Блоки питания

Принципиальные схемы блоков питания, зарядных устройств, стабилизаторов.
Ответить
admin
Администратор
Сообщения: 32
Зарегистрирован: 31 янв 2017, 15:57

Блоки питания

Сообщение admin » 12 апр 2017, 07:43

Хорошо, если конструкция питается от гальванических элементов или батареи и потребляет немного энергии. Но подчас собранное устройство (или устройства) потребляет значительный ток и питать ее от подобного источника нерационально. Да и нужды в этом нет, поскольку работает конструкция (или конструкции) в основном в стационарных условиях вблизи от сетевой розетки.

Вот почему возникает вопрос питания той или иной самоделки от сети переменного тока. Правда, напрямую ее в сеть не включишь — велико напряжение, да и ток-то переменный. Выручит в таких случаях блок питания, который и напряжение снизит до нужного значения, и сделает его постоянным.

Как правило, в понятие «блок питания» вкладывается определенный состав взаимосвязанных узлов. Во-первых, это узел понижения напряжения, которым может быть трансформатор либо делитель напряжения (скажем, резистивный — из резисторов сравнительно большой мощности). Далее необходим выпрямитель — однополупериодный или двухполупериодный. Поскольку выпрямленное напряжение должно быть более «чистым», неотъемлемой частью выпрямителя является фильтр, как правило, емкостной. Выбор емкости конденсатора фильтра зависит от допустимых пульсаций питающего напряжения для данной нагрузки. Если же получить нужные пульсации с емкостным фильтром затруднительно, применяют стабилизатор напряжения, позволяющий поддерживать выходное напряжение блока питания неизменным даже при значительных колебаниях сетевого напряжения и тока нагрузки.

Одним словом, блок питания — это законченное устройство, обеспечивающее данную нагрузку нужным напряжением. Само собой разумеется, что для одной нагрузки блок питания может быть весьма простой, а для другой — более сложный. Все зависит от требований, предъявляемых к «качеству» постоянного напряжения на выходе блока.

А теперь рассмотрим несколько практических конструкций.

Блок питания «карманного» приемника. Как Вы, наверное, догадались, речь идет о блоке питания малогабаритного транзисторного радиоприемника, например «Селги». Схема блока приведена на рис. Б-7. Он маломощен и малогабаритен настолько, что может быть размещен даже в отсеке батарейного питания приемника. Трансформатор в данном блоке выполняет функции разделительного, и его коэффициент трансформации около 1. Иначе говоря, трансформатор работает при малых входном и выходном напряжениях. Конденсатор С1 играет роль безваттного резистора, гасящего излишек сетевого напряжения. Для разрядки конденсатора после выключения блока служит параллельно подключенный ему резистор R1. Другой резистор — R2, стоящий в цепи первичной обмотки трансформатора, ограничивает импульс тока при включении блока в сеть. Конденсатор С2 фильтрует высокочастотные помехи, проникающие из сети, а также возникающие в самом блоке.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение подается на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах VD1—VD4 по мостовой схеме. На выходе выпрямителя установлен стабилитрон VD5, который совместно с диодами выпрямителя образует параметрический стабилизатор напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором СЗ.

Изображение

Поскольку в конце каждого полупериода сетевого напряжения стабилитрон выходит из режима стабилизации, конденсатор СЗ может разряжаться через стабилитрон, и фильтрующие способности конденсатора снизятся. Чтобы этого не случилось, установлен развязывающий диод VD6.

Трансформатор может быть выполнен на магнитопроводе Ш10Х10, Ш9Х9 и даже Ш8Х8. Его обмотки содержат по 600 витков провода ПЭВ-1 0,2. Каркас трансформатора желательно разделить перегородкой из изоляционного материала (например, картона) на две секции и в каждой намотать свою обмотку.

Выпрямительные и развязывающий диоды могут быть любые кремниевые с допустимым прямым током не менее 50 мА. Вместо стабилитрона Д815Г подойдет Д810, Д814В. Конденсаторы С1 и С2 — МБМ, СЗ — К50-6.

