Вечный блок питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Для работы телевизора, компьютера, радиоприемника обязательно требуется блок стабилизированного питания. Устройства, включенные в сеть круглосуточно, а также схемы, собранные начинающим радиолюбителем, требуют абсолютно надежного блока питания (БП), чтобы не было повреждения схемы или возгорания блока питания.

А теперь - несколько "страшных" историй:

• у одного моего друга при пробое регулирующего транзистора "вылетело" много микросхем в самодельном компьютере;
• у другого - после замыкания ножкой стула проводов, идущих к импортному радиотелефону, расплавился блок питания;
• у третьего - то же с питанием "советского" промышленного TА с АОН; у начинающего радиолюбителя после КЗ блок питания начал давать на выход большое напряжение; на производстве КЗ линии измерительных приборов почти обязательно приводит к прекращению работы и необходимости срочного ремонта.

Схемы импульсных блоков мы затрагивать не будем вследствие их сложности и невысокой надежности, а рассмотрим схемукомпенсационного последовательного стабилизатора питания (рис.1). У этой "обычной" схемы есть два слабых места: первичная обмотка сетевого трансформатора и выходной (регулирующий) транзистор. Первичная обмотка силового трансформатора защищена плавким предохранителем. При постепенном возрастания тока нагрузки, а особенно при постепенном возрастании сетевого напряжения "глубоко" спрятанная в трансформаторе первичная обмотка успевает разогреться до пробоя междувитковой изоляции. Дальше - сценарий понятный: неизбежный выход трансформатора из строя, если при этом предохранитель все-таки перегорит. Утверждение, что "надо разумно нагружать блок питания" или "напряжение в электросетях СНГ не бывает завышенным" было бы голословным.

Регулирующий транзистор выходит из строя по двум причинам: 1) перегрев при работе "летом" либо при завышенной нагрузке; 2) резкий пробой при КЗ на выходе блока питания. Перегрев. При возрастании нагрузки на БП через регулирующий транзистор протекает большой ток, в то же время напряжение э-к имеет большую величину. Происходит перегрев, а в дальнейшем - пробой транзистора.

Пробой. Электролитический конденсатор в блоке питания запасает некоторую энергию. В момент КЗ на выходе эта энергия идет на нагрев регулирующего транзистора. Особенно вредным является превышение допустимого для транзистора импульсного тока коллектора, который при нулевом сопротивлении нагрузки является весьма значительным!

Кроме перечисленных выше причин к выходу из строя блока питания приводят также следующие:

• пробой перехода э-б транзистора, соединенного со стабилитроном, при возрастании выходного напряжения стабилизатора, работающего без нагрузки при повышенных температурах; перегрев выпрямительных диодов в момент включения в сеть блока, имеющего конденсаторы фильтра большой емкости;
• недостаточное охлаждение регулирующего транзистора, установленного внутри коробочки на маленьком радиаторе;
• пробой перехода э-б транзистора при подключении блока питания к приемнику с батарейками и отключенной сети (если схема блока питания незамысловатая) и др.

Приведенные ниже схемы испытаны (5-25)-летней эксплуатацией. В их схему изначально заложена возможность работы при завышенном напряжении сети, КЗ и перегрузках по выходу.

Обоснование защиты от перегрузки можно найти в литературе [1 и 2], пример исполнения конкретного блока питания - в [3].

Блок питания импортного радиотелефона (рис.2)

Резистор R1 ослабляет импульсы тока через выпрямительный мост в момент включения, ограничивает ток через первичную обмотку Т1 при завышенном напряжении в электросети и перегорает в случаях очень большого напряжения в сети либо возникновении междувиткового замыкания в трансформаторе. Стабилитрон VD2 определяет величину выходного напряжения (при необходимости подобрать экземпляр стабилитрона при отключенной нагрузке). Лампа накаливания HL1 служит для ограничения выделяемой на транзисторе VT1 мощности в номинальном режиме и ограничения тока КЗ. Если под нагрузкой напряжение уменьшается более, чем на 1 В, следует применить более мощную лампу (можно припаять параллельно HL1 одну-две лампы от гирлянды на 13,5 В).

Радиатор, охлаждающий транзистор VT1, вырезают из луженой жести. Для лучшего отвода тепла жесть радиатора следует прижимать к металлу транзистора с двух сторон, форма и размеры радиатора должны охватывать побольше места в имеющейся коробочке. Вывод коллектора откусывают, ток к коллектору транзистора подводят через радиатор. Возможен подвод тока к коллектору как через лепесток на винте крепления, так и с площадки на печатной плате через крепящий винт.

