Радиолюбительский
блок питания
А.Добуш, г.Винница
Рано или поздно перед радиолюбителем возникает
проблема изготовления универсального блока питания (БП),
который пригодился бы на «все случаи жизни». То есть имел
достаточную мощность, надёжность и регулируемое в широких
пределах выходное напряжение, к тому же защищал нагрузку
от «чрезмерного потребления» тока при испытаниях и не боялся
коротких замыканий.
Предлагается, по мнению автора, наиболее удовлетворяющий
этим условиям достаточно простой для повторения БП, обеспечивающий
стабилизированное напряжение 1,5-24 В при выходном токе
до 3А. Кроме того, он может работать в режиме источника
тока с возможностью плавной регулировки тока стабилизации
в пределах 10-100 мА или с фиксированными значениями тока
0,1 А, 1 А, 3 А.
Рассмотрим схему БП (см.рис.). Основой её является традиционная
схема стабилизатора напряжения, «сердцем» - микросхема КР142ЕН12,
которая в настоящее время доступна широкому кругу радиолюбителей.
В качестве силового трансформатора выбран довольно мощный
унифицированный накальный трансформатор ТН-56, который имеет
четыре вторичные обмотки с допустимым током 3,4 А и напряжением
каждой 6,3 В. В зависимости от требуемого выходного напряжения
переключателем SA2 подключаются две, три или четыре последовательно
соединённые обмотки. Это необходимо для уменьшения мощности,
рассеиваемой на регулирующем элементе, а, следовательно,
повышения КПД устройства и облегчения температурного режима.
Действительно, в самом неблагоприятном режиме, при максимальной
разности между входным и выходным напряжениями (конечно,
если выходное напряжение соответствует диапазону, указанному
переключателем SA2) и максимальном токе 3А рассеиваемая
на регулирующем элементе мощность составит:
Ррасс.mах - (UBx.max-2Uvd-UBыx.min)*Imax.
Ррасс.mах - (12,6-2*0,7-1,5)*3 - 29,1 Вт,
где Uвх.mах- максимальное входное действующее напряжение
данного диапазона; UВыx.min - минимальное выходное напряжение
данного диапазона; Uvd - падение напряжения на диоде выпрямительного
моста. Легко проверить, что без разделения выходного напряжения
на диапазоны рассеиваемая регулирующим элементом мощность
достигает 70 Вт.
Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4
и сглаживается на конденсаторе С5. Предохранитель FU2 защищает
трансформатор при выходе из строя диодов выпрямителя. Транзисторы
VT1, VT2 служат для увеличения выходного тока БП и облегчения
режима работы интегрального стабилизатора DA1. Резистором
R1 задаётся ток через DA1, открывающий VT2:
IDA1 = Uбэvt2/R1=0,7/51=0,014A,
где Uбэvt2 открывающее напряжение эмиттер-база транзистора
VT2. При токе 14 мА микросхема DA1 может работать без радиатора.
Для повышения стабильности выходного напряжения регулирующее
напряжение снимается с линейки резисторов R2-R4, подключенной
к выходу микросхемы и подаётся на «управляющий» вывод 01
DA1 через развязывающий диод VD6. Регулировка выходного
напряжения осуществляется резисторами: R4 - «ГРУБО» и R3
- «ТОЧНО». Стабилизатор тока выполнен на DA1, токозадающих
резисторах R5-R9 и развязывающем диоде VD7. Выбор необходимого
дискретного тока стабилизации осуществляется переключателем
SA3. Кроме того, на пределе «10-100 мА» возможна плавная
регулировка тока резистором R9. При необходимости можно
изменить ток стабилизации, изменив номиналы задающих резисторов
используя формулу:
R = 1,35/Iстаб,
где R - сопротивление токозадающего резистора, Ом; Iстаб
- ток стабилизации, А. Мощность токозадающих резисторов
определяется по формуле:
Р = I2R, где I - ток стабилизации диапазона; R - сопротивление
резистора. Реально мощность токозадающих резисторов из соображения
надёжности сознательно увеличена. Так резистор R8 типа С5-16В
выбран мощностью 10 Вт. В режиме стабилизации тока (переключатель
SA3 в положении «3А») на резисторе рассеивается мощность
3,8 Вт. И если даже поставить пятиваттный резистор, то его
загрузка по мощности составит 72% от максимально допустимой.
Аналогично R7 типа С5-16В имеет мощность 5 Вт, но также
можно применить МЛТ-2. Резистор R6 типа МЛТ-2, но можно
поставить МЛТ-1. R9 - проволочный переменный резистор типа
ППЗ-43 мощностью 3 Вт. R5 типа МЛТ-1. Эти резисторы надо
располагать так, чтобы они охлаждались наилучшим образом
и не грели по возможности другие элементы схемы, а также
друг друга. Для наглядности регулировки (устанавливаемого
тока) на лимбе резистора R9 делают отметки 10, 20, 50, 75
и 100 мА, воспользовавшись внешним миллиамперметром (тестером),
подключив его непосредственно к гнёздам БП.
Дополнительные удобства при работе с БП обеспечивает вольтметр
pV, в качестве которого используется микроамперметр типа
М95 с током полного отклонения 0,15 мА.
Сопротивление резистора R11 подбирается так, чтобы конечному
значению шкалы соответствовало напряжение 30 В. Также можно
использовать любую другую измерительную головку с током
полного отклонения до 1,5 мА, подобрав токоограничительный
резистор R11.
В качестве переключателей SA2, SA3 используются галетные
- типа 11ПЗНМП. Для увеличения допустимого коммутируемого
тока эквивалентные выводы трёх галет запараллелены. Фиксатор
установлен в зависимости от количества положений.
Конденсатор С5 сборный и состоит из пяти параллельно включенных
конденсаторов типа К50-12 ёмкостью 2000 мкф х 50 В.
Транзистор VT1 установлен снаружи на радиаторе площадью
400 см2. Его можно заменить на КТ803А, КТ808А, VT2 может
быть заменён на КТ816Г. Пару транзисторов VT1, VT2 можно
заменить одним КТ827А, Б, В или Д. Диоды VD6, VD7 любые,
лучше германиевые с меньшим прямым падением напряжения и
обратным не менее 30 В. Диоды VD1 -VD4 типа КД206А, КД202А,
Б, В или аналогичные устанавливаются на радиаторах.
При самостоятельном изготовлении трансформатора TV1 можно
руководствоваться методикой, описанной в [З]. Габаритная
мощность трансформатора должна быть не менее 100 Вт, лучше
120Вт. При этом можно будет домотать ещё одну обмотку напряжением
6,3 В. В этом случае добавится ещё один диапазон 24 - 30
В, что обеспечит при токе нагрузки 3 А диапазон регулирования
выходного напряжения 1,5-30 В.
Наладка блока питания проводится по известной методике и
особенностей не имеет. Правильно собранный БП начинает работать
сразу. При работе с БП вначале переключателем SA2 выбирают
необходимый диапазон выходного напряжения, резисторами «ГРУБО»
и «ТОЧНО» выставляют требуемое выходное напряжение, ориентируясь
по показаниям встроенного вольтметра. Переключателем SA3
выбирают предел ограничения тока и подключают нагрузку.
Следует отметить, что при всей простоте схемы данный блок
питания совмещает два устройства: стабилизатор напряжения
плюс стабилизатор тока. БП не боится коротких замыканий
и даже может защитить элементы подключаемого к нему электронного
устройства, что очень важно при проведении различных испытаний
в радиолюбительской практике.
Радиохобби 5/99