Кожен радіоаматор, займається розробкою і ремонтом радіоапаратури, хотів би мати у своїй лабораторії універсальний блок живлення, що називається, на всі випадки життя. Такий джерело повинен мати регульоване широких межах вихідна напруга, великий струм, високу стабільність напруги, низький рівень пульсацій, надійний захист (від перевантаження по струму, перевищення напруги і перегріву), що гарантує схоронність як питаемой апаратури, так і самого джерела. Блок живлення повинен бути простим і не містити дефіцитних, дорогих і великогабаритних компонентів.
Спроби знайти опис готового пристрою, що задовольняє вищенаведеним вимогам, не увінчалися успіхом, тому автору довелося розробити подібний блок самостійно. Що з цього вийшло, судіть самі.
Основна увага при розробці пропонованого лабораторного блоку живлення (БП) було приділено сайту захисту. На думку автора, для забезпечення максимальної надійності електронну і електромеханічну захисту слід застосовувати в комплексі.
В описуваному БЖ реалізовані вузли захисту по струму, від перевищення напруги на вихід, а також теплова.
Щоб уберегти від ушкоджень електричних радіоапаратуру в широкому інтервалі струму навантаження, захист по струму повинна бути регульованою. В процесі розробки виникли певні труднощі з реалізацією датчика струму. У класичному варіанті - це резистор, включений у силову ланцюг, падіння напруги на якому відстежує вузол керування захистом. Для реалізації регульованого датчика струму знадобився б змінний резистор досить великої потужності опором від одиниць до десятих і навіть сотих часток ома. Так, наприклад, при опір датчика струму 0,1 Ом і струм 15 А на ньому розсіюється потужність понад 20 Вт! Існує варіант з перемиканням резисторів, але в цьому випадку перемикач повинен витримувати максимальний струм навантаження. Крім того, опір контактів перемикача нестабільно і порівнянно з опором перемикаються резисторів, отже, поріг спрацьовування захисту нестабільним, а сам перемикач - дуже громіздким. Звичайно, можна використовувати постійний резистор дуже малого опору і посилювати падіння напруги на ньому регульованим підсилювачем постійного струму, але в цьому варіанті пристрій істотно ускладниться.
Рішення з'явилося після прочитання статті [1] і полягає в наступному: корпус герконового реле РЭС-55 намотують додаткову обмотку, яку включають в силову ланцюг БЖ до стабілізатора. Напрямок струму в основній та додаткової обмотках реле вибирають так, щоб створювані ними магнітні поля підсумовувалися. Тоді, змінюючи струм в основній обмотці, можна регулювати рівень спрацьовування струмового захисту БЖ.
У вузлах захисту від перевищення напруги на виході зазвичай застосовують потужний стабілітрон або тріністор, які при підвищеній напрузі відкриваються і замикають вихід БЖ. В результаті різкого збільшення струму спрацьовує запобіжник, встановлений у силовий ланцюга.
У пропонованому вузлі захисту від перевищення напруги на виході в БП введено додатковий малопотужний стабілізатор з таким же законом регулювання вихідної напруги, як і в основного стабілізатора. Вихідна напруга додаткового стабілізатора повинно бути трохи більше, ніж основного стабілізатора. Обидва напруги подають на найпростіший вузол порівняння. Перевищення напруги на виході основного стабілізатора призводить до спрацьовування захисту.
Вузол теплової захисту зібраний на термовыключателях.
Основні технічні характеристики БЖ:
- Інтервали регулювання вихідної напруги, В......1,2...15; 1,2...30
- Максимальний струм навантаження (в інтервалі 1,2...30 В гарантується при напрузі 15...30 В), А......15
- Коефіцієнт стабілізації напруги, не менше .....100
- Рівень пульсацій при вихідній напрузі 12 В і струмі навантаження 10 А, мВ, не більш......30
- Інтервал регулювання струму спрацювання захисту, А......0,5...15
- Перевищення вихідної напруги, при якому спрацьовує захист, В, не більш......2
- Температура включення вентилятора охолодження, °С......50
- Температура спрацьовування теплового захисту, °З......60
Схема БП показано на рисунку. З вторинної обмотки мережевого трансформатора Т1 змінна напруга поступає на випрямний міст VD1. Інтервали вихідного напруги перемикають перемичкою S1: в нижньому за схемою положенні - 1,5... 15 В; у правому - 1,2...30 Ст. Конденсатори С1 - С4 зменшують мультиплікативну перешкоду. Випрямлена напруга, згладжена конденсаторами С6-С9, надходить на входи основного і додаткового стабілізаторів, які зібрані на мікросхемах DA3 і DA1, включених за типовою схемою [2]. Для збільшення вихідного струму основного стабілізатора застосовані регулюють транзистори VT1-VT4, в эмиттерных ланцюгах яких встановлені токовиравнівающіе резистори R9-R12. Діоди VD2, VD3, VD10 і VD11 - захисні. Вихідна напруга основного і додаткового стабілізаторів регулюють здвоєним змінним резистором R2. Резистором R3 встановлюють мінімальне перевищення напруги додаткового стабілізатора над напругою основного, що необхідно для правильної роботи сайту захисту.
