Мощный источник питания АБК11-18-5

Этот источник питания с нестабилизированными выходными напряжениями постоянного то­ка может работать в двух режимах: как двухпо­лярный источник питания с выходными напряже­ниями +17,5 В и -17,5 В при максимальном токе нагрузки 3 А в обоих каналах одновременно или как однополярный с выходным напряжением +18 В при максимальном токе нагрузки 5 А.

Устройство может использоваться для пита­ния усилителей звуковой частоты, электропаяль­ников, преобразователей напряжения, электро­инструментов или быть базовой конструкцией для питания линейных и импульсных стабилиза­торов напряжения, например [1-2], мощных за­рядных устройств, мощных светодиодных осве­тительных установок. Принципиальная схема ус­тройства показана на рис.1. Напряжение сети 230 В/50 Гц переменного тока поступает на пер­вичную обмотку сетевого понижающего транс­форматора Т1 через плавкий предохранитель FU1, двухобмоточный дроссель L1, замкнутые контакты выключателя SA1, терморезистор RT1, помехоподавляющий конденсатор С1. Варистор RU1 защищает устройство от всплесков напря­жения сети. Кратковременные всплески напря­жения сети 230 В, которые миновали LC-фильтр, варистор подавляет без вреда для себя, при про­должительных всплесках сетевого напряжения, он может оказаться пробитым, что приведет к пе­регоранию предохранителя FU1.

Рис. 1

Понижающий трансформатор имеет две силь­ноточные вторичные обмотки. Верхняя по схеме вторичная обмотка питает выпрямитель напряже­ния +17,5 В. Напряжение переменного тока 16 В поступает на мостовой диодный выпрямитель VD3. Конденсаторы С10, С12 сглаживают пульса­ции выпрямленного напряжения. Значения напря­жений указаны при токе нагрузки 3 А. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходно­го напряжения. Датчик выходного тока канала по­ложительного напряжения реализован на прово­лочных резисторах R9-R12, защитном диоде VD5, токоограничительном резисторе R3 и микроам­перметре РА1. Терморезистор RT1 с отрицатель­ным ТКС уменьшает бросок тока через контакты выключателя, обмотки трансформатора, диодные мосты и конденсаторы фильтра выпрямленного напряжения при включении питания сети.

Канал выходного напряжения -17,5 В работа­ет аналогично каналу напряжения положитель­ной полярности. Переключателем SB2 можно пе­реключить режим работы источника питания из двухканального режима в одноканальный и на оборот. При верхнем по схеме положении контак­тов переключателя SB2 источник питания рабо­тает в двухканальном режиме. При переводе кон­тактов в нижнее положение, оба канала источни­ка питания соединяются параллельно, при этом он будет работать в «усиленном» одноканальном режиме. Переключателем SA1 можно выбрать, в каком канале микроамперметр РА1 будет изме­рять ток. В конструкции используется микроам­перметр с нулевым значением посередине шка­лы. Микроамперметр подключен таким образом, что стрелка отклоняется влево при измерении тока напряжения отрицательной полярности и вправо при измерении тока напряжения канала положительной полярности. Диоды VD1, VD2 за­щищают микроамперметр от перегрузки.

Устройство не имеет специальной защиты от перегрузки выходов, поскольку при коротком за­мыкании на выходе перегорит предохранитель FU1, а перегрузку будет видно по положению стрелки РА1. Для дополнительной защиты уст­ройства от повреждений, при желании, в разрыв цепи между вторичными обмотками и выпрями­тельными мостами можно установить полимер­ные самовосстанавливающиеся предохранители на ток  4 А типа LP30-400, LP60-375 или MF-R400. Кроме винтовых гнезд для подключения нагрузки устройство также оснащено гнездом СГ5 для подключения нагрузок, суммарный ток которых при подключении к этому гнезду не должен пре­вышать 2 А.

Конструкция и детали

Рис. 2

Вид на монтаж сверху показан на рис.2, вид снизу — на рис.3. Устройство было смонтировано в корпусе размерами 172x150x122 мм (см. фото в на­чале статьи). Использован готовый корпус от из мерительного прибора ИМПИ-3. Корпус допол­нен пластмассовыми ножками высотой 8 мм, что улучшает его охлаждение. Задняя стенка замене­на перфорированной вентиляционными отвер­стиями металлической пластиной, на которой за­креплен держатель ДВП-7 для плавкого предохранителя длиной 30 мм. В верхней и нижней стенке корпуса в зоне установки понижающего трансформатора просверлено по 33 вентиляци­онных отверстия диаметром 4,5 мм. Сильноточ­ные цепи выполнены многожильными медными монтажными проводами в ПВХ изоляции с сече­нием по меди не менее 1 мм². Применение мон­тажных проводов в полиэтиленовой изоляции не допускается.

Рис. 3

В понижающем трансформаторе типа ТП100-12 используются две самые сильноточные обмотки, номера их выводов указаны на рис.1. При само­стоятельном изготовлении трансформатора можно применить Ш-образный сердечник с пло­щадью центрального керна 14 см², первичная об­мотка содержит 800 витков провода ПЭВ-2 диа­метром 0,43 мм, вторичные обмотки — по 68 вит­ков такого же провода диаметром 1,2 мм. Изго­товленный таким образом трансформатор будет иметь малый ток «холостого хода», но относи­тельно большие габариты. Для уменьшения габа­ритов самодельного трансформатора можно воспользоваться броневым ленточным сердеч­ником с параметрами: толщина магнитопровода 30 мм, ширина магнитопровода 25 мм, толщина ста­ли 0,2 мм, ширина окна 30 мм, высота окна 50 мм. Первичная обмотка такого трансформатора бу­дет содержать 800 витков провода ПЭВ-2 диаме­тром 0,5 мм, вторичные обмотки — по 62 витка провода диаметром 1,2 мм. Все обмотки намота­ны равномерно попарно на каждом каркасе.

