на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Лабораторный блок питания и зарядное устройство

Электропитание
11 месяцев назад

Лабораторный блок питания + зарядное устройство

1

Лабораторный блок питания - один из основных приборов в арсенале радиолюбителя. Наиболее распространёнными являются источники питания на основе импульсных и линейных стабилизаторов, использующих трансформаторы и транзисторные регуляторы выходного напряжения и тока. Из-за большого уровня трудно устранимых высокочастотных помех импульсные блоки питания мало подходят для работы с радиоприёмной и радиопередающей аппаратурой, поэтому большинство пользователей предпочитают лабораторные блоки питания на основе линейных стабилизаторов. Многие распространённые линейные промышленные и самодельные блоки питания позволяют получить на выходе напряжение от 0 до 30 В при токе до 1...3 А. Это ограничение обусловлено большими тепловыми потерями на выходном транзисторе, особенно при низком выходном напряжении и большом токе нагрузки. При ремонте и наладке различной аппаратуры, особенно автомо бильных приёмников, усилителей, различных преобразователей напряжения, низковольтных электродвигателей постоянного тока, различного электроинструмента и т. д., такой максимальный выходной ток может оказаться недостаточным.

Лабораторный блок питания, описание которого приводится ниже, обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения от 0 до 25 В при токе до 6 А и отличается более высоким КПД за счёт использования в качестве регулирующих элементов тиристоров. Тепловая мощность, которая рассеивается на них, гораздо меньше в сравнении с линейными транзисторными регуляторами. Основным недостатком этого блока питания является более высокий уровень пульсаций напряжения на выходе, который зависит от тока в нагрузке и ёмкости выходных конденсаторов, а также несколько меньшая точность стабилизации выходного тока и напряжения. Так, при выходном токе 1 А пульсации - около 200 мВ, а при токе 3 А они увеличиваются до 500 мВ. Поэтому от этого БП можно питать мощные потребители, которые малочувствительны к пульсациям. Выходные характеристики по току и максимальному напряжению практически полностью зависят от параметров силового трансформатора, максимальных токов тиристоров, силовых диодов и могут быть легко изменены в любую сторону.

Схема устройства

Рис. 1. Схема устройства

 

Схема устройства приведена на рис. 1. Питание узлов осуществляется от трансформатора Т1, а требуемые выходные ток и напряжение обеспечиваются путём управления выпрями тельным мостом на диодах VD1, VD2 и тиристорах VS1, VS2. Конденсаторы C6 и C7 сглаживают пульсации выходного напряжения. На транзисторных оптронах U1, U2, транзисторе VT3, конденсаторе C2 и резисторах R5, R11, R12 реализован формирователь пилообразного напряжения с фазовой привязкой к началу полуволны сетевого напряжения. Компаратор DA1.1 сравнивает выходное напряжение с резистивного делителя R7R8R9 с пилообразным напряжением, поступающим с движка переменного резистора R10, и вырабатывает импульсы управления тиристорами с необходимой фазовой задержкой, которые через резистор R6, диоды VD5, VD6, транзисторы VT1, VT2 поступают на управляющие выводы тиристоров, обеспечивая их открытие в требуемый момент времени.

Такое построение схемы позволяет повысить стабильность заданного выходного напряжения при изменении напряжения в сети. Ток нагрузки проходит через датчик тока - резистор R17, и пропорциональное току напряжение поступает на инвертирующий вход компаратора DA1.2, который сравнивает его с напряжением, поступающим с делителя R13R15 и переменного резистора R14. При превышении напряжения на резисторе R17 над напряжением на движке резистора R14 транзистор на выходе компаратора открывается и к делителю R11R12 подключается резистор R19, что уменьшает амплитуду пилообразного напряжения на входе компаратора DA1.1 в течение нескольких полупериодов, обеспечивая снижение выходного напряжения и ограничение таким образом выходного тока. При указанном номинале резистора R17 с помощью переменного резистора R14 можно регулировать максимальный выходной ток от 0,5 А до 10 А, что позволяет не только защитить ремонтируе мые и настраиваемые различные электронные устройства от до-пол нител ьного повреждения при ошибочных действиях, но и заряжать любые аккумуляторы, от малогабаритных гелевых до автомобильных.

