Лабораторный источник питания, 220/0-20 вольт

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Относительную сложность предлагаемого устройства компенсируют улучшенные (по сравнению с аналогичными приборами) параметры и потребительские качества. Рекомендации автора позволяют как упростить при желании конструкцию, так и ввести в нее дополнительные функции.

По сравнению с уже описанными в журнале "Радио" подобными устройствами предлагаемый источник питания, на мой взгляд, обладает рядом преимуществ: во-первых, в отличие от предложенных ранее вариантов управления интегральной микросхемой KP142EHJ2A стабилизатор напряжения охвачен общей целью обратной связи; во-вторых, измерительный резистор тока нагрузки включен непосредственно на выходе устройства, поэтому измеряется фактически потребляемый нагрузкой ток.

Кроме того, источник питания не содержит ручных переключателей пределов выходного напряжения. Вместо этого в нем установлен автоматический тринисторный переключатель, коммутирующий вторичные обмотки трансформатора в зависимости от выходного напряжения. Таким образом, уменьшена мощность, рассеиваемая регулирующим элементом стабилизатора при малых выходных напряжениях или при перегрузке по току.

Источник питания содержит светодиодный индикатор режима работы, который позволяет четко фиксировать момент перехода из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока, и наоборот. И наконец, он не требует подборки элементов для точной установки нулевого выходного напряжения. Его схема показана на рис. 1.

(нажмите для увеличения)

Устройство содержит узел измерения выходного напряжения на микросхеме DA7. регулируемый стабилизатор напряжения (DA5. DA6). узел ограничения тока (DA2), узел индикации (DA3), узел переключения обмоток трансформатора (DA8. VS1) и вспомогательный источник питания (DA1, DA4).

Сетевой трансформатор Т1 имеет три вторичных обмотки, две из которых (II и II') используют для питания нагрузки и формирования напряжения +24 В для питания стабилизатора, а третья (III) - для получения напряжения -6 В. Выпрямительные диодные мосты VD5-VD8 и VD1 - VD4 включены последовательно, поэтому на выходе первого из них действует напряжение около 13 В. а на выходе второго - 26 В. С выхода одного из мостов напряжение поступает через диод VD9 или тринистор VS1 на сглаживающие конденсаторы С6 и С7, а далее - на интегральный стабилизатор DA5.

Управляющее напряжение на выводе 17 этой микросхемы формируют ОУ DA6 и усилитель тока на транзисторе VT4. На неинвертирующий вход ОУ подают напряжение с переменного резистора R8. которым устанавливают необходимое выходное напряжение. На инвертирующий вход приходит сигнал с дифференциального усилителя, выполненного на ОУ DA7.

Этот усилитель формирует напряжение, пропорциональное выходному. Необходимость такого узла продиктована тем. что последовательно с нагрузкой включен измерительный резистор R20 небольшого сопротивления. Коэффициент передачи усилителя равен 0,33, поэтому напряжение на его выходе находится в пределах 0...6,6 В при изменении выходного напряжения источника от 0 до 20 В.

ОУ DA6 вырабатывает такой сигнал, чтобы разность значений напряжения на его входах была равна нулю. Таким образом осуществляется стабилизация выходного напряжения. Конденсатор С17 устраняет самовозбуждение ОУ.

Напряжение на резисторе R20 сравнивают с напряжением, снимаемым с делителя R4-R6. Если напряжение на резисторе R20 меньше, чем на движке переменного резистора R5, на выходе компаратора DA2 - напряжение около 23 В. Диод VD11 в это время закрыт. Как только ток нагрузки достигнет предела, установленного резистором R5, напряжение на выходе ОУ DA2 снизится, что приведет к открыванию диода VD11 и уменьшению напряжения на резисторе R8. Таким образом, изменяется "задание" стабилизатору напряжения, и его выходное напряжение уменьшается до уровня, при котором ток нагрузки равен току ограничения. Самовозбуждение ОУ DA2 предотвращает конденсатор С14.