(натисніть для збільшення)
Напруга на виході БЖ вимірюють вольтметром PV1, а вихідний струм - амперметром РА1.
Для підвищення стабільності роботи вузол захисту по струму живлять від стабілізатора DA2. Резистором R4 регулюють струм в основній обмотці 1 -2 герконового реле К1, внаслідок чого змінюється струм спрацьовування за додатковою обмотці 3-4. Якщо вихідний струм БЖ перевищить встановлене значення спрацює реле К1, контактами К1 1 включить реле К2 і самоблокується через діод VD8. Реле К2 спрацює і контактами К2.1 відключить основний стабілізатор від випрямляча. При цьому колір світіння світлодіода HL1 зміниться з зеленого на червоний і включиться звукова сигналізація (звуковий випромінювач НА1 з вбудованим генератором). Звукову сигналізацію можна вимкнути перемикач SA3. Після усунення причини спрацьовування захисту по струму БЖ повертають в початковий стан, натискаючи на кнопку SB1 "Скидання". Діоди VD7 і VD9 обмежують напругу самоіндукції обмоток реле К1 і К2.
У вузлі порівняння напруг основного і додаткового стабілізаторів застосована тиристорная оптопара U1. Стабілізаторів напруги подають на випромінюючий діод оптопари, який у вихідному стані закритий. Якщо напруга на виході основного стабілізатора з якихось причин збільшиться, тиристор оптопари відкриється, що призведе до спрацьовування захисту, як описано вище. Діоди VD4-VD6 захищають випромінюючий діод оптопари від перевантаження, а резистор R8 обмежує струм.
Тепловий захист виконана на термовыключателях SF1 і SF2. Вимикач SF1 спрацьовує, якщо температура тепловідведення досягла 50 °С, і включає електродвигун вентилятора М1. Якщо ж температура продовжує тепловідведення збільшуватися, при 60 °С вимикач спрацює SF2, що призведе до включення захисту. Електродвигун вентилятора М1 можна примусово включити вимикачем SA2.
Основний елемент, що визначає електричні параметри і габарити БП - мережевий трансформатор Т1. Автор застосував готовий стрижневий трансформатор з габаритною потужністю приблизно 600 Вт, має вторинну обмотку з вихідним напругою 30 В із середнім виводом. В БП можна використовувати будь-трансформатор з необхідними характеристиками.
Діодний міст МВ351 (VD1) замінимо будь випрямлячем серії MB або КВРС. В крайньому разі міст можна зібрати з окремих діодів, що забезпечують необхідний струм навантаження.
Перемикач інтервалів вихідної напруги S1 виконаний з трьох приладових клем, що з'єднуються перемичкою.
Стабілізатори КР142ЕН22А замінні будь-якими з цієї серії або імпортними аналогами серій SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, а стабілізатор КР142ЕН8Б - імпортним аналогом 7812.
Реле К1 - РЕЗ-55Б виконання РС4.569.600-00 (паспорт РС4.569.626). Підійдуть також реле виконань РС4.569.600-05 (паспорт РС4.569.631), РС4.569.600-01 (паспорт РС4.569.627) і РС4.569.600-06 (паспорт РС4.569.632). Якщо реле не спрацьовує при напрузі 12 В, напруга стабілізатора необхідно DA2 збільшити до надійного спрацьовування реле (з запасом в 1,5...2 В), включивши між висновком 2 мікросхеми і загальним проводом один-два малопотужних кремнієвих діода Висновок корпуса реле видаляють. На корпус реле намотують додаткову обмотку проводом ПЭТВ (ПЕВ). При виборі діаметра проводу слід орієнтуватися на щільність струму 10 А/мм В авторському варіанті додаткова обмотка містить 16 витків дроту діаметром 1,4 мм Обмотку фіксують термозбіжної трубкою. Розрахункове опір обмотки становить 0,006 Ом, падіння напруги при струмі 15 - 0,09, максимальна розсіює потужність - 1,35 Вт. Реле К2 - автомобільне 90.3747-01, здатне комутувати струм до 30 А. Термовыключатели SF1 і SF2 - РБ5-2 з температурою спрацьовування 60 °С, раніше широко застосовувалися в ЄС ЕОМ. Один вимикач відрегульований на температуру спрацьовування 50 °С. Термовыключатели можна замінити імпортними В1009 на відповідну температуру, але оскільки їх контакти тих, що розмикають, їх необхідно включати через інвертори. Електродвигун М1 - вентилятор, застосовуваний для охолодження блоків живлення комп'ютерів IBM.
