Импульсные источники питания, в отличие от обычных, с силовым понижающим трансформатором, при одинаковой выходной мощности, отличаются меньшими габаритами, меньшим весом и, не всегда, но, как правило, более высоким КПД. Блоки питания с регулируемым выходным напряжением обычно изготавливают с применением силового понижающего трансформатора, работающего на частоте сети переменного тока 50 Гц и линейного или импульсного стабилизатора выходного напряжения постоянного тока.
В свою очередь, максимальное выходное напряжение зависит от отношения входного напряжения к выходному напряжению. Лабораторный источник питания - это устройство, функциональность которого не изменилась с момента первой конструкции, все еще лампы. Его задача, до недавнего времени единственная, заключалась в обеспечении стабилизированного напряжения или тока. Хотя основная цель современных источников питания по-прежнему остается неизменной, новые функции открывают гораздо более широкие возможности применения.
Блок-схема последовательного стабилизатора. Системные решения стабилизированных лабораторных источников питания на протяжении многих лет менялись настолько, что современные устройства практически не похожи на своих предшественников, линейные стабилизаторы. Причиной этого является, как это обычно бывает, развитие технологии. В этом случае определяются не только полупроводниковые, но и ферромагнитные элементы.
Импульсные источники питания с регулируемым выходным напряжением, преобразователь сетевого напряжения которых работает на высокой частоте, распространены мало из-за их повышенной сложности. Не обязательно изготавливать такой источник питания с чистого листа, для значительного упрощения и ускорения сборки можно применить уже готовый импульсный БП на фиксированное выходное напряжение, который после несложной доработки станет регулируемым, нагрузки до 0,5 А.
Благодаря им стало возможным практическое внедрение различных типов преобразователей. Линейные стабилизаторы в настоящее время используются в первую очередь в приложениях, особенно чувствительных к пульсации, требующих быстрого регулирования и хорошо справляющихся с внезапными изменениями нагрузки.
Однако их недостатком является низкая эффективность и трудность в получении больших диапазонов регулирования напряжения, что является следствием потерь мощности на последовательном транзисторе при высоких токах нагрузки. Блок-схема последовательного стабилизатора показана для напоминания на рисунке.
Принципиальная схема показан на сайте , была составлена по монтажной плате. Высоковольтная часть этого БП выглядит - узел преобразователя собран на популярном мощном высоковольтном транзисторе MJE13003, на транзисторе Q4 собран узел защиты от перегрузки Q1. Также, Q4 участвует в схеме стабилизации выходного напряжения. Отличительной особенностью этого БП является наличие ещё одного узла защиты от перегрузки, реализованного на Q2, R8, R9.
Блок-схема источника питания с переключаемым режимом. Эта функция позволяет значительно уменьшить размер источников питания при сохранении тех же технических параметров. Регулирование напряжения, в отличие от линейных стабилизаторов, не связано с изменением рабочей точки последовательного транзистора, а только с изменением рабочего цикла сигнала управления.
Размер используемых компонентов во многом зависит от рабочей частоты инвертора. Конденсатор, расположенный за входным выпрямителем, имеет две функции. Его задача - не только отфильтровать рябь, но, прежде всего, она служит для хранения энергии, которая передается на нагрузку.
При увеличении тока нагрузки до 0,5…0,6 А, подключенной к выходу БП, напряжение на выводах резистора R8 достигает 0,5…0,6 В, транзистор Q2 открывается, ток через светодиод оптрона U1 увеличивается, фототранзистор оптрона открывается сильнее, что приводит к большему открывания Q4, который частично шунтирует эмиттерный переход Q1, выходное напряжение БП понижается. При уменьшении тока нагрузки выходное напряжение БП стремится увеличиться, ток через стабилитрон ZD1 возрастает, что так же приводит к увеличению тока через светодиод оптрона U1. Зелёный кристалл сдвоенного светодиода
Известно, что эта энергия пропорциональна квадрату напряжения, поэтому емкость не должна быть очень большой. Блок-схема источника питания режима переключения показана на чертеже. Относительно недавно на рынке появился новый класс лабораторных источников питания, позволяющий программировать форму выходного напряжения. Эта функция дает вам право называть эти приборы произвольными источниками питания. Однако полярность выходного напряжения постоянна, поэтому нам приходится иметь дело с переменным напряжением, но не с переменным напряжением.
