Стабилизатор напряжения для лабораторного блока питания

Предлагаемый несложный стабилизатор с регулируемым в широких пределах выходным напряжением и токовой защитой может быть использован как в одноканальных, так и в многока­нальных лабораторных источниках питания.

Выходное напряжение стабилизатора можно регулировать от 3 до 27 В, Наибольший ток нагрузки — 3А. Его прототипом послужил стабилизатор, описанный в статье А. Уварова «Лабо­раторный источник питания» («Радио­конструктор», 2001, № 10, с. 18—20). Самое полезное, что я увидