Универсальный мощный блок питания
Блок питания (БП) собран из доступных элементов. Он почти не требует налаживания, работает в широком интервале подводимого переменного напряжения, снабжен защитой от перегрузки по току. От известных ранее конструкций данный блок питания отличается простотой и надежностью, а также возможностью с помощью внешнего управляющего сигнала дистанционно включать и выключать стабилизатор. Эта несложная схема позволяет получить хороший коэффициент стабилизации и большой выходной ток, который зависит от количества управляющих транзисторов, включенных параллельно.
Технические возможности
Регулировка выходного напряжения в пределах 3...20 В. Фиксированное напряжение 13, 8 В с защитой от перенапряжения.
Нестабильность выходного напряжения в диапазоне регулирования при изменении напряжения питания сети на 10% от номинального значения при любом допустимом токе нагрузки не превышает 0, 03%.
Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки от максимально допустимого значения до нуля не превышает 0, 1%.
Амплитуда пульсаций выходного напряжения не превышает 1 мВ эффективного значения в диапазоне регулирования при любом допустимом токе нагрузки.
Температурный коэффициент выходного напряжения во всем диапазоне регулирования при любом допустимом токе нагрузки при изменении температуры окружающей среды от 5 до 40 С, не превышает 0, 02%/град.
Защита блока питания от перегрузок и коротких замыканий. Допускается заземление выходных цепей положительной или отрицательной полярности, а также параллельная и последовательная работа двух одинаковых блоков питания. Возможно подключение и отключение нагрузок без снятия напряжения.
Рис.1. Принципиальная электрическая схема блока питания
Принципиальная электрическая схема блока питания показана на рис.1. Блок питания собран по классической схеме последовательного компенсационного стабилизатора напряжения. Устройство состоит из двух функциональных частей: собственно стабилизатора напряжения и узла защиты. Стабилизированный источник питания состоит из понижающего трансформатора Т1, мощного выпрямителя на диодах VD1–VD4, конденсаторов фильтра С1–С3 и стабилизатора постоянного напряжения на микросхеме DA1. Плавная регулировка выходного напряжения осуществляется потенциометром R5.
Микросхема К142ЕН3 позволяет заметно упростить конструкцию блока питания, улучшить его качественные характеристики, повысить надежность, уменьшить габариты [1]. Эта микросхема является регулируемым стабилизатором напряжения с системой защиты от перегрузки по току и коротких замыканий в цепи нагрузки, обеспечивает выходное напряжение от 3 до 30 В при токе до 1 А, а также позволяет внешним управляющим сигналом дистанционно включать и выключать стабилизатор. В случае срабатывания системы тепловой защиты повторное включение стабилизатора возможно только после остывания микросхемы. Электрическая схема микросхемы значительно усложнена по сравнению со схемой стабилизаторов К142ЕН1, К142ЕН2 за счет введения двухкаскадного дифференциального УПТ с токостабилизирующими двухполюсниками, что существенно повысило стабильность по напряжению, а наличие мощного проходного транзистора обеспечило ток нагрузки до 1 А.
Назначение выводов микросхемы: 2 – вход системы защиты; 4 – вход сигнала обратной связи; 6 – цепь выключения; 8 – общий вывод, электрически соединен с фланцем; 11, 17 – коррекция; 13 – выход; 15 – вход.
Для увеличения выходной мощности интегральной микросхемы используется транзистор структуры n-p-n, коллектор которого подключен к выходу источника питания, а эмиттер соединен с выходом выпрямителя. База транзистора подключена к выходному выводу стабилизатора [2]. При срабатывании системы защиты от перегрузки по току выходное напряжение уменьшается почти до нуля.
Принцип действия
Схема регулировки тока работает следующим образом. При протекании тока через резистор R3 падение напряжения на нем воздействует на вход системы защиты микросхемы и закрывает регулирующий транзистор VT1. Чтобы снова перевести БП в рабочее состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, надо на короткое время выключить БП из сети тумблером SA1. Выходное напряжение и ток контролируются по приборам.
Включенный в схему выпрямителя тиристор надежно сжигает предохранитель, если выходное напряжение по каким-то причинам становится выше допустимого. Напряжение срабатывания защиты от перенапряжения зависит от стабилитрона. В момент срабатывания защиты зажигается светодиод, сигнализирующий о том, что предохранитель сгорел. Данный узел при желании можно исключить.
Конструкция
Все устройство размещено в металлическом корпусе размерами 250 170 180 мм. На верхней и нижней крышках (со стороны задней стенки радиатора) просверлены отверстия диаметром 4 мм для улучшения охлаждения. На нижней крышке укрепляют небольшие ножки, в качестве которых можно использовать колпачки от тюбиков.
На передней лицевой панели расположены: тумблер включения сети SA1; гнезда для предохранителей FU1, FU2 (плавкие вставки расположены на передней панели блока питания для удобства их замены); вольтметр РА1 и амперметр РА2 (на схеме не показаны); потенциометр R5; светодиод HL1; контрольная лампочка EL1; выходные клеммы 3...20 В и разъем 24 В. Последний используется для электропитания радиоэлектронных устройств нестабилизированным напряжением. На задней панели находится резиновая втулка, через которую выводят сетевой шнур нужной длины с вилкой Х1 на конце.
