Пропоноване пристрій стабілізує напруга живлення навантаження і обмежує споживаний нею струм, переходячи в режим стабілізації струму. Імпульсний режим роботи забезпечує високий ККД в будь-яких режимах роботи. Пристрій не боїться тривалих замикань виходу. Воно може служити джерелом струму для процесів електролізу, гальванопластики та інших, для яких необхідний стабільний або обмежений струм. Пристрій можна використовувати для зарядки акумуляторів майже всіх типів. У радіоаматорський літературі опубліковано безліч описів лабораторних блоків живлення. Пропонований джерело відрізняється широкими функціональними можливостями, простотою, високим ККД. На рис. 1 показана його функціональна схема.
Рис. 1
Основа пристрою - понижуючий стабілізатор напруги з широтно-імпульсним регулюванням на комутуючим транзисторі VT1. Після накопичувальних елементів - дроселі L1 і конденсатора С1 - включені послідовно регульовані лінійні обмежувач струму А1 і стабілізатор напруги A3. Діод VD1 забезпечує протікання струму дроселя L1 в конденсатор С1 і навантаження, коли закритий комутує транзистор VT1. Струм навантаження обмежений зверху вузлом А1 від 10 мА до 5 А. Стабілізатор напруги A3 дозволяє регулювати вихідну напругу від 0 до 30 Ст. Диференціальні підсилювачі А2 і А4 з коефіцієнтом підсилення близько 5 контролюють падіння напруги на блоках А1 і А3. Коли хоча б одна з них занадто велико, що комутує транзистор VT1 закривається за сигналом широтно-імпульсного регулятора А5. Цим досягаються високий ККД і стабілізація не тільки вихідної напруги, але й струму. Невелика потужність, що розсіюється на регулюють елементах підвищує надійність пристрою, дозволяє знизити його масу і габарити за рахунок зменшення розмірів тепловідводів порівняно з лінійним регулюванням. На рис. 2 показана принципова схема пристрою.
Рис. 2
Компоненти VT4, VD5, L1, С8 відповідають VT1, VD1, L1, С1 на рис. 1. На елементах VT1-VT3, С1, VD3, HL1, R3-R8 зібраний широтно-імпульсний регулятор А5. Обмежувач струму А1 зібраний по схемі стабілізатора струму на транзисторах VT6 і VT7, діодах VD6-VD10 і резистора R10-R20, один з яких підключається перемикачем SA2. Регульований стабілізатор напруги A3 зібраний на мікросхемі DA4. Диференціальний підсилювач А2 (див. рис. 1) - високовольтний ОУ КР1408УД1 (DA3) з резисторами R21, R23, R25, R26. Аналогічний диференціальний підсилювач А4 - DA5, R28, R31.R33, R34.
Знижений до 30 В трансформатором Т1 мережеве напруга з обмотки II випрямляє діодний міст VD4 і згладжує конденсатор С4. Це напруга (близько 40) - вхідна для імпульсного стабілізатора. Резистор R1 і стабілітрон VD1 утворюють параметричний стабілізатор напруги живлення задаючого генератора, виконаного на одноперехідному транзисторі VT2. Транзистор VT3 - підсилювач струму задаючого генератора. Вибір транзистора КТ825Г як комутуючого (VT4) обумовлений його високою надійністю і широкою доступністю. Частота генерації 40 кГц обрана у відповідності з частотними властивостями транзистора КТ825Г. На резисторі R2 і світлодіоді HL1 зібраний параметричний стабілізатор напруги близько 2 для фіксації рівня напруги на емітер регулюючого транзистора VT1. Діод VD3 перешкоджає подачі зворотної напруги на емітерний перехід цього транзистора. Відкриваючись, що комутує транзистор VT4 підключає дросель L1 до виходу випрямляча на діодному мосту VD4. Протікає через дросель L1 заряджається струмом накопичувальний конденсатор С8. Змінюючи напруга на базі транзистора VT1, можна регулювати ширину імпульсів, що відкривають транзистор VT4, і відповідно напруга на накопичувальному конденсаторі С8. Обмежувач струму А1 виконаний на дискретних елементах.
Відмова від використання мікросхеми LT1084 обумовлений її недостатньо високим максимальним вхідною напругою (37). Крім того, застосування дискретних елементів збільшує ККД. Падіння напруги на токозадающем резисторі інтегрального стабілізатора одно 1,25 В, при струмі 5 А на цьому резисторі розсіюється потужність 6,25 Вт. У застосованому обмежувачі струму падіння напруги на токозадающем резисторі UR дорівнює різниці падіння напруги на діодної ланцюга VD6-VD10 і напруги база-емітер складеного транзистора VT6VT7. В даному випадку UR приблизно дорівнює 0,6 В. Потужність, що розсіюється на резисторі R20 (на межі 5 А), приблизно дорівнює 3 Вт. Опір токозадающего резистора R розраховують за формулою R=UR/I, де I - необхідний струм обмеження.
У примірнику автора реалізовані 11 меж обмеження струму: 10, 50, 100, 250, 500, 750 мА; 1, 2, 3, 4, 5 А. Їм відповідають резистори R10-R20. Оскільки напруга на конденсаторі С8 змінюється в широких межах, струм через стабистор, складений з діодів VD6-VD10, визначає стабілізатор на транзисторі VT5 і світлодіоді HL2. Резистором R22 в ланцюзі емітера транзистора VT5 встановлюють струм через ланцюг VD6-VD10 в межах 10...12 мА. Регульований стабілізатор напруги A3 виконаний на мікросхемі DA4. Діоди VD13, VD14 сприяють підвищенню його надійності. Через ці діоди при відключенні блоку живлення від мережі конденсатори розряджаються С12 і С13, усувають самозбудження стабілізатора.
