Источники питания низковольтные

Оставлен Евгений Бортник Сб, 12/10/2011 - 19:55

Для налаживания разнообразных электронных устройств используют источники питания (ИП) и измерительные приборы, обеспечивающие надлежащее качество напряжения и тока. Лучше всего их совместить. Практика показала, что для повышения надежности защитных узлов источника от коротких замыканий, схемотехника ИП должна быть построена с применением низкоомных токоограничивающих резисторов. Кроме того, желательно применить в схеме простые и недорогие компоненты, из запасов, накопленных в прежние времена.

View larger image

Несложная и надежная электронная схема лабораторного двухполярного регулируемого источника напряжения с защитой от коротких замыканий показана на рисунке. Первоисточником служит брошюра «В помощь радиолюбителю», выпуск 71, 1980.

В качестве регулирующих элементов в обоих плечах схемы использованы устаревшие мощные кремниевые транзисторы КТ808А. Это удобно, если для транзисторов КТ808 есть готовые радиаторы. В противном случае лучше применить металлокерамические транзисторы с креплением единственным винтом на плоскую поверхность, стенку корпуса или произвольный радиатор. Для увеличения мощности ИП можно применить параллельное включение регулирующих транзисторов с выравнивающими резисторами. Если токи более 10 ампер не требуются, параллельное включение транзисторов можно проигнорировать. Источник построен с применением обычных операционных усилителей, повышающих коэффициент стабилизации.

View larger image

Один из возможных вариантов печатной платы показан на рисунке. Операционный усилитель применен в пластмассовом корпусе. Электролитические конденсаторы современные, малогабаритные и установлены прямо на плате стабилизированного источника. Выходной ток и соответственно мощность определяются применяемым трансформатором. Если использовать трансформаторы серии ТС, то можно достигнуть тока порядка 10А в плече. Сдвоенный переключатель предназначен для регулирования токоограничения в системе защиты. Переменным резистором регулируют выходное напряжение.

Следует помнить, что при малых выходных напряжениях источника, мощность развиваемая трансформатором питания будет рассеиваться в радиаторах регулирующих транзисторов, ухудшая КПД источника. Следовательно, лабораторные испытания тестовых схем с применением линейных стабилизаторов в качестве регулируемых источников следует проводить непродолжительное время. Не помешает установка вентиляторов для принудительного охлаждения радиаторов. При выходных напряжениях, близких к предельным, мощность, рассеиваемая регулирующими транзисторами будет не велика, а их тепловой режим существенно легче.

Схема регулируемого линейного стабилизатора большой мощности, построенного на основе интегральной микросхемы КР142ЕН12А показана ниже.

View larger image

Типовое включение позволяет с успехом использовать внутренние электрическую и тепловую защиты интегрального стабилизатора. Первоисточник – журнал Радио №3, 1991. Вместо транзистора КТ818А прямой проводимости использован дискретный составной – обратной проводимости КТ808А (или лучше КТ8101А), а вместо ИМС КР142ЕН8А применен стабилизатор КР142ЕН12А. Силовые транзисторы устанавливают на мощный радиатор через изолирующие слюдяные прокладки, применяя теплопроводящую кремнийорганическую пасту. Схема и фотографии регулируемого двухполярного источника сравнительно небольшой мощности на базе КР142ЕН12А показаны ниже. Диапазон регулирования напряжения практически от нуля до 35В. Ограничение тока около 2,5А. Причем ток можно регулировать в достаточно широких пределах. Сохранение устойчивости наблюдается вплоть до 6 – 8А.

View larger image View larger image View larger image

Аналогично построен регулируемый двухполярный источник большой мощности на базе КР142ЕН12А. Диапазон регулирования напряжения 2-30В. Ограничение тока на уровне 9А. В обоих случаях возможно разнообразить схемотехнику источников на базе интегральных стабилизаторов изучив публикации в журнале Радио: 1990, №№ 6, 7, 8, 10, 11, 12. Р1991 №№ 3, 5. Р1993 №№ 3, 8. Р1994 №№ 2, 3.

