Описуваний в статті блок живлення призначений для електроживлення радіоелектронних пристроїв стабілізованою напругою постійного струму. Можливе застосування радіоаматорами для живлення КВ і УКХ апаратури, в школі, лабораторії.

Блок живлення (БЖ) зібраний з доступних елементів. Він майже не вимагає налагодження, працює в широкому інтервалі підводиться змінної напруги, забезпечений захистом від перевантаження по струму. Від відомих раніше конструкцій даний блок живлення відрізняється простотою і надійністю, а також можливістю за допомогою зовнішнього сигналу, що управляє дистанційно вмикати і вимикати стабілізатор. Ця нескладна схема дозволяє отримати гарний коефіцієнт стабілізації і великий вихідний струм, який залежить від кількості керуючих транзисторів, включених паралельно.

Технічні можливості

Регулювання вихідної напруги в межах 3 … 20 В. Фіксоване напруга 13,8 В із захистом від перенапруги.

Нестабільність вихідної напруги в діапазоні регулювання при зміні напруги живлення мережі на 10% від номінального значення при будь-якому допустимому струмі навантаження не перевищує 0,03%.

Нестабільність вихідної напруги при зміні струму навантаження від максимально допустимого значення до нуля не перевищує 0,1%.

Амплітуда пульсацій вихідної напруги не перевищує 1 мВ ефективного значення в діапазоні регулювання при будь-якому допустимому струмі навантаження.

Температурний коефіцієнт вихідної напруги у всьому діапазоні регулювання при будь-якому допустимому струмі навантаження при зміні температури навколишнього середовища від 5 до 40 С, не перевищує 0,02% / град.

Захист блоку живлення від перевантажень і коротких замикань. Допускається заземлення вихідних ланцюгів позитивною або негативної полярності, а також паралельна і послідовна робота двох однакових блоків живлення. Можливе підключення і відключення навантажень без зняття напруги.

Рис.1. Принципова електрична схема блоку живлення
Рис.1. Принципова електрична схема блоку живлення

Принципова електрична схема блоку живлення показана на мал.1. Блок живлення зібраний за класичною схемою послідовного компенсаційного стабілізатора напруги. Пристрій складається з двох функціональних частин: власне стабілізатора напруги та вузла захисту. Стабілізований джерело живлення складається з понижуючого трансформатора Т1, потужного випрямляча на діодах VD1-VD4, конденсаторів фільтра С1-С3 та стабілізатора постійної напруги на мікросхемі DA1. Плавне регулювання вихідної напруги здійснюється потенціометром R5.

Мікросхема К142ЕН3 дозволяє помітно спростити конструкцію блоку харчування, поліпшити його якісні характеристики, підвищити надійність, зменшити габарити [1]. Ця мікросхема є регульованим стабілізатором напруги з системою захисту від перевантаження по струму і коротких замикань в ланцюзі навантаження, забезпечує вихідна напруга від 3 до 30 В при струмі до 1 А, а також дозволяє зовнішнім керуючим сигналом дистанційно вмикати і вимикати стабілізатор. У разі спрацювання системи теплового захисту повторне включення стабілізатора можливо тільки після остигання мікросхеми. Електрична схема мікросхеми значно ускладнена у порівнянні зі схемою стабілізаторів К142ЕН1, К142ЕН2 за рахунок введення двокаскадного диференціального УПТ з токостабілізірующімі двополюсників, що істотно підвищило стабільність за напругою, а наявність потужного прохідного транзистора забезпечило струм навантаження до 1 А.

Призначення висновків мікросхеми: 2 – вхід системи захисту; 4 – вхід сигналу зворотного зв'язку; 6 – ланцюг вимкнення; 8 – загальний висновок, електрично з'єднаний із фланцем; 11, 17 – корекція; 13 – вихід; 15 – вхід.

Для збільшення вихідної потужності інтегральної мікросхеми використовується транзистор структури npn, колектор якого підключений до виходу джерела живлення, а емітер з'єднаний з виходом випрямляча. База транзистора підключена до вихідного висновку стабілізатора [2]. При спрацьовуванні системи захисту від перевантаження по струму вихідна напруга зменшується майже до нуля.

Принцип дії

Схема регулювання струму працює таким чином. При протіканні струму через резистор R3 падіння напруги на ньому впливає на вхід системи захисту мікросхеми та закриває регулюючий транзистор VT1. Щоб знову перевести БП в робочий стан після усунення причини, що викликала перевантаження, треба на короткий час вимкнути БП з мережі тумблером SA1. Вихідна напруга і струм контролюються за приладів.

Включений в схему випрямляча Тиристор надійно спалює запобіжник, якщо вихідна напруга з якихось причин стає вище допустимого. Напруга спрацьовування захисту від перенапруги залежить від стабілітрон. У момент спрацьовування захисту запалюється світлодіод, що сигналізує про те, чи запобіжник згорів. Даний вузол при бажанні можна виключити.

Конструкція

Всі пристрій розміщено в металевому корпусі розмірами 250 170 180 мм. На верхній і нижній кришках (з боку задньої стінки радіатора) просвердлені отвори діаметром 4 мм для поліпшення охолодження. На нижній кришці зміцнюють невеликі ніжки, в якості яких можна використовувати ковпачки від тюбиків.

