Простой лабораторный источник питания

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Однажды автору этой статьи понадобился достаточно мощный и надежный источник питания с регулируемым в широких пределах выходным напряжением. Изучив доступную литературу, он пришел к выводу, что предлагаемые для повторения устройства имеют недостатки: у линейных стабилизаторов большие габариты (из-за необходимости применения оксидных конденсаторов большой емкости и теплоотводов), у ШИМ стабилизаторов довольно узок диапазон регулирования и в выходном напряжении присутствуют высокочастотные пульсации, а приборы с улучшенными потребительскими качествами (ограничением по току, индикацией режимов, коммутацией обмоток трансформатора и т. д.) относительно сложны. Пришлось искать иные решения, и в результате был разработан источник питания, свободный от названных недостатков.

В предлагаемом лабораторном источнике питания применено двухступенчатое преобразование выпрямленного напряжения: ШИМ преобразование в промежуточное напряжение и последующая линейная стабилизация. Основные технические характеристики устройства следующие: пределы регулирования выходного напряжения - от 1,3 до 30 В, коэффициент нестабильности на напряжению - 0,07%/В, нестабильность по току нагрузки 0,1%, максимальное входное (переменное) напряжение - 27 В, КПД преобразования при максимальном токе нагрузки - не менее 70 %. Предусмотрена возможность изменения порога ограничения тока до 1,2 А, имеется нетриггерная защита от короткого замыкания со световой индикацией. Источник отличается малыми габаритами, минимальными тепловыми потерями (при токе нагрузки до 0,3 А теплоотводы не требуются).

Структурная схема устройства показана на рис. 1.

Входное напряжение UBX трансформируется ШИМ-преобразователем DA1 в промежуточное Unp, которое, в свою очередь, является входным для аналогового стабилизатора DA2. Обратная связь через дифференциальный усилитель DA3 поддерживает необходимое для DA2 падение напряжения (для LM317 - 2,5 В), благодаря чему тепловые потери на DA2 минимальны.

Принципиальная схема источника питания изображена на рис. 2.

(нажмите для увеличения)

Выпрямленное напряжение с выхода моста VD1 сглаживается конденсатором С1 и подается на вход ШИМ преобразователя, собранного на элементвх DA1, VT2, VD2, L1. Схема включения DA1 - типовая понижающая [1]. Применение микросхемы КР1156ЕУ5 свело к минимуму число пассивных элементов, но наложило ограничение на максимальное входное напряжение, которое в таком включении не должно превышать 40 В. ШИМ с помощью накопительного дросселя L1 и диода VD2 формирует промежуточное напряжение Uпр на конденсаторе С4.

На микросхемном стабилизаторе DA2 собран линейный регулятор напряжения. Регулируют его переменным резистором R12. Диоды VD3 и VD4 защищают микросхему от обратных токов и отрицательных напряжений и введены в соответствии с рекомендациями по ее применению [2].

ОУ DA3 и резисторы R7-R10 образуют дифференциальный усилитель, следящий за падением напряжения на стабилизаторе DA2. Коэффициент усиления DA3 выбран равным 1,5, что позволяет поддерживать установленное значение во всем интервале напряжений и токов, в том числе и при коротком замыкании выхода. Подстроечным резистором R2 регулируют падение напряжения при налаживании.

На элементах VT1, HL1, R1 выполнен сигнализатор короткозамкнутого состояния выхода. В нормальном режиме транзистор VT1 открыт, и падение напряжения на нем не превышает нескольких десятых долей вольта. При снижении напряжения на выходе источника до 0,7 В и менее транзистор VT1 закрывается и светодиод HL1 начинает светиться. О включенном состоянии источника питания сигнализирует светодиод HL2.

Весьма интересна роль резистора R5. При напряжении на нем более 120 мВ (среднее значение, определенное опытным путем) вступает в действие внутренний ограничитель ширины импульсов микросхемы DA1, превращая ее в источник тока. Этим свойством КР1156ЕУ5 можно воспользоваться для ограничения максимального тока нагрузки. Так, например, при сопротивлении этого резистора, равном 0,1 Ом, источник способен выдавать в нагрузку ток до 1,2 А, а при R5 = 1 Ом - только до 120 мА. Установив резистор сопротивлением 0,5 Ом и ограничив тем самым ток нагрузки значением 240 мА, можно отказаться от теплоотвода для микросхемы DA2 и от внешнего токового ключа ШИМ преобразователя (исключив транзистор VT2, резистор R3 и подключив вывод 2 DA1 к точке соединения дросселя L1 и диода VD2). В этом случае габариты изделия будут ненамного больше спичечного коробка.

В качестве ключа VT2 можно применить любой транзистор со статическим коэффициентом передачи тока базы более 30 и допустимым током коллектора не менее 3 А. Автор использовал КТ805АМ. У него неплохие частотные свойства, поэтому малы потери при переключении. Очень хорошо "ведет" себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 - ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 600 мкГн, единственное требование - он должен быть рассчитан на ток не менее 1,5 А. Резисторы - МЛТ, С1-4 с допускаемым отклонением сопротивления от номинала ±10 %, подстроечный резистор R2 - многооборотный проволочный СП5-2ВБ или подобный, переменный R12 - любого типа сопротивлением 4,7...6,8 кОм. Конденсаторы С1 и С4 - оксидные К50-35 емкостью 220...470 мкФ с номинальным напряжением 63 В, остальные - керамические (КД2, К10-7, К10-17ит. п.).

Налаживание источника питания сводится к установке подстроечным резистором R2 напряжения 2,5 В между выводами 2 и 3 DA2 (при 50-процентной нагрузке).

Литература

1. Бирюков С. Преобразователи напряжения на микросхеме КР1156ЕУ5. - Радио, 2001, № 11, с. 38,39.42.
2. Интегральные микросхемы: микросхемы для линейных источников питания и их применение. - М.: Додека, 1996.

Автор: С.Муралев, г.Димитровград Ульяновской обл.

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Шимпанзе могут менять свои убеждения 10.11.2025

Понимание того, как формируются убеждения и принимаются решения, традиционно считалось уникальной способностью человека. Однако недавнее исследование показало, что шимпанзе обладают способностью пересматривать свои мнения на основе новых данных, демонстрируя уровень рациональности, который ранее считался исключительно человеческим. Психологи под руководством Ханны Шлейхауф из Утрехтского университета провели серию экспериментов, направленных на изучение метапознания у шимпанзе. Исследователи впервые наблюдали, как эти обезьяны могут взвешивать различные виды доказательств и корректировать свои решения при появлении более убедительной информации. Экспериментаторы рассматривали рациональность как способность формировать убеждение о мире на основе фактических данных. При поступлении новой информации разумное существо способно сравнивать старые и новые данные и изменять свое мнение, если новые доказательства оказываются более весомыми. Для экспериментов использовались шимпанзе из ...>>

Полет на Марс: испытание для тела и выживания человечества 10.11.2025

Исследование космоса и перспективы полета на Марс привлекают внимание ученых и инженеров по всему миру. Но за технологическими достижениями скрывается серьезная угроза для здоровья астронавтов. Как отмечает Interesting Engineering, даже самые современные ракеты и системы жизнеобеспечения не способны полностью защитить человека от физических и генетических изменений, возникающих во время длительных космических миссий. Эти риски включают потерю костной массы, ослабление мышц и даже потенциальные повреждения ДНК. Путешествие на Марс длится от шести до девяти месяцев. В условиях невесомости организм, привыкший к земной гравитации, претерпевает значительные изменения. Мышцы атрофируются, кости теряют до 1% плотности в месяц, сердце уменьшается в размерах, а позвоночник удлиняется, вызывая боль и дискомфорт. После возвращения на Землю астронавты сталкиваются с головокружением и проблемами при вставании из-за адаптации к гравитации. Особую опасность представляет перераспределение жидкос ...>>

Зеркальные спутники и их угрозы для астрономии и экологии 09.11.2025

Калифорнийский космический стартап Reflect Orbital, который планирует к 2030 году вывести на орбиту 4 000 зеркальных спутников, отражающих солнечный свет на Землю даже ночью. Главная цель - увеличить эффективность солнечных электростанций, обеспечивая непрерывное освещение в ночное время. Первый демонстрационный аппарат EARENDIL-1 с зеркалом площадью 334 м2 предполагается запустить в апреле 2026 года, а соответствующая заявка уже подана в Федеральную комиссию связи США (FCC). Проект получил 1,25 млн долларов поддержки от ВВС США в рамках программы для малого бизнеса. Идея заключается в том, чтобы спутники создавали дополнительное освещение для энергетических систем, однако многие ученые выражают сомнения как в технической реализуемости, так и в потенциальном вреде для окружающей среды. Астрономы, включая Майкла Брауна и Мэтью Кенворти, подсчитали, что отраженный свет будет примерно в 15 000 раз слабее дневного солнца, хотя и ярче полной Луны. Для того чтобы создать хотя бы 20% дн ...>>

Случайная новость из Архива Микроконтроллер Toshiba со встроенным предварительным драйвером для управления электродвигателями 10.12.2015 Компания Toshiba Electronics Europe расширила серию микроконтроллеров TX03 на базе ARM Cortex-M3 и выпустила новую интегральную схему (ИС) TMPM37AFSQG. Новая ИС представляет собой миниатюрный микроконтроллер для векторного управления с сопроцессором Toshiba Vector Engine Plus (VE+) и предварительным драйвером для управления бесколлекторными электродвигателями постоянного тока. Предварительный драйвер TMPM37AFSQG позволяет непосредственно управлять МОП-транзисторами 3-фазной схемы формирования комплементарных сигналов ШИМ с минимальной единицей времени 25 нс. Благодаря этому микроконтроллер оптимально подходит для управления небольшими электродвигателями, вентиляторами серверов, небольшими вентиляторами систем охлаждения, вытяжными, электрическими и потолочными вентиляторами, насосами и игрушками. Ядро микроконтроллера получает напряжение питания от предварительного драйвера, что позволяет использовать один источник питания для работы всего устройства. Микроконтроллер TMPM37AFSQG с ядром ARM Cortex-M3 с тактовой частотой до 40 МГц, 12-разрядным аналогово-цифровым преобразователем и встроенной платформой векторного управления обеспечивает управление электродвигателями с низким уровнем шума и вибраций, что позволяет оптимизировать их работу. Устройство также содержит встроенный операционный усилитель (ОУ), необходимый для измерения тока на одном шунтирующем резисторе, и компаратор для обнаружения перегрузки по току. Все функции реализованы в миниатюрном корпусе (VQFN32 размером 5 мм x 5 мм с шагом выводов 0,5 мм), требующем минимального пространства для монтажа.

Другие интересные новости:

▪ Снижение высоты полета самолетов поможет экологии

▪ Ультразвук помогает лекарствам дойти до цели

▪ Смартфон Intex Cloud String V2.0 с дактилоскопическим сенсором

▪ Электронные гаджеты для похудения Nokia

▪ Раскопки у Стоунхенджа

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электротехнические материалы. Подборка статей

▪ статья Общая хирургия. Конспект лекций

▪ статья Когда появился бокс? Подробный ответ

▪ статья Инженер по строительству. Должностная инструкция

▪ статья Индикатор состояния батареи со звуковой индикацией. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Наверху тарелка. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025