Лабораторный регулируемый импульсный блок питания

15.11.10
23145 3.35

Радиолюбителю для проверки и наладки схем довольно часто нужен регулируемый блок питания. Предлагаемый импульсный блок питания кроме стабилизации выходного напряжения также ограничивает ток нагрузки, тем самым, стабилизируя выходной ток. Кроме этого, как известно, импульсные блоки питания обеспечивают очень высокий КПД в различных режимах работы.

А также, представленная схема блока не боится длительных замыканий выхода, что немаловажно для лабораторного блока питания. Так, как зачастую к блоку питания подключаются лишь частично проверенные схемы. Данный блок способен работать как источник тока для устройств электролиза, электроформинга и прочих, для питания которых требуется ограниченный или стабилизированный ток.

Лабораторный блок питания может быть использован для зарядки почти всех типов аккумуляторов. В специализированной литературе присутствует множество описаний регулируемых блоков питания. Рассматриваемый в этой статье источник имеет более широкие функциональные возможности, отличается простотой конструкции и как любой импульсный блок питания - высоким КПД.

Функциональная схема импульсного блока питания:

Функциональная схема импульсного блока питания

Стабилизатор напряжения, осуществляющий широтно-импульсное регулирование, выполнен на ключе VT1 и является основой устройства. После цепочки L1, С1 - накопительных элементов, подключены последовательно линейный ограничитель тока с возможностью регулировки - А1 и A3 - стабилизатор напряжения. При закрытом транзисторе VT1, ток с дросселя L1 через диод VD1 течет (смотрите схему) в конденсатор С1, а также в нагрузку. Ограничение тока нагрузки в диапазоне 0,01…5 А обеспечивается элементом А1. Регулировка выходного напряжения в диапазоне 0…30 В осуществляется стабилизатором A3.

Высокий уровень КПД и стабилизация выходных параметров импульсного блока питания обеспечивается дифференциальными усилителями А2 и А4 (коэффициент усиления = 5), которые обеспечивают контроль уровня просадки напряжения на блоке А1 и блоке A3, и в том случае когда одно из напряжений слишком велико, по сигналу от модуля широтно-импульсного регулятора А5 закрывается транзистор VT1. Незначительная рассеиваемая на регулирующих элементах мощность, в сравнении с линейным регулированием, позволяет уменьшить размеры радиаторов, что значительно повышает надежность регулируемого лабораторного блока питания и позволяет снизить его габариты и массу.

Принципиальная схема импульсного регулируемого блока питания:

Принципиальная схема импульсного регулируемого блока питания

Широтно-импульсный регулятор лабораторного блока питания собран на транзисторах VT1-VT3, конденсаторе С1, диоде VD3, светодиоде HL1 и резисторах R3-R8. Ограничитель тока, по сути, стабилизатор тока собран на элементах VT6, VT7, VD6-VD10,R10-R20, SA2. Микросхема DA4 является стабилизатором напряжения. Операционные усилители КР1408УД1 (DA3 и DA5) и резисторы R21, R23, R25, R26 и R28, R31.R33, R34 являются дифференциальными усилителями. Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1 до 30 В и поступает на диодный мост VD4, выпрямляется, а затем сглаживает конденсатором С4 и поступает на импульсный стабилизатор.

На стабилитроне VD1 резисторе R1 выполнен параметрический стабилизатор напряжения для обеспечения питания задающего генератора, который собран на транзисторе VT2. Усилитель тока задающего генератора выполнен на полевом транзисторе VT3. Коммутатор собран на транзисторе VT4. Определяющим фактором при выборе частоты генерации в 40 кГц было соответствие частотным параметрам транзистора КТ825Г.

Параметрический стабилизатор регулируемого блока питания, выполнен на светодиоде HL1 и резисторе R2, который выполняет фиксацию уровня напряжения на эмиттере транзистора VT1. Для защиты эмиттерного перехода этого транзистора от обратного напряжения служит диод VD3. Когда транзистор VT4 открывается, он выполняет подключение дросселя L1 к выходу выпрямительного моста VD4. Ток, протекающий через дроссель L1 заряжает конденсатор С8. При изменении уровня напряжения на базе транзистора VT1, происходит изменение ширины импульсов, которые открывают транзистор VT4. Таким образом, изменяется уровень накопленного напряжения на конденсаторе С8.