На передній лицьовій панелі розташовані: тумблер включення мережі SA1; гнізда для запобіжників FU1, FU2 (плавкі вставки розташовані на передній панелі блоку харчування для зручності їх заміни); вольтметр РА1 і амперметр РА2 (на схемі не показані); потенціометр R5; світлодіод HL1; контрольна лампочка EL1; вихідні клеми 3 … 20 В і роз'єм 24 В. Останній використовується для електроживлення радіоелектронних пристроїв нестабілізованим напругою. На задній панелі знаходиться гумова втулка, через яку виводять мережевий шнур потрібної довжини з вилкою Х1 на кінці.

Блок живлення змонтований на друкованій платі з однобічного фольгованого склотекстоліти. Можливе застосування резисторів типу МЛТ, С2-33, С1-4. Оксидні конденсатори С1, С2 типу К50-46 або імпортні. При необхідності їх кількість або ємність можна збільшити. Конденсатори С3, С7 бажано застосувати танталові, наприклад, К521Б або подібні. Блокувальні і коригувальний конденсатори С4-С6 типу КМ, підпаяні прямо на висновки мікросхеми.

Регулюючі транзистори та інтегральний стабілізатор встановлені на радіатор, розташований на задній стінці корпусу. Їх слід надійно ізолювати від радіатора слюдяними прокладками товщиною 0,05 мм, попередньо змазаними теплопровідні пастою КПТ-8, або поставити на ізолюючі стійки сам радіатор.

Діоди VD1-VD4 встановлені на тепловідвідних радіатори та ізольовані від корпусу. У даному БП застосовані діоди типу КД2999, по два в паралель. Діоди КД2999 можна замінити КД213А (при більшій кількості включення до паралель) або будь-якими іншими, так щоб допустимий прямий струм був не менш 20 А. Замість тиристора VD5 типу КУ202 можливе застосування тиристорів Т4-10, Т10-16.

Потенціометр R5 типу СП-1 або будь-який інший, зручний для встановлення на передню панель блока живлення. Токовиравнівающіе резистори типу С5-16 встановлені поруч із транзисторами навісним монтажем на ізольованих від корпусу монтажних стійках.

Вимірювальні прилади РА1 і РА2 будь-які зі струмом повного відхилення від 0,05 до 1 мА та зручною шкалою. Шкали проградуіровани через 1 В і 1 А. Можна використовувати мікроамперметра типу М4248 з межею вимірювання 100 мкА. У цьому разі опору додаткового і шунтуючого резисторів слід підібрати.

Потужність трансформатора Т1 повинна бути більше потужності, споживаної навантаженням. Орієнтовна потужність 450 … 500 Вт. Первинна обмотка має кілька відводів для вибору оптимального напруги на вторинної обмотці. Включення більшого числа витків первинної обмотки дозволяє зменшити потужність розсіювання на транзисторі VT1 при збереженні основних параметрів блоку живлення. Вторинна обмотка трансформатора видає напругу 2х17 В. Для зменшення розмірів БП можна застосувати трансформатор з тороїдальним магнітопроводів.

Вимикач SA1 типу ТВ1, ще краще застосувати з'явилися на ринку імпортні мережеві вимикачі з вбудованою лампою, яка відображає режим включення. Резистор R3 типу С5-16 або відрізок ніхромового дроту діаметром 1 мм і підібраною довжини. Опір цього обмежувального резистора регулювання струмового захисту розраховують за формулою:

Перед включенням БП в мережу перевіряють правильність монтажу. Включають БП в мережу і вимірюють напругу на конденсаторах С1-С3. Воно повинно складати близько 24 В. За зразковим приладів градуіруют шкали РА1 і РА2, підібравши при цьому додатковий і шунтувальний резистори.

При необхідності можна збільшити вихідний струм джерела паралельним включенням необхідного числа регулюючих транзисторів. При цьому в ланцюг емітерів транзисторів слід включити токовиравнівающіе резистори опором 0,1 Ом, а також використовувати трансформатор більшої потужності і збільшити кількість діодів у плечі випрямляча.

При двох транзисторах КТ819 в паралель БП тривалий час "тримає" ток в 22 А при напрузі 13,8 В. При грамотно виконаному монтажі "осідання" вихідного напруги не перевищує 0,2 В.

Рис.2. Параметри та цокольовка транзисторів
Рис.2. Параметри та цокольовка транзисторів

Транзистор VT1 КТ819 допустимо замінювати будь-яким із серії КТ802, КТ803А, КТ805А, КТ808А, КТ809А, КТ812, КТ827, КТ908 або іншим потужним з допустимим струмом колектора не менше 5 А і допустимою напругою колектор-емітер більше напруги живлення. Параметри та цокольовка транзисторів показані на рис.2. Діоди VD1-VD4 будь-які випрямні з допустимим прямим струмом більше 5 А і відповідною напругою. Світлодіод можна застосувати будь-якого типу. Струмові ланцюга виконані багатожильним монтажним проводом перетином 4 … 6 мм2.

Даний БП можна використовувати також як зарядного пристрою, якщо постачити його таймером, який би відключав блок через заданий час, необхідний для зарядки акумулятора.

Література 1. Новаченко В.М., Пєтухов В.М. та ін Мікросхеми для побутової радіоапаратури. – М.: Радіо і зв'язок, 1989. 2. Довідкова книга радіолюбітеля-конструктора/Под ред.Н.І. Чистякова. – М.: Радіо і зв'язок, 1990.

Л. Вербицький, UR5LAK, М. Вербицький, US4LP, м. Балаклія, Харківська обл.
Радіоаматор 2005 № 07