О простых и мощных стабилизаторах напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Самостоятельное изготовление мощных (а главное, простых схемотехнически!) стабилизаторов напряжения (СН) и блоков питания (БП) весьма актуально. Заводские мощные БП (СН) бывает непросто приобрести, да и цены на эти изделия очень высокие (от десятков до сотен у.е., в зависимости от параметров). Поскольку производитель делает БП не для себя, то экономит на всем возможном.

Специалисты могут вам сделать мощный БП под заказ. Познакомившись с начинкой, покупатель осознает, что заплатил 70...90% цены БП за дизайн (ящик). Современные БП импульсного типа могут быть весьма сложными схемотехнически, поэтому даже опытному специалисту бывает сложно восстановить работоспособность БП (а бывает, что ремонт невозможен).

О целесообразности изготовления мощного БП говорит фактор надежности, которую любитель может себе позволить в плане "перерасхода" материалов (железа меди и пр.) и комплектующих. Здесь производитель нам не конкурент, а мы не будем переживать за перегрев какого-либо компонента или узла. Если же требуется мощный БП, способный заменить во многих ситуациях автомобильный аккумулятор, то зачастую выгоднее и проще применять СН непрерывного действия. Дело в том, что парк мощных радиоэлектронных средств (РЭС) постоянно растет и обновляется. Так, автомобильные РЭС весьма разнообразны и очень "прожорливы" по энергопотреблению (аудиокомплексы, трансиверы, охранные системы, преобразователи). Для одной лишь проверки, не говоря уже о ремонте РЭС, требуется иметь очень мощный БП (СН), способный работать с токами нагрузки 20...30 А и более. Кстати, любители, повторившие БП [1, рис.7], остались довольны его работой.

О транзисторах. Чтобы реализовать на практике характеристики БП [1], нужно воспользоваться рекомендациями, изложенными в [2]. Особо заинтересовал любителей вопрос замены мощных транзисторов структуры p-n-p типа КТ8102 доступными транзисторами структуры n-p-n типов КТ802, КТ803, КТ808, КТ819. К сожалению, транзисторы КТ8101, КТ8102 еще малодоступны для нашей глубинки. Более того, именно в глубинку идут бракованные КТ8101, КТ8102, их легко можно выявить стрелочным омметром, т.к. они "звонятся" во все стороны. Такие бракованные изделия можно выявить даже без измерителя [3]. Используем любой выпрямитель на 30 В и резистор 30 кОм (рис.1).

У исправного транзистора амперметр не зафиксирует ничего. Но даже плохие транзисторы с Uкэ=5...10 В я не выбрасывал. Они способны работать в низковольтных ключевых схемах и в качестве аналогов мощных стабилитронов. Практика показывает, что только транзисторы с малыми утечками токов работают долго и безотказно. Кстати, я считаю, что раньше транзисторы делали "на совесть". Три транзистора КТ803А надежнее одного КТ8101.

Мне довелось прибором [3] проверять многие зарубежные транзисторы, там и понятия нет о таких цифрах утечек, как в наших ТУ. Я изготовил также портативный измеритель Uкэ.макс [4] для проверки в условиях радиорынка, поскольку транзисторы нужно подбирать по параметрам (и приобретение брака недопустимо).

Для менее дефицитных транзисторов КТ802, 803,808, 819 нужен запас по рассеиваемой мощности около 50%, особенно когда число транзисторов 5-10 и больше. Каждый транзистор должен быть проверен и подобран для работы в параллель. Случайный набор транзисторов в батарею приводит к цепной реакции отказов, стоит лишь СН хорошо нагрузить по мощности.

Такая мера, как увеличение эмиттерных сопротивлений (на 100%), к сожалению, не распространяется на случайные экземпляры при количестве более 5. Лишь предварительный отбор всех транзисторов по h21Э и Uкэ.нас позволит заметно уменьшить величины эмиттерных сопротивлений и тем самым снизить бесполезно рассеиваемую на них мощность. Итак, чтобы отобрать транзисторы для параллельного режима работы, необходимо измерить h21Э каждого транзистора при токе Iк=Iн.макс/N, где Iн.макс - максимальный ток для всей батареи СН; N - количество транзисторов, включенных параллельно. Кстати, h21Э для всей батареи транзисторов не должен превышать 100 (но и быть меньше 20). Поэтому транзисторы КТ8101 и КТ8102, имеющие h21Э>200 вообще ненадежны в мощных линейных схемах.