Вентиляционные отверстия должны обеспечить отвод тепла от лампы, чтобы в рабочем режиме выпрямительный мост и транзистор были холодными, а при КЗ немного нагревались. По специфике телефона с трубкой-приемопередатчиком (наличие аккумулятора) нельзя нагружать выход блока питания резистором, чтобы не разрядить аккумулятор при отключении напряжения в электросети. Принцип надежного блока питания не позволяет включать разрядный резистор, даже если известно, что в схеме радиотелефона есть свои диоды и блокировки! Если после нагрева блока настольной лампой при отключенной нагрузке окажется, что выходное напряжение начинает возрастать, необходимо зашунтировать переход б-э транзистора резистором сопротивлением 5 кОм...500 Ом.

Рабочее напряжение лампы HL1 в данной схеме выбрано без запаса, чтобы длительные КЗ приводили к перегоранию лампы накаливания и обесточиванию схемы, а при отсутствии хозяев телефона аварийный режим работы не продолжался месяцами. Для надежного отключения схемы при междувитковом замыкании в трансформаторе питания следует убедиться, что при нормальной работе под нагрузкой на протяжении 1 ч резистор R1 теплый на ощупь (вилку из сети выключить в момент проверки!). И общее правило ставить блок питания не на мягкую подставку, которая ухудшает вентиляцию, а на твердую площадку.

Еще одно замечание: по специфике работы радиотелефона нагрузка на блок питания максимальна в момент ожидания - трубка уложена, происходит зарядка аккумуляторной батареи. В связи с этим при разработке схемы не ставилась цель сильно подавить пульсации питающего напряжения, более важным было уменьшить габариты устройства. При повторении данной схемы для питания других устройств возможно придется увеличить емкость конденсатора С1, а также подключить конденсатор к выходу стабилизатора.

Шунтировать стабилитрон конденсатором большой емкости (больше тысяч пикофарад) нельзя: при КЗ выхода стабилизатора возможен пробой э-б перехода регулирующего транзистора!

Блок питания импортного кнопочного телефона с советской логикой (АОН) (рис.3)

На просторах СНГ "живут" и кнопочные ТА с логикой АОН на 155 серии микросхем. Эта "дикая" комбинация слаботочной импортной схемы с мощной (по ваттах!) логикой требует и соответствующего блока питания, тем более что "родной" БП легко перегорает!

Отличия от предыдущей схемы меньшее выходное напряжение и больший ток нагрузки, причем в рабочем режиме (звучание громкоговорителя) потребление тока больше, поэтому требуется сильнее подавить пульсации напряжения сети. Рассмотрим отличия от предыдущей схемы.

Выпрямительный мостик VD1 более мощный, конденсатор фильтра питания большей емкости. Лампа HL2 рассчитана на больший ток (если напряжение вторичной обмотки трансформатора питания позволит, можно установить две лампы 12 В х 4 Вт в параллель).

Транзистор VT1 более мощный, к металлической пластине корпуса которого можно надежно прижать две пластины теплоотвода (или одну пластину, соответствующим образом согнутую).

Лампа накаливания HL2 позволяет стабилитрону VD2 работать в более широком диапазоне питающих напряжений, а конденсатор С2 уменьшает пульсации напряжения на стабилитроне. Резистор R2 нужен для защиты перехода б-э регулирующего транзистора от пробоя энергией конденсатора С2 при КЗ выхода.

При налаживании следует проконтролировать напряжение на выходе без нагрузки, при необходимости подобрать стабилитрон! Если напряжение под нагрузкой будет уменьшаться либо прослушиваться фон 100 Гц, необходимо установить более мощную лампу HL1, чтобы напряжение э-к транзистора VT1 было в пределах 2...4 В. Если напряжение вторичной обмотки трансформатора будет выше (20 В), схема останется без изменений, потребуется только подбор лампы HL1. При монтаже следует так расположить детали, чтобы лампы были в верхней части корпуса, теплый воздух от них не грел другие детали, а излучение HL1 можно отразить наружу с помощью металлической фольги. За 1 ч работы под нагрузкой нагрев деталей не должен быть заметным, за такое же время КЗ выхода должна греться HL1, быть теплым R1.

Если этот резистор сильно греется, нужно уменьшить его сопротивление и наоборот (это зависит от данных примененного трансформатора). Напомним, если R1 будет очень мало греться, то время его перегорания в случае междувиткового замыкания трансформатора Т1 будет несколько большим! Если же напряжение в электросети очень нестабильно, придется заменить R1 лампой накаливания 220 В х 10...15 Вт.