Зажимы ХТ1 и ХТ2 понадобятся в том случае, если блок питания будет выполнен в виде приставки к приемнику. Если же детали блока удастся разместить внутри корпуса приемника, зажимы не понадобятся, и подходящие к ним по схеме проводники нужно соединить с цепями питания приемника. В любом варианте по окончании пользования приемником не забывайте вынимать вилку ХР1 из сетевой розетки.

Блок питания для переносного приемника. Переносный радиоприемник по сравнению с «карманным» потребляет больший ток, поэтому и блок питания для него должен быть более мощный. Если приемник потребляет ток до 70 мА (например, типа «Альпинист»), блок питания для него можно собрать по схеме, приведенной на рис. Б-8. По сравнению с предыдущей конструкцией он обладает значительно меньшими (в 10...15 раз) пульсациями выходного напряжения, а значит, с ним будет меньше фон переменного тока в динамической головке. Кроме того, блок не боится коротких замыканий между выходными проводниками или перегрузок по цепи питания.

Изображение

Познакомимся подробнее с устройством и работой блока. Трансформатор питания Т1 — понижающий. С его вторичной обмотки переменное напряжение подается на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах VD1—VD4 по мостовой схеме. Конденсатор С1 фильтрующий. Далее следует так называемый компенсационный транзисторный стабилизатор. Транзистор VT1 регулирующий, VT2 усилительный. Нетрудно заметить, что стабилитрон VD5 с резисторами образует мост, на одну диагональ которого подано выходное напряжение стабилизатора, а с другой снимается напряжение в цепь база-эмиттер усилительного транзистора. Причем при изменении выходного напряжения, а это случается при изменении тока нагрузки, будет несколько изменяться и напряжение между базой и эмиттером усилительного транзистора, что приведет, в свою очередь, к изменению напряжения на базе регулирующего транзистора. В итоге выходное напряжение блока выровняется.

А если ток нагрузки будет расти дальше? Тогда выходное напряжение упадет настолько, что стабилитрон закроется, а вслед за ним закроются транзисторы. Остаточный ток через регулирующий транзистор составит несколько миллиампер. Такое состояние стабилизатора устойчиво и может сохраняться сколь угодно долго. Как только состояние нагрузки изменится, например будет устранено короткое замыкание, стабилизатор вновь включится в работу. Значение тока нагрузки, при котором срабатывает защита, зависит от сопротивления резистора R1.

Транзисторы могут быть любые из серий МП42 (VT1) и МП35—МП38 (VT2). Вместо КД510А подойдут другие малогабаритные кремниевые или германиевые диоды, допускающие выпрямленный ток до 100 мА и обратное напряжение не ниже 30 В. Резисторы — МЛТ-0,25, конденсатор — К50-6.

Для снижения общих габаритов блока пришлось выбрать для трансформатора магнитопровод Ш6Х40, хотя практически обычно используют магнитопроводы с отношением ширины средней пластины сердечника к толщине набора не более 1:2. Обмотка I содержит 3200 витков провода ПЭВ-1 0,1 обмотка II — 150 витков ПЭВ-1 0,2. При намотке первичной обмотки через каждые 500 витков следует прокладывать тонкий слой конденсаторной бумаги, а между обмотками намотать слой провода ПЭВ-1 0,1, служащий экраном. Один конец этой обмотки соединяют с коллектором транзистора VT1.

Детали блока питания смонтированы на плате (рис. Б-9) из изоляционного материала толщиной 1,5...2 мм. Хотя показан навесной монтаж, с использованием укрепленных в плате монтажных стоек, его нетрудно выполнить и печатным. Плату размещают в корпусе подходящих размеров. Выходные проводники блока припаивают либо к зажимам, установленным на корпусе, либо к выводам миниатюрного телефонного разъема (как у головного телефона ТМ-2М). В последнем случае на корпусе приемника должна быть установлена ответная часть разъема. Такое конструктивное решение удобно тем, что при подключении блока питания внутренний источник приемника будет отключаться. Сетевой шнур питания может быть длиной 1,5...2 м.

