Лабораторный блок питания с комплексной защитой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Каждый радиолюбитель, занимающийся разработкой и ремонтом радиоаппаратуры, хотел бы иметь в своей лаборатории универсальный блок питания, что называется, на все случаи жизни. Такой источник должен иметь регулируемое в широких пределах выходное напряжение, большой ток, высокую стабильность напряжения, низкий уровень пульсаций, надежную защиту (от перегрузки по току, превышения напряжения и перегрева), гарантирующую сохранность как питаемой аппаратуры, так и самого источника. Блок питания должен быть простым и не содержать дефицитных, дорогостоящих и крупногабаритных компонентов.

Попытки найти описание готового устройства, удовлетворяющего вышеизложенным требованиям, не увенчались успехом, поэтому автору пришлось разработать подобный блок самостоятельно. Что из этого получилось, судите сами.

Основное внимание при разработке предлагаемого лабораторного блока питания (БП) было уделено узлу защиты. По мнению автора, для обеспечения максимальной надежности электронную и электромеханическую защиты следует применять в комплексе.

В описываемом БП реализованы узлы защиты по току, от превышения напряжения на выходе, а также тепловая.

Чтобы уберечь от электрических повреждений радиоаппаратуру в широком интервале тока нагрузки, защита по току должна быть регулируемой. В процессе разработки возникли определенные трудности с реализацией датчика тока. В классическом варианте - это резистор, включенный в силовую цепь, падение напряжения на котором отслеживает узел управления защитой. Для реализации регулируемого датчика тока потребовался бы переменный резистор весьма большой мощности сопротивлением от единиц до десятых и даже сотых долей ома. Так, например, при сопротивлении датчика тока 0,1 Ом и токе 15 А на нем рассеивается мощность более 20 Вт! Существует вариант с переключением резисторов, но в этом случае переключатель должен выдерживать максимальный ток нагрузки. Кроме того, сопротивление контактов переключателя нестабильно и соизмеримо с сопротивлением переключаемых резисторов, следовательно, порог срабатывания защиты будет нестабильным, а сам переключатель - очень громоздким. Конечно, можно использовать постоянный резистор весьма малого сопротивления и усиливать падение напряжения на нем регулируемым усилителем постоянного тока, но в этом варианте устройство существенно усложнится.

Решение появилось после прочтения статьи [1] и заключается в следующем: на корпус герконового реле РЭС-55 наматывают дополнительную обмотку, которую включают в силовую цепь БП до стабилизатора. Направление тока в основной и дополнительной обмотках реле выбирают так, чтобы создаваемые ими магнитные поля суммировались. Тогда, изменяя ток в основной обмотке, можно регулировать уровень срабатывания токовой защиты БП.

В узлах защиты от превышения напряжения на выходе обычно применяют мощный стабилитрон или тринистор, которые при повышенном напряжении открываются и замыкают выход БП. В результате резкого увеличения тока срабатывает предохранитель, установленный в силовой цепи.

В предлагаемом узле защиты от превышения напряжения на выходе в БП введен дополнительный маломощный стабилизатор с таким же законом регулирования выходного напряжения, как и у основного стабилизатора. Выходное напряжение дополнительного стабилизатора должно быть немного больше, чем основного стабилизатора. Оба напряжения подают на простейший узел сравнения. Превышение напряжения на выходе основного стабилизатора приводит к срабатыванию защиты.

Узел тепловой защиты собран на термовыключателях.

Основные технические характеристики БП:

• Интервалы регулирования выходного напряжения, В......1,2...15; 1,2...30
• Максимальный ток нагрузки (в интервале 1,2...30 В гарантируется при напряжении 15...30 В), А......15
• Коэффициент стабилизации по напряжению, не менее .....100
• Уровень пульсаций при выходном напряжении 12 В и токе нагрузки 10 А, мВ, не более......30
• Интервал регулирования тока срабатывания защиты, А......0,5...15
• Превышение выходного напряжения, при котором срабатывает защита, В, не более......2
• Температура включения вентилятора охлаждения, °С......50
• Температура срабатывания тепловой защиты, °С......60