Блок питания для начинающих (рис.4)

Начинающему радиолюбителю нужен блок питания (БП), который можно собрать даже из непроверенных деталей, совершая ошибки при монтаже, но при этом не должно быть плохих последствий. С другой стороны, хотелось бы иметь на выходе различные напряжения, чтобы быстро проверить работоспособность плейера, логических устройств, радиоприемников с различными напряжениями питания, телефонного аппарата, диодов, стабилитронов,...

Регулирование выходных напряжений переменными резисторами имеет недостатки: начинающий радиолюбитель может взять резистор с "подгоревшей" дорожкой, плохой контакт в резисторе способен привести к выходу из строя даже регулирующий транзистор, не говоря уже о подключенной нагрузке.

Для контроля выходного напряжения обязательно нужен вольтметр. Переключать выходное напряжение переключателями тоже нехорошо - могут быть резкие выбросы напряжения и повреждение радиоэлементов.

Многолетняя практика показала, что переключать напряжение надежнее с помощью подключения (отключения) дополнительного стабилитрона, причем "прыжок" напряжения должен быть не более 5 В. Для охвата широкого диапазона напряжений советую применять три самостоятельных блока стабилизированного питания, которые при необходимости можно соединять последовательно. Так, в схеме на рис.4 блок "А" выдает напряжение 3 и 5 В, блок "Б"- 9 и 14 В, блок "В'' имеет клеммы с напряжениями 20, 40, 80 В. Соединяя эти блоки вместе, нетрудно получить напряжения от 3 до 180 В с интервалом в 2...3 В!

И пусть блок высоких напряжений обеспечивает меньшие токи нагрузки, все же с его помощью можно проверить многие устройства. Рассмотрим устройство блока в последовательности его монтажа начинающим радиолюбителем. Соединяем HL1 с Т1. Замеряем напряжения на первичной обмотке (на холостом ходу - почти сетевое, у плохого трансформатора - значительно меньшее), лампа НL1 не должна светиться. Если лампа ярко светит, измеряем напряжения на вторичных обмотках: та из них, на которой напряжение примерно равно сетевому и будет первичной (во время неправильного включения трансформатора ничего не вышло из строя !).

Измеряем напряжения на остальных обмотках, убеждаемся, что они подходят для нашей схемы. После этого кратковременно закорачиваем каждую из обмоток. Если закорачивание данной обмотки вызывает яркое свечение НL1, значит, данная обмотка может давать сравнительно большой ток в нагрузку, если нет, проверяем проволочным резистором подходящего сопротивления, какое напряжение будет на обмотке в рабочем режиме (для тех, кто знаком с законом Ома). Если трансформатор не имеет обмоток с отводом от середины, используем схемы выпрямительных мостиков на четырех аналогичных диодах (рис.5,а) и схему удвоения (рис.5,б), последняя плохо работает при больших нагрузках).

Собираем макет схемы "В" и измеряем напряжения на каждом из трех участков последовательной цепи стабилитронов. Если напряжение на каком-то участке занижено на 0,6...2 В, необходимо последовательно с данным стабилитроном включить 1...3 диода Д226 и повторно замерить напряжение. В случае превышения напряжения либо большого занижения требуется замена стабилитрона. На выходе "80 В" (стабилитроны VD13, VD14) мы специально устанавливаем два стабилитрона вместо одного на 80 В, чтобы рассеиваемая мощность на каждом корпусе была меньше. В этом блоке специально применяем схему выпрямителя с удвоением напряжения, которая обладает нагрузочной способностью: при возрастании тока нагрузки снижается напряжение на конденсаторах фильтра С5, С6.

Вместе с возрастанием сопротивления спирали HL8 при увеличении тока это обеспечивает не очень большое изменение тока на выходе блока "В" в различных режимах.

Замыкаем выходы "20 В", "40 В" и "80 В" перемычками, наблюдая за напряжениями на остальных участках. Если в любых режимах напряжение на отдельных участках меняется не более 1...2 В (больше на высоковольтном участке), считаем проверку завершенной. Осталось понаблюдать за нагревом элементов схемы:

• в режиме холостого хода лампа должна быть слабонакаленной, стабилитрон слабо нагреваться за 1 ч работы;
• одна ветка стабилизации при замкнутых двух остальных должна быть теплой (это режим максимальной тепловой нагрузки одной ветки);
• при коротком замыкании (КЗ) крайних выходных клемм напряжение на HL8 и ее нагрев должны быть не выше номинальных.

Если проверка схемы покажет нагрев стабилитронов, необходимо каждый установить на отдельный радиатор из листового алюминия.