Изображение

Правильно смонтированный блок, как правило, начинает работать сразу. В случае ненадежного запуска стабилизатора придется заменить усилительный транзистор другим, с большим коэффициентом передачи тока, либо сначала включать блок в сеть, а затем подключать его к приемнику.

Для питания более мощных приемников — «Спидола», «Океан», «Меридиан» и аналогичных, потребляющих ток до 120 мА, можно воспользоваться блоком, собранным по схеме на рис. Б-10. Причем размеры используемых деталей позволяют сконструировать блок в виде приставки, способной разместиться в батарейном отсеке приемника взамен гальванических элементов.

Изображение

Схема этого блока схожа со схемой предыдущего. Исключение составляет регулирующий транзистор, выполненный из транзисторов VT1 и VT2 (это так называемый составной транзистор). Основной ток нагрузки проходит через транзистор VT2. При превышении этим током определенного значения срабатывает защита, и стабилизатор как бы отключает нагрузку от выпрямителя.

Трансформатор выполнен на магнитопроводе Ш12Х14. Обмотка I содержит 5160 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка II — 340 витков ПЭВ-1 0,25. Подойдет готовый малогабаритный и маломощный трансформатор с напряжением на обмотке II около 14 В. Транзистор VT1 — любой из серий МП35—МП38, VT2 — любой из серий П213—П217, VT3 — любой из серий МП25, МП26 (в крайнем случае МП39—МП42).

Для монтажа большинства деталей использована плата (рис. Б-11) из изоляционного материала. На плате установлены монтажные лепестки, к которым припаивают выводы деталей. Проводники у отверстий «— 9 В» и «+ 9 В» выполняют в виде колечек. О их подключении будет сказано позже.

Изображение

Мощный транзистор VT2 крепят к плате алюминиевой или дюралюминиевой пластинкой толщиной около 2 мм. Она служит одновременно теплоотводом. В пластинке сверлят отверстия под выводы транзистора и крепежные винты.

Трансформатор и плавкий предохранитель размещают на другой плате с габаритными размерами 54X58 мм. Понадобится еще одна плата таких же габаритных размеров и лицевая панель, выпиленная по размерам крышки батарейного отсека. Платы и лицевую панель скрепляют металлическими уголками. На лицевой панели размещают сетевой выключатель, а сзади к основной плате крепят пластину из изоляционного материала (например, гетинакса) толщиной 1 мм. Через пластину и плату пропускают два латунных винта, на которые со стороны деталей надевают упомянутые ранее токосъемные колечки и прикрепляют к винтам гайками. Между шляпками винтов и изоляционной пластиной прокладывают медные или латунные шайбы диаметром 15...18 мм. Если теперь вставить блок в батарейный отсек, шляпки винтов и шайбы обеспечат надежный контакт с токосъемниками приемника. Для надежности контакта блок крепят к корпусу приемника винтами через отверстия в лицевой панели.

Работу блока желательно проверить под нагрузкой при токе потребления около 120 мА. При необходимости выходное напряжение устанавливают точнее подбором резистора R5.

Блок питания с регулируемым выходным напряжением. Самые разнообразные транзисторные и «микросхемные» конструкции требуют для своего питания разное напряжение: 1,5; 3; 4,5; 9 или 12 В. Чтобы во время налаживания таких конструкций не расходовать напрасно энергию гальванических элементов и батарей, можно воспользоваться блоком питания, выходное напряжение которого можно устанавливать плавно в пределах от 0,5 до 12 В. Причем оно будет оставаться стабильным не только при изменении сетевого напряжения, но и при изменении тока нагрузки от нескольких миллиампер до 0,5 А. Кроме того, блок питания не боится коротких замыканий в цепи нагрузки, которые нередки в практике радиолюбителя.

Познакомимся подробнее с работой этого блока, схема которого приведена на рис. Б-12. Включается он в сеть с помощью вилки ХР1. При замыкании контактов выключателя Q1 сетевое напряжение подается (через плавкий предохранитель FU1) на первичную обмотку понижающего трансформатора Т1. О наличии напряжения на этой обмотке свидетельствует световой индикатор — неоновая лампа HL1.

