Стабілізований регульований блок живлення з захистом від перевантажень

Безліч радіоаматорських блоків живлення (БЖ) виконано на мікросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 і т.п. Нижня межа регулювання цих мікросхем становить 1,2 … 1,3 В, але іноді необхідно напруга 0,5 … 1 В. Автор пропонує кілька технічних рішень БП на базі даних мікросхем.

Інтегральна мікросхема (ІМС) КР142ЕН12А (рис.1) являє собою регульований стабілізатор напруги компенсаційного типу в корпусі КТ-28-2, який дозволяє живити пристрої струмом до 1,5 А в діапазоні напруг 1,2 … 37 В. Цей інтегральний стабілізатор має термостабільна захист по струму і захист виходу від короткого замикання.

КР142ЕН12А
Рис.1. ІМС КР142ЕН12А

На основі ІМС КР142ЕН12А можна побудувати регульований блок живлення, схема якого (без трансформатора і діодного моста) показана на рис.2. Випрямлена вхідна напруга подається з діодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 і мікросхема DA1 повинні розташовуватися на радіаторі. Тепловідвідних фланець DA1 електрично з'єднаний з виводом 2, тому якщо DA1 і транзистор VD2 розташовані на одному радіаторі, то їх потрібно ізолювати один від одного. В авторському варіанті DA1 встановлена на окремому невеликому радіаторі, який гальванічно не пов'язаний з радіатором і транзистором VT2.

Регульований БП на ІМС КР142ЕН12А
Рис.2. Регульований БП на ІМС КР142ЕН12А

Потужність, розсіює мікросхемою з тепловідводів, не повинна перевищувати 10 Вт. Резистори R3 і R5 утворюють дільник напруги, що входить у вимірювальний елемент стабілізатора, і підбираються згідно формулою:

U вих = U вих.min ( 1 + R3/R5 ).

На конденсатор С2 і резистор R2 (служить для підбору термостабільної точки VD1) подається стабілізована негативне напруга -5 В. В авторському варіанті напруга подається від діодного моста КЦ407А і стабілізатора 79L05, які живляться від окремої обмотки силового трансформатора.

Для захисту від замикання вихідний ланцюга стабілізатора досить підключити паралельно резистори R3 електролітичний конденсатор ємністю не менше 10 мкФ, а резистор R5 зашунтіровать діодом КД521А. Розташування деталей некритично, але для хорошої температурної стабільності необхідно застосувати відповідні типи резисторів. Їх треба розташовувати якомога далі від джерел тепла. Загальна стабільність вихідної напруги складається з багатьох чинників і звичайно не перевищує 0,25% після прогріву.

Після включення і прогрівання пристрою мінімальне вихідна напруга 0 В встановлюють резистором Rдоб. Резистори R2 (рис.2) і резистор Rдоб (мал.3) повинні бути багатооборотні підлаштування з серії СП5.

Схема включення Rдоб
Рис.3. Схема включення Rдоб

Можливості по струму у мікросхеми КР142ЕН12А обмежені 1,5 А. У даний час у продажу є мікросхеми з аналогічними параметрами, але розраховані на більший струм у навантаженні, наприклад LM350 – на струм 3 A, LM338 – на ток 5 А. Дані з цих мікросхем можна знайти на сайті National Semiconductor [1].

Останнім часом у продажу з'явилися імпортні мікросхеми з серії LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Ці мікросхеми можуть працювати при зниженому напрузі між входом і виходом (до 1 … 1,3 В) і забезпечують на виході стабілізовану напругу в діапазоні 1,25 … 30 В при струмі у навантаженні 7,5 / 5 / 3 А відповідно. Найближчий за параметрами вітчизняний аналог типу КР142ЕН22 має максимальний струм стабілізації 7,5 А.

При максимальному вихідному струмі режим стабілізації гарантується виробником при напрузі вхід-вихід не менше 1,5 В. Мікросхеми також мають вбудований захист від перевищення струму в навантаженні допустимої величини і тепловий захист від перегріву корпусу.

Дані стабілізатори забезпечують нестабільність вихідної напруги 0,05% / В, нестабільність вихідної напруги при зміні вихідного струму від 10 мА до максимального значення не гірше 0,1% / В.

На рис.4 показана схема БП для домашньої лабораторії, що дозволяє обійтися без транзисторів VT1 і VT2, показаних на мал.2. Замість мікросхеми DA1 КР142ЕН12А застосована мікросхема КР142ЕН22А. Це регульований стабілізатор з малим падінням напруги, що дозволяє отримати в навантаженні струм до 7,5 А.

Регульований БП на ІМС КР142ЕН22А
Рис.4. Регульований БП на ІМС КР142ЕН22А

Максимально розсіюваною потужність на виході стабілізатора Рmax можна розрахувати за формулою:

Р max = (U вх – U вих ) I вих ,

де U вх – Вхідна напруга, що подається на мікросхему DA3, U вих – Вихідна напруга на навантаженні, I вих – Вихідний струм мікросхеми.

