|
Источник питания (ИП), о котором рассказывается в статье, — усовершенствованный вариант аналогичного устройства, описанного в "Радио", 2008, № 12, с. 28, 29 (Нечаев И. "Блок питания на основе понижающего трансформатора галогенных ламп"). Он также собран на основе трансформатора для питания низковольтных галогенных ламп, но в отличие от прежней конструкции может работать в режиме стабилизации выходного тока, что позволяет использовать его для зарядки аккумуляторов различных типов и составленных из них батарей. Новый ИП снабжен встроенным цифровым измерительным прибором, который используется не только для измерения выходных напряжения и тока, но и как автономный вольтметр, что удобно при налаживании и проверке различной радиоэлектронной аппаратуры.
Предлагаемый сетевой ИП предназначен для питания различных радиоэлектронных устройств с контролем выходного напряжения, тока нагрузки и напряжения пульсаций. Прибор отличается малыми габаритами, поэтому для отвода выделяемого тепла в нем применено принудительное воздушное охлаждение.
Основные технические характеристики
Входное напряжение, В ..........220
Пределы регулирования выходного напряжения, В ......0...12
Пределы регулирования выходного тока, А...........0,1...2,5
Пределы измерения напряжения встроенного вольтметра, В.................0...19,99
Входное сопротивление
вольтметра, МОм..............10
Габариты ИП (без выступающих элементов), мм ...145x50x100
Схема ИП показана на рис. 1. Переменное напряжение обмотки II сетевого трансформатора Т1 выпрямляется диодным мостом VD1—VD4, конденсаторы СЗ, С4 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения. Светодиод HL1 — индикатор включения. На микросхеме DA5 собран регулируемый стабилизатор, на транзисторе VT2 и светодио-де HL2 — индикатор пульсаций выходного напряжения.
Микросхема параллельного стабилизатора DA2 использована в качестве источника образцового напряжения для узла управления вентилятором М1 (VT1) и стабилизатора (ограничителя) выходного тока. В состав последнего входят резистивный датчик тока R11, усилитель постоянного тока (DA4.1), дифференциальный усилитель (DA4.2) и усилительный каскад (VT3) — эти узлы управляют стабилизатором напряжения DA5.
Для измерения напряжения на нагрузке и потребляемого ею тока применена цифровая измерительная головка PMLCDL фирмы Velleman (PV1), представляющая собой вольтметр постоянного тока с ЖК индикатором (3,5 разряда). Предел измерения выбирают установкой проволочных перемычек на ее плате и резистивных делителей на входе. Для питания головки необходим источник стабилизированного напряжения 7...12 В, не имеющий гальванической связи с элементами контролируемой цепи. Потребляемый головкой ток не превышает 1 мА.
В положении "I" переключателя SA2.1 вход головки PV1 (выводы 1 и 2) через делитель R12R13 подключен к выходу усилителя постоянного тока на ОУ DA4.1. Его выходное напряжение зависит от падения напряжения на датчике тока R11 и коэффициента усиления, определяемого отношением сопротивлений резисторов R10, R14, которые образуют цепь ООС, охватывающей ОУ. При переводе переключателя в положение "U" головка через тот же делитель подключается к выводу 2 стабилизатора DA5 и измеряет выходное напряжение ИП, а в положение "ивнешн." — к гнезду XS3, на которое подают контролируемое напряжение в цепях питаемого от ИП устройства.
Если предполагается измерять напряжение в цепях, гальваническая связь которых с общим проводом ИП недопустима, переключатель необходимо дополнить второй секцией (SA2.2) и ввести еще одно гнездо (XS4), подключив их, как показано на схеме штриховыми линиями (не забудьте при этом разорвать соединение с общим проводом в точке А). После такой доработки в первых двух положениях переключателя вход IN-(вывод 2) измерительной головки, как и прежде, соединен с общим проводом ИП, а в третьем ("Uвнешн.") эта связь будет разрываться. Контролируемое напряжение подают на гнезда XS3 и XS4.