Но это еще не все. Нужно проверить транзисторы по рассеиваемой мощности, т.е. включить их на нагрузку, соответствующую 50...70% от максимальной мощности, и "помучить" их длительное время. Более чем 10-летняя практика показывает, что данная процедура является необходимой и достаточной для длительной и безотказной работы батареи транзисторов в мощных СН. При этом надо помнить, что перегрев кристалла транзистора - его "смерть". Поэтому проверять на мощность нужно аккуратно, зная требуемую площадь теплоотвода и желательно температуру. Дело в том, что при повышении температуры максимальная мощность снижается, что эквивалентно снижению потенциальных возможностей БП. Указанным методом устанавливали до 20 (!) шт. транзисторов типов КТ803, КТ808, КТ819 и др.

Кстати, если каждый транзистор батареи установить на свой теплоотвод, то правильность подбора транзисторов можно проверить по одинаковому нагреву теплоотводов.

Очень важно правильно выбрать напряжения БП. Транзисторы греются и выходят из строя чаще всего при минимальном напряжении (приближение к режиму короткого замыкания). Проверку делают так: к выходу СН подключают осциллограф, а первичную обмотку силового трансформатора подключают через ЛАТР и уменьшают напряжение на выходе ЛАТРа до тех пор, пока на выходе СН появятся пульсации. Ток в нагрузке СН при этом должен быть максимальным. Нужно определиться с запасом на колебания напряжения электросети. Если используется сетевой стабилизатор напряжения, то задача упрощается. Автор использовал для питания мощных БП параллельный режим включения стареньких, но весьма надежных феррорезонансных стабилизаторов типа СН-315. Включив параллельно 2-3 таких стабилизатора, получаем мощность 600...900 Вт [6].

Беда в том, что резкое повышение напряжения в сети приводит к повышению напряжения на выходе выпрямителя, а следовательно, к повышению падения напряжения на транзисторах, что может вывести их из строя из-за тепловой перегрузки.

Если уменьшить сопротивления резисторов в эмиттерах до 0,1 Ом, то частично выравнять разброс параметров транзисторов можно включением в цепь базы транзисторов резисторов сопротивлением до 10 Ом. Включение этих резисторов почти всегда гарантирует устранение самовозбуждения СН. Самовозбуждение - настоящий бич для большинства схем СН. Транзисторы в СН при этом сгорают мгновенно, причем при мощности в нагрузке намного меньше номинальной.

Мощные транзисторы (источники тепла) необходимо разносить по радиатору подальше друг от друга. Очень хорошо подходит сам корпус БП. Недостаток при этом - длинные соединительные провода между схемой СН и мощными транзисторами. Поэтому вблизи вывода базы каждого мощного транзистора включают дроссель (20...100 мкГн). Используя отрезки ферритовых стержней от контуров ВЧ-аппаратуры, можно самостоятельно изготовить такие дроссели, наматывая провод D0,5...0,6 мм в один слой и заливая потом эпоксидным клеем.

Корпус БП на 30 А изготавливали из двух П-образных алюминиевых пластин толщиной 2...3 мм. На нижней части корпуса размещали 4 (8) транзистора, на верхней - 6 (12). В скобках указано количество транзисторов для более мощного варианта на 50 А. Большой плюс схемы [1, рис.7] в том, что все корпуса транзисторов соединены с общим проводом схемы СН. Поэтому больших затруднений в плане крепежа и монтажа 10-20 транзисторов не возникает. Еще проще обстоит дело с пластмассовыми КТ819. Они стоят буквально копейки, но встречаются бракованные партии (не выдерживают по мощности даже 30 Вт).

Многие любители гоняются за металлическими КТ819АМ-ГМ, считая их лучше, чем пластмассовые. Но, согласно справочным данным, для пластмассовых КТ819А-Г максимальная мощность уменьшается с температурой на 0,6 Вт/°С, т.е. каждые 10° "съедают" 6 Вт, а у металлических этот коэффициент составляет 1 Вт/°С, т.е. на 10° "съедается" 10 Вт! Вот в чем выгодны "старые" транзисторы типа 2Т803, которые держат свои 60 Вт до 50°С.

А что же с КТ8101 и КТ8102? В справочной литературе умалчивается о тепловых факторах, а гарантируемая максимальная мощность справедлива только для температур ниже 25°С. А ведь радиатор будет прогреваться на несколько десятков градусов выше!

Итак, проще всего и дешевле установить в мощном СН транзисторы типа КТ819Б-Г из расчета один транзистор на каждые 2...2,5 А выходного тока (транзисторы КТ803 - на один транзистор 3 А). Поскольку изгибать листовой материал корпуса затруднительно, то корпус изготавливают из шести частей. Так как нижняя часть прогревается сильнее, то на ней устанавливают меньше транзисторов, чем на верхней.