В авторском варианте использован готовый силовой трансформатор ТПП 306-220-50 номинальной мощностью 135 Вт, обмотки 13-14 и 19-20 которого соединены параллельно. При таком включении изготовителем гарантирован выходной ток не менее 5,2 А, что и ограничило значение максимального тока на выходе - 6 А. При большом токе нагрузки обмотки сильно нагреваются, поэтому в корпус пришлось установить вентилятор от блока питания компьютера и запитать его от одной из обмоток через диодный мост VD8. При самостоятельном изготовлении силового трансформатора для переделки удобно использовать распространённый трансформатор ТС-180 или ТС-200. Все вторичные обмотки удаляют, а вместо них эмалированным медным проводом ПЭЛ-1,5 на обеих половинах наматывают новые обмотки по 40 витков и соединяют их согласованно последовательно для получения переменного напряжения около 24 В. Если для блока питания не требуется выходное напряжение более 16 В, то можно ограничиться обмоткой на 14 В и трансформатором меньшей мощности. Надобность в дополнительных обмотках для питания вентилятора и измерительных приборов на выходе зависит от конкретной ситуации и может отсутствовать.

Чертёж печатной платы блока управления тиристорами и размещение элементов на ней

Рис. 2. Чертёж печатной платы блока управления тиристорами и размещение элементов на ней

 

Диоды VD1, VD2 и тиристоры VS1, VS2 размещены на ребристом теплоотводе размерами 100x70x35 мм и тоже обдуваются вентилятором, но их нагрев значительно меньше нагрева обмоток силового трансформатора. Основные элементы блока управления тиристорами размещены на печатной плате, чертёж которой показан на рис. 2. Она изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и соединяется с силовыми и регулировочными элементами посредством разъёмного клеммника X1 2EDGRC-5.08-12p-14-00AH с ответной частью 2EDGK-5.08-12p-14-00AH. Конечно, в конструкции может быть применён любой доступный клеммник с шагом между контактами 5,08 мм или от платы к внешним элементам просто припаивают отрезки провода.

При отсутствии элементов, аналогичных использованным автором, большинство их можно заменить подобными, близкими по параметрам. Так, в качестве тиристоров VS1, VS2 очень хорошо работают отечественные КУ202Е-КУ202Н, Т112-10, Т122-25 и другие, подходящие по максимальному току и напряжению. Диоды VD1, VD2 могут быть серий Д242-Д246 с любым буквенным индексом. Выбор типа силовых элементов в авторском варианте обусловлен исключительно удобством монтажа на теплоотводе. Транзисторные оптроны PS2502-1 можно заменить оптронами 249КП1, PC817, TLP521-1. Транзисторы VT1, VT2 должны быть рассчитаны на напряжение коллектор- эмиттер не менее 50 В и ток коллектора не менее 0,3 А. Таким требованиям отвечают транзисторы MPSA06, КТ502Е, BC640. Транзистор VT3 может быть MPSA05, КТ3117А1 или КТ3102 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD7 - любой маломощный с напряжением стабилизации 10...13 В, например, 1N4742A, 1N4743A, КС212Б, КС212Ж, КС213Б, КС213Ж. В качестве компаратора DA1 можно применить отечественные микросхемы КР1401СА3Б или КР1464СА1Р. Оксидные конденсаторы большой ёмкости C6 и C7 закреплены на основании устройства. Их ёмкость выбирают исходя из требований к допустимым пульсациям выходного напряжения, и она может быть изменена в любую сторону. К выводам одного из конденсаторов припаян резистор R16. Если блок питания будет использоваться исключительно для зарядки аккумуляторов, эти конденсаторы можно не устанавливать или ограничиться одним, с ёмкостью около 1000 мкФ. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-23 или импортные металлоплёночные, резистор R17 - проволочный серии RX24 в алюминиевом корпусе с номинальной мощностью 10.25 Вт. Переменные резисторы R10, R14 с линейной регулировочной характеристикой - СП3-4аМ, СП3-30А, импортные - 16K1, подстроечные резисторы - RM063, RM065. Конденсатор C2 - К73-17 или аналогичный плёночный. Оксидные конденсаторы C1, C3, C5, C6, C7 - К50-35 или импортные аналоги. Внешний вид смонтированной печатной платы показан на рис. 3.

