Сигнализатор аварийных режимов работы источника питания

В ходе эксплуатации лабораторного источника питания нередко возникают различные нештатные ситуации, когда работающий источник питания оказывается в режимах работы, близких к крити­ческим, например, из-за перегрузки, короткого замыкания в цепи нагрузки или перегрева сило­вого трансформатора и т.п.

Чтобы исключить длительную работу ИП в ре­жимах, близких к критическим, и, тем самым, уве­личить его срок службы или предотвратить фа­тальный выход из строя, источник питания можно оснастить несложным сигнальным устройством.

Принципиальная схема сигнализатора пред­ставлена на рис.1. Устройство предназначено для модернизации источников питания, содержащих силовой трансформатор и линейный или импульс­ный стабилизатор напряжения с узлом защиты от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки. Большинство линейных и импульсных стабилизато­ров напряжения, имеющих защитные узлы, при пе­регрузке работают в режиме ограничения выходно­го тока, что при длительном нахождении ИП в таком режиме может из-за перегрева привести к выходу из строя понижающего трансформатора и, или дру­гих узлов ИП. Встроенные в интегральные микро­схемы узлы термозащиты обычно не оправдывают своего предназначения. Предлагаемый для повто­рения сигнализатор подаёт звуковой сигнал при ко­ротком замыкании на выходе ИП и световой и зву­ковой сигнал при перегреве ИП.

Это устройство является переработкой конст­рукций [1-2]. При эксплуатации сигнализаторов «предыдущего поколения», постепенно выяви­лась одна особенность их использования — в дневное время эти сигнализаторы КЗ, не причи­няли каких бы то ни было неудобств, но в ночное время, когда слух обычно обострён, внезапное включение сигнализатора с резким звучанием заставляет вздрагивать даже очень крепких и вы­носливых людей.

Сигнализатор аварийных режимов работы ИП, выполненный по схеме рис.1, о возникновении ко­роткого замыкания известит вас двухтональным сигналом, а при перегреве ИП звуковой сигнал бу­дет мелодичным трёхтональным. Таким образом, по характеру звучания сигнализатора можно будет сразу определить тип нештатной ситуации. Если одновременно будут присутствовать обе аварий­ные ситуации, то звучание сигнализатора будет трёхтональным.

«Сердцем» сигнализатора является специализи­рованная интегральная микросхема КР1008ВЖ4, основное назначение которой — работа в составе вызывного устройства для проводного телефонно­го аппарата. Микросхема позволяет создавать на своей основе двух и трёхтональные сигнализаторы с режимом ступенчатого нарастания громкости. В качестве нагрузки к выходам ИМС подключается пассивный пьезокерамический звукоизлучатель.

Сигнализатор подключают к источнику питания в соответствии с принципиальной схемой, на кото­рой дорабатываемый ИП обведён жирной чертой. Если короткое замыкание и перегрев отсутствуют, то транзистор VT2 открыт, на выв. 11 DA1 лог. 0, ра­бота генераторов DA1 заторможена, сигнализатор молчит. В то же время, поскольку сопротивление терморезистора с отрицательным ТКС RT1 относи­тельно велико, транзистор VT3 открыт, VT4 закрыт, VT5 открыт, на выв. 10 DA1 лог. 0. Если напряжение на выходе стабилизатора упадёт ниже 0,7… 1 В, VT2 закроется, высокий уровень на входе блокировки ВС (вывод 11 DA1) разрешит работу генераторов DA1, звукоизлучатель НА1 начнёт издавать двухто­нальный звуковой сигнал. При лог. 0 на выв. 10 DA1 микросхема работает в режиме деления частоты тонального генератора на 24 и 30. Частота смены коэффициентов деления DA1 задаётся R15 и С5, при указанных на схеме сопротивлении и ёмкости этих элементов составляет около 3 Гц.

Если короткого замыкания на выходе ИП нет, но он перегреется, то из-за уменьшения сопротивле­ния терморезистора RT1 транзистор VT3 закроет­ся, VT1 и VT4 откроются, VT2 и VT5 закроются. Ра­бота генераторов DA1 разблокируется, пьезокерамический излучатель НА1 будет изда­вать трёхтональный звуковой сигнал. Поскольку на выв. 10 DA1 будет лог. 1, микросхема будет чере­довать коэффициенты деления частоты тонально­го генератора в порядке 20, 30, 24. Дополнитель­но о состоянии перегрева ИП информирует светящийся светодиод HL1. Транзисторы VT3, VT4 включены по схеме триггера Шмитта, что обеспечивает работу транзисторов VT1, VT3, VT4, VT5 в ключевом режиме. Конденсаторы С1 и С2 предотвращают некорректную работу сигнализа­тора из-за возможных помех и наводок.

