Для настройки, ремонту автоелектронних і радіотехнічних пристроїв або зарядки акумуляторних батарей необхідно мати хороший джерело живлення.
Використання сучасної схемотехніки і елементної бази дозволяють зробити в домашніх умовах джерело живлення, за основними технічними характеристиками не поступається кращим промисловим зразкам.
Основні вимоги, яким повинен задовольняти таке джерело живлення:
- регулювання напруги в діапазоні 0 - 25 В;
- здатність забезпечити струм в навантаженні до 7 А при мінімальних пульсаціях;
- регулювання спрацьовування струмового захисту. Крім того, спрацьовування захисту по струму має бути досить швидким, щоб виключити пошкодження самого джерела в разі короткого замикання на виході.
Можливість плавно регулювати в джерелі живлення обмеження струму дозволяє при налаштуванні зовнішніх пристроїв виключити їх пошкодження. Всім цим вимогам задовольняє пропонована схема універсального джерела живлення. Крім того, даний блок живлення дозволяє використовувати його в якості джерела стабільного струму.
Основні технічні характеристики джерела живлення:
- плавне регулювання напруги в діапазоні від 0 до 25 В;
- напруга пульсацій, не більше 1 мВ;
- плавне регулювання струму обмеження (захисту) від 0 до 7 А;
- коефіцієнт нестабільності по напрузі не гірше 0,001% / В;
- коефіцієнт нестабільності по струму не гірше 0,01% / В;
- ККД джерела не гірше 0,6.
Принципова схема
Електрична схема джерела живлення, складається зі схеми управління, трансформатора (Т1), випрямляча (VD4 ч- VD7), силових регулюючих транзисторів VT3, VT4 і блоку комутації обмоток трансформатора.
Схема управління зібрана на двох універсальних операційних підсилювачах (ОП), розташованих в одному корпусі, і живиться від окремого трансформатора Т2. Це забезпечує регулювання вихідної напруги від нуля, а також більш стабільну роботу всього пристрою.
Для полегшення теплового режиму роботи силових регулюючих транзисторів застосований трансформатор з секційної вторинною обмоткою. Відводи автоматично перемикаються в залежності від рівня вихідної напруги за допомогою реле К1, К2. Що дозволяє, незважаючи на великий струм в навантаженні, застосувати тепловідвід для VT3 і VT4 порівняно невеликих розмірів, а також підвищити ККД стабілізатора.
Блок комутації призначений для того, щоб за допомогою всього двох реле забезпечити перемикання чотирьох відводів трансформатора, виконує їх включення в наступній послідовності: при перевищенні вихідної напруги рівня 6,2 В - включається К2; при перевищення рівня 15,3 В включається К1 (в цьому випадку з обмоток трансформатора надходить максимальна напруга).
Зазначені пороги задаються використовуваними стабілітронами (VD10, VD12). Відключення реле при зниженні напруги виконується у зворотній послідовності, але з гістерезисом приблизно 0,3 В, т. Е. Коли напруга знизиться на це значення нижче ніж при включенні, що виключає брязкіт при перемиканні обмоток.
Схема управління складається з стабілізатора напруги і стабілізатора струму. При необхідності пристрій може працювати в будь-якому з цих режимів. Режим залежить від опору регуляторів "I" (R21, R22). Стабілізатор напруги зібраний на елементах DA3, VT5, VT6.
Мал. 1. Принципова схема лабораторного джерела живлення з регулюванням струму обмеження.
Працює схема стабілізатора наступним чином. Потрібне вихідна напруга встановлюється резисторами "грубо" (R9) і "точно" (R10). У режимі стабілізації напруги сигнал зворотного зв'язку по напрузі (-Uoc) з виходу (Х2) через дільник з резисторів R9, RIO, R11 надходить на неінвертуючий вхід 2 операційного підсилювача DA3.
На цей же вхід через резистори R3, R5, R7 подається опорна напруга +9 вольт. У момент включення схеми на виході 12 DA3.1 буде збільшуватися позитивне напруга (воно через транзистор VT5 приходить на управління VT4) до тих пір, поки напруга на вихідних клемах X1 і Х2 не досягне встановленого резисторами R9, R10 рівня.
За рахунок негативного зворотного зв'язку по напрузі, що надходить з виходу Х2 на вхід 2 підсилювача DA3.1, виконується стабілізація вихідної напруги джерела живлення. При цьому вихідна напруга буде визначатися співвідношенням:
де Uoп = + 9 В.
Відповідно змінюючи опір резисторів R9 "грубо" і R10 "точно", можна змінювати вихідна напруга (U вих) від 0 до 25 В. Коли до виходу джерела живлення підключена навантаження, в його вихідний ланцюга починає протікати струм, що створює позитивний падіння напруги на резисторі R23 (щодо загального проводу схеми).
Ця напруга надходить через резистор R21, R22 в точку з'єднання R8, R12. З стабилитрона VD9 через R6, R8 подається опорна негативна напруга - 9 вольт.