В результате уменьшения напряжения на выходе ОУ DA2 произойдет переключение триггера Шмитта DA3. на его выходе появится напряжение, близкое к питающему (+23 В). Светодиод HL1 сообщит о перегрузке красным свечением. После выхода устройства из режима ограничения тока триггер Шмитта переходит в исходное состояние. Отрицательное напряжение на его выходе (около -5 В) приведет к тому, что диод VD12 закроется, а транзистор VT2. который включает зеленый кристалл светодиода HL1. откроется. Диод VD12 при этом защитит красный кристалл от пробоя обратным напряжением.

Применение отдельного ОУ для индикации режима работы позволило добиться четкой фиксации момента перехода в режим стабилизации тока или напряжения. Действительно, в рабочем состоянии (в режиме стабилизации напряжения) на инвертирующий вход ОУ DA3 поступает напряжение около 23 В. а порог переключения триггера Шмитта - 19 В, поэтому на его выходе будет низкий уровень (-5 В).

При переходе в режим ограничения тока напряжение на инвертирующем входе ОУ DA3 становится равным (без учета его падения на диоде VD11) напряжению в точке соединения резисторов R7 и R8, которое не превышает 7...8 В. На выходе ОУ DA3 при этом окажется напряжение высокого уровня (+23 В) Резистор R11 обеспечивает гистерезис около 0.2 В для более четкой работы узла индикации.

На ОУ DA8. также выполняющем функцию триггера Шмитта. собран узел коммутации вторичных обмоток трансформатора. На его вход (вывод 2 ОУ DA8) поступает сигнал, пропорциональный напряжению на выходных разъемах XS1 и XS2 источника питания. Если оно меньше 9 В. на выходе ОУ - напряжение около 23 В и тринистор VS1 закрыт. Напряжение на вход стабилизатора DA5 поступает через диод VD9 с обмотки II' трансформатора.

Когда выходное напряжение превысит 9 В, триггер на ОУ DA8 переключится, что приведет к последовательному открыванию диода VD15, транзисторов VT6. VT5 и VTT. а вслед за ними и тринистора VS1. Теперь напряжение на микросхему DA5 поступает с двух последовательно соединенных обмоток II и II' трансформатора. Диод VD9 закрыт приложенным к нему обратным напряжением.

Ширина "петли гистерезиса" триггера Шмитта по выходному напряжению блока питания -около 2 В, поэтому когда выходное напряжение уменьшается до 7 В. тринистор VS1 закрывается и отключает обмотку II. При переходе в режим стабилизации тока или при замыкании на выходе описанный узел также может временно отключить одну обмотку трансформатора, уменьшив, таким образом, мощность, рассеиваемую микросхемой ОА5.

Двуполярное напряжение питания для операционных усилителей и транзисторов формируют интегральные стабилизаторы DA1 и DA4. Напряжение для источника -6 В поступает с отдельной обмотки III трансформатора, а для источника +24 В -с двух последовательно соединенных обмоток II и II. Диод VD13 перед сглаживающим конденсатором С1 введен, чтобы напряжение на аноде тринистора VS1 было пульсирующим. Это необходимо для закрывания тринистора после снятия управляющего воздействия.

После отключения источника питания от сети, особенно при высокоомной нагрузке, конденсаторы С6 и С7 разряжаются дольше, чем пропадают напряжения +24 В и -6 В. Поэтому управляющий вход (вывод 17) стабилизатора DA5 оказывается неподключенным, регулирующий транзистор этой микросхемы полностью открывается, и на выходе может появиться напряжение до 30 В. Чтобы этого не происходило, в устройство введены транзистор VT3 и делитель напряжения R15R16.