Наприклад, вхідна напруга, що подається на мікросхему, U вх = 39 В, вихідна напруга на навантаженні U вих = 30 В, струм на навантаженні I вих = 5 А, тоді максимальна Розсіювана мікросхемою потужність на навантаженні складає 45 Вт.

Електролітичний конденсатор С7 застосовується для зниження вихідного імпедансу на високих частотах, а також знижує рівень напруги шумів і покращує згладжування пульсацій. Якщо цей конденсатор танталові, то його номінальна ємність повинна бути не менше 22 мкФ, якщо алюмінієвий – не менше 150 мкФ. При необхідності ємність конденсатора С7 можна збільшити.

Якщо електролітичний конденсатор С7 розташований на відстані більше 155 мм і сполучений з БП проводом перерізом менше 1 мм, тоді на платі паралельно конденсатору С7, ближче до самої мікросхемі, встановлюють додатковий електролітичний конденсатор ємністю не менше 10 мкФ.

Ємність конденсатора фільтра С1 можна визначити наближено, з розрахунку 2000 мкФ на 1 А вихідного струму (при напрузі не менше 50 В). Для зниження температурного дрейфу вихідної напруги резистор R8 повинен бути або дротяний, або метало-фольгований з похибкою не гірше 1%. Резистор R7 того ж типу, що й R8. Якщо стабілітрон КС113А в наявності немає, можна застосувати вузол, показаний на рис.3. Схемне рішення захисту, наведене в [2], автора цілком влаштовує, так як працює безвідмовно і перевірено на практиці. Можна використовувати будь-які схемні рішення захисту БП, наприклад запропоновані в [3]. В авторському варіанті при спрацьовуванні реле К1 замикаються контакти К1.1, закорачівая резистор R7, і напруга на виході БЖ стає рівним 0 В.

Друкована плата БЖ і розташування елементів показані на рис.5, зовнішній вигляд БП – на рис.6. Розміри друкованої плати 112×75 мм. Радіатор обраний голчастий. Мікросхема DA3 ізольована від радіатора прокладкою і прикріплена до нього за допомогою сталевої пружні пластини, що притискує мікросхему до радіатора.

Розташування елементів Друкована плата
Мал.5. Друкована плата БЖ і розташування елементів

Конденсатор С1 типу К50-24 складений з двох паралельно з'єднаних конденсаторів ємністю 4700 мкФх50 В. Можна застосувати імпортний аналог конденсатора типу К50-6 ємністю 10000 мкФх50 В. Конденсатор повинен розташовуватися якомога ближче до плати, а провідники, що з'єднують його з платою, повинні бути як можна коротше. Конденсатор С7 виробництва Weston ємністю 1000 мкФх50 В. Конденсатор С8 на схемі не показаний, але отвори на друкованій платі під нього є. Можна застосувати конденсатор номіналом 0,01 … 0,1 мкФ на напругу не менше 10 … 15 В.

Зовнішній вигляд БП
Рис.6. Зовнішній вигляд БП

Діоди VD1-VD4 представляють собою імпортну діодні Мікрозборки RS602, розраховану на максимальний струм 6 А (мал. 4). У схемі захисту БП застосовано реле РЕС10 (паспорт РС4524302). В авторському варіанті застосований резистор R7 типу КПС-ЗА з розкидом параметрів не більше 5%. Резистор R8 (мал.4) повинен мати розкид від заданого номіналу не більше 1%.

Блок живлення зазвичай налаштування не вимагає і починає працювати відразу після збирання. Після прогріву блоку резистором R6 (мал. 4) або резистором Rдоп (мал.3) виставляють 0 В при номінальній величині R7.

У даній конструкції застосований силовий трансформатор марки ОСМ-0, 1УЗ потужністю 100 Вт. Магнітопроводи ШЛ25/40-25. Первинна обмотка містить 734 витка проводу ПЕВ 0,6 мм, обмотка II – 90 витків дроту ПЕВ 1,6 мм, обмотка III – 46 витків дроту ПЕВ 0,4 мм з відведенням від середини.

Діодний збірку RS602 можна замінити діодами, розрахованими на струм не менше 10 А, наприклад, КД203А, В, Д або КД210 А-Г (якщо не розміщувати діоди окремо, доведеться переробити друковану плату). В якості транзистора VT1 можна застосувати транзистор КТ361Г.

Джерела

  1. http://www.national.com/catalog/AnalogRegulators_LinearRegulators-StandardNPN_PositiveVoltageAdjutable.html
  2. Морохін Л. Лабораторний джерело харчування / / Радіо. – 1999 – № 2
  3. Нечаєв І. Захист малогабаритних мережевих блоків живлення від перевантажень / / Радіо. – 1996 .- № 12

Автор: О.М. Патріна, г.Кірсанов

PA № 12, 2004 р., с. 22.