Перекал лампы в режиме КЗ выхода свидетельствует о необходимости замены лампы на более высоковольтную либо две аналогичные, включенные последовательно. Разумеется, трансформатор и применяемые лампы могут быть не такими, которые указаны на схеме, поэтому и необходимо знать методику подбора элементов схемы стабилизации-защиты,

После завершения проверки схемы воспользуемся налаженным участком для проверки деталей схем "А" и "Б":

• подключение диодов на выход блока в одной полярности не вызывает вспышки HL8, а в противоположной - лампа светит (диод исправен);
• стабилитроны проверяем на клеммах "20 В": включенный в одну сторону стабилитрон имеет падение напряжения около 0,6 В, а в противоположную - напряжение стабилизации.

Блок стабилизации "В" выдает ток в нагрузку около 20 мА. Если необходимо проверить устройство в импульсном режиме при большом кратковременном токе необходимо изготовить блок "Г" (рис.6).

Этот блок можно вмонтировать в общий корпус либо использовать как навесной элемент. Входные его клеммы можно подсоединять под напряжение 20, 40, 80 В, а также 60 В (20 + 40), 120 В (40 + 80), 100 В (20 + 80, выходы "40 В" замкнуты) либо 140 В (крайние клеммы блока "B"). B каждом из случаев диод VD17 позволяет конденсаторам C7, C8 заряжаться от цепочки стабилитронов и в тоже время не позволяет зарядом конденсатора высшего напряжения пробить стабилитрон. Для постепенного разряда конденсаторов С7, С8 к ним подключена цепь разряда - резистор R6, поэтому через некоторое время после отключения блока "Г" от питающего напряжения конденсаторы оказываются разряженными, это повышает безопасность работы.

Макетируем блоки "А" и "Б", которые во многом подобны:

• С1 и С3 - входные конденсаторы фильтра питания;
• С2 и С4 - выходные конденсаторы пассивного сглаживающего фильтра;
• R1 и R3 - резисторы защиты переходов ЭК регулирующего транзистора от пробоя импульсным током при КЗ выхода блока; R2 и R4 - шунтируют ЭБ переход регулирующего транзистора, чтобы уменьшить тепловой ток;
• HL3 и HL6 - маломощные лампы накаливания, ограничивающие малый ток в нагрузке;
• HL4 и HL7 - лампы накаливания, ограничивающие больший ток в нагрузке (подключают с помощью выключателей S3 и S1 соответственно);
• HL2 и НL5 - лампы накаливания, немного стабилизирующие ток через стабилитроны при изменениях питающего напряжения, что повышает стабильность работы схемы выходного напряжения;
• диоды VD1, VD2 и VD5, VD6 выпрямительные;
• VD4 и VD8 - подключенные постоянно опорные диоды (стабилитроны), которым соответствует большее выходное напряжение; VD3 и VD7 - подключаемые с помощью переключателей S2 и S4 опорные диоды низшего напряжения;
• VD15 и VD16 - мощные защитные диоды. Их роль - закоротить постороннее обратное напряжение (внешние батарейки, заряженные конденсаторы, блоки питания), которое могло бы сжечь весь блок стабилизации! Для обеспечения несжигаемости защитных диодов выходную клемму подсоединяют к диодам тонкой проволочкой FU1, FU2, которая должна перегорать при токе 2 А (такие же проводнички-предохранители в блоке "В" должны работать при токах до 1 А - FU3-FU5);
• VТ2 и VT4 - регулирующие транзисторы.

Схема построена так, что корпус-коллектор регулирующего транзистора, на котором выделяется большая тепловая мощность, соединен с корпусом всего устройства. Это очень удобно, так как можно закрепить транзисторы непосредственно на задней алюминиевой стенке корпуса, что значительно улучшает их охлаждение! Транзисторы VT1 и VT3 сравнивают опорное напряжение стабилитрона с выходным напряжением блока стабилизации. Если выходное напряжение мало, транзистор дает усиленный сигнал разбаланса на базу регулирующего транзистора. Если напряжение большое - оба транзистора закрываются. Обратим внимание на следующий факт: при КЗ по выходу оба транзистора максимально открываются, напряжение на них стремится к нулю (в это время лампы накаливания ограничивают силу тока!), поэтому в режиме КЗ транзисторы практически не нагреваются.