В обычном режиме этот узел не оказывает влияния на работу стабилизатора, поскольку к базе транзистора приложено закрывающее напряжение около -5 В. После отключения питания и исчезновения напряжения -6 В транзистор открывается, соединяя с общим проводом вывод 17 микросхемы DA5. и напряжение на ее выходе снижается до 1.2 В.

Недостаток подобной защиты заключается в следующем: в случае, когда на выходе устройства установлено напряжение менее 1.2 В. при отключении питания выходное напряжение не снижается, а наоборот, возрастает. Это следует учитывать при работе с малым выходным напряжением и отключать нагрузку от источника раньше, чем сам источник от сети.

Большинство деталей устройства смонтировано на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 2.

(нажмите для увеличения)

Микросхему DA5 необходимо установить на теплоотвод. Провода, идущие к измерительной цепи, подключают непосредственно к разъемам XS1 и XS2.

Микросхемы КР140УД708 заменимы на КР140УД608 или К140УД6. К140УД7. На месте DA6 может быть установлен ОУ К140УД6. Микросхема КР142ЕН5Б заменима на КР142ЕН5Г. а КР142ЕН9Б - на КР142ЕН9Д или КР142ЕН9И. Допустима замена КР142ЕН12А на КР142ЕН12Б. но при этом максимальный ток источника питания не должен превышать 1 А. Транзисторы VT3 и VT5 КТ3102А-КТЗ102В. КТ3102Д или КТ315В-КТ315Е. KT3I5P; VT1. VT2. VT4 и VT6 КТ310/А - КТ3107Д.

КТ3107И. KT3I07K или КТ361В-КТ361Е. Тринистор VS1 - КУ202В-КУ202Н. Вместо диодов FR207 можно установить отечественные серии КД226. Диоды VD13 и VD14 - любые серий КД105. КД208 или КД209. На месте диодов VD11. VD12 и VD15. кроме указанного на схеме, могут работать КД521А - КД521В. Светодиод HL1 заменим любым с управляемым цветом свечения, рассчитанным на ток 10...20 мА.

Трансформатор - ТС-40-2 либо другой, обеспечивающий на обмотках II и II' напряжение 12... 15 В при токе до 1.5 А. а на обмотке III - напряжение около 10 В. Постоянные резисторы (кроме R20) -МЛТ-0,125. переменные R5 и R8 -СПЗ-З0а. Резистор R20 изготовлен из отрезка нихромовой проволоки диаметром 0.5 мм и длиной 15 см. намотанного на резистор МЛТ-2 сопротивлением 7,5 кОм. Оксидные конденсаторы - К50-35. К50-40, остальные - КМ. К10-17.

Пары резисторов R18, R22 и R19. R23 желательно подобрать с наименее отличающимися сопротивлениями, причем само это значение некритично - вполне допустимо использовать обычные резисторы с допуском 10%.

Налаживание устройства заключается в основном в подборке элементов, определяющих пределы изменения напряжения и тока. Подключив к разъемам XS1 и XS2 вольтметр постоянного тока и установив движок переменного резистора R5 в верхнее по схеме положение, убеждаются, что при повороте движка резистора R8 напряжение изменяется от 0 до 20 В. Верхний предел можно установить подбором резистора R7. Следует также проконтролировать напряжение на конденсаторах С6 и С7. При выходном напряжении менее 7...9 В конденсаторы должны быть заряжены до напряжения 15... 18 В. а при большем выходном напряжении - до 30...35 В.

Далее подключают к выходу источника питания амперметр на максимальный ток не менее 2 А, а движок переменного резистора R8 устанавливают в среднее положение (движок резистора R5 в верхнем по схеме положении). При подключении амперметра цвет излучения светодиода HL1 должен сразу же измениться с зеленого на красный. Если этого не произошло и ток замыкания не превышает 1,5 или 1 А (в зависимости от типа микросхемы DA5). значит, встроенные элементы защиты этой микросхемы включились раньше узла ограничения тока на ОУ DA2. Этот конфликт можно устранить уменьшением емкости конденсатора С15 либо увеличением емкости конденсатора С16.