На рис. 1 показана схема импульсного БП от одной из «зарядок», маркированный как СТ1В. Выходное стабилизированное напряжение этого БП около 6,2 В при токе LED1 светит при наличии выходного напряжения. Красный кристалл светит в полную яркость при подключении к выходу БП нагрузки. Стабилитрон ZD2 защищает подключенную нагрузку от повышенного напряжения при неисправности преобразователя напряжения.
Разумеется, произвольная форма сигнала является лишь дополнительной функцией, обычно эти устройства будут работать в качестве классических источников постоянного напряжения или постоянного тока. Из простого расчета будет приходиться довольно значительная общая мощность, однако это устройство может обеспечить не более 384 Вт общей выходной мощности. Функция интеллектуального управления питанием ограничивает поспешные пользовательские настройки.
Другая функция - Защита выходного напряжения - независимо от напряжений, установленных регуляторами настройки, не позволяет превышать максимальные параметры. Это возможно только для повторного включения канала после уменьшения напряжения до 10 В или менее. В обоих источниках питания выходы выводились на переднюю панель в виде разъемов для бананов. Каждая секция имеет 4 таких гнезда.
При отключении узла защиты на транзисторе Q2 выходной ток БП ограничивают на уровне около 1 А при напряжении сети 220 В узел на Q4 и датчик тока на R10. Чтобы в этом импульсном источнике питания появилась возможность регулировать выходное напряжение, он был доработан по схеме, показанной на рис. 2. Модернизированный БП рассчитан на выходное напряжение 3,3…9 В при токе нагрузки до 0,5 А. Нумерация дополнительно установленных элементов продолжает нумерацию элементов, установленных изготовителем БП.
Последние используются для измерения напряжения, возникающего непосредственно на нагрузке, они минимизируют падение напряжения на токовых проводах, соединяющих выход блока питания с нагрузкой. При токе 10 А и удельном сопротивлении кабеля 0, 1 В падение напряжения составляет 1 В на нем.
С несколькими источниками питания вы можете получить еще больший выходной ток. Параллельное подключение источников питания. Примерная конфигурация для этого случая показана на рисунке. Точно так же источники питания сконфигурированы для увеличения общего выходного напряжения. Гальваническое разделение каждой секции питания также позволяет получать положительное и отрицательное напряжения из общей контрольной точки.
На входе блока питания был установлен дополнительный RC фильтр C10R3L4C11, который понижает уровень помех, как поступающих из сети питания, так и проникающих в питающую сеть от работающего импульсного преобразователя напряжения. Резистор R16 ограничивает пусковой ток БП, а также, выполняет предохранительные функции. Пусковой ток при включении питания также ограничивается сопротивлением обмоток дросселей L3, L4. Конденсатор С1 был установлен ёмкостью 2,2 мкФ вместо 1 мкФ, а на место СЗ припаян конденсатор ёмкостью 4,7 мкФ вместо 1 мкФ.
Однако следует помнить, что выделяется первый раздел. Регулируемый параметр выбирается кнопками напряжения или тока в каждом разделе. Иногда, однако, существует потребность в одновременном регулировании напряжения или тока в отдельных сегментах источника питания. Это возможно после активации функции «Трек».
Изменение напряжения или тока происходит в указанных каналах с тем же шагом, независимо от начального значения. Поэтому, если напряжение в первой секции установлено на 5 вольт, а в секции от 3 до 7, 5 вольт, после нажатия кнопки «Трек» и изменения напряжения в секции 1 до 8 вольт, напряжение также будет автоматически изменено в разделе 3-10, 5 В. тот же принцип применяется к текущему регулированию.
Резистор R10 установлен сопротивлением 3,9 Ом вместо 3,3 Ом. Это снизило ток срабатывания защиты от перегрузки до 0,8 А вместо 1 А. Конденсатор С7 удалён. Конденсатор С8 установлен ёмкостью 1000 мкФ вместо 220 мкФ. Конденсатор С9 установлен на 470 мкФ вместо 220 мкФ. Параллельно этим двум конденсатором припаяно по SMD керамическому конденсатору емкостью по 10 мкФ. На место диода D8 вместо FR103 установлен более мощный диод FR203. Поскольку размах амплитуды напряжения на обмотке III превышает 50 В, диод Шотки на место D8 было решено не устанавливать.