На микросхеме DA1 выполнен преобразователь с выходными напряжениями -1,25 и +9 В. Устройство собрано по известной схеме с инвертированием напряжения, но в качестве накопительного дросселя использована обмотка I трансформатора Т2. Возникающие на ней импульсы напряжения отрицательной полярности выпрямляются диодом VD6, и выпрямленное напряжение (-1,25 В) стабилизируется микросхемой DA1. Через фильтр L1C10 оно поступает на эмиттер транзистора VT3 и переменный резистор R20, благодаря чему устанавливаемое им минимальное выходное напряжение равно 0. Напряжение обмотки II выпрямляется диодом VD5, выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором С5 и поступает на вход микросхемы DA3. Снимаемое с ее выхода стабилизированное напряжение 9 В используется для питания головки PV1.
В режиме стабилизации выходного напряжения, когда на инвертирующем входе (вывод 6) ОУ DA4.2 напряжение больше, чем на неинвертирующем (вывод 5), а на выходе (вывод 7) близко к нулю, светодиод HL3 не горит, транзистор VT3 закрыт и не шунтирует переменный резистор R20. При увеличении выходного тока напряжение на выходе ОУ DA4.1 и соединенном с ним неинвертирующем входе ОУ DA4.2 возрастает (из-за увеличения падения напряжения на резисторе R11), и когда оно превысит напряжение на инвертирующем входе, увеличится напряжение и на его выходе. Светодиод HL3 начнет светить, а транзистор VT3, открываясь, шунтирует резистор R20, в результате чего выходное напряжение уменьшится. Так устройство поддерживает постоянным выходной ток, когда он превысит заранее установленное значение, которое изменяют переменным резистором R3. Горящий светодиод HL3 индицирует переход ИП в режим стабилизации тока.
Индикатор пульсаций на транзисторе VT2 работает так. В отсутствие пульсаций выходного напряжения транзистор открыт и напряжение на его коллекторе немного меньше необходимого для свечения свето-диода HL2. При появлении пульсаций переменная составляющая через конденсатор С8 и резистор R6 поступает на базу транзистора VT2, и при ее отрицательных полуволнах он закрывается, напряжение на его коллекторе возрастает и светодиод HL1 вспыхивает. Поскольку частота пульсаций достаточно велика (100 Гц), его свечение воспринимается как непрерывное. Порог срабатывания индикатора зависит от введенного в цепь базы сопротивления подстроечного резистора R7.
Узел управления вентилятором М1 собран, как упоминалось, на транзисторе VT1. Терморезистор RK1 с отрицательным ТКС, образующий вместе с подстроечным резистором R5 делитель образцового напряжения, подаваемого на базу транзистора, находится в тепловом контакте с теплоотводом, на котором закреплен стабилизатор напряжения DA5. По мере нагрева тепло-отвода сопротивление терморезистора уменьшается, транзистор VT1 открывается и на вентилятор М1 поступает питающее напряжение — его крыльчатка начинает вращаться, и с тем большей частотой, чем выше температура. После остывания теплоотвода транзистор VT1 закрывается и вентилятор перестает работать.
Большинство деталей ИП монтируют на двух печатных платах, изготовленных из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм. На одной из них (рис. 2) устанавливают диоды VD1—VD4 и конденсаторы СЗ, С4, на другой (рис. 3) — все остальные детали, кроме органов присоединения, управления, контроля и некоторых других. Монтаж ведут на стороне печатных проводников.
Основная плата (рис. 3) рассчитана на применение постоянных резисторов для поверхностного монтажа РН1-12 типоразмера 1206. Исключение — резистор R11, который составлен из десяти соединенных параллельно резисторов типоразмера 2512 сопротивлением 0,1 Ом (на плате их монтируют в два этажа). Резисторы R12, R13 — МЛТ, Р1-4, С2-23 (R13 составлен из нескольких, соединенных последовательно), подстроечные R5, R7, R14 — типоразмера 3303 фирмы BOURNS. Терморезистор RK1 — ММТ-1, переменные резисторы R3, R20 — СПО, СП4-1. Конденсаторы С5—С9 — танта-ловые для поверхностного монтажа, СЗ, С4, С10, С14 — оксидные импортные для обычного монтажа (например, серии ТК фирмы Jamicon), остальные — керамические К10-17 или аналогичные импортные. Дроссель L1 — СМ322522 для поверхностного монтажа типоразмера 1206 (индуктивность — 68...220 мкГн), трансформатор Т1 — для галогенных ламп мощностью 40...50 Вт. Трансформатор Т2 наматывают на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х10х5 из феррита 2000НМ, его обмотки содержат по 30 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25...0,3 мм. Выключатель питания — B100G (SWR41), переключатель SA2 — движковый на три положения и одно или два направления, например SP112-DP3T. Кроме указанных на схеме, в выпрямителе можно применить любые другие диоды Шотки с допустимым прямым током не менее 3 А и обратным напряжением не менее 40 В.