Операційний підсилювач DA3.2 посилює різницю між ними. Поки різниця негативна (т. Е. Вихідний струм менше встановленої резисторами R23, R24 величини), на виході 10 DA3.2 діє + 15 В. Транзистор VT6 буде закритий і ця частина схеми не впливає на роботу стабілізатора напруги.
При збільшенні струму навантаження до величини, при якій на вході 7 DA3.2 з'явиться позитивне напруга, на виході 10 DA3.2 буде негативна напруга і транзистор VT6 прочиниться. У ланцюзі R16, R17, HL1 буде протікати струм, який зменшить відкриває напругу на базі регулюючого силового транзистора VT4.
Світіння червоного світлодіода (HL1) сигналізує про перехід схеми в режим обмеження струму. В цьому випадку вихідна напруга джерела живлення знизиться до такої величини, при якій вихідний струм буде мати значення, достатнє для того, щоб напруга зворотного зв'язку по струму (Uoc), що знімається з резистора R10, і опорна в точці з'єднання R8, R12, R22 взаємно компенсувалися, т. е. з'явився нульовий потенціал.
В результаті вихідний струм джерела виявиться обмеженим на рівні, що задається положенням движка резисторів R21, R22. При цьому струм у вихідному ланцюзі буде визначатися співвідношенням:
де Uoп = - 9 В.
Діоди (VD11) на входах операційних підсилювачів забезпечують захист мікросхеми від пошкодження в разі включення її без зворотного зв'язку або при пошкодженні силового транзистора. У робочому режимі напруга на входах ОУ близько до нуля і діоди не впливають на роботу пристрою.
Конденсатор С8 обмежує смугу підсилюються частот ОУ, що запобігає самозбудження і підвищує стійкість роботи схеми.
Налаштування
При безпомилковому монтажі в схемі вузла управління буде потрібно налаштувати тільки максимум діапазону регулювання вихідної напруги 0: 25 В резісторомR7 і максимальний струм захисту 7 А - резистором R8.
Блок комутації в налаштуванні не потребує. Необхідно тільки перевірити пороги перемикання реле К1, К2 і відповідне збільшення напруги на конденсаторі С3.
При роботі схеми в режимі стабілізації напруги світиться зелений світлодіод (HL2), а при переході в режим стабілізації струму - червоний (HL1).
деталі
Підлаштування резистори R7 і R8 - типу СПЗ-19а; змінні резистори R9, R10, R21, R22 - типу СПЗ-4а або ППБ-1 А; постійні резистори R23 - типу С5-16МВ на 5 Вт, решта з серії МЛТ або С2-23 відповідної потужності.
Конденсатори С6, С7, С8, СЮ типу КІО-17, електролітичні С1 - С5, С9 типу К50-35 (К50-32). Мікросхема DA1 може бути замінена імпортним аналогом 78L15; DA2 - на 79L15; DA3 на рА747 або двома мікросхемами 140УД7.
Світлодіоди HL1, HL2 підійдуть будь-які з різним кольором світіння. Силові транзистори встановлюються на радіатор площею близько 1000 см ^ 2.
Два силових транзистора встановлюється паралельно для забезпечення надійної роботи пристрою в разі короткого замикання на вихідних клемах.
У найгіршому випадку силові транзистори короткочасно повинні витримувати перевантаження по потужності Р = Ubx * I = 25x7 = 175 Вт. А один транзистор КТ827А може розсіювати потужність не більше 125 Вт. Діоди VD4 - VD7 треба встановити на невеликий радіатор.
Реле К1, К2 застосовані типорозміру R-15 (польського виробництва) з обмоткою на робочу напругу 24 В (опір обмотки 430 Ом) - вони за рахунок безкорпусного виконання мають малі габарити і досить потужні перемикаючі контакти. Можна використовувати і вітчизняні реле типу РЕН29 (0001), РЕН32 (0201).
Переключають напруга з трансформатора Т1 реле К1 і К2 інерційні і не забезпечують миттєве зниження напруги, що приходить з вторинної обмотки Т1, але вони зменшать теплову рассеиваемую потужність на силових транзисторах при тривалій роботі джерела.
Мікроамперметр РА1 малогабаритний типу М42303 або аналогічний з внутрішнім шунтом на струм до 10 А. Для зручності експлуатації джерела живлення схему можна доповнити вольтметром, що показує вихідна напруга.
Як мережевого трансформатора Т1 використовується промисловий трансформатор типу ТППЗ19-127 / 220-50. Т2 - типу ТПП259-127 / 220-50. Трансформатор можна виготовити і самостійно на основі промислового трансформатора потужністю 200 Вт, намотавши все обмотки (Т1 і Т2) на одному трансформаторі.
Джерело: Ходасевич А. Г, Ходасевич Т. І. - Зарядні та пуско-зарядні пристрої.