На транзисторе VT6, а также VD1, VD2, R11, R12, СЗ, С4, С7 собран параметрический стабилизатор на выходное напряжение около 12 В, которое ис­пользуется для питания сигнализатора. Ток, по­требляемый сигнализатором от источника питания при входном напряжении питания 18 В, составля­ет около 3 мА когда сигнализатор заторможен или около 7 мА когда сигнализатор световым и звуко­вым сигналами информирует о перегреве. Выход­ное напряжение стабилизации параметрического стабилизатора задаётся суммарным рабочим на­пряжением последовательно включенных стаби­литронов VD1, VD2. Резистор R11 ограничивает рассеиваемую VT6 мощность.

Конструкция и детали

Сигнализатор можно смонтировать на печатной плате размерами 65×33 мм, эскиз которой пока­зан на рис.2. На плате смонтированы все элемен­ты, кроме терморезистора и светодиода.

Постоянные резисторы можно применить типов С1-4, С1 -10, С1 -14, С2-23, МЛТ, РПМ или SMD для поверхностного монтажа. Мощность резисто­ра R11 должна быть не менее рассеиваемой на нём мощности при включенных звуковом и свето­вом сигналах. Подстроенный резистор R5 — ма­логабаритный импортный 638АА473, 138J784. Применение отечественных «бескорпусных» под строенных резисторов, например, СПЗ-38 нежела­тельно по причине их очень низкой надёжности.

Терморезистор RT1 — любой малогабаритный с отрицательным ТКС с сопротивлением 5…10 кОм при комнатной температуре. Автор применил тер­морезистор из шагового электродвигателя от ма­тричного принтера.

Неполярные конденсаторы К10-17, К10-50, SMD или аналоги. Оксидные конденсаторы К50-68, К53-19, К53-30 или аналоги. Подстроенный конденсатор — любой малогабаритный с мини­мальной ёмкостью 10… 15 пФ и максимальной 40…80 пФ.

Стабилитроны BZV55C-6V2 можно заменить на 1N4735A, TZMC-10, MTZJ6.2 или на один отечест­венный Д814Д, 2С512А, КС512А. При установке отечественного стабилитрона может потребо­ваться увеличить рабочий ток стабилитрона до 3…5 мА. Обычно импортные стабилитроны малой мощности работают при токе менее 1 мА  значи­тельно лучше отечественных без какого-либо предварительного подбора экземпляров.

Светодиод RL50-SR113 красного цвета свечения с повышенной светоотдачей можно заменить аналогичным непрерывного свечения, например, любым из серий L-1503, КИПД40, КИПД66.

Транзисторы 2SC3199 можно заменить любыми из серий КТС3199, 2SC3199, 2SC1222, 2SC1815, ВС547, КТ3102, КТ645. На их место также можно ус­тановить транзисторы в корпусах для поверхност­ного монтажа, например, SMD версия транзистора 2SC1815 или КТ3129, КТ3130 с любым буквенным индексом. Вместо 2SC2331 можно установить лю­бой транзистор из серий 2SC2383, 2SC2316, КТ815, КТ817, КТ646. Пьезокерамический излучатель зву­ка может быть, например, ЗП-5, ЗП-22, НРА-22А, НРА-17А или одна половинка от ЗП-1.

Микросхема КР1008ВЖ4, имея немало досто­инств, обладает одним недостатком — чрезвычай­ная склонность к повреждению статическим элек­тричеством.

Вид на монтаж сигнализатора показан на фото в начале статьи. На месте отсутствующих на фо­то резисторов и конденсаторов применены SMD компоненты типоразмеров 0402 и 0603.

Настройка

Тональность звучания устанавливают регули­ровкой ёмкости подстроенного конденсатора Сб. Регулировочная отвёртка должна быть с пластико­вым наконечником. Резистор R11 устанавливают такого номинала, чтобы при включенной сигнали­зации напряжение на выводе коллектора VT6 не превышало 20. ..25 В. Резистор R12 подбирают та­ким, чтобы ток через VD1, VD2 не превышал 1,5 мА. Подстроенным резистором R5 устанавливают по­рог срабатывания термодатчика.

Метод установки терморезистора RT1 зависит от разновидности источника питания. Если источ­ник питания компактный, с плотным монтажом и плохой вентиляцией корпуса, то терморезистор можно просто расположить внутри ИП поближе к силовому трансформатору, а термодатчик настро­ить на срабатывание при температуре 45…55°С. Если регулировочный элемент отечественного происхождения, термодатчик настраивают на включение при температуре теплоотвода

60…70°С. Если регулировочный элемент импорт­ного происхождения, то термодатчик настраива­ют на включение при температуре теплоотвода 70…80°С. Избегайте замыкания терморезистора на корпус теплоотвода. Монтажные провода, при­паянные к выводам терморезистора, должны быть тонкими, например, МГТФ-0,03.

Литература

1. Бутов А.Л. Сигнализатор для лабораторного блока питания. // Радиоаматор. — 2003. -№10.- С.38.
2. Бутов А.Л. Сигнализатор перегрузки блока питания. // Радиоаматор. — 2005. — № 3. — С.25.

Автор: Сергей Никулин, г. Москва

Источник: журнал Радиоаматор №7/8 2015