Налаживание блоков "А" и "Б" приводим в следующем порядке:

1. проверяем выходное напряжение и подбираем стабилитроны VD4 (5 B), VD8 (14 В), после этого проверяем стабилитроны, подключаемые переключателями VD3 (3 В) и VD7 (9 В). При необходимости повысить выходное напряжение на 0,6 В можно последовательно со стабилитроном включить кремниевый диод Д226;
2. проверяем работу блока под нагрузкой (малый ток): на пределе "5 В" нагружаем блок "А" резистором 15 Ом. При этом на регулирующем транзисторе VТ2 должно быть напряжение около 2 В. Если падение напряжения на транзисторе сильно отличается от этого значения, необходимо подобрать более подходящую лампу HL3. Замыкаем переключатель S1, нагружаем блок "А" на резистор 4,7 Ом и аналогично при необходимости подбираем лампу HL4. После этих операций на нижнем пределе напряжения блок сможет обеспечить требуемые нагрузки;
3. нагружаем блок "Б" резистором 47 Ом, подбираем лампу HL6, замыкаем S3 и под нагрузкой 15 Ом подбираем HL7.

В данной ситуации можно пойти и другим, более легким путем: подключив к выходу каждого блока вольтметр, амперметр и реостат (регулируемое проволочное сопротивление), замерить, при каких максимальных токах выходное напряжение блока еще не уменьшается. В дальнейшем эти токи для нижнего и верхнего пределов тока записать против определенных положений переключателей S1 и S2. Для начинающего радиолюбителя не столь важно, какой ток обеспечивает блок в нагрузке на каждом пределе, как сознание того, что у него есть абсолютно надежный в работе блок питания.

Теперь о силовом трансформаторе. Вместе с лампой накаливания HL1 трансформатор Т1 мощностью 60...200 Вт должен обеспечить питание трех стабилизаторов питания. Проверяем мощность трансформатора следующим образом:

• КЗ на выходе одного из блоков "А" или "Б" не должно влиять на напряжение холостого хода другого блока;
• КЗ на выходах двух первых блоков не должно снижать напряжение на выходе высоковольтного блока "В";
• КЗ всех трех блоков не должно приводить к снижению напряжения на первичной обмотке Т1 ниже 100 В.

При этом мощность HL1 должна быть не больше номинальной мощности Т1. Самое простое - использовать Т1 от лампового телевизора. Для начала необходимо включить трансформатор в сеть и проверить его исправность, замерить напряжения накальных обмоток. После этого сматываем все обмотки (кроме сетевых и экранной), сосчитав количество витков накальных обмоток. Простым делением количества витков на напряжение получаем число витков на 1 В напряжения (обязательно учесть десятые доли витка на 1 В!) Умножив количество витков на 1 В на напряжение обмоток, получим количество витков вторичных обмоток. Осталось правильно выбрать провод для намотки.

Ток в обмотках можно определить авометром или амперметром в режиме КЗ выхода соответствующего стабилизатора. Для этого блок стабилизатора надо временно запитать от источника переменного напряжения. Это можно выполнить регулировочным автотрансформатором или понижающим трансформатором с заведомо большим выходным напряжением (рис.7). Такое соединение позволяет, мало нагружая ролик-контакт ЛАТР, получать на выходе достаточный ток, изолировав выход от питающей сети (для безопасности человека).

Ориентировочно ток КЗ каждого блока можно оценить по рабочим токам применяемых защитных ламп накаливания, увеличив суммарный ток всех ламп на 20...30 %. Диаметр обмоточного провода зависит от тока в обмотке:

d=0,9 Iном,

где d - в мм; Iном - в А.

Располагать обмотки на одном стержне просто. На двух стержнях ШЛ-магнитопровода мы должны равномерно распределить мощности нагрузки: на одном стержне - обмотки блоков "А" и "В", на другом стержне - обмотки блока "Б".

Если трансформатор имел большую мощность, и после намотки на каркасах осталось место, обязательно его используйте, намотав подходящим проводом обмотки на напряжение, например 24 В.

После сборки трансформатор подключаем через НL1. Яркое свечение лампы при очень заниженных напряжениях на секциях обмотки указывает на неправильную фазировку одной секции первичной обмотки!

Если все напряжения равны требуемым, испытываем обмотки на возможность нести нагрузку, поочередно их замыкая. Только теперь прикидываем размеры корпуса и расположение деталей в нем (предыдущие операции мы проводили с макетами схемы).

На рис.8 показан эскиз передней панели простейшего варианта исполнения. Номера переключателей понятны из подписей возле них. В верхней части устройства находятся лампы накаливания, которые защищают устройство и сигнализируют о режиме его работы. Лампы можно крепить в патронах (сетевую HL1 - обязательно!) либо с помощью хомутиков к текстолитовой верхней стенке устройства. Сверху всех ламп необходимо закрепить защитную решетку.