Изображение

На выводах вторичной обмотки появляется переменное напряжение значительно меньшее, чем сетевое. Оно выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по мостовой схеме. Чтобы выпрямленное напряжение было возможно более «чистым», на выходе выпрямителя установлен оксидный конденсатор С1 большой емкости (2000 мкФ).

Выпрямленное напряжение подается на несколько цепей: R2, VD5, VT1; R3, VD6, R4; VT2, VT3, R5. Детали R3, VD6 — это стабилитрон с балластным резистором. Они составляют параметрический стабилизатор. Независимо от колебаний выпрямленного напряжения на стабилитроне будет строго определенное напряжение, равное напряжению стабилизации данного типа стабилитрона (в нашем случае от 11,5 до 14 В). Параллельно стабилитрону включен переменный резистор R4, с помощью которого и устанавливают нужное выходное напряжение блока питания. Чем ближе к верхнему по схеме выводу находится движок резистора, тем больше выходное напряжение.

С движка переменного резистора напряжение подается на усилительный каскад, собранный на транзисторах VT2 и VT3. Можно считать, что это усилитель мощности, обеспечивающий нужный ток через нагрузку при заданном выходном напряжении. Резистор R7 имитирует нагрузку блока питания, когда к зажимам ХТ1 и ХТ2 ничего не подключено. Напряжение на нем почти равно напряжению между движком переменного резистора и общим проводом (зажим ХТ2). Чтобы можно было контролировать выходное напряжение, в блок введен вольтметр, составленный из микроамперметра РА1 и добавочного резистора R6.

Остается рассказать о работе каскада на транзисторе VT1. Это автомат защиты от короткого замыкания между выводами цепи питания (зажимы ХТ1 и ХТ2). Пока замыкания нет, транзистор закрыт, поскольку на эмиттере напряжение более отрицательно по сравнен о с напряжением на базе. Но как только случится короткое замыкание, эмиттер транзистора VT1 окажется соединенным с общим проводом, и между базой и эмиттером будет приложено напряжение, падающее на диоде VD5. Нетрудно убедиться, что теперь на базе транзистора будет более отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру и транзистор откроется. Участком коллектор-эмиттер он зашунтирует стабилитрон VD6, в результате чего транзисторы VT2 и VT3 окажутся закрытыми. Напряжение на выходе блока упадет почти до нуля, и через цепь короткого замыкания потечет настолько малый ток, что он не причинит вреда деталям блока питания. Как только короткое замыкание будет устранено, вновь появится выходное напряжение.

Для этого блока питания не придется наматывать понижающий трансформатор. Его роль выполняет готовый выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров марки ТВК-110ЛМ. Подойдет и другой трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке переменное напряжение 13...17 В при токе потребления до 0,5 А. Иначе говоря, такое напряжение на обмотке должно быть при подключенной к ее вы водам нагрузке сопротивлением около 30 Ом и мощностью 8 Вт.

Диоды могут быть любые из серий Д229 (VD1—VD4) и Д226 (VD5). Если заранее известно, что блок будет питать нагрузку с током потребления не более 0,3 А, выпрямительные диоды можно также применить Д226. Конденсатор С1 — К50-6, постоянные резисторы — МЛТ указанной на схеме мощности, переменный — СП-I. Вместо стабилитрона Д814Д подойдет Д813. Транзисторы VT1 и VT2 желательно применить типа МП39Б, МП41, МП41А, МП42Б с возможно большим коэффициентом передачи тока, a VT3 — любой из серий П213, П216, П217. Причем этот транзистор нужно обязательно установить на теплоотвод, иначе при длительной работе блока питания он перегреется и выйдет из строя.

Теплоотвод изготовьте из алюминиевой пластины толщиной 2...3 мм (рис. Б-13). На пластине возможно точнее разметьте центры отверстий под выводы транзистора и просверлите их сверлом диаметром 3,5 мм. В отгибе пластины просверлите два отверстия диаметром 3 мм для крепления пластин к печатной плате.