Схема БП показана на рисунке. С вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 переменное напряжение поступает на выпрямительный мост VD1. Интервалы выходного напряжения переключают перемычкой S1: в левом по схеме положении - 1,5... 15 В; в правом - 1,2...30 В. Конденсаторы С1- С4 уменьшают мультипликативную помеху. Выпрямленное напряжение, сглаженное конденсаторами С6-С9, поступает на входы основного и дополнительного стабилизаторов, которые собраны на микросхемах DA3 и DA1, включенных по типовой схеме [2]. Для увеличения выходного тока основного стабилизатора применены регулирующие транзисторы VT1-VT4, в эмиттерных цепях которых установлены токовыравнивающие резисторы R9-R12. Диоды VD2, VD3, VD10 и VD11 - защитные. Выходное напряжение основного и дополнительного стабилизаторов регулируют сдвоенным переменным резистором R2. Резистором R3 устанавливают минимальное превышение напряжения дополнительного стабилизатора над напряжением основного, что необходимо для правильной работы узла защиты.

(нажмите для увеличения)

Напряжение на выходе БП измеряют вольтметром PV1, а выходной ток - амперметром РА1.

Для повышения стабильности работы узел защиты по току питают от стабилизатора DA2. Резистором R4 регулируют ток в основной обмотке 1 -2 герконового реле К1, в результате чего изменяется ток срабатывания по дополнительной обмотке 3-4. Если выходной ток БП превысит установленное значение реле К1 сработает, контактами К1 1 включит реле К2 и самоблокируется через диод VD8. Реле К2 сработает и контактами К2.1 отключит основной стабилизатор от выпрямителя. При этом цвет свечения светодиода HL1 изменится с зеленого на красный и включится звуковая сигнализация (звуковой излучатель НА1 с встроенным генератором). Звуковую сигнализацию можно отключить выключателем SA3. После устранения причины срабатывания защиты по току БП возвращают в исходное состояние, нажимая на кнопку SB1 "Сброс". Диоды VD7 и VD9 ограничивают напряжение самоиндукции обмоток реле К1 и К2.

В узле сравнения напряжений основного и дополнительного стабилизаторов применена тиристорная оптопара U1. Напряжения стабилизаторов подают на излучающий диод оптопары, который в исходном состоянии закрыт. Если напряжение на выходе основного стабилизатора по каким-либо причинам увеличится, тиристор оптопары откроется, что приведет к срабатыванию защиты, как описано выше. Диоды VD4-VD6 защищают излучающий диод оптопары от перегрузки, а резистор R8 ограничивает ток.

Тепловая защита выполнена на термовыключателях SF1 и SF2. Выключатель SF1 срабатывает, если температура теплоотвода достигла 50 °С, и включает электродвигатель вентилятора М1. Если же температура теплоотвода продолжает увеличиваться, при 60 °С сработает выключатель SF2, что приведет к включению защиты. Электродвигатель вентилятора М1 можно принудительно включить выключателем SA2.

Основной элемент, определяющий электрические параметры и габариты БП, - сетевой трансформатор Т1. Автор применил готовый стержневой трансформатор с габаритной мощностью примерно 600 Вт, имеющий вторичную обмотку с выходным напряжением 30 В со средним выводом. В БП можно использовать любой трансформатор с необходимыми характеристиками.

Диодный мост МВ351 (VD1) заменим любым выпрямителем серии MB или КВРС. В крайнем случае мост можно собрать из отдельных диодов, обеспечивающих необходимый ток нагрузки.

Переключатель интервалов выходного напряжения S1 выполнен из трех приборных клемм, соединяемых перемычкой.

Стабилизаторы КР142ЕН22А заменимы любыми из этой серии или импортными аналогами серий SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, а стабилизатор КР142ЕН8Б - импортным аналогом 7812.