Подбором резисторов R4 и R6 устанавливают соответственно верхний и нижний пределы изменения тока ограничения при крайних положениях движка переменного резистора R5. Необходимо также убедиться, что система ограничения тока работает при верхнем по схеме положении движка резистора R8. а напряжение на конденсаторах С6 и С7 в этом случае не превышает 20 В. На этом налаживание устройства закончено.

При отсутствии светодиода с управляемым цветом свечения его можно заменить двумя разного цвета, например, из серии АЛ307. исключив при этом элементы VT2, VD12, R13 и собрав узел индикации, как показано на рис. 3.

Узел индикации можно еще более упростить, исключив ОУ DA3, резисторы R9 - R11 и включив светодиод красного цвета излучения последовательно с диодом VD11. Но в этом случае яркость свечения будет зависеть от перегрузки по току и момент перехода устройства в режим стабилизации тока заметить будет сложнее.

И наконец, коротко о том, как уменьшить влияние сопротивления проводников, соединяющих источник питания с нагрузкой. Для этого необходимо подключать нагрузку Rн (рис. 4) четырьмя проводами. Два из них - силовые, другие два. соединенные с разъемами XS3 и XS4. подключены к измерительной цепи и могут иметь меньшее сечение. Дополнительно следует установить резисторы R31 и R32. которые обезопасят нагрузку от превышения напряжения в случае обрыва проводников обратной связи.

При четырехпроводном способе включения нагрузки целесообразно также уменьшить напряжение смещения ОУ DA6, введя подстроенный резистор R33 сопротивлением 1 - 10 кОм, как показано на рис. 5.

Установив движок переменного резистора R8 в нижнее по схеме положение, подстроенным резистором R33 устанавливают на выходе источника питания нулевое напряжение с точностью до долей милливольта.

Для защиты ОУ DA2 последовательно в цепь его инвертирующего входа рекомендуем включить резистор сопротивлением около 1 кОм.

Автор: А.Шитов, г.Иваново

Доработка этого устройства

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Nokia 106 с рекордным временем работы 16.11.2018 Компания HMD Global представила новый кнопочный телефон Nokia 106. Это бюджетная модель только с базовыми функциями и даже без камеры. В качестве главной особенности производитель продвигает продолжительное время работы от одной подзарядки аккумулятора. Время автономной работы составляет 15,7 часов в режиме разговора и почти 21 день в режиме ожидания. В телефоне используется сменный аккумулятор емкостью 800 мАч, он заражается через обычный кабель USB с разъемом micro USB. Под аккумулятором размещен слот для двух Mini-SIM карт. Телефон получил дисплей QQVGA с диагональю 1,8 дюйма и FM-радио, правда для его использования требуются наушники с разъемом 3,5 мм. В Nokia 106 также можно сохранять 2000 контактов и 500 текстовых сообщений. На телефон предустановлена в классическая игра "Змейка" (Snake Xenzia), а также ознакомительные версии Nitro Racing, Danger Dash, Tetris и некоторых других игр. Также есть встроенный фонарик. Телефон имеет размеры 111,15 x 49,5 x 14,4 мм и весит 70,2 г. Цена - 25 долларов США.

Другие интересные новости:

▪ 20-нм чипы, произведенные на TSMC

▪ Ultra HD смарт-телевизоры Vizio P Series

▪ Судно-буй с ледокольной функцией

▪ Смарт-часы BoAT Lunar Tigon

▪ Игровой монитор Lenovo Legion R25i-30

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Птица-тройка. Крылатое выражение

▪ статья В какой части человеческого тела имеются водопровод, клюв, червь и пальцы ног морского конька? Подробный ответ

▪ статья Начальник АЗС. Должностная инструкция

▪ статья Замазка для оконных рам. Простые рецепты и советы

▪ статья Вода не выливается из бутылки. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025