Меню

Стабилизированный источник питания с регулировками



Универсальный источник питания 0…30 В с регулировкой тока 0…3 А

В сегодняшней статье изучим схему универсального источника питания , который обеспечивает на выходе регулируемое напряжение от до 30 В , с возможностью ограничения тока в нагрузке в пределах 0…3 А . Такие источники питания ещё принято называть лабораторными .

Применение такого блока питания вытекает из его выходных параметров. Без него не обходится радиолюбительская практика и ремонтные работы , связанные с электроникой. Кто-то может подумать, а зачем? Ведь есть LM317 и 338 , где всё намного проще…
Приведу пример. Допустим, вы занимаетесь ремонтом некоего устройства, и после замены вышедших из строя деталей пришло время первого включения. Устройство питается, скажем, напряжением 12 В потребляя 300 мА . Существует вероятность, что после ремонта остались скрытые дефекты , и, если его сразу подключить к блоку питания на 12 В …, скачок тока и « бах ». А применив рассматриваемый блок питания методика включения будет следующая: выставляем на источнике 12 В в холостом режиме, ручку ограничения тока выкручиваем в нуль, подключаем устройство и плавно прибавляем ток, отслеживаем показания амперметра. Т.е. таким образом можно вовремя остановится, видя верхний предел потребления и тем самым не проделывать двойную работу по ремонту.
Данный источник питания можно использовать и в качестве зарядного устройства , правда придётся вручную отслеживать зарядный ток и отключать батарею.

Отмечу, что это моя одна из любимых схем блоков питания. Простота и гибкость делают эту схему поистине универсальной. Заявленные диапазоны напряжения и тока легко меняются в обе стороны , причём без изменения схемного решения, заменой транзисторов, датчика-резистора, входного и опорного напряжения.

Входное напряжение для схемы обеспечивают трансформатор на 24 В Т1 , диодный мост VD1 и конденсаторы С1 , С2 . Напряжение для питания счетверённого ОУ DA1 LM324 , берётся с регулируемого стабилизатора VD2 . При указанных значениях R2 и R3 оно равно 10,7 В . Это же напряжение учувствует для формирования значений регулировки.

Силовой регулирующий элемент — составной транзистор VT1 структуры pnp TIP126 . В зависимости от сопротивления между его базой и общим проводом, он может находится в разных состояниях: полностью открыт — максимальное напряжение на выходе, полностью закрыт — нуль на выходе, и обладать определённым сопротивлением, чем и обеспечивается регулировка.

Сопротивление между базой VT1 и GND — резистор R7 и npn переход транзистора VT2 . Транзистором VT2 BD139 управляют две независимые схемы — регулировка выходного напряжения и ограничения тока через нагрузку.

Регулировка выходного напряжения

Регулировка выходного напряжения осуществляется переменным резистором R5 , который вместе с R4 образует делитель напряжения со стабилизатора VD2 . Это напряжение подаётся на положительный вход ( 3 ) DA1.1 . На отрицательный вход ( 2 ) DA1.1 приходит напряжение с выхода схемы через делитель R9R10 . Какое бы значение напряжения мы бы не подали на вход 3 (изменяя сопротивление R5 ) выход ( 1 ) будет открывать/закрывать транзистор VT2 , а значит и менять сопротивление в цепи базы VT1 таким образом, чтобы значения на входах 3 и 2 сравнялись. Этим и осуществляется регулировка выходного напряжения.

Регулировка ограничения тока

Датчиком тока в схеме является резистор R20 , падение напряжения на котором будет зависеть от протекающего тока через нагрузку. Это падение напряжения приходит на вход 5 DA1.2 . Вход 6 (отрицательный) подключен через R18 к общему проводу. Этот каскад с ООС работает в качестве усилителя напряжения.

Установка тока ограничения производится переменным резистором R14 , напряжение с которого поступает на вход 9 DA1.3 . На положительный вход 10 приходит напряжение с DA1.2 . В нормальном режиме (нет ограничения) на выходе 8 DA1.3 действуют отрицательные значения напряжения в мВ , которые через каскад на DA1.4 поступают на базу VT3 . В таком режиме VT3 заперт и не оказывает влияния на работу схемы регулировки напряжения.

Как только падение напряжения на R20 превысит заданный порог, выход DA1.4 станет положительным и в работу вступает VT3 . Сопротивление перехода VT3 подключает базу транзистора VT2 к общему проводу, тем самым прикрывая его, следовательно, напряжение на выходе будет падать до значения (в зависимости от величины перегрузки) равновесия регулировочных каскадов.