Выходные клеммы каждого блока расположены в таком порядке, чтобы удобно соединять их, увеличивая напряжения разных блоков. Напомним, что для получения высоких выходных напряжений необходимо замыкать некоторые секции высокого напряжения перемычкой. В связи с тем что наше устройство не имеет на выходах блоков электролитических конденсаторов, любые закорачивания выходных клемм оно переносит "с улыбкой" (надо только помнить, что напряжения 20...80 В являются опасными для человека, поэтому коммутации необходимо проводить при отключенном от сети устройстве). Выключатель сети мы принципиально не применяем, так как устройство рассчитано на длительную работу; выключатель, особенно установленный на один провод, не снимает напряжение сети со всего устройства; выключение вилки из розетки сети является надежным способом снятия напряжения с устройства!

Из расчета мощностей блоков устройства видно, что силовой трансформатор от лампового телевизора для данной схемы имеет большой запас мощности. Это позволяет подготовленному радиолюбителю ввести дополнительные пределы рабочих токов по блокам, намотав обмотки более толстым проводом и, возможно, применив более мощные полупроводниковые приборы.

Схемы блоков "А" и "Б" рассчитаны на такую модернизацию.

А теперь несколько слов о назначении высоковольтного блока "В":

• подсоединяя к выходным клеммам диод в прямом и обратном направлениях (не превышать рабочего напряжения диода!), мы легко определяем его пригодность;
• подсоединяя стабилитрон с маркировкой, определяем его напряжение стабилизации, используя вольтметр;
• подсоединяя через балластный резистор сопротивлением 100 кОм (уточнить) неоновые лампы, газоразрядные стабилитроны, цифровые и буквенные индикаторы, мы легко проверяем их и находим нужные выводы;
• подсоединяя на 20 или 40 В один либо два телефонных аппарата (последовательно или параллельно), проверяем их работоспособность (обычно радиолюбители затрудняются с проверкой ТА без абонентской линии);
• шунтируя клеммы этого блока подходящим стабилитроном, получаем питание для антенного усилителя,...
• этими же клеммами удобно проверять обмотки трансформаторов, прозванивать кабельные жилы (бывает, что низковольтный тестер не обнаруживает соединения жил "мостиком" пробоя, а включение в сеть вызывает повторный пробой); подсоединяя в прямой и обратной (если позволяет справочник) полярности тиристор, убеждаемся, что 140 В не дают его ложного включения, а кратковременное соединения анода с управляющим электродом вызывает включение.

Небольшой опыт позволит по свечения HL8 быстро выполнять эти и другие операции по проверке деталей и узлов радиоаппаратуры.

БП измерительного устройства

Устройства измерений, сигнализации, кабельные и антенные усилители предназначены для длительной безаварийной работы. Вместе с тем мощные транзисторы при пробое способны сильно проводить ток между выводами ЭК. Применение последовательного компенсационного стабилизатора напряжения в случае изменений питающего напряжения рискованно. Устройства измерений часто имеют лимитируемую мощность потребления, поэтому блок питания необязательно должен давать большой ток в нагрузку, нередко поломка измерительной схемы вызывает большое потребление тока. Все эти соображения заставляют вспомнить схему параллельного стабилизатора напряжения (рис.9).

Сетевое питание подводится к трансформатору Т1 через лампу накаливания HL1. Мощность лампы равна мощности трансформатора в номинальном режиме, поэтому при возрастании напряжения сети до 400 В напряжение на первичной обмотке ограничивается насыщением железа трансформатора. Остальное напряжение гасится лампой накаливания, сопротивление которой при нагреве увеличивается, что и позволяет устройству работать в таком широком диапазоне напряжений. Выпрямитель на VD1, VD2 нагружен на конденсатор фильтра С1. Лампа HL2 и конденсатор С2 служат остальными элементами П-фильтра. После балластного резистора R1 включена схема стабилизации напряжения.

Выходное напряжение определяется цепочкой стабилитрон-диод VD3, VD4. B то же время полупроводниковый диод VD4 является элементом термостабилизации выходного напряжения. Резистор R2 необходим для обеспечения некоторого тока через стабилитрон при работе транзистора VТ1 в активной области. Резистор R3 ограничивает ток через транзисторы при выходе из строя каких-либо элементов (когда работа блока уже совсем нарушена, нужно только, чтобы перегорело меньше его деталей). Транзисторы VТ2, VT3 являются регулирующими - они замыкают избыток тока на выходе устройства, чтобы при изменениях нагрузки выходное напряжение оставалось неизменным. Резистор R4 обеспечивает закрывание регулирующих транзисторов при отсутствии команды на их открывание с транзистора VT1.

