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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Пчелы и математика 30.09.2018 Крошечный мозг - не признак отсутствия интеллекта. К такому выводу пришли ученые из Франции и Австралии, которые изучили математические способности пчел, а именно их умение понимать положение нуля в ряду чисел. Для исследования применили белые пластины с точками. На них в определенном порядке раскладывали корм. Настоящую еду размещали на пластинах с наименьшим количеством черных точек. На остальных помещался раствор хинина. В ходе эксперимента пчелы достаточно быстро поняли, что наибольшее количество настоящего лакомства, а не хинина, находится на пластинке с нулевым показателем, то есть там, где не было вообще никаких точек. Из этого ученые сделали выводы, что пчелы способны считать до пяти, а также понимать, что такое ноль. По мнению исследователей, "Ноль" - достаточно сложная математическая концепция. Очень долгое время считалось, что осознать ее способен только человек, потому что у него есть абстрактное мышление. Однако в ходе более ранних экспериментов было доказано, что ноль могут определить также птицы и обезьяны.

Другие интересные новости:

▪ Из морской пучины поднимается металлическое железо

▪ Кофе вредит шопингу

▪ Послушать себя и улучшить настроение

▪ Инсулиновый пластырь

▪ Лазер с использованием эффекта сверхпроводимости

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители низкой частоты. Подборка статей

▪ статья Пролетариям нечего терять, кроме своих цепей. Крылатое выражение

▪ статья Как красноармеец Дмитрий Овчаренко сумел победить отряд немцев из 50 человек? Подробный ответ

▪ статья Социальное партнерство

▪ статья Электроизоляционные компаунды. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Регулятор мощности для паяльника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026