Печатная плата показана на рисунке сверху. В схеме я не стал указывать амперметр и вольтметр , т.к. при нынешнем изобилии приборов давать конкретные рекомендации не имеет смысла. Переменные резисторы можно использовать с запайкой на плату или выносные. Радиатор для охлаждения VT1 в пассивном режиме должен иметь площадь не менее 400 см2 , т.к. в « тяжёлых » режимах (малое выходное напряжение и большой ток) на нём выделяется значительная тепловая энергия. Как я уже сказал, понимая принцип работы этой схемы, её можно адаптировать практически под любые напряжения и токи .

Источник

Стабилизированный регулируемый блок питания с защитой от перегрузок

Множество радиолюбительских блоков питания (БП) выполнено на микросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 и т.п. Нижний предел регулировки этих микросхем составляет 1,2. 1,3 В, но иногда необходимо напряжение 0,5. 1 В. Автор предлагает несколько технических решений БП на базе данных микросхем.

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А (рис.1) представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2. 37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

Читайте также:  Регулировка клапанов портер н 100 своими руками


Рис.1. ИМС КР142ЕН12А

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2. Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе. Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DA1 и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга. В авторском варианте DA1 установлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2.


Рис.2. Регулируемый БП на ИМС КР142ЕН12А

Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора, и подбираются согласно формуле:
Uвых = Uвых.min ( 1 + R3/R5 ).

На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диодного моста КЦ407А и стабилизатора 79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.

Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.

После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rдоб. Резисторы R2 (рис.2) и резистор Rдоб (рис.3) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.


Рис.3. Схема включения Rдоб

Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 — на ток 3 A, LM338 — на ток 5 А. Данные по этим микросхемам можно найти на сайте National Semiconductor [1].

В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1. 1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25. 30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.

Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1 %/В.

На рис.4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис.2. Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А.


Рис.4. Регулируемый БП на ИМС КР142ЕН22А

Максимально рассеиваемую мощность на выходе стабилизатора Рmax можно рассчитать по формуле:
Рmax = (Uвх — Uвых) Iвых ,
где Uвх — входное напряжение, подаваемое на микросхему DA3, Uвых — выходное напряжение на нагрузке, Iвых — выходной ток микросхемы.

Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, Uвх=39 В, выходное напряжение на нагрузке Uвых=30 В, ток на нагрузке Iвых=5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт.

Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый — не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить.

Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, ближе к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ.

Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металло-фольгированный с погрешностью не хуже 1 %. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис.3. Схемное решение защиты, приведенное в [2], автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в [3]. В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В.

Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис.5, внешний вид БП — на рис.6. Размеры печатной платы 112×75 мм. Радиатор выбран игольчатый. Микросхема DA3 изолирована от радиатора прокладкой и прикреплена к нему с помощью стальной пружинящей пластины, прижимающей микросхему к радиатору.

Читайте также:  Регулировка подачи масла на цепь китайской бензопилы


Рис.5. Печатная плата БП и расположение элементов

Конденсатор С1 типа К50-24 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов емкостью 4700 мкФх50 В. Можно применить импортный аналог конденсатора типа К50-6 емкостью 10000 мкФх50 В. Конденсатор должен располагаться как можно ближе к плате, а проводники, соединяющие его с платой, должны быть как можно короче. Конденсатор С7 производства Weston емкостью 1000 мкФх50 В. Конденсатор С8 на схеме не показан, но отверстия на печатной плате под него есть. Можно применить конденсатор номиналом 0,01. 0,1 мкФ на напряжение не менее 10. 15 В.


Рис.6. Внешний вид БП

Диоды VD1-VD4 представляют собой импортную диодную микросборку RS602, рассчитанную на максимальный ток 6 А (рис.4). В схеме защиты БП применено реле РЭС10 (паспорт РС4524302). В авторском варианте применен резистор R7 типа СПП-ЗА с разбросом параметров не более 5%. Резистор R8 (рис.4) должен иметь разброс от заданного номинала не более 1 %.

Блок питания обычно настройки не требует и начинает работать сразу после сборки. После прогрева блока резистором R6 (рис.4) или резистором Rдоп (рис.3) выставляют 0 В при номинальной величине R7.

В данной конструкции применен силовой трансформатор марки ОСМ-0,1УЗ мощностью 100 Вт. Магнитопровод ШЛ25/40-25. Первичная обмотка содержит 734 витка провода ПЭВ 0,6 мм, обмотка II — 90 витков провода ПЭВ 1,6 мм, обмотка III — 46 витков провода ПЭВ 0,4 мм с отводом от середины.

Диодную сборку RS602 можно заменить диодами, рассчитанными на ток не менее 10 А, например, КД203А, В, Д или КД210 А-Г (если не размещать диоды отдельно, придется переделать печатную плату). В качестве транзистора VT1 можно применить транзистор КТ361Г.

Источник

Регулируемый стабилизатор напряжения

С развитием электронной промышленности небывалую популярность приобрели различные регулируемые стабилизаторы напряжения. Если во времена СССР этот класс устройств был представлен громоздкими ЛАТР-ами, то сегодня с подобными задачами справляются скромных размеров микросхемы и компактные преобразователи.