Параметры электропитания в сочетании с возможностью их комбинирования в различных конфигурациях системы налагают необходимость поддерживать соответствующие условия безопасности. Помните, что мы имеем дело с постоянными напряжениями, которые могут значительно превышать безопасные значения.
Однако это операция, управляемая пользователем вручную. Оба источника питания адаптированы для работы с стабилизацией напряжения или стабилизацией тока. Увеличение напряжения при постоянном сопротивлении нагрузки увеличивает ток, потребляемый от источника питания.
Резистор R8 установлен сопротивлением 0,5 Ом вместо 1 Ом. Стабилитроны ZD1 и ZD2 удалены.
Выходное напряжение БП регулируют переменным резистором R20. Этот резистор используется в реостатном включении, чтобы в случае обрыва в цепи его подвижного контакта, на выходе БП было минимальное напряжение. Чем ниже по схеме положение движка R20, тем больше выходное напряжение БП. R19 и С13 устраняют самовозбуждение микросхемы регулируемого стабилитрона DA1.
После превышения установленного предела тока дальнейшее увеличение напряжения больше не влияет, поскольку источник питания переходит в режим стабилизации тока. Если предел тока установлен на «высокий», высокий ток, протекающий от источника питания, может привести к опасным ситуациям, например, это может привести к воспламенению нагрузки.
Последовательное подключение источников питания. Его работа заключается в отключении выбранных каналов после превышения установленной интенсивности тока. Можно снова включить канал после устранения причины текущего увеличения. Он был создан в результате эксперимента, в котором выход источника питания сопровождался нагрузкой, которая вызывала поток тока с интенсивностью, превышающей порог электронного предохранителя.
Узел индикации тока подключенной нагрузки был модернизирован. Вместо кремниевого рпр транзистора типа SS9015 установлен германиевый МП25Б и изменена схема его включения. Теперь для этого узла на Q5 не требуется отдельный датчик протекающего тока, роль которого ранее выполнял кремниевый диод D3. В новой схеме резистор R8 является датчиком тока как для кремниевого Q2, так и для германиевого Q5. При выходном напряжении 5 В свечение красного кристалла светодиода становится хорошо заметным при токе подключенной нагрузки около 60 мА.
Начальный импульс длительностью около 150 мс получается из состояния переходного процесса после включения блока питания. По истечении этого времени сила тока достигает постоянной величины, которая одновременно запускает предохранитель. Из графика можно прочитать, что отключение нагрузки происходит примерно через 47 миллисекунд после причины активации электронного плавкого предохранителя.
Однако генерация выходной волны в каждом из этих инструментов осуществляется по-разному. Три таких сигнала могут храниться в энергонезависимой памяти устройства. Они активируются после ввода их в любой канал питания и запуска процедуры генерации, которая следует за активацией соответствующей команды меню. Произвольный курс состоит из максимум 128 пунктов.
При токе нагрузки 0,35 А свечение красного кристалла полностью перекрывает свечение зелёного кристалла светодиода, при токе 0,45 А яркость свечения красного кристалла светодиода достигает максимума. На выход блока питания установлен дополнительный LC фильтр L5C15. Амплитуда напряжения пульсаций и шумов на выходе БП 20…40 мВ. Резистор R13 установлен сопротивлением 1 кОм вместо 560 Ом, а R1 680 Ом вместо 470 Ом. На последней странице обложки показаны фотографии платы до модернизации и после. Микросхема KIA431 установлена на место, где раньше был припаян светодиод.
Выбор 0 означает, что сигнал генерируется непрерывно, без какого-либо предела повторения. Данные передаются в символах и имеют характер команд, определяющих значение напряжения или тока и продолжительность этого состояния. Однако времена не являются произвольными, они могут принимать 16 значений.
Форма сигнала активируется после отправки соответствующей команды с компьютера и, конечно, после включения канала. Метод ввода осциллограмм кажется кажущимся довольно утомительным, но на практике, используя, например, любую электронную таблицу, вы можете буквально определить даже самую сложную форму напряжения или тока в течение нескольких минут.