View larger image View larger image View larger image View larger image

Для других интегральных стабилизаторов (серий 1157 и 1162) информация приведена в Р1995 №№ 3, 4 и Р1996 № 12. А так же Р2000, №6. Необычные возможности ИМС 142 серии продемонстрированы в статье И.Нечаева, представленной в Р2000_12_47. Исходя из имеющихся в наличии радиаторов охлаждения в источниках питания можно рекомендовать соответствующие замены металлостеклянных силовых регулирующих транзисторов (50-70Вт). Поскольку источники должны обеспечивать запас по мощности лучше применить транзисторы КТ8101/8102 с креплением к радиатору под винт. Приемлемы единичные мощности транзисторов в 100-150Вт. Для построения мощного регулируемого источника отрицательной полярности можно применить ИМС КР142ЕН18 и ее импортные аналоги. Следует помнить, что для отрицательной полярности эта микросхема получена вовсе не по принципу зеркального отображения. Поэтому управление режимом, а также характеристики несколько отличаются. 

Для построения более высоковольтного регулируемого двухполярного источника лучше использовать схемотехнику с дискретными элементами. Это обусловлено ограничением входного напряжения самых высоковольтных микросхем КР142ЕН на уровне 60 вольт. С учетом повышения напряжения на конденсаторах фильтра входное напряжение в каждом плече высоковольтного источника может достигать 100В, а иногда и более.

View larger image

В качестве базовой, для построения источника можно применить схему, показанную ниже. Первоисточником служит журнал Радио, 1994, №9. Применив относительно высоковольтные транзисторы можно получить диапазон регулирования выходного напряжения 4-50В. Надежное ограничение тока на уровне 2 – 5А обеспечивает низкоомный резистор, включенный в схеме стабилизатора последовательно с нагрузкой. Неплохие результаты при напряжениях до 60 вольт дает применение несколько устаревшего транзистора 2N3055. Однако удобнее применять более современные металлокерамические транзисторы с теплопроводящей пастой и изолирующими прокладками. Схема источника и возможный вариант печатной платы показаны ниже.

View larger image View larger image

Фотографии лабораторного регулируемого источника показаны ниже.

View larger image View larger image

Ниже показаны лишь некоторые их многочисленных схем, применение которых при построении линейных стабилизаторов с защитой по току показало приемлемые результаты. Следует заметить, что в большинстве случаев схема представляет собой некоторый прототип, при модификации которого часто удается получить неплохой результат. Можно отметить тот факт. Что применение интегральных стабилизаторов ограничено токами 1-1,5 ампер. Поэтому наращивание мощности, как правило, связано с применением навесных регулирующих транзисторов. А это увеличивает общее количество элементов схемы. Опыт показал, что однозначной рекомендации в применении чисто транзисторной схемы, либо схемы на основе ИМС не существует. Есть лишь некоторые объективные ограничения, достоинства и недостатки определенных схем и элементов, которые следует учитывать на этапе принятия решения.

View larger image

Схема мощного регулируемого источника показана на рисунке. Достоинство схемы – простота. К недостаткам следует отнести отсутствие токоограничивающего резистора. Первоисточником служит журнал Радио. Хотя представленная здесь информация продублирована в сборнике А.П.Николаева, стр. 57. Библиографическое описание этой книги таково: Николаев А.П., Малкина М.В. 500 схем для радиолюбителей. Часть 4. Источники питания. – Уфа, 1999.

К другим полезным книгам следует отнести:

1.Шрайбер, Г. 300 схем источников питания, 1999. 2.Шрайбер Г. Справочник по микросхемам, 2005. 3.Граф Р. Электронные схемы. 1300 примеров, 1989. 4.Фелпс Р. 750 практических электронных схем, 1986. 5.Шелестов И.П. Радиолюбителям полезные схемы, кн.1-5 (1998, 2000, 2001, 2003).

Схема мощного линейного стабилизатора показана на рисунке ниже. Первоисточником служит журнал Радио, 76-11-60.

View larger image View larger image View larger image

 

В схеме есть токоограничивающий резистор. Поэтому надежное ограничение тока обеспечено даже при значительных индуктивностях нагрузки. Схема мощного двухполярного источника питания показана ниже. Первоисточником служит журнал Радио. Схема пригодна для построения УМЗЧ. Токоограничивающих резисторов нет, следовательно нет дополнительных потерь мощности. Однако защитные свойства схемы присутствуют.

View larger image

Такое построение источника требует раздельных вторичных обмоток трансформатора и двух выпрямителей. Следует помнить, что при этом теряется до 1,5 вольт в каждом выпрямителе. Исследований особенностей поведения схемы при значительной индуктивной нагрузке не найдено. В любом случае при построении усилителей следует рекомендовать увеличение сечения соединительных проводов, от источника питания, до 2-4 кв.мм и возможного уменьшения их длины. Кроме того, целесообразно разделение сигнальной и силовой части жгутами, применение витых пар и рациональных приемов экранирования.