Что такое стабилизатор напряжения с регулировкой

Суть и задачи устройства полностью раскрываются в его названии. Слово «стабилизатор» означает то, что этот прибор способен поддерживать на своих выходных клеммах неизменный уровень напряжения. Их, кстати, может быть больше, чем две. Слово «напряжение» указывает на то, с каким параметром работает устройство, ведь, помимо этого, существуют и регулируемые стабилизаторы тока, относящиеся к другому классу. Фраза «с регулировкой» означает, что выходной вольтаж может изменяться человекам или какими-либо внешними факторами.

Сразу стоит подметить, что стабилизаторы бывают разными по мощности, конструкции и назначению. Самые распространённые следующие:

  • ЛАТРы – из-за простоты и надёжности востребованы уже многие десятилетия;
  • стабилизированные источники питания, на подобие тех, что применяются для LED лент;
  • интегральные стабилизаторы, которые в основном монтируются на печатные платы.

Дополнительная информация. Для правильного питания аккумулятора смартфона применяются платы стабилизации. Они нужны, чтобы управлять током заряда. Собрать подобное устройство можно и самостоятельно на основе биполярных или полевых транзисторов.

ЛАТРы и последующая их эволюция

Лабораторные автотрансформаторы хороши своей простотой и неприхотливостью. Всё что нужно – подать этому устройству на вход переменное напряжение. Как правило, это обычные сетевые 220-230 вольт. Выходной потенциал снимается со вторичных клемм ЛАТРа. Он лежит в пределах от единиц вольт до 250-300 В. Из этого следует, что ЛАТР может выступать в роли повышающего узла, что также нередко бывает полезным.

В старых моделях регулировка осуществлялась вращением специальной рукоятки. Одновременно нужно было смотреть на измерительные приборы и уже по ним выставлять требуемое напряжение. Современные ЛАТРы оснащены ЖК экранами, удобными кнопками, «крутилками» и прочими прелестями 21 века.

Дополнительная информация. Необязательно, но желательно перед вращением регулятора ЛАТР-а отключить его от нагрузки, особенно, если она мощная. Так удастся избежать дуго,- и искрообразования на его подвижном контакте. В результате срок службы прибора заметно увеличится.

Технические характеристики стабилизаторов напряжения

При подборе стабилизатора следует учитывать его назначение. Исходя из него, можно определиться, прибор с какими характеристиками будет наиболее подходящим. Важнейшие параметры стабилизаторов таковы:

  1. диапазоны входных и выходных напряжений;
  2. максимально допустимый ток;
  3. предельная мощность;
  4. уровень пульсаций и шумов на выходе;
  5. КПД стабилизатора.

Первые 3 параметра при подборе являются наиболее важными. Не считаться с ними нельзя, ведь в противном случае стабилизатор долго не проработает. Характеристики 4 и 5 нужны для проведения более профессиональных ремонтов, разработок и экспериментов.

Функции приборов

Любой регулируемый стабилизатор напряжения, независимо от его мощности и рода тока, с которым он работает, должен поддерживать широкий диапазон входных напряжений. При этом выходное напряжение должно быть максимально неизменным и без критических искажений.

Диапазон входного напряжения стабилизатора

Входной вольтаж интегрального стабилизатора – это один из его важнейших параметров. При его превышении устройство, вероятнее всего, выйдет из строя. Особенно к этому параметру чувствительны неоригинальные стабилизаторы из Китая. В этом случае всё, казалось бы, просто и логично, однако проблема есть и с недостатком напряжения. Если вольтаж на входе будет меньше минимального, то проблем не избежать. Стабилизатор не запустится, и на его выходе будет либо 0 В, либо какое-то неадекватное значение.

Читайте также:  Qr25de регулировка клапанов своими руками

В случае с блоками питания и подобными им устройствами при заниженном питающем напряжении будет срабатывать соответствующая защита (UVP). В результате стабилизатор будет периодически включаться и выключаться по несколько раз в секунду. Такой режим работы не считается допустимым.

ЛАТРы подобных проблем лишены. Они более терпимы к ненормальным режимам работы и критическим отклонениям входных параметров.

Системный контроль параметров

Особенность регулируемых стабилизаторов заключается в возможности управления их выходными параметрами, то есть человек при помощи рук может влиять на конечный вольтаж устройства. Такое применимо к мощным лабораторным автотрансформаторам и некоторым блокам питания (БП).

Стабилизированные БП имеют одну особенность, выгодно отличающую их от других приборов аналогичного назначения. В их схему может быть включено большое количество защит. Например, от:

  • пониженного и/или повышенного входного и/или выходного напряжения;
  • защита от перегрева;
  • от переполюсовки питания (в случае DC-DC конверторов);
  • защита по максимальному выходному и/или входному току.