Гнезда XS1—XS3, светодиоды HL1 — HL3, переменные резисторы R3, R20, постоянные R12, R13, конденсатор С14, выключатель питания SA1, переключатель SA2 и измерительную головку PV1 устанавливают на передней панели корпуса, держатель плавкой вставки FU1 — на задней. Трансформатор Т2 и конденсатор С10 приклеивают к основной плате на стороне, свободной от деталей.
Для охлаждения микросхемы стабилизатора DA5 применен ребристый теплоотвод с вентилятором (габариты последнего — 50x50x20 мм) от микропроцессора персонального компьютера. Рекомендуемое размещение деталей этого узла в корпусе ИП показано на рис. 4. Теплоотвод 7 должен быть изолирован от других элементов, в том числе и от корпуса 1. Микросхему 5 (DA5) закрепляют на теплоотводе винтом 6, в непосредственной близости от него эпоксидным клеем приклеивают терморезистор RK1. Таким же клеем приклеивают к теплоотводу основную плату 4 и соединяют ее короткими проводами с выводами микросхемы и терморезистора. Вентилятор 2 устанавливают "наоборот", чтобы поток воздуха был направлен от теплоотвода. В верхней части обечайки корпуса 1, напротив вентилятора, и в ее боковых стенках сверлят вентиляционные отверстия. По краям (по периметру) вентилятора приклеивают полосу поролона 3, чтобы воздух всасывался через боковые отверстия и, пройдя между ребрами теплоотвода, выходил через верхние. Смонтированную плату выпрямителя приклеивают эпоксидным клеем к трансформатору Т1. Внешний вид ИП показан на рис. 5.
Налаживают устройство в такой последовательности. Установив движки подстроенных резисторов R5, R7, R14 в среднее положение, включают устройство и проверяют выходные напряжения -1,25 и +9 В преобразователя на микросхеме DA1. Затем к выходу ИП подключают образцовый вольтметр с пределом измерения 15—20 В и проверяют пределы регулирования выходного напряжения переменным резистором R20. После этого устанавливают на выходе напряжение 10В, переводят переключатель SA2 в положение "U" и сравнивают показания образцового вольтметра и измерительной головки PV1. При необходимости ее калибруют подстроечным резистором, расположенным на ее печатной плате.
Далее к выходу ИП подключают соединенные последовательно нагрузочный резистор сопротивлением 5... 10 Ом с рассеиваемой мощностью 10 Вт и образцовый амперметр с пределом измерения 2...3 А. Установив выходной ток 1 А, переводят переключатель SA2 в положение "I" и подстроечным резистором R14 уравнивают показания амперметра и головки. Включения вентилятора при заданной температуре теплоотвода (например, +45 °С) добиваются изменением сопротивления подстроечного резистора R5.
Порог срабатывания индикатора пульсаций устанавливают подстроечным резистором R7. Его движок вначале переводят в нижнее (по схеме) положение, при этом светодиод HL2 должен погаснуть. Затем, установив на выходе ИП максимальное напряжение, подключают к нему осциллограф и включенный реостатом проволочный переменный резистор сопротивлением 10...15 Ом с рассеиваемой мощностью не менее 30 Вт (СП5-30, ППБ-50). Плавно уменьшая сопротивление нагрузки, добиваются пульсаций выходного напряжения амплитудой 70...100мВ, а затем перемещением движка подстроечного резистора R7 — зажигания светодиода HL2. После отключения нагрузки он должен гаснуть.
При зарядке аккумуляторной батареи сначала устанавливают напряжение, до которого ее необходимо зарядить, а после ее подключения — ток зарядки. По мере зарядки напряжение батареи возрастает. Когда зарядный ток станет меньше установленного, устройство перейдет в режим стабилизации напряжения и зарядка продолжится плавно уменьшающимся током. Это исключит перезарядку батареи.
Радио №5, 2009
И. НЕЧАЕВ, г. Москва |
|