Внешний вид смонтированной печатной платы

Рис. 3. Внешний вид смонтированной печатной платы

 

Блок питания в металлическом корпусе

Рис. 4. Блок питания в металлическом корпусе

 

Конструктивно блок питания выполнен в металлическом корпусе размерами 250x200x100 мм, на несущем основании которого, как показано на рис. 4, смонтированы трансформатор Т1, оксидные конденсаторы C6 и C7, а также теплоотвод. Дополнительно к теплоотводу на стойках закреплена плата и прикручен винтами резистор R17. На лицевой панели установлены выключатель питания SA1 (IRS-201-6C с подсветкой), цифровой измеритель выходного напряжения и тока А1 (артикул R-97667, с интервалами измерения напряжения 0.100 В и тока 0.10 А), переменные резисторы регулировки выходного тока и напряжения, а также гнёзда XS1, XS2 для подключения внешней нагрузки. Фальшпанель с необходимыми надписями напечатана на обычной офисной бумаге, заламинирована и приклеена к несущей панели полосками тонкого двухстороннего скотча. Внешний вид блока питания показан на рис. 5.

Внешний вид блока питания

Рис. 5. Внешний вид блока питания

 

Правильно собранный блок питания начинает работать сразу, потребуется лишь подстроечными резисторами R9 и R13 установить верхние пределы регулировки выходного тока и напряжения соответственно. При зарядке аккумуляторной батареи сначала устанавливают выходное напряжение, равное паспортному значению максимального напря жения полностью заряженной батареи. После подключения батареи выходное напряжение уменьшится, а затем начнёт постепенно увеличиваться до установленного уровня. Регулятором ограничения тока устанавливают ток зарядки. Так как блок питания не предназначен для зарядки аккумуляторной батареи только одного типа, он не отключает выход по достижении требуемого напряжения, поэтому в процессе надо контролировать уровень достигнутого напряжения на аккумуляторе и вовремя его отключить.

Следует помнить, что в блоке питания установлены конденсаторы большой ёмкости, накопленной энергии которых достаточно, чтобы дополнительно повредить подключённую внешнюю аппаратуру или ремонтируемое устройство, если в них имеются неисправности или ошибочные соединения. Во избежание таких проблем внешнюю нагрузку подключают при нулевом напряжении на выходе, а затем плавно его увеличивают до требуемого значения. Если внешнее устройство не допускает плавную подачу рабочего напряжения, сначала устанавливают требуемое выходное напряжение и ограничение тока, затем выключают блок питания и, подождав около 10 с для разрядки конденсаторов выпрямителя, подключают нагрузку, а затем вновь включают устройство.

Чертёж печатной платы находится здесь.

Автор: В. Кравцов, г. Новороссийск Краснодарского края

Мнения читателей
  • Константин/04.12.2023 - 16:04

    Мне кажется что между тиристорами и сглаживающими конденсаторами нужно установить дроссель для снижения ударных токовых нагрузок на тиристоры и втооричную обмотку трансформатора. Хочу собрать данный БП на ток до 20-25Ампер.

Electronic Components Distributor - HQonline Electronics