Схема построена так, что выходные (регулирующие) транзисторы соединены с корпусом устройства. Это позволяет использовать в роли радиатора металлическую стенку устройства. При возрастании сетевого напряжения нагрев спиралей ламп накаливания, а также насыщение железа сетевого трансформатора резко ограничивают величину тока, проходящего через выходные транзисторы, поэтому рассеиваемая на них мощность не достигает значительной величины.

Примечательно, что увеличение тока нагрузки на такой стабилизатор приводит к облегчению режима работы транзисторов.

Короткое замыкание выходных клемм устройства приводит к обесточиванию транзисторов и прекращению их нагрева. Это свойство параллельного стабилизатора напряжения и позволяет эффективно использовать его в тяжелых условиях эксплуатации, а также в тех случаях, когда требуется высокая надежность устройств измерений или кабельных усилителей.

Еще одна важная деталь - при завышении параметра, измеряемого прибором, либо каких-то нарушений штатного режима работы, есть возможность по питающей линии передать аварийный сигнал путем замыкания проводов питания между собой. Персонал, который не заметил нарушения параметра по измерительным приборам, может быстро заметить яркое свечение HL2, если ее установить в заметном месте.

Коэффициент стабилизации данного устройства не очень высок, поэтому ответственные каскады измерительной схемы запитываем от отдельного параметрического стабилизатора на прецизионном стабилитроне.

Стабилизатор питания - зарядное устройство

Зарядное устройство - это особенный блок питания, потому что он питает батарею аккумуляторов, обладающую огромной запасенной энергией и являющуюся источником питания. При неправильном их соединении неминуемо наступает аварийный режим!

Особенностью работы батареи в составе автомобиля являются два "крайних" режима работы:

• в момент пуска автомобильного мотора напряжение батареи неизбежно резко падает, что может привести к перегрузке незамысловатого зарядного устройства;
• после пуска напряжение на батарее резко возрастает, да еще действуют выбросы напряжения от системы зажигания.

Общими для зарядного устройства и стабилизатора питания являются задачи поддержания стабильного постоянного напряжения.

Схема (рис.10), которая подходит для обоих упомянутых режимов и выдерживает плохие режимы работы, содержит следующие элементы:

• HL1 и Т1 - лампа защиты и силовой трансформатор;
• VD1, VD2 - выпрямитель;
• С1 - конденсатор фильтра (в зарядном устройстве может отсутствовать, как ненадежная деталь);
• HL2 - ограничительная лампа слабого тока стабилизатора (подзарядного тока батареи);
• НL3 - ограничительная лампа сильного тока стабилизатора (зарядный режим аккумуляторной батареи);
• VD3 - стабилитрон, определяющий выходное напряжение;
• VD4 - диод, защищающий схему от переполюсовки аккумулятора;
• R1 - резистор, создающий правильный режим работы стабилитрона;
• R2 - резистор, ограничивающий тепловой (ненужный) ток регулирующего транзистора VТ2;
• VТ1 - транзистор узла сравнения опорного и выходного напряжений;
• VD5 - диод, устраняющий разряд аккумуляторной батареи на элементы схемы и опасные режимы для транзисторного устройства при отсутствии напряжения в сети.

В отличие от остальных блоков питания, где ограничительные лампы подбирают исходя из желаний радиолюбителя, в данной схеме токи определяются потребностями аккумуляторной батареи: для мотоциклетного аккумулятора 50 мА и 0,9 А; для автомобильного аккумулятора 250 мА и 2...5 А.

Важно помнить, что старый аккумулятор (особенно летом) обладает большим током саморазряда, поэтому требует установки большего тока в режиме подзаряда. Это замечание, несмотря на наличие стабилизации, очень существенно. Создавая надежное подзарядно-зарядное устройство, мы должны рассчитывать и возможность пробоя регулирующего транзистора, чтобы в этом случае, когда подзаряд будет непрерывным, за пару недель ничего плохого с батареей не произошло.

Условия работы устройства вместе с аккумуляторной батареей следующие:

• режим заряда можно включать только в присутствии хозяина, свечение ламп HL1 и НL3 указывает на наличие и ток заряда. Заряженная батарея не берет ток заряда;
• режим подзаряда можно включать на длительное время, только человеку следует психологически привыкнуть к тому, что данное устройство "умное", и оно помогает человеку. Проверка состоит в следующем. После уменьшения тока заряда нужно кратковременно включить фары или звуковой сигнал, понаблюдать за тем, что устройство постепенно приведет аккумулятор в норму!