Двухполярные источники можно построить и по другим схемам. Пример схемы Д.Лукьянова показан на рисунке ниже. Первоисточником служит журнал Радио.

View larger image View larger image

Пример модулей. Построенных на практике для доработанной схемы с увеличенным напряжением питания показан ниже.

View larger image View larger image

Практическое устройство дополнено релейной схемой, обеспечивающей задержку подключения питания. А также другой релейной схемой, предназначенной для задержки подключения громкоговорителей, при использовании источника для питания УМЗЧ. Нужно заметить, что наиболее надежным источником технической информации с совдеповских времен служит журнал Радио. Можно также рекомендовать сборник «В помощь радиолюбителю». В относительно новых журналах содержатся ошибки.

View larger image

Пример схемы двухполярного источника Ю.Таготина, построенного с применением ИМС показан ниже. Первоисточником служит журнал Радио, 81-09. Отсутствие токоограничивающего резистора можно отнести как к достоинствам, так и к недостаткам. По опыту предпочтение следует отдавать схемам с низкоомным резистором, надежно ограничивающим ток при коротком замыкании. За это приходится расплачиваться, обеспечивая компенсацию дополнительных потерь мощности. Нужно затрачивать определенные усилия для обеспечения сбалансированного теплового режима устройства в целом. Например, применять принудительную вентиляцию.

View larger image

Схема нерегулируемого источника питания с полевыми транзисторами показана на рисунке. Первоисточник Радио 89-11. Схема относительно маломощная, при этом может быть отнесена к экономичным. Другим достоинством стабилизатора является возможность работы при малой разнице входного и выходного напряжений. Применение полевых транзисторов позволяет получить на базе такого стабилизатора силовую схему с малой длительностью переходных процессов, что существенно влияет на режим питаемого устройства. К недостаткам схемы можно отнести относительно низковольтную реализацию, вследствие низковольтных полевых транзисторов. Практическое использование стабилизаторов возможно не только для питания сложных электронных устройств. Электроприводы с двигателями постоянного тока также питают от линейных стабилизаторов. Необходимо лишь обеспечить включение пары блокирующих диодов, последовательно и параллельно к выходу источника.

View larger image

Простейший параметрический стабилизатор напряжения с блокирующим диодом можно применить для регулирования частоты вращения микродрели. Фотография устройства показана. Поскольку мощности сверления небольшие, для реверса двигателя используют тумблер ТВ1-2, переключая полярность питания напрямую, во время вращения. Микродрель со сменными цанговыми зажимами используют для сверления печатных плат. Избежать сверления можно применением SMD-монтажа.

                           Евгений Бортник, Красноярск, Россия

6 комментариев

by lungjukunstom on Пнд, 06/10/2013 - 10:59
Интересно хороший обзорчик. <a href=http://av-stayer.ru/></a>

by Evgenij Bortnik on Пнд, 06/10/2013 - 14:07
Позже покажу еще несколько простых источников, усилителей и других приспособлений. Есть готовые экземпляры, всё показанное на фотографиях можно легко купить. Простые конструкции, для получения удовольствия в выходной день.

by GENTOS on Вс, 12/22/2013 - 20:09
Здравствуйте,подскажите по самой верхней схеме:можно ли заменить ОУ на К140УД601Б (http://m-conductor.ru/spravochnik/eleccomp/ic/opamp_rus/140ud6_140ud601.pdf) и куда можно воткнуть светодиод для сигнализации срабатывания токовой защиты,заранее спасибо.

by Evgenij Bortnik on Ср, 02/19/2014 - 22:21
Полагаю, что заменить операционник можно, нужно глянуть цоколевку его. Ограничения по выходным токам и меры против самовозбуждения. А светодиод можно поставить там, где возникнет напряжение подходящей полярности и величины и не будет нарушения режимов p-n-переходов. Возможно добавить ограничивающий резистор для страховки. Извините, что вовремя не прочитал комментарий. Слишком глубоко запрятан этот материал.
КТ973А это транзистор типа P-N-P, а КТ972А - N-P-N т. е. VT3 должен быть КТ972А, на печатке конденсаторы в плече минус вместо + указан -. И сообщите пожалуйста почему на ХХ греется R=750- 2 ватное.

by Evgenij Bortnik on Втр, 01/20/2015 - 17:16
Исправлю. Спасибо. Резистор 2 Вт и должен греться. Это нагрузка по выходу, можно уменьшить тепловыделение увеличив номинал до 1-1,2 кОм.