Реле К1 - РЭС-55Б исполнения РС4.569.600-00 (паспорт РС4.569.626). Подойдут также реле исполнений РС4.569.600-05 (паспорт РС4.569.631), РС4.569.600-01 (паспорт РС4.569.627) и РС4.569.600-06 (паспорт РС4.569.632). Если реле не срабатывает при напряжении 12 В, напряжение стабилизатора DA2 необходимо увеличить до надежного срабатывания реле (с запасом в 1,5...2 В), включив между выводом 2 микросхемы и общим проводом один-два маломощных кремниевых диода Вывод корпуса реле удаляют. На корпус реле наматывают дополнительную обмотку проводом ПЭТВ (ПЭВ). При выборе диаметра провода следует ориентироваться на плотность тока 10 А/мм В авторском варианте дополнительная обмотка содержит 16 витков провода диаметром 1,4 мм. Обмотку фиксируют термоусадочной трубкой. Расчетное сопротивление обмотки составляет 0,006 Ом, падение напряжения при токе 15 А - 0,09 В, максимальная рассеиваемая мощность - 1,35 Вт. Реле К2 - автомобильное 90.3747-01, способное коммутировать ток до 30 А. Термовыключатели SF1 и SF2 - РБ5-2 с температурой срабатывания 60 °С, ранее широко применявшиеся в ЕС ЭВМ. Один выключатель отрегулирован на температуру срабатывания 50 °С. Термовыключатели можно заменить импортными В1009 на соответствующую температуру, но поскольку их контакты размыкающие, их необходимо включать через инверторы. Электродвигатель М1 - вентилятор, применяемый для охлаждения блоков питания компьютеров IBM.

Светодиод АЛC331А (HL1) допустимо заменить импортным двуцветным или любыми двумя одноцветными (соответственно красным и зеленым). Транзисторы КТ818ГМ (VT1-VT4) заменимы мощными р-n-р транзисторами с максимальной рассеиваемой мощностью не менее 100 Вт, например, из серий КТ825, КТ865, КТ8102.

Резисторы R9-R12 - С5-16МВ мощностью 2 Вт. Их можно заменить самодельными, изготовленными из нихромовой проволоки диаметром 0,8... 1 мм. Можно обойтись и без этих резисторов, если подобрать транзисторы по равенству токов коллекторов при равных напряжениях база-эмиттер.

Из соображений надежности применены проволочные переменные резисторы ППЗ-45 (R2, R4) и подстроечные многооборотные резисторы СП5-ЗВ (R3, R5, R13, R17), однако их можно заменить любыми. Диоды КД522А (VD3-VD8, VD11) заменимы любыми кремниевыми маломощными, а диоды КД258А (VD2, VD9, VD10) - любыми с максимальным током не менее 1 А.

Для измерения напряжения и тока использованы измерительные головки М4203 сопротивлением 500 Ом с током полного отклонения 1 мА. Применение других измерительных головок потребует пересчета сопротивления резисторов R13, R16, R17.

Конденсаторы С6-С9 - К50-37, но допустимо применить любые другие. Следует помнить, что их суммарная емкость должна быть не менее 2000 мкФ на каждый ампер тока нагрузки, а номинальное напряжение превышать выходное напряжение выпрямителя при максимальном питающем сетевом напряжении.

Конденсаторы С5, С10-С12, С14 - танталовые К52-1, К52-2 и К53-1А. В случае применения оксидных алюминиевых конденсаторов их емкость следует увеличить в несколько раз. Остальные конденсаторы - любые керамические.

Выключатель SA1 - Т2 или другой, рассчитанный на ток не менее 3 А. Выключатели SA2, SA3 - МТ1, кнопка SB1 - КМ-1, но их можно заменить любыми другими.

Вместо тиристорной оптопары АОУ103А допустимо применить любую оптопару из серии АОУ115.

БП собран в прямоугольном металлическом корпусе размерами 230x120x300 мм. В верхней, нижней и боковых панелях корпуса просверлены вентиляционные отверстия. На передней панели установлены измерительные приборы, выходные клеммы, клеммы переключателя интервалов выходного напряжения, сетевой выключатель, выключатели электродвигателя вентилятора и звуковой сигнализации, регуляторы выходного напряжения R2 и тока срабатывания защиты R4 а также светодиод сигнализации срабатывания защиты.