Уровень напряжения на входе ограничителя тока А1 достаточно высок, поэтому пришлось отказаться от использования микросхемы LT1084 и выполнить его на дискретных элементах. Помимо этого дискретные элементы обеспечивают более высокое КПД работы лабораторного блока питания. В стабилизаторе токозадающий резистор обеспечивает падение напряжения 1,25 В, таким образом, при токе равном 5 А мощность рассеивания на данном резисторе составит 6,25 Вт. Величина падения напряжения (UR) на токозадающем резисторе ограничителя тока А1 представляет собой разность напряжений между значениями на диодной цепочке VD6-VD10 и в точке база-эмиттер транзисторов VT6, VT7. В нашем случае UR составляет порядка 0,6 В. Рассеиваемая на резисторе R20 мощность (при токе 5 А) примерно 3 Вт. Расчет сопротивления токозадающего резистора Rт производится по формуле Rт = UR/I, где I - требуемый ток.

Наш импульсный лабораторный блок питания является регулируемым, во время работы можно выбрать любой из 11(!) рабочих режимов по ограничению максимального уровня тока: 10 мА, 50 мА, 100 мА, 250 мА, 500 мА, 750 мА; 1 А, 2А, 3 А, 4 А, 5 А, которым соответствуют резисторы с R10 по R20. Так как напряжение изменяется на конденсаторе С8 в большом диапазоне, то ток через цепь, состоящую из диодов VD6-VD10, определяется стабилизатором на светодиоде HL2 и транзисторе VT5. Цепочка диодов VD6-VD10 – это, по сути, стабистор, ток через который в пределах 9…14 мА регулирует резистор R22. Диоды VD13, VD14 обеспечивают высокую надежность регулируемого стабилизатора А3, выполненного на микросхеме DA4. Через эти диоды конденсаторы С12 и С13 разряжаются, когда блок питания отключается от сети. Таким образом, предотвращается самовозбуждение стабилизатора.

Чтобы получить в цепи управляющего электрода нулевое напряжение, через делитель R27, R30 от стабилизатора DA2 подается напряжение отрицательной полярности. Собранный на диодном мосте VD2 и стабилизаторах DA1 и DA2 выпрямитель питает цифровой вольтметр, выполненный на микросхеме КР572ПВ2А. С ОУ DA3 и DA5 выходные сигналы после диодов VD11 и VD12 направляются на общую нагрузку - делитель на резисторах R3,R4.

Индикация того, что лабораторный блок питания находится в режиме ограничения стабилизации тока осуществляется светодиодом HL3. При увеличении падения напряжения на стабилизаторе А3 или ограничителе А1 на резисторе R4 происходит рост напряжения. Когда его значение превысит уровень примерно 3 В, то транзистор VT1 откроется, и импульсы, генерируемые транзистором VT2, сократятся.

Конструкция и детали. Готовый регулируемый импульсный блок питания может быть смонтирован в корпусе с размерами 90х170x270 мм. Для установки транзистора VT4 и диода VD5 можно использовать один радиатор площадью 200 см2, изолирующие прокладки не требуются. Транзистор VT6 устанавливается с применением теплоизолирующей прокладки на радиатор площадью 400 см2, на него же монтируется стабилизатор DA4. Диоды VD6-VD10 также имеет смысл разместить на теплоотводе для повышения температурной стабильности.

