Вариант стабилизатора напряжения переменного тока

Вышел из строя стабилизатор пере­менного напряжения Mustek Power Mate 625. В процессе поиска причины неисправности оказалось, что схема прибора во многом аналогична схеме электронно-релейного регулятора, опи­санного Г. Гаджиевым в [1]. После оз­накомления с другими публикациями в журнале «Радио» было решено не ремонтировать отказавший прибор, в котором для коммутации обмоток автотрансформатора применены электро­магнитные реле, а попытаться из­готовить стабилизатор на основе элек­тронных коммутаторов [2—5]. За основу было взято устройство, описанное в [5].

Из-за отсутствия силового авто­трансформатора с таким числом отво­дов, как у применённого автором в этом устройстве (у имеющегося у меня выво­дов намного меньше), схему пришлось немного изменить (рис. 1).

Взамен шифратора на элементах микросхемы К561ЛП2 применён импортный шифра­тор CD4532B [6] в паре с дешифратором этой же серии CD4028B (аналог К561ИД1). От дополнительной стабилизации образцового напряжения с помо­щью параметрического стабилизатора (в прототипе — R4VD3) отказался — интегральный стабилизатор напряже­ния DA1 (из серии 7812) поддерживает на выходе напряжение во вполне при­емлемых пределах. Для более полного использования изменения амплитуды U_x (без потерь на масштабирование) применён стабилитрон VD1. Добавлено пороговое устройство на стабилитроне VD2 и транзисторах VT1, VT2, отключаю­щее стабилизатор от сети при превы­шении допустимого значения напряже­ния. Для упрощения налаживания дели­тели на входах компараторов, составленные из требующих подбора посто­янных резисторов, заменены многообо­ротными подстроечными резисторами R7—R10. Симисторные ключи дополне­ны так называемыми снабберами (шун­тирующими симисторы последователь­ными RC-цепями), предотвращающими ошибочные включения симисторов, которые могут произойти от сетевых помех. В остальном схема не отличает­ся от описанной в [5].

Применённый мною понижающий трансформатор Т2 имеет сетевую об­мотку с двумя отводами и две вторичные (на 44 и 48 В) с отводами от сере­дины. В стабилизаторе оставлены четыре канала управления (для города этого вполне достаточно). До окончательной сборки были сняты характеристики ав­тотрансформатора при нагрузке мощ­ностью 500 Вт в вариантах коммутации сети или нагрузки. Понижающие обмот­ки соединялись согласно с сетевой по схеме автотрансформатора. В первом варианте стабилизатора коммутирова­лась нагрузка без применения демпфи­рующих цепей. Стабилизатор работал, но сбоил (работа этого варианта со снабберными цепями не проверялась). В рабочем варианте выбрана коммута­ция обмоток с постоянным подключени­ем нагрузки. В связи с её индуктивным характером в каждом канале применена демпфирующая цепь (R27С7—R30С10).

В соответствии с техническими ха­рактеристиками микросхемы СD4028В максимальный выходной ток одного ка­нала — 10 мА, в связи с чем применены оптосимисторы МОС3063 с током вклю­чения не более 5 мА.

Для питания устройства и получения управляющего напряжения U_х использо­ван отдельный трансформатор Т1 с встроенным термопредохранителем RH01-83 (250 В, 2 А, 83 °С), обозначен­ным на схеме как FU2. FU1 — плавкая вставка в цепи первичной обмотки этого трансформатора, FU3 — восстанавли­вающийся предохранитель вышедшего из строя стабилизатора.

Типы стабилитронов VD1 и VD2 зави­сят от параметров трансформатора Т1 (в первую очередь, от его коэффициен­та трансформации). При максимальном «рабочем» напряжении сети (в данном случае 250 В) напряжение на подстроечном резисторе R11 относительно об­щего провода должно быть около 12 В (напряжение питания микросхем), а при минимальном — стабилитрон VD1 не должен выходить из режима стабилиза­ции. В авторском устройстве при сете­вом напряжении 250 В напряжение на выходе выпрямителя VD3 поднимается до 32 В, а при 170 В опускается до 24 В, поэтому в качестве VD1 применён ста­билитрон КС520В (напряжение стабилизации — 19…21 В). Для срабатывания защиты при напряжении в сети 260 В выбран стабилитрон КС210Ж (напряже­ние стабилизации— 9…11 В).

Детали устройства смонтированы на трёх печатных платах из фольгированного стеклотекстолита. Постоянные ре­зисторы — любые малогабаритные, подстроенные — многооборотные про­волочные (например, СП5-2), конден­сатор С2 — КМ, С7-С10 – К73-17, ос­тальные — оксидные импортные. Тран­зистор ВС547С заменим любым из серии КТ3102, а ВС557С — из серии КТ3107. Для коммутации обмоток трансформатора Т2 желательно приме­нить симисторы серии ВТА41, так как все их выводы изолированы от крепёж­ного фланца, и это позволяет устано­вить их без изоляции на общий тепло­отвод, который необходим при мощ­ности нагрузки более 300…500 Вт. Вместе с трансформаторами Т1, Т2 платы размещены в корпусе вышедше­го из строя стабилизатора Mustek Power Mate 625 (рис. 2).

Собранный стабилизатор поддержи­вает на питаемой нагрузке напряжение в пределах допускаемого отклонения от номинального значения (±10 %) при изменении напряжения сети от 180 до 250 В. Примерное значение сетевого напряжения индицирует один из свето­диодов HL3—HL6. При отклонении на­пряжения за указанные пределы нагрузка отключается, а на передней па­нели устройства светится один из светодиодов HL1, HL2, показывая, в какую сторону изменилось напряжение (соот­ветственно велико оно или мало).

Если трансформатор позволяет, чис­ло каналов управления можно увеличить (увеличив соответственно число компа­раторов и симисторных ячеек). Работа настройка устройства в основном не отличаются от описанных в статье [5].

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаджиев Г. Электронно-релейный регу­лятор напряжения. — Радио, 2009, № 10, с. 23.
2. Годин А. Стабилизатор переменного напряжения. — Радио, 2005, № 8, с. 33—36.
3. Озолин М. Усовершенствованный блок управления стабилизатора переменного на­пряжения. — Радио, 2006, № 7, с. 34, 35.
4. Гаджиев Г. Оптосимисторный комму­татор мощной нагрузки. — Радио, 2010, № 10, с. 33.
5. Гаджиев Г. Стабилизатор напряжения переменного тока. — Радио, 2013, № 2, с. 20,21.
6. CMOS 8-Bit Priority Encoder. — URL: http://www.ti.com/product/CD4532B/technicaldocuments (24.07.2016).

Автор: Е. Аксенов, г. Киев, Украина
Источник: Радио №11, 2016