Задняя панель выполнена из алюминия толщиной 3 мм. На ней через слюдяные прокладки, покрытые с двух сторон пастой КПТ-8, закреплены транзисторы VT1-VT4, микросхемы DA1-DA3, выпрямительный мост VD1 и термовыключатели. Вентилятор установлен на задней панели над транзисторами VT1-VT4 на стойках. В свободных местах под ним просверлены вентиляционные отверстия. На заднюю панель также вынесены предохранители FU1 и FU2.

Монтаж устройства в основном навесной, на выводах и изоляционных стойках. Монтаж силовых цепей выполнен многожильным проводом сечением 2,5 мм2 минимальной длины. Конденсаторы С6-С9 привинчены винтами контактов к плате из фольгированного стеклотекстолита, которая прикреплена к боковой панели кронштейнами. На печатные проводники между выводами конденсаторов по всей длине напаян медный провод диаметром 1,4 мм. Трансформатор закреплен на нижней панели с помощью уголков.

Налаживание БП сводится к регулировке узла защиты и калибровке амперметра и вольтметра. Для этого потребуются вольтметр с пределом измерения 35 В, амперметр с пределом измерения 20 А, вспомогательный регулируемый источник питания с максимальным выходным напряжением 35 В и переменные нагрузочные резисторы (реостаты) сопротивлением 10 и 100 Ом или эквивалент нагрузки. Узел защиты регулируют в следующей последовательности.

1. Сначала регулируют узел защиты от превышения выходного напряжения.

1.1. Движок переменного резистора R4 устанавливают в положение максимального сопротивления.

1.2 Подключают вольтметр плюсовым выводом к выходу стабилизатора DA1, а минусовым - к выходу стабилизатора DA3.

1.3. Изменяя выходное напряжение БП в пределах интервалов 1 2... 15 и 1,2...30 В, с помощью резистора R3 добиваются, чтобы измеряемое напряжение было всегда положительным, а его значение минимальным и не превышающим 1,5 В. Если же это сделать не удалось, следует поменять местами резисторы R2.1 и R2.2 или подобрать резистор R2 с меньшим рассогласованием.

1.4. Устанавливают на выходе БП напряжение 30 В

1.5. Отключают правый по схеме вывод резистора R8 от выхода БП и подают на него напряжение (несколько меньшее 30 В) от вспомогательного источника.

1.6. Плавно увеличивая напряжение вспомогательного источника, фиксируют момент срабатывания защиты по изменению цвета свечения светодиода. Выходное напряжение вспомогательного источника в этом случае не должно превышать 32 В.

1.7. Восстанавливают соединение резистора R8 с выходом БП.

Исправность защиты от превышения напряжения можно проверить и в процессе эксплуатации. Емкость конденсатора С12 основного стабилизатора DA3 больше емкости аналогичного по назначению конденсатора С5 в дополнительном стабилизаторе DA1. Увеличенная емкость способствует уменьшению уровня пульсаций на выходе основного стабилизатора, но одновременно увеличивает инерционность регулировки выходного напряжения БП. Если движок резистора R2 резко повернуть в сторону уменьшения напряжения, то вследствие большей емкости выходное напряжение БП кратковременно превысит выходное напряжение стабилизатора DA1, что приведет к срабатыванию защиты.

2. Затем регулируют узел защиты по току.

2.1. Разрывают цепи между резисторами R4 и R5, между выводом 4 дополнительной обмотки реле К1 и контактами К2.1 реле К2.

2.2. Между выводом 4 дополнительной обмотки реле К1 и общим проводом подключают последовательно соединенные нагрузочный резистор сопротивлением 10 Ом и амперметр.

2.3. Уменьшая сопротивление нагрузочного резистора, измеряют ток срабатывания защиты, который должен быть в пределах 16... 18 А. Этого добиваются изменением числа витков дополнительной обмотки 3-4 реле К1.

2.4. Восстанавливают соединение резисторов R4 и R5. Нагрузочный резистор сопротивлением 10 Ом заменяют на 100 Ом.

2.5. Движок переменного резистора R4 устанавливают в положение минимального сопротивления, а подстроечного резистора R5 - максимального сопротивления.