Вместо такой микросхемы можно применить TL431, AZ431, LM431, выполненную в трёхвыводном корпусе ТО92. Вместо неисправного транзистора MJE13003 можно применить MJE13005. К высоковольтному транзистору нужно прикрепить дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности около 8 см.кв, это значительно повысит надёжность устройства. Теплоотвод с помощью тонкой слюдяной прокладки и ПВХ трубки или втулки должен быть надёжно электрически изолирован от коллектора Q1, иначе он станет эффективной излучающей антенной.
Это способность модулировать выходное напряжение или ток с помощью внешнего сигнала. Реакция электронного предохранителя на перегрузку. Оба источника питания могут управляться дистанционно с помощью команд, например, через компьютер. Благодаря возможности дистанционного управления эти устройства могут использоваться на автоматизированных измерительных станциях.
Это инструменты с отличными техническими и функциональными параметрами. Наиболее важные из них перечислены в таблице. Регулируемый источник напряжения Электронная схема. Стабилизаторы напряжения - это системы, которые обеспечивают постоянное напряжение питания для телекоммуникационного оборудования. Эти установки обычно устанавливаются между источником питания и нагрузкой, уменьшая колебания напряжения питания до пределов, налагаемых на работу распределительного устройства.
Вместо транзистора ВС847 подойдёт любой из серий 2SC1815, 2SC945, ВС548, SS9014, КТ315, КТ3102, КТ645, КТ6111. Транзистор 2SA733 можно заменить на SS9012, SS9015, ВС557, ВС558, 2SA708, КТ361, КТ209, КТ3107, КТ6112, КТ6115. Вместо германиевого транзистора МП25Б подойдёт любой из серий МП20, МП21, МП25, МП26, МП39 МП42. Рекомендованные в вариантах замен транзисторы имеют отличия в типах корпусов и цоколёвке выводов. Диоды 1N4007 можно заменить на 1N4005, 1N4007, UF4005 UF4007, 1N4937GP, 11DF4, КД 209Б, КД243Д, КД247Г.
Регулируемый источник напряжения Источник штыря Источник напряжения - любое устройство или система, которая создает электродвижущую силу между ее клеммами или вторичное напряжение, полученное от первичного источника электродвижущей силы. Источник первичного напряжения может подавать питание на цепь, в то время как вторичный источник напряжения рассеивает энергию из схемы. Примером первичного источника является батарея, а примером вторичного источника является источник регулируемого напряжения. В теории электрических цепей источник напряжения такой же, как и источник тока.
Вместо диода FR107 может работать любой из UF4007, 1N4937GP, 1N5399, RG2M, КД247Д. Диод FR203 можно заменить на любой из FR202 FR207, FR302 FR307, SRP300D SRP300K, КД226А КД226Е. Вместо диода 1N4148 можно установить 1SS176S, 1SS244, 1 N914, КД510А,
Дроссели L3, L4 малогабаритные промышленного изготовления, намотанные на Нобразных ферритовых сердечниках. Подойдут любые индуктивностью от 100 мкГн и сопротивлением обмоток 10…100 Ом. Дроссель L5 двухобмоточный, содержит несколько витков сложенного вдвое многожильного монтажного провода на кольце из низкочастотного феррита или пермаллоя, чем больше индуктивность и чем меньше сопротивление обмоток этого дросселя, тем лучше.
Идеальный источник тренда. В теории схем идеальным источником напряжения является элемент схемы, в котором падение напряжения на его выводах не зависит от проходящего через него тока. Он существует только в математических моделях схем. Если напряжение на клеммах идеального источника напряжения может быть задано независимо от любых других переменных в цепи, это называется независимым источником напряжения. На следующем рисунке показаны символы, обычно используемые для обозначения источников напряжения на принципиальных схемах.
Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю; он способен подавать или поглощать любое количество тока. Ток, протекающий через идеальный источник напряжения, полностью определяется внешним контуром. При подключении к разомкнутой цепи ток равен нулю, а мощность равна нулю. При подключении к нагрузочному резистору ток, проходящий через источник, бесконечно приближается, когда сопротивление нагрузки приближается к нулю. Таким образом, идеальный источник питания может обеспечить неограниченную мощность.