Для отримання нульового вихідної напруги в ланцюг керуючого електрода через дільник R27R30 подана напруга негативної полярності від стабілізатора DA2. Випрямляч на діодному мості VD2 та інтегральні стабілізатори DA1, DA2 живить також цифровий вольтметр на мікросхемі КР572ПВ2А, зібраний за типовою схемою. Вихідні сигнали операційних підсилювачів DA3 і DA5 через діоди VD11 і VD12 надходять на загальну навантаження - резисторний дільник R3R4. Світлодіод HL3 виведений на лицьову панель і сигналізує про перехід блоку живлення в режим обмеження стабілізації струму. Збільшення падіння напруги на обмежувачі струму або стабілізаторі напруги викликає зростання напруги на резисторі R4. Коли воно перевищить граничне значення (близько 3 В), відкриється транзистор VT1, вкорочуючи імпульси генератора на транзисторі VT2.
Конструкція і деталі
Блок живлення змонтований в корпусі розмірами 90x170x270 мм. Транзистор VT4 і діод VD5 встановлені без ізолюючих прокладок на одному тепловідвід площею 200 см2. На тепловідвід площею 400 см2 змонтовані транзистор VT6 (через ізолюючу прокладку) і стабілізатор DA4. Для підвищення температурної стабільності діоди VD6-VD10 доцільно встановити на тепловідвід можливо ближче до транзистора VT6. Пристрій зібрано на універсальній макетної платі, друкована плата не була розроблена. Трансформатор Т1 виготовлений з мережевого трансформатора лампового телевізора.
Магнітопровід розбирають, знімають котушки. Змотують накальные обмотки (вони розташовані у верхньому шарі і намотані проводом найбільшого діаметру), підраховуючи витки. Помноживши це число витків на 5, отримуємо число витків обмотки II. Далі повністю змотують анодні обмотки з обох котушок на одну шпулю. Потім на кожну котушку намотують внавал половинне число витків обмотки II в два дроти анодної обмотки. Діаметр дроту анодної обмотки 0,8 мм відповідає січення 0,5 мм2. Намотування в два дроти дає еквівалентне переріз 1 мм2, що дозволяє отримати струм навантаження 5 А.
Помноживши число витків накальной обмотки на 3, отримуємо число витків обмотки III. Цю обмотку також в два дроти можна намотати на одну з двох котушок. У зв'язку з малим споживанням струму від обмотки III асиметрія магнітного поля трансформатора виходить несуттєвою. Після складання магнітопровода полуобмоткі III з'єднують послідовно з урахуванням фазування, початок однієї полуобмоткі III з'єднують з кінцем інший, утворюючи відвід від середини. Дросель L1 намотують на магнітопроводі Б48 з фериту 1500НМ1 внавал в два дроти анодної обмотки до заповнення каркаса. Для створення немагнітного зазору між чашками вкладена текстолітові шайба товщиною 1 мм. Після стягування болтом Мб готовий дросель просочують клеєм БФ-2. Сушка і полімеризація клею проводилися в духовці при температурі 100 °С.
При самостійному виготовленні дроселя на іншому магнітопроводі слід мати на увазі, що струм через дросель має трикутну форму. Середнього споживаним струмом 5 А відповідає амплітуда 10 А, при цьому струмі магнітопровід не повинен входити до насичення. Стабілізатор LT1084 (DA4) можна замінити вітчизняним аналогом КР142ЕН22А. Змінний резистор R29 для більшої довговічності використаний дротяний ППБ. Враховуючи, що через перемикач SA2 протікає значний струм, для підвищення стабільності і довговічності застосований керамічний галетный перемикач 11П3Н, його контакти з'єднані паралельно. СветодиодАЛ307КМ (HL3) можна замінити закордонним L-543SRC-E.
Налагодження
Підбором резистора R30 встановлюють нульове вихідна напруга на виході блоку живлення при нижньому за схемою положенні движка змінного резистора R29, а підбором резистора R32 - напруга 30 В при верхньому по схемі положенні движка R29. Підключають вольтметр до висновків 2 і 3 стабілізатора DA4 і підбором резистора R4 встановлюють напругу 1,5 Ст. На час налагодження можливе застосування підстроювальних резисторів. Але їх використання для постійної експлуатації не рекомендується із-за нестабільності опору рухомий контактної системи. Потім підключають до вихідних клем навантаження через амперметр.
Змінюючи резистором R29 вихідна напруга, по амперметру та вбудованому вольтметру контролюють вихідні параметри. На слабкострумових межах з-за наявності струмів управління стабілізатора DA4 потрібно коригування опору резисторів R10-R12 в порівнянні з розрахунковим. Щодо включення світлодіода HL3 необхідно перевірити обмеження струму і його стабільність на всіх межах. Пропонований лабораторний блок живлення дуже зручний у роботі, в тому числі для зарядки акумуляторів і батарей - від 7Д-0.1 до стартерних автомобільних. По вбудованому цифрового вольтметру встановлюють кінцева напруга зарядки, перемикачем SA2 вибирають необхідний струм зарядки і підключають акумулятор (батарею). Зарядка йде стабільним струмом, при досягненні заданої напруги на акумуляторі зарядка припиняється. За три роки експлуатації запропонованого пристрою відмов у його роботі не було.
Автор: К. Мороз, р. Надим Ямало-Ненецького авт. округу; Публікація: www.cxem.net