор з великим допустимою напругою колектор-емітер, наприклад, ГТ404В, ГТ404Г.
Література
Автор: Р. Балашов, р. Шадринськ Курганської обл.