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:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Горючее из водорослей 03.12.2012 Ежегодно в мире производится более 60 миллионов тонн биогорючего - жидкого топлива, заменяющего бензин и добытого из биологических источников. В основном это этиловый спирт, получаемый сбраживанием быстро растущих и богатых углеводами растений. Но под них занимаются плодородные земли (по миру сейчас - 3% пахотных земель, а в Европе - 15%), на которых могла бы расти пища для человека. Французские исследователи работают над получением биотоплива из планктонных микроводорослей. У города Нарбонна действует "альготрон" (от латинского algae - водоросли). Это бассейн площадью 56 квадратных метров и объемом 28 кубометров. В кольцевом бассейне при постоянном перемешивании размножаются микроводоросли, перерабатываемые затем в биодизель. Биомасса некоторых видов удваивается каждые четыре часа, поэтому вместо полутора тонн биогорючего с гектара обычных растений можно получать в год 15-30 тонн. Еще предстоит найти самые продуктивные виды водорослей. Сейчас ботаникам известно около 40 тысяч видов планктонных водорослей, но, по оценкам, их как минимум 200 тысяч.

Другие интересные новости:

▪ Эти дети у нас в печенках сидят

▪ Микробы против кариеса

▪ Комбинированный привод с двумя лазерами для DVD-дисков

▪ В теле человека нашли новый орган

▪ Робот следит за происшествиями в городе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Важнейшие научные открытия. Подборка статей

▪ статья Не стареют душой ветераны. Крылатое выражение

▪ статья Что помогает японцам хорошо перерабатывать углеводы морских водорослей? Подробный ответ

▪ статья Манчжурский дикий рис. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Теория: радиопередающие устройства. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зарядное устройство с таймером. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026