Резисторы R5-R12 проволочные типа С5-16МВ. Терморезистор ЯТ1 типа ІМТСЗЗ с отрицательным ТКС сопротивлением 33 Ом в холодном состоянии можно заменить любым аналогичным резистором сопротивлением 10…47 Ом, например, подойдет терморезистор из компьютерного источника пита­ния, монитора. Варистор МУС20-431 можно заме­нить РМР-20К431, РМР-20К471. Остальные резис­торы МЛТ, ОМЛТ, С1-4, С1-14, С2-23.

Конденсатор С1 проходной 4-выводный типа К73-21Б на рабочее напряжение переменного то­ка 250 В и максимальный проходной ток 6,3 А. При отсутствии такого или подобного конденса­тора его можно заменить обычным полиэтилен- терефталатным К73-17, К73-24 на рабочее на­пряжение 630 В. Конденсаторы С2-С9 любые ке­рамические или пленочные на рабочее напряжение не менее 50 В. Конденсаторы С10-С13 ок­сидные К50-24, К50-35, К50-68 или импортные аналоги. Поскольку конденсаторы фильтров вы­прямленных напряжений работают при относи­тельно большом токе, для уменьшения их нагре­ва и повышения надежности конструкции необ­ходимо включать несколько таких «тонковывод­ных» конденсаторов параллельно. При наличии достаточного количества свободного места в корпусе для уменьшения пульсаций выходных напряжений желательно увеличить емкость кон­денсаторов фильтра, установив еще по 1-2 до­полнительных конденсатора параллельно СЮ, С12 и С11, С13. Также можно применить в каж­дом канале по одному оксидному конденсатору типа К50-18 на 10000 мкФ 50 В, но такие конден­саторы имеют большие габариты — 100×43 мм без учета длины винтовых выводов.

Диоды КД202К можно заменить любыми из серий КД202, КД242-КД247, подойдут диоды с прямым падением напряжения не менее 0,5 В при токе 1 мА. Более высоковольтные диоды обычно имеют большее прямое падение напряжения. Если подобрать подходящие диоды не получится, то на место резисторов R5-R12 нуж­но установить такие же резисторы, но сопротивле­нием 0,33 Ом, что потребует также установки ре­зисторов R3, R4 меньшего сопротивления. Диод­ные выпрямительные мосты размещены на дюра­люминиевой теплоотводящей пластине размера­ми 137x95x2 мм. Вместо КВ116М можно применить любые диодные мосты из серий КВиб, ВР605, КВРС601-КВРС610, РБ801-Р5807, КВ118. Диоды VD1, VD2, которые шунтируют рамку микроам­перметра, должны быть маломощными германи­евыми, например, Д9, Д18 при напряжении пол­ного отклонения стрелки не более 120 мВ или маломощными кремниевыми при большем на­пряжении.

На месте микроамперметра в приборе ИМПИ-3 был установлен микроамперметр неизвестной марки, подвижная рамка которого имеет сопро­тивление 1,56 кОм. Можно применить другие ми­кроамперметры с «нулем» посередине шкалы, например, М494, М2001, М4200. Также вместо одного микроамперметра можно применить пару приборов с «нулем» в начале шкалы, в этом слу­чае переключатель SB1 не потребуется.

Светодиоды АЛ307П-К красного цвета свече­ния можно заменить любыми аналогичными, на­пример, КИПД66 Г-К, RL52-SR113.

Дроссель L1 содержит 5 витков сетевого про­вода, намотанных челночным способом на ферритовом цилиндре длиной 30 мм и диаметром 12 мм.

Переключатели SВ1, SА1 — тумблеры ТП1-2 на коммутируемый ток 2 А. Переключатель SВ2 — аналогичный импортный тумблер на коммутируе­мый ток 5 А.

Потребляемый от сети ток «холостого хода» с трансформатором указанного на схеме типа око­ло 38 мА, выходные напряжения «холостого хода» около 21 В при напряжении сети 230 В. При ком­поновке узлов следует учитывать возможный сильный нагрев терморезистора РТ1, что являет­ся его нормальным состоянием, и вероятность самовозгорания варистора RU1, которая может произойти при повышении сетевого напряжения до 280 В и более. Переключать режимы работы источника питания при подключенной нагрузке можно только после отключения нагрузки или по­сле отключения сетевого питания выключателем SA1. Если от этого ИП питается какое-либо электронное устройство, например УМЗЧ, импульс­ный стабилизатор, то на входе питания, несмотря на наличие конденсаторов фильтра С10-С13, оно должно иметь собственные блокировочные кон­денсаторы емкостью от 1000 мкФ на каждый 1 А потребляемого тока. Поскольку предполагается дальнейшее развитие этой конструкции, ей при­своено авторское идентификационное название АБК11-18-5.

Литература

1. Бутов А.Л. Экономичный стабилизатор на­пряжения // Электрик. — 2008. — №11-12. — С.81-82.
2. Бутов А.Л. Импульсный стабилизатор для сетевого адаптера//Электрик. -2010. -№1-2. — С.60-61.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Источник: Радиоаматор №9/2016