Блок питания смонтирован на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Возможно применение резисторов типа МЛТ, С2-33, С1-4. Оксидные конденсаторы С1, С2 типа К50-46 или импортные. При необходимости их количество или емкость можно увеличить. Конденсаторы С3, С7 желательно применить танталовые, например, К521Б или подобные. Блокировочные и корректирующий конденсаторы С4-С6 типа КМ, подпаяны прямо на выводы микросхемы.
Регулирующие транзисторы и интегральный стабилизатор установлены на радиатор, расположенный на задней стенке корпуса. Их следует надежно изолировать от радиатора слюдяными прокладками толщиной 0, 05 мм, предварительно смазанными теплопроводящей пастой КПТ-8, или поставить на изолирующие стойки сам радиатор.
Диоды VD1–VD4 установлены на теплоотводящие радиаторы и изолированы от корпуса. В данном БП применены диоды типа КД2999, по два в параллель. Диоды КД2999 можно заменить КД213А (при большем количестве включении в параллель) или любыми другими, так чтобы допустимый прямой ток был не менее 20 А. Вместо тиристора VD5 типа КУ202 возможно применение тиристоров Т4-10, Т10-16.
Потенциометр R5 типа СП-1 или любой другой, удобный для установки на переднюю панель блока питания. Токовыравнивающие резисторы типа С5-16 установлены рядом с транзисторами навесным монтажом на изолированных от корпуса монтажных стойках.
Измерительные приборы РА1 и РА2 любые с током полного отклонения от 0, 05 до 1 мА и удобной шкалой. Шкалы проградуированы через 1 В и 1 А. Можно использовать микроамперметры типа М4248 с пределом измерения 100 мкА. В этом случае сопротивления дополнительного и шунтирующего резисторов следует подобрать.
Мощность трансформатора Т1 должна быть больше мощности, потребляемой нагрузкой. Ориентировочная мощность 450...500 Вт. Первичная обмотка имеет несколько отводов для выбора оптимального напряжения на вторичной обмотке. Включение большего числа витков первичной обмотки позволяет уменьшить мощность рассеивания на транзисторе VT1 при сохранении основных параметров блока питания. Вторичная обмотка трансформатора выдает напряжение 2х17 В. Для уменьшения размеров БП можно применить трансформатор с тороидальным магнитопроводом.
Выключатель SA1 типа ТВ1, еще лучше применить появившиеся на рынке импортные сетевые выключатели со встроенной лампой, которая индицирует режим включения. Резистор R3 типа С5-16 или отрезок нихромовой проволоки диаметром 1 мм и подобранной длины. Сопротивление этого ограничительного резистора регулировки токовой защиты рассчитывают по формуле:
Перед включением БП в сеть проверяют правильность монтажа. Включают БП в сеть и измеряют напряжение на конденсаторах С1–С3. Оно должно составлять около 24 В. По образцовым приборам градуируют шкалы РА1 и РА2, подобрав при этом дополнительный и шунтирующий резисторы.
При необходимости можно увеличить выходной ток источника параллельным включением необходимого числа регулирующих транзисторов. При этом в цепь эмиттеров транзисторов следует включить токовыравнивающие резисторы сопротивлением 0, 1 Ом, а также использовать трансформатор большей мощности и увеличить количество диодов в плече выпрямителя.
При двух транзисторах КТ819 в параллель БП длительное время “держит” ток в 22 А при напряжении 13, 8 В. При грамотно выполненном монтаже “просадка” выходного напряжения не превышает 0, 2 В.
Рис.2. Параметры и цоколевки транзисторов
Транзистор VT1 КТ819 допустимо заменять любым из серии КТ802, КТ803А, КТ805А, КТ808А, КТ809А, КТ812, КТ827, КТ908 или другим мощным с допустимым током коллектора не менее 5 А и допустимым напряжением коллектор-эмиттер больше напряжения питания. Параметры и цоколевки транзисторов показаны на рис.2. Диоды VD1–VD4 любые выпрямительные с допустимым прямым током больше 5 А и соответствующим напряжением. Светодиод можно применить любого типа. Токовые цепи выполнены многожильным монтажным проводом сечением 4...6 мм2.
Данный БП можно использовать также в качестве зарядного устройства, если снабдить его таймером, который бы отключал блок через заданное время, необходимое для зарядки аккумулятора.
Литература 1. Новаченко В.М., Петухов В.М. и др. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. – М.: Радио и связь, 1989. 2. Справочная книга радиолюбителя-конструктора/Под ред.Н.И. Чистякова. – М.: Радио и связь, 1990.
Л. Вербицкий, UR5LAK, М. Вербицкий, US4LP, г. Балаклея, Харьковская обл.
Радіоаматор 2005 №07