Первоначально монтаж элементов импульсного блока питания выполнен на универсальной макетной плате. Разводку печатной платы можно выполнить при желании. Понижающий трансформатор Т1 может быть изготовлен из трансформатора блока питания лампового телевизора. Для этого разбирают магнитопровод, снимают катушки. Подсчитывая витки, разматывают обмотки накаливания, которые расположены в первом слое и имеют наибольший диаметр проволоки. Полученное число витков умножаем на 5 – это и будет количество витков II обмотки. После этого необходимо полностью смотать на одну шпулю анодные обмотки с обеих катушек. А после этого половинное число витков обмотки II наматывают на каждую катушку, внавал, в два провода анодной обмотки. Сечение провода анодной обмотки 0,5 мм2. То есть используя намотку в два провода получаем сечение 1 мм2, таким образом получаем ток нагрузки 5 А. Число витков обмотки III определяется умножением на 3 число витков накальной обмотки. III обмотку можно намотать на одну из катушек. Потребление по этой обмотке незначительное, поэтому асимметрия магнитного поля малозначительна. Намотка тоже производится в два провода. Соединение полуобмоток III производится последовательно с отводом от точки соединения, с учетом фазировки и только после сборки магнитопровода. На магнитопроводе Б48 из феррита 1500НМ1 наматывается дроссель L1. Намотка производится внавал в два провода анодной обмотки до полного заполнения каркаса.

Текстолитовая шайба толщиной 1 мм, вставленная между чашками служит для создания немагнитный зазора. Собранный дроссель стягивается болтом М6 и пропитывается клеем БФ-2. Для сушки и полимеризация клея необходимо выдержать пропитанный дроссель в духовке при температуре 100 °С. Стабилизатор LT1084 (DA4) допускается заменить на отечественный аналог КР142ЕН22А. Для повышения срока службы переменного резистора R29 можно использовать проволочный типа ППБ. С учетом того, что через переключатель SA2 протекают значительные токи, для повышения его надежности лучше применить керамический галетный переключатель 11П3Н, причем соединить его контакты параллельно. Вместо светодиода АЛ307КМ (HL3) в предлагаемом лабораторном блоке питания можно использовать зарубежный аналог L-543SRC-E.

Налаживание. Нулевое напряжение на выходе импульсного блока питания отстраивают подбором резистора R30, при этом движок переменного резистора R29 должен быть в нижнем по схеме положении. Значение 30 В подбирают резистором R32 при этом движок переменного резистора R29 должен быть в верхнем по схеме положении. Подключив к выводам 2 и 3 стабилизатора DA4 вольтметр добиваются 1,5 В, подбирая резистор R4. Во время наладки допускается применение подстроечных резисторов. Но не рекомендуется использовать их для постоянной эксплуатации в лабораторном блоке питания из-за нестабильности сопротивления.

После завершения наладки источника напряжения, к выходным клеммам регулируемого блока питания через амперметр подключают нагрузку. Регулируя выходное напряжение посредством резистора R29, по подключенному амперметру и встроенному цифровому вольтметру контролируют выходные параметры. Скорее всего, что при малых токах, из-за наличия токов управления стабилизатора DA4, возникнет необходимость корректировки сопротивления резисторов R10-R12. Далее следует, контролируя светодиод HL3 проверить работу в режиме ограничения тока на всех пределах импульсного блока питания.

Рассмотренный лабораторный блок питания довольно удобен в работе, в том числе может использоваться для зарядки аккумуляторных батарей – в том числе автомобильных. По показаниям встроенного вольтметра определяют конечное напряжение зарядки, а переключателем SA2 устанавливают необходимый ток зарядки и производят подключение аккумуляторной батареи. Аккумулятор заряжается стабильным током, и при достижении установленного напряжения зарядка прекращается. Опытная эксплуатация в течение трех лет показала высокую надежность и удобство разработанного регулируемого блока питания.

Оцените статью
1 1 1 1 1 Рейтинг 3.35 (17 Голосов)

Добавить комментарий

Оставляя свой комментарий, Вы соглашаетесь с правилами комментирования

  1. Регистрация отключает капчу, разрешает мгновенную публикацию комментариев.
  2. Комментарии гостей проходят премодерацию.
  3. Комментарии должны быть по теме статьи. Малоинформативные и короткие комментарии скорее всего будут удалены.
  4. Комментарии содержащие рекламу запрещены.
  5. Имя комментатора должно быть лаконичным, удобочитаемым, без рекламы.
  6. Хамство, грубость, нецензурные выражения запрещены.

Нажмите на изображение, чтобы обновить код