Важными особенностями исправности схемы и проводников (контактов) являются то, что аккумулятор всегда заряжен (проверять звуковым сигналом при посещении гаража), а также отсутствие свечения подзарядной лампы. Если при появлении хозяина подзаряд происходит, это свидетельствует об одной из ситуаций: малости подзарядного тока (плохой аккумулятор); пропадании сетевого напряжения (может даже контакта вилки в розетке!); пробоя регулирующего транзистора. Ситуации указаны в порядке вероятности. Необходимо помнить, что данное подзарядное устройство не допускает перезаряда аккумулятора, что уменьшает выкипание электролита, и поддерживает аккумулятор в "форме".

Все же для правильной эксплуатации необходимо хотя бы пару раз в год провести контроль электролита и некоторый перезаряд. Это необходимо для полного заряда "плохой" секции, той, которая первой выйдет из строя.

Детали и режимы работы

Во всех блоках питания применены, на первый взгляд, слишком мощные детали, "лишние" закаливания, учитываются вроде бы невозможные варианты перегрузок, но иначе нельзя (см. заглавие статьи!). В 1967 г. в с.Рыбчинцы на Винничине одному семикласснику привезли 8 шт. диодов Д7Ж, которые и были в тот же день погублены в составе выпрямительных мостов, включенных в сеть. Тогда же возникла мечта - пусть выпрямители не перегорают!

Сейчас рынок наводнен красивыми устройствами, которые часто не содержат элементов стабилизации, тем более защиты! БП красивого радиотелефона может привести к пожару в квартире! Секрет прост - нам везут дешевку. Транзисторы, диоды, стабилитроны в схемах должны охлаждаться радиаторами так, чтобы их нагрев был неощутим.

Маленький штрих: мы не применяем хорошие диоды КД105, потому что выпаянный из схемы такой диод после нескольких изгибов пластинчатых выводов иногда теряет контакт! В цепочке со стабилитроном это приводит к максимальному напряжению на выходе.

Подбор ламп (у вас под рукой будут не такие лампы). Заметим, чем выше яркость свечения лампы, тем выше ее стабилизирующий и защитный эффекты. Можно всегда соединять одинаковые лампы последовательно для увеличения мощности и рабочего напряжения. Параллельно можно соединять лампы одинакового рабочего напряжения (иногда подключаем переключателем мощную низковольтную лампу к маломощной высоковольтной, при такой комбинации мощная лампа не перегорает, а степень стабилизации повышается).

Защитные резисторы в сетевом проводе должны быть заметно нагретыми, чтобы быстрее перегорали в нужных случаях. Проволочная спираль перегорает за большее время! В импортных устройствах можно увидеть на месте предохранителя деталь с сопротивлением.

Автор: Н.П.Горейко

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Найден секрет идеального кофе 07.02.2019 Ученые выяснили, как улучшить аромат и вкус утреннего напитка. Длительный процесс ферментации во время обработки кофейных зерен может улучшить вкус и запах напитка. "Чашка кофе является конечным продуктом сложной цепочки операций: выращивание, послеуборочная обработка, обжарка и переработка", - рассказал автор исследования Люк де Вюйст, Свободный университет Брюсселя. При этом существует несколько форм послеуборочной обработки: сухая и влажная. Последняя обязательно включает в себя стадию ферментации и используется для кофе арабика. В ходе исследования, которое проводилось на экспериментальной ферме в Эквадоре, ученые применили многофазный подход, который включал микробиологический, метаболический и сенсорный анализы. Но изучение процесса ферментации оказалось особенно важным. Было обнаружено, что при длительной ферментации лейконосток - род молочнокислых бактерий, используемых во время закваски капусты и теста, - положительно влияли на пролиферацию лактобацилл, что в конечном итоге оказывало защитное действие на качество кофе во время брожения. Благодаря подкислению ферментированного кофе была создана стабильная микробная среда, которая предотвращала рост нежелательных микроорганизмов, часто вызывающих неприятный вкус напитка. Кроме того, влияние микробов, особенно молочнокислых бактерий, придает фруктовый аромат запаху кофе.

Другие интересные новости:

▪ Новая микросхема синтезатора частоты CDCM7005

▪ Нанопинцет

▪ Пепел вулкана

▪ Экзоскелет для спецназа

▪ Электрическая стрекоза

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Эффектные фокусы и их разгадки. Подборка статей

▪ статья Антикризисное управление. Шпаргалка

▪ статья Откуда взялись статуи на острове Пасха? Подробный ответ

▪ статья Рекорды погоды. Холод. Советы туристу

▪ статья Экономим электроэнергию. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Веревочная цепь. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024