Изображение

Поверхность пластины, с которой должен соприкасаться транзистор, зачистите мелкозернистой наждачной бумагой или лезвием ножа. Вставьте выводы транзистора в отверстия в пластине, наденьте на транзистор крепежный фланец (он придается к транзистору — не забудьте об этом при его покупке) и привинтите его к пластине так, чтобы транзистор можно было немного, с трением, перемещать. Установите транзистор таким образом, чтобы выводы эмиттера и базы не касались стенок отверстий (к выводу коллектора это не относится, поскольку он соединен с корпусом транзистора), и окончательно прижмите транзистор к теплоотводу.

Стрелочный индикатор РА1 — микроамперметр с током полного отклонения стрелки 100 мкА, например типа М2003. Подойдет и другой микроамперметр — на ток до 200 мкА, но придется изменить сопротивление добавочного резистора R6 так, чтобы вся шкала индикатора была рассчитана на напряжение 15 В.

Неоновая лампа может быть любая другая, яркость ее свечения устанавливают подбором ограничительного резистора R1. Остальные детали — выключатель, предохранитель, сетевая вилка и зажимы — любой конструкции.

Для монтажа деталей блока нужно изготовить из фольгированного стеклотекстолита печатную плату (рис. Б-14). Сначала на ней устанавливают диоды выпрямителя, затем монтируют диод VD5, стабилитрон, постоянные резисторы и конденсатор фильтра. Далее впаивают маломощные транзисторы, устанавливают мощный транзистор с теплоотводом, крепят держатель предохранителя с предохранителем и трансформатор.

Плату с деталями разместите в корпусе подходящих размеров. На лицевой стенке корпуса установите выключатель, световой индикатор, переменный резистор, стрелочный индикатор и выходные зажимы. Перед креплением платы соедините ее проводниками в изоляции достаточной длины с деталями на передней панели, чтобы их хватило, когда плата лежит рядом с корпусом.

Изображение

Теперь вооружитесь вольтметром (или авометром) и приступайте к проверке блока питания. Вставив вилку блока в сеть и подав питание выключателем Q1, сразу же проверьте постоянное напряжение на конденсаторе С1 — оно должно быть 15...19 В. Затем установите движок переменного резистора в верхнее по схеме положение и измерьте напряжение на зажимах — оно должно быть около 12 В. Если напряжение намного меньше, проверьте работу стабилитрона — подключите вольтметр к его выводам и измерьте напряжение. Оно должно быть равно напряжению стабилизации стабилитрона, но не менее 11,5 В. В противном случае проверьте сопротивление резистора R3. Если напряжение на стабилитроне нормальное, а на выходе блока сильно занижено, проверьте исправность транзисторов VT2, VT3 и правильность распайки их выводов.

Когда на выходе блока появится нужное напряжение (около 12 В), попробуйте перемещать движок переменного резистора вниз по схеме — выходное напряжение должно плавно уменьшаться почти до нуля. Установив по вольтметру выходное напряжение 10 В, проверьте показания стрелочного индикатора блока. При необходимости подбором сопротивления резистора R6 добейтесь, чтобы индикатор тоже показывал 10 В.

Затем проверьте работу блока под нагрузкой. Подключите к зажимам резистор сопротивлением 30...35 Ом и мощностью не менее 8 Вт. Его можно составить, например, из пяти параллельно соединенных резисторов МЛТ-2 сопротивлением по 150...160 Ом. Теперь при верхнем положении движка переменного резистора выходное напряжение блока не должно быть ниже 11 В. Если же оно падает сильнее, уменьшите сопротивление резистора R3 (установите вместо него резистор сопротивлением 330 или 300 Ом).

Заключительный этап — проверка действия автомата защиты. Установите на выходе блока напряжение 5...6 В и быстро коснитесь зажимов щупами амперметра или миллиамперметра с пределом измерения не менее 750 мА. В первый момент стрелка прибора должна отклониться скачком на конечное деление шкалы, а затем возвратиться на нулевую отметку. Если это так, автомат работает исправно. В противном случае придется проверить исправность транзистора VT1 и правильность подпайки его выводов.

Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 1 гость