Світлодіод АЛС331А (HL1) допустимо замінити імпортним двокольоровий або будь-якими двома одноколірними (відповідно червоним і зеленим). Транзистори КТ818ГМ (VT1-VT4) замінні потужними р-n-р транзисторами з максимальної розсіюваною потужністю не менше 100 Вт, наприклад, з серій КТ825, КТ865, КТ8102.
Резистори R9-R12 - С5-16МВ потужністю 2 Вт. Їх можна замінити саморобними, виготовленими з ніхромового дроту діаметром 0,8... 1 мм Можна обійтися і без цих резисторів, якщо підібрати транзистори з рівності струмів колекторів при рівних напруги база-емітер.
З міркувань надійності застосовані змінні дротяні резистори ППЗ-45 (R2, R4) і підстроювальні багатооборотні резистори СП5-ЗВ (R3, R5, R13, R17), проте їх можна замінити будь-якими. Діоди КД522А (VD3-VD8, VD11) можна будь-якими кремнієвими малопотужними, а діоди КД258А (VD2, VD9, VD10) - будь-якими з максимальним струмом не менше 1 А.
Для вимірювання напруги і струму використані вимірювальні головки М4203 опором 500 Ом з струмом повного відхилення 1 мА. Застосування інших вимірювальних головок вимагатиме перерахунку опору резисторів R13, R16, R17.
Конденсатори С6-С9 - К50-37, але допустимо застосувати будь-які інші. Слід пам'ятати, що їх сумарна ємність повинна бути не менше 2000 мкФ на кожен ампер струму навантаження, а номінальна напруга перевищувати вихідна напруга випрямляча при максимальному живлячій мережевому напрузі.
Конденсатори С5, С10-С12, С14 - танталові К52-1, К52-2 та К53-1А. У разі застосування оксидних алюмінієвих конденсаторів їх ємність слід збільшити в кілька разів. Інші конденсатори - будь-які керамічні.
Вимикач SA1 - Т2 або інший, розрахований на струм не менше 3 А. Вимикачі SA2, SA3 - m т1, кнопка SB1 - КМ-1, але їх можна замінити будь-якими іншими.
Замість тиристорної оптопари АОУ103А допустимо застосувати будь-яку з серії оптопару АОУ115.
БЖ зібраний у прямокутному металевому корпусі розмірами 230x120x300 мм. верхній, нижній і бічних панелях корпусу просвердлені вентиляційні отвори. На передній панелі встановлені вимірювальні прилади, вихідні клеми, клеми перемикача інтервалів вихідної напруги, мережевий вимикач, вимикачі електродвигуна вентилятора і звукової сигналізації, регулятори вихідного напруги R2 і струму спрацьовування захисту R4 а також світлодіод сигналізації спрацьовування захисту.
Задня панель виконана з алюмінію завтовшки 3 мм На неї через слюдяні прокладки, покриті з двох сторін пастою КПТ-8, закріплені транзистори VT1-VT4, мікросхеми DA1-DA3, випрямний міст VD1 і термовыключатели. Вентилятор встановлений на задній панелі над транзисторами VT1-VT4 на стійках. У вільних місцях під ним просвердлені вентиляційні отвори. На задню панель також винесені запобіжники FU1 і FU2.
Монтаж пристрою в основному навісний, на висновках і ізоляційних стійках. Монтаж силових ланцюгів виконаний багатожильним проводом перерізом 2,5 мм2 мінімальної довжини. Конденсатори С6-С9 пригвинчені гвинтами контактів на платі з фольгованого склотекстоліти, яка прикріплена до бічної панелі кронштейнами. На друковані провідники між висновками конденсаторів по всій довжині напаяний мідний дріт діаметром 1,4 мм Трансформатор закріплений на нижній панелі за допомогою кутиків.