2.6. Изменяя сопротивление нагрузочного резистора, устанавливают ток 0,5 А.

2.7. Перемещая движок подстроечного резистора R5, добиваются срабатывания защиты.

2.8. Нагрузочный резистор 100 Ом заменяют на 10 Ом. Движок переменного резистора R4 устанавливают в положение максимального сопротивления.

2.9. Изменяя сопротивление нагрузочного резистора, измеряют ток срабатывания защиты. Если его значение отличается от 15 А, потребуется подбор резистора R4.

2.10. Задавая несколько значений тока нагрузки, градуируют шкалу переменного резистора R4.

2.11. Отключают нагрузочный резистор и амперметр. Восстанавливают соединение между выводом 4 реле К1 и контактами К2.1.

Амперметр и вольтметр калибруют по общепринятой методике. Учтите, что шкала амперметра - нелинейна.

В заключение следует отметить, что подобным узлом защиты или его отдельными элементами можно оснастить практически любые БП.

Литература

1. Нечаев И. Малогабаритный мощный преобразователь напряжения. - Радио, 2003, № 2, с. 29, 30.
2. Щербина А., Благий С, Иванов В. Применение микросхемных стабилизаторов серий 142, К142 и КР142.- Радио, 1991, №3, с. 47-51; №5, с. 68-70.

Автор: Е.Коломоец, г.Иркутск

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

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 Пластиковый электропроводящий материал 31.10.2022 Группа исследователей из Университета Чикаго создала новый пластиковый материал, который проводит электрический ток подобно металлу и сохраняет стабильность при нагревании, охлаждении, пребывании на воздухе или даже под влиянием кислоты. По мнению авторов проекта, этот материал поможет сделать шаг по пути создания электроники нового поколения. Это порошок черного цвета. Однако когда мы наносим его на поверхность в виде пленки или прессуем как пластилин, он начинает переливаться и становится блестящим. Насколько мы можем судить, он стабилен при температуре до 250°С" , - рассказал руководитель исследовательской группы доктор Джон Андерсон (John Anderson). Он также отметил, что материал имеет электропроводность, как у графита. Электропроводность - одна из характеристик материалов, в которых электроны могут свободно перемещаться. Прежде всего, считалось, что ключевым условием для электропроводности является упорядоченная структура материала, как, например, в меди, состоящей из равных рядов атомов. Однако новое вещество, названное учеными металлополимером, состоит из молекулярных нитей на основе серы, углерода и водорода, а также вкраплений никеля через равные промежутки. При этом речь идет о материале с высокой электропроводностью, несмотря на то, что он аморфен. Ученые отметили, что нет надежной теории, объясняющей свойства нового материала. Цепи полимеров в нем образуют неупорядоченные кипы, которые складываются друг на друга, создавая аморфный материал, но также позволяя электронам двигаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. "Хотя у нас еще нет четкой картины, мы думаем, что молекулярный вид цепочек обеспечивает сильное перекрытие и свойства металла, даже когда материал имеет неупорядоченную структуру и аморфный" , - отметил Джон Андерсон. По его мнению, новый материал может оказаться полезным в различных областях деятельности человека, поскольку его можно распылять или наносить другим способом на поверхности устройств. Например, создание гибких полимеров с электропроводностью может открыть двери для разработки носимой электроники нового поколения и многих других электронных устройств.

Другие интересные новости:

▪ Миниатюрные датчики силы Honeywell FMA

▪ Беспроводная подзарядка для iPhone и iPad

▪ Модуль Fibocom LTE Cat 1 для интернета вещей

▪ Складной дрон DJI Mavic Mini

▪ Передача видео 4K на расстояние до 30 м

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Строителю, домашнему мастеру. Подборка статей

▪ статья Аварийные ситуации в природе, меры предупреждения и первоочередные действия. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Почему Рембрандт изменил черты лица Данаи в процессе написания картины? Подробный ответ

▪ статья Реверс-редуктор. Личный транспорт

▪ статья Электронный кубик. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сон на острие меча. Секрет фокуса

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

www.diagram.com.ua
2000-2026