Регулировка выходного напряжения

ЛАТР-ы относятся к управляемым стабилизаторам напряжения. Их регулировка осуществляется с помощью подвижного графитового контакта (ролика), который способен перемещаться по виткам трансформатора, тем самым изменяя его коэффициент.

Дополнительная информация. Плавное регулирование ручки ЛАТР-а позволяет добиться аналогичного изменения выходного напряжения. Подключив к такому прибору двигатель, можно постепенно изменять скорость его вращения.

В блоках питания светодиодных лент для этих целей предусмотрен подстроечный резистор. Его часто можно наблюдать близь выходных клемм источника. Этот резистор включен в цепь обратной связи по напряжению и влияет на режим работы БП. При этом выходное напряжение не зависит от потребляемого тока, т.е. мощности нагрузки.

В линейных интегральных стабилизаторах LM7805 и им подобных микросхемах контроль выходного вольтажа осуществляется с помощью встроенного источника опорного напряжения. Для их ручной регулировки необходимы дополнительные радиодетали (подстроечный резистор или потенциометр).

Особенности включения стабилизатора

Если говорить о ЛАТР-ах, то подключаются они проще других стабилизаторов. У прибора имеются две клеммы на входе и две на выходе. На ЛАТР подаётся заниженное/завышенное переменное напряжение. С него же снимается нужный вольтаж. При этом никакой полярности нет, т.к. прибор работает с переменным током.

В стабилизированных БП примерно так же. Имеется вход 220 вольт, на который можно подавать напряжение с некоторым отклонением. На выходе при этом всегда будет поддерживаться стабильное постоянное напряжение, установленное пользователем.

Микросхемы-стабилизаторы уже сложны. На примере самых распространённых LM78ХХ можно сказать, что у них имеется 3 вывода:

  1. вход нестабилизированного питания постоянного напряжения (Vin);
  2. общий вывод – так называемая «земля» (gnd);
  3. выход стабильного напряжения (Vout);

Важно! Если микросхема будет эксплуатироваться на своих максимальных мощностях, то через неё будут протекать большие токи. Соответственно, она будет сильно перегреваться и может выйти из строя. Из-за этого у интегральных стабилизаторов, наподобие LM78ХХ в корпусе TO-220, предусмотрено отверстие для крепления на радиатор охлаждения.

Варианты использования в электронных схемах

В электронных схемах применяются именно линейные интегральные стабилизаторы. Объясняется это их миниатюрностью и тем, что их можно удобно впаять в любую плату.

В электронике стабилизаторы чаще всего выполняют две основные задачи. В одном случае их используют в качестве прецизионного источника питания. Он способен выдавать с минимальным отклонением именно тот вольтаж, который требуется. Вторая функция – стабилизатор как источник опорного напряжения (Vref).

Тестирование микросхемы

Независимо от роли, которую играет стабилизатор, он должен быть исправным. Для проверки этого электронного компонента потребуются его даташит, по возможности точный мультиметр и блок питания с регулировкой выходного напряжения. Саму деталь лучше выпаять из платы.

Тест проведен на примере LM7805. Из даташита видно, что максимальное входное напряжение (V1), которое можно подать на этот стабилизатор, составляет 35 В. При этом выходной вольтаж (V0) должен ровняться 5 вольт, а пиковый ток Ipk может достигать 2,2 ампер (не путать с максимальным действующим). Ниже описан более подробный тест. При входном напряжении от 8 до 20 В, выходное должно лежать в диапазоне от 4,85 до 5,15 В. Если тестируемый стабилизатор не удовлетворяет этим характеристикам, то он считается неисправным.

Настройка и ремонт

Ремонтом стабилизаторов микросхем никто не занимается по той причине, что это едва ли осуществимо технически, а сами детали стоят сущие копейки. В настройке такой прибор не нуждается, ведь он изначально создаётся под одно конкретное напряжение.

Блоки питания и различные преобразователи напряжения вполне поддаются ремонту. Их стоимость может лежать в пределах от единиц до тысяч долларов, по понятным причинам восстанавливают только дорогие модели.

ЛАТР – прибор не самый дешёвый, но устроен довольно просто. Его ремонт – это по большей части восстановление подгоревших контактов и протяжка различных креплений. В редких случаях, если ЛАТР всё-таки удастся сжечь, то придётся перемотать его обмотку.

Существует широкий выбор регулируемых стабилизаторов напряжения. Некоторые из них громоздкие и справляются с нагрузками в сотни ватт. Другие размером не больше 5 мм, легко помещаются в смартфонах. Понимание того, где, как и какой стабилизатор применить, позволяет использовать их максимально эффективно.

Видео

Источник