Конденсаторы С10, С11 керамические высоковольтные. Переменный резистор R20 подключают к схеме экранированным проводом минимальной длины, металлический экран переменного резистора должен быть соединён с минусом С9. Резистор R16 желательно применить невозгораемый или разрывной. Светодиод любой двухкристальный с общим катодом, например, серий L119, L293. Вместо такого светодиода можно применить и два обычных светодиода непрерывного свечения. Оптрон РС817 можно заменить на любой из PS817, LTV817, EL817, SFH617A2, PS25011, РС814, РС120, РС123, выполненный в стандартном четырёхвыводном корпусе.
Все детали модернизированного блока питания размещены в коробке из полистирола размером 80x50x44 мм от сетевого адаптера для игровой приставки «Денди». Контактные штыри для подключения к сетевой розетке удалены с корпуса, вместо них используется гибкий сетевой шнур с вилкой, что гораздо удобнее. Вес устройства в сборе 110 грамм. Узел на германиевом транзисторе Q5 смонтирован на отдельной небольшой плате. Дроссель L5 приклеен к корпусу полимерным клеем «Квинтол».
Блок питания - простой,регулируемый,импульсный.
Современная схемотехника и производители микросхем здорово облегчили жизнь конструктору-например,при создании источников питания. Продемонстрируем это на микросхеме L4960.Согласно заводской документации, на ней можно изготовить регулируемый источник питания с выходным напряжением 5,1В...40В, с током нагрузки 2.5 А, встроенной защитой по току и перегреву, КПД до 90%.Мощность рассеивания с радиатором- 15 ватт,корпус HEPTAWATT,частота преобразования 50..150 кГц.
На рисунке представлена схема включения, в основном соответствующая
рекомендованной.
Поясним назначение и характеристики использованных элементов.
Трансформатор- мощностью не менее 80 ватт, выходным напряжением 36 вольт и ток
3 ампера.Конденсаторы С1,С5,С6- обычные электролитические.Конденсатор С2
обеспечивает "мягкое" включение микросхемы, и может быть ёмкостью до 2 мкф.
Конденсаторы С3 и С4 задают рабочую частоту и частотную компенсацию встроенного
генератора,тип- плёночные. Диод D1-лучше всего Шоттки,частотой 100кГц и ток не
менее 3 А. Резисторы R1,R2,R4- обычные мощностью 0,25Вт,R3-проволочный,
сопротивлением 0,1 Ом 1% мощность 1 Вт, служит шунтом для амперметра (Хотелось бы заметить уважаемому Автору и читателям, что современные измерительные головки ампер- и вольтметров не нуждаются во внешнем шунтировании, поскольку имеют внутрений шунт. Прим. Кота.
);можно
заменить перемычкой, если не нужно измерять ток. Резистор Р1- многооборотный,
служит для плавной регулировки выходного напряжения; можно заменить двумя
последовательными- для грубой и точной установки напряжения.
Параметры дросселя L1- индуктивность 150..300 микрогенри. При индуктивности 150 мкГн максимальный выходной ток будет равен 2 А, при индуктивности 300 мкГн- 3 а. При макетировании схемы проверялись различные дроссели- разной индуктивности, на разных сердечниках, намотанные разным проводом. Наилучшие результаты получены на ферритовом кольце проводом диаметром 1 мм. К сожалению, дроссели все были заводской намотки с неизвестной магнитной проницаемостью и числом витков. Можно было измерить только индуктивность и комплексное сопротивление обмоток. Микросхема способна рассеивать мощность до 15 ватт, и поэтому для регулируемого стабилизатора надо установить её на соответствующий радиатор площадью не менее 200кв.см. Желательно снабдить радиатором и выпрямительный мост VD1. L2 и C6- необязательные элементы, служат для устранения коммутационных выбросов напряжения.
Характеристики получившегося стабилизатора:
выходное напряжение 5...32 вольта;
ток максимальный-2,5 ампера, при перегрузке уменьшается выходное напряжение,
самовосстановление происходит при увеличении нагрузки на 20..30%;
высокочастотные пульсации выходного напряжения менее 10 мв и меньше, чем
вариации выходного напряжения при изменении входного напряжения.
Стабилизатор собран в корпусе от бывшего компьютерного БП размерами 15х14х8,5 см. В качестве цифрового индикатора использован готовый модуль на базе К572пв5.Можно использовать модуль, описанный в статье "цифровой индикатор". Рисунок использованной
