Компактный регулируемый источник питания

В статье описывается как доработать малогабаритный серийный ИП типа БП9/4 для увеличения его выходного тока и обеспечения регулировки выходного напряжения.

Источник питания промышленного изготовления БП9/4 рассчитан на фиксированное выходное стабилизированное напряжение 9 5 постоянного тока (макс. 0,35 А), размеры корпуса 115x45x55 мм. Это устройство входило в комплект отечественного переносного кассетного аудиомагнитофона «Весна 31 ОС-1». Такой источник питания можно приспосо­бить для питания других устройств.

С монтажной платы промышленного изделия были уда­лены все элементы, кроме понижающего трансформатора. Также с помощью разогретого паяльника и пинцета с печат­ной платы были удалены почти все печатные дорожки. При испытаниях понижающего трансформатора выяснилось, что он способен длительное время отдавать в нагрузку ток 0,7 А без перегрева. Поэтому было решено по новой принципиаль­ной схеме изготовить другой источник питания, обеспечива­ющий выходное регулируемое стабилизированное напряже­ние 5… 10 В при постоянном токе нагрузки до 0,7 А. Крат­ковременно доработанный источник питания может отда­вать в нагрузку ток до 1 А.

Принципиальная схема устройства показана на рис.1. На­пряжение сети переменного тока 220 В поступает на первич­ную обметку понижающего трансформатора Т1 через защит­ный резистор R1. Этот резистор был установлен на монтаж­ной плате на том месте, где ранее стоял предохранитель. С вторичной обмотки Т1 напряжение переменного тока около 14 В через полимерный самовосстанавливающийся предо­хранитель FU1 поступает на мостовой диодный выпрямитель, выполненный на диодах Шотки VD1, VD2, VD4, VD5. Для уменьшения падения прямого напряжения и повышения на­дёжности устройства в мостовом выпрямителе применены относительно мощные диоды. Конденсатор большой ёмкости С7 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Рис. 1

Интегральная микросхема DA1 представляет собой мало­мощный регулируемый стабилитрон. На её основе удобно строить различные стабилизаторы напряжения компенсаци­онного типа высокого качества. Рабочее напряжение этого регулируемого стабилитрона зависит от напряжения на уп­равляющем выводе 1, которое всегда стремится быть на уров­не 2,5 В. Если по каким-то причинам это напряжение повы­сится, то напряжение между выводами 2 и 3 DA1 понижа­ется. Соответственно, понизится напряжение на истоке тран­зистора VT1 и на выходе источника питания. Выходное на­пряжение БП регулируют переменным резистором R4. Кон­денсатор С11 предотвращает самовозбуждение DA1. Резисторы R3, R5, ограничивают диапазон регулировки выходного на­пряжения.

На мощном полевом n-канальном транзисторе VT1 с ма­лым сопротивлением открытого канала выполнен истоковый повторитель напряжения. Для работы таких транзисторов в составе регулируемых стабилизаторов напряжения положи­тельной полярности желательно иметь маломощный источник постоянного напряжения, которое было бы не менее чем на 5… 10 В больше максимального напряжения нагрузки. В этом устройстве такое напряжение получается с помощью умно­жителя напряжения, собранного на оксидных конденсаторах С1, С4, защитных диодах VD3, VD6, выпрямительных диодах VD7, VD8. Конденсатор С8 сглаживает пульсации напряже­ния +35 В постоянного тока. При выходном напряжении 5 В при отсутствии подключенной к блоку питания нагрузки, ток через анод-катод регулируемого стабилитрона DA1 составля­ет около 6 мА. Стабилитрон VD9 защищает затвор полевого транзистора от пробоя. Светодиод HL1 светится при нали­чии выходного напряжения.

Конструкция и детали

Вид на монтаж готового устройства показан на рис.2, а внешний вид устройства в сборе — на фото в начале статьи.

Рис. 2

Резистор R1 желательно применить невозгораемый типа Р1-7-1 или импортный разрывной. Переменный резистор R4 импортный малогабаритный с пластмассовой регулировочной осью, приклеен к корпусу устройства. Применён переменный резистор с фиксатором положения оси в среднем положении, что соответствовало выходному напряжению ИП 7,5 В. Остальные резисторы С1-4, С1-14, С2-23, МЛТ, РПМ.

Диоды Шотки 1N5822 можно заменить SR306, КД268Б, КД268БС. Маломощные диоды КД522А можно заменить любы­ми из серий КД510, КД521. Вместо стабилитрона BZV55C-15 можно применить BZX55C-15.

Транзистор VT1 типа CEB603AL рассчитан на максималь­ный постоянный ток нагрузки до 25 А, максимальное напряжение сток-исток 30 В, максимальную рассеиваемую мощ­ность 60 Вт, имеет сопротивление открытого канала не бо­лее 0,04 Ом при напряжении затвор-исток 4,5 В. В этой конструкции его можно заменить CEP603AL, CEP6030AL, CEB6030AL, STB3020L, STP3020L, BUZ11, STVHD90FI, IRFZ40, IRFZ42. Полевой транзистор устанавливают на дюралюмини­евый теплоотвод 60x45x3 мм. Для уменьшения теплового со­противления корпус транзистора — теплоотвод применяется теплопроводная паста КПТ-8. Вместо микросхемы TL431 мож­но применить аналогичные L5431, LM431, AZ431. Цоколёвка выводов полевых транзисторов и микросхем показана на рис.3.

Рис. 3

При сборке устройства «с чистого листа» в качестве по­нижающего трансформатора можно применить ТП8-5-220-50 или ТП114-4. При самостоятельном изготовлении понижаю­щего трансформатора подойдёт Ш-образный магнитопровод с площадью центрального керна 4,5 см². Первичная обмот­ка должна содержать 2570 витков обмоточного провода ди­аметром 0,14 мм. Вторичную обмотку наматывают проводом 0,53 мм, она содержит 160 витков. Между обмотками трансформатора прокладывают несколько слоев изоляции лакотканью, лавсановой плёнки или электрокартона. Полимер­ный самовосстанавливающийся предохранитель MF-R075 мож­но заменить LP60-065, LP60-075. Этот предохранитель же­лательно установить как можно ближе к понижающему трансформатору или теплоотводу, но так, чтобы его корпус не со­прикасался с этими и другими элементами конструкции.

Корпус исходного устройства вы­полнен в форм-факторе «активная се­тевая вилка», что, учитывая вес и га­бариты устройства, неудобно для его эксплуатации, поэтому контактные шты­ри для подключения к розетке 220 В срезаны, а вместо них источник пита­ния оснащён обычным соединительным шнуром с сетевой вилкой. В пластмас­совом корпусе источника питания про­сверливают около сотни вентиляцион­ных отверстий диаметром 3 мм.

Безошибочно изготовленное из ис­правных деталей устройство начинает

работать сразу. Подбором резисторов R3 и R5 можно уста­новить верхнюю и нижнюю границы регулировки выходного напряжения.

Литература

1. Бутов А.Л. Мощный линейный лабораторный блок пита­ния в мыльнице // Электрик. — 2009. — №7-8. — С.54-56.
2. Бутов А.Л. Зарядно-питающее устройство на ИМС L4960 // Электрик. — 2010. — №7-8. — С.56-58.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.