Налагодження БЖ зводиться до регулювання вузла захисту і калібрування амперметра і вольтметра. Для цього потрібні вольтметр з межею виміру 35 В, амперметр з межею вимірювання 20 А, допоміжний джерело живлення з максимальним вихідним напругою 35 та навантажувальні резистори змінні (реостати) опором 10 і 100 Ом або еквівалент навантаження. Вузол захисту регулюють у наступній послідовності.
1. Спочатку регулюють вузол захисту від перевищення вихідної напруги.
1.1. Движок змінного резистора R4 встановлюють у положення максимального опору.
1.2 Підключають вольтметр плюсовим висновком до виходу стабілізатора DA1, а мінусовим - до виходу стабілізатора DA3.
1.3. Змінюючи вихідну напругу БЖ в межах інтервалів 1 2... 15 і 1,2...30 В, з допомогою резистора R3 домагаються, щоб вимірювана напруга була завжди позитивним, а його значення мінімальним і не перевищує 1,5 Ст. Якщо ж це зробити не вдалося, слід поміняти місцями резистори R2.1 і R2.2 або підібрати резистор R2 з меншим неузгодженістю.
1.4. Встановлюють на виході БЖ напруга 30 В
1.5. Відключають правий по схемі виведення резистора R8 від виходу БП і подають на нього напруга (кілька менше 30 В) від допоміжного джерела.
1.6. Плавно збільшуючи напругу допоміжного джерела, фіксують момент спрацьовування захисту по зміні кольору світіння світлодіода. Вихідна напруга допоміжного джерела в цьому випадку не повинно перевищувати 32 Ст.
1.7. Відновлюють з'єднання резистора R8 з виходом БЖ.
Справність захисту від перевищення напруги можна перевірити і в процесі експлуатації. Ємність конденсатора С12 основного стабілізатора DA3 більше ємності аналогічного за призначенням конденсатора С5 в додатковому стабілізатор DA1. Збільшена ємність сприяє зменшенню рівня пульсацій на виході основного стабілізатора, але одночасно збільшує інерційність регулювання вихідної напруги БЖ. Якщо движок резистора R2 різко повернути в бік зменшення напруги, то внаслідок більшої ємності вихідна напруга БЖ короткочасно перевищить вихідна напруга стабілізатора DA1, що призведе до спрацьовування захисту.
2. Потім регулюють вузол захисту по струму.
2.1. Розривають ланцюг між резисторами R4 і R5, між висновком додаткової 4 обмотки реле К1 і своїми контактами К2.1 реле К2.
2.2. Між виведенням 4 додаткової обмотки реле К1 і загальним проводом підключають послідовно з'єднані навантажувальний резистор опором 10 Ом і амперметр.
2.3. Зменшуючи опір навантажувального резистора, вимірюють струм спрацьовування захисту, який повинен бути в межах 16... 18 А. Цього домагаються зміною числа витків додаткової обмотки 3-4 реле К1.
2.4. Відновлюють з'єднання резисторів R4 і R5. Навантажувальний резистор опором 10 Ом замінюють на 100 Ом.
2.5. Движок змінного резистора R4 встановлюють у положення мінімального опору, а підлаштування резистора R5 - максимального опору.
2.6. Змінюючи опір навантажувального резистора, встановлюють струм 0,5 А.
2.7. Переміщаючи движок підлаштування резистора R5, домагаються спрацьовування захисту.
2.8. Навантажувальний резистор 100 Ом замінюють на 10 Ом. Движок змінного резистора R4 встановлюють у положення максимального опору.
2.9. Змінюючи опір навантажувального резистора, вимірюють струм спрацьовування захисту. Якщо його значення відрізняється від 15 А, потрібно підбір резистора R4.
2.10. Задаючи кілька значень струму навантаження, градуюють шкалу змінного резистора R4.
2.11. Відключають навантажувальний резистор і амперметр. Відновлюють з'єднання між виведенням 4 реле К1 і своїми контактами К2.1.
Амперметр і вольтметр калібрують за загальноприйнятою методикою. Врахуйте, що шкала амперметра - нелінійна.
На закінчення слід зазначити, що подібним вузлом захисту або його окремими елементами можна обладнати практично будь-які БЖ.
Література
Автор: Е. Коломоєць, р. Іркутськ