СН, изготовленные по такой методике подбора транзисторов, ремонтировать приходилось очень редко, разве что из-за халатности владельца БП (мощные БП лучше никому не давать в аренду). Кроме того, СН не помешает оборудовать тепловой защитой: перегрелся теплоотвод, и СН отключается. Одна из проверенных временем схем термореле показана на рис.3.

Терморезистор R3 типа ММТ-4. Он является датчиком температуры, поэтом закреплен на теплоотводе мощных транзисторов в месте, где температура максимальна. Нужно позаботиться об электрической изоляции корпуса терморезистора R3 от теплоотвода, т.к. один из его выводов является его корпусом. Но если схема рис.3 питается от отдельного выпрямителя, то изолировать корпус R3 не нужно. Транзистор КТ829 можно заменить КТ972 или составить аналог транзистора Дарлингтона на транзисторах КТ315 и КТ815 (817). Схема некритична к типу терморезистора, который при 25°С может иметь сопротивление от 1,5 до 4,7 кОм.

В качестве R1 лучше использовать многооборотный резистор (им устанавливают порог срабатывания: чем меньше его сопротивление, тем выше температура отключения). Данную схему можно устанавливать в любой БП. Важно, чтобы питающее напряжение превышало 14...15 В (напряжение срабатывания реле составляет 12 В). Генератор тока рис.3 можно выполнить по любой известной схеме. Хорошо подходит генератор тока на полевом транзисторе. Если требуется повышенная стабильность порога срабатывания, то в качестве VD2 применяют Д818Е, R3 увеличивают до 10 кОм, подбирают R1 и R2. Рабочий ток генератора тока устанавливают 11 мА. Температуру срабатывания термозащиты устанавливают в пределах 50...80°С, не выше.

О диодах. Мощные диоды хотя и дорогие, но приобрести их легче, чем мощные транзисторы. Например, Д122-40 нужно брать как прямой полярности (без знака Х), так и обратной (со знаком Х). Это позволяет вместо трех теплоотводов обойтись двумя [5]. Подойдут и "древние" В50, В200 и др. Можно обойтись двумя диодами и одним теплоотводом (рис.4). Эта схема предназначена для диодов, у которых катоды соединены с корпусом.

А если не удалось достать диоды с рабочим током больше 30 А? Можно обойтись и 10-амперными, включив их по схеме рис.5. Только не нужно "выжимать" из диодов максимальный ток (не более 7,5 А). Использовались диоды типов Д242(А), Д214(А), Д215(А), Д231(А), КД213А. Предпочтение отдается диодам с буквенным индексом А, т.к. у них тепловые потери меньше. Наши диоды надежнее импортных, у тех максимальный ток можно смело уменьшать в 1,5 раза, а то и больше.

Очень удобен диод КД213А. У них катод - корпус, поэтому десяток таких диодов можно крепить одной планкой. Не нужны изолирующие прокладки и хитроумные фланцы, используемые в промышленных системах крепежа диодов КД2997, КД2999. Последние диоды имеют рабочий ток больше, чем КД213 (КД2999 - 20 А, КД2997 - 30 А), поэтому для них сопротивление резисторов уменьшается до 0,02 Ом.

В данном выпрямителе прекрасно работают современные диоды с барьером Шотки. Нужно лишь отбирать экземпляры с наименьшими утечками (это можно делать даже стрелочным омметром, так как утечки огромные по сравнению с кремниевыми диодами). Диоды типа КД2998 выгоднее применять в мостовом выпрямителе. Для диодов Шотки не нужны выравнивающие резисторы, их можно спокойно ставить в параллель (рис.6).

О резисторах. Их количество в схеме рис.5 может отпугнуть. Но изготовить их просто. Это отрезки эмалированного провода D0,6 мм длиной 80...100 см, намотанные на любую оправку. Такой резистор может выдержать мощность намного больше 5...10 Вт.

Не следует экономить на радиаторах. На каждый диод нужно не менее 100 см2 площади радиатора, так как при температуре выше 75°С максимальный средний ток нужно снижать.

О фильтрующих конденсаторах. Хорошо подходят батареи 2000 мкФЧ50 В, как по цене, так и по надежности. Их количество выбирают из соотношения 1000 мкФ на каждый 1 А тока. Если СН часто будут эксплуатировать при токе свыше 20 А, то следует предусмотреть запас емкости, исходя уже из соотношения 2000 мкФ на 1 А тока. Эти конденсаторы больше всего боятся температуры и пульсаций, поэтому размещать их нужно в наиболее холодном месте БП. А величину пульсаций можно уменьшить только увеличением емкости.

О трансформаторе. Использовались разные варианты. Рассмотрим самые простые и дешевые ТС-270. Магнитопровод этого сетевого трансформатора способен отдать в нагрузку 500 Вт и более. Потолок зависит от нескольких факторов: диаметра провода первичной обмотки, качества сборки сердечника, и, как ни странно, насколько "посадили" железо. Последний фактор легко обнаруживается измерением тока холостого хода (Iхх). Если Iхх≤0,25 А, то трансформатор в норме. Если Iхх≤0,35 А, то такой трансформатор напряженно работал много лет. Если Iхх≤0,5 А, то трансформатор лучше использовать при мощностях менее 270 Вт.

При мощностях до 300 Вт первичную обмотку перематывать не нужно. Но так как в данном случае нужна мощность порядка 600 Вт, то использовались два трансформатора ТС-270. Первичные обмотки соединяли параллельно, а вторичные - последовательно (на одном - обмотка IIа, на другом - IIб).

Обычно для 30-амперного варианта каждую из обмоток наматывают двойным проводом D1,8...2,2 мм или тройным D1,5 мм.

Составленная с учетом всего вышесказанного схема СН показана на рис.7.

(нажмите для увеличения)

Литература:

1. Зызюк А.Г. Простые мощные стабилизаторы напряжения//Электрик. 2001. - №9, 10.
2. Зызюк А.Г. О блоке питания и ИОН//Электрик. - 2003. - №2.
3. Зызюк А.Г. Подбор транзисторов для мощных УМЗЧ//Радіоаматор. 2001. - №6.
4. Зызюк А.Г. Переносной вариант измерителя Uкэ.макс//Электрик. 2002. - №8.
5. Зызюк А.Г. О ремонте и модернизации двухконфорочных электроплиток бытовых типа ЭПТ-2-2,0/220 "ТЭЛПА-2М" и не только об этом//Электрик. - 2003. - №10.
6. Зызюк А.Г. Стабилизация сетевого напряжения на селе//Радіоаматор. - 2002. - №12.

Автор: А.Г. Зызюк

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Высокоточный оптический зонд для изучения человеческого мозга 08.01.2024 Ученые из Массачусетского университета в Амхерсте представили новую эру в области оптогенетики, представив высокоточный оптический зонд, специально разработанный для контроля активности мозга. Этот инновационный класс зондов включает в себя микроскопические светодиоды (LED) на своем конце, позволяющие модулировать активность нейронов путем угнетения или возбуждения сигналов в нервных тканях мозга. Высокоточный оптический зонд от Массачусетского университета представляет значительный шаг вперед в исследованиях мозга, открывая новые возможности для лечения неврологических расстройств. Этот инновационный инструмент обещает улучшить наши методы и подходы к пониманию и лечению различных заболеваний, связанных с мозгом. Оптогенетика, основанная на модификации генов нейронов, создает оптический канал для регулирования возбуждения и ингибирования. Путем использования света определенной длины волны ученые могут манипулировать активностью нейронов. Новый зонд, в отличие от существующих в оптогенетике, излучает свет двух цветов - красного и синего, что позволяет как подавлять, так и возбуждать активность нейронов. Разработанный размерами 0,2 мм в ширину и 0,05 мм в толщину, этот микрозонд обещает быть чрезвычайно эффективным инструментом для исследования функций определенных групп нейронов. Применение этой технологии в медицинской сфере, особенно в изучении и лечении неврологических расстройств, включая эпилепсию, является очевидным. Возможность ингибировать и возбуждать нейроны с помощью этого зонда предоставляет новые перспективы для борьбы с эпилептическими приступами. Исследования, проведенные на мышах, которые стали объектом изучения с использованием новых зондов, обещают углубить наше понимание неврологических механизмов и способствовать разработке более эффективных методов лечения различных расстройств.

Другие интересные новости:

▪ Экономия на банкоматах

▪ Квантовый приемник, работающий на любой радиочастоте

▪ Солнечные батареи на крыльях самолета

▪ Моделирование поведения человека в толпе

▪ Здоровье смолоду

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Основы первой медицинской помощи (ОПМП). Подборка статей

▪ статья Избиение младенцев. Крылатое выражение

▪ статья Как производится искусственный каучук? Подробный ответ

▪ статья Парк Арки. Чудо природы

▪ статья Самодельный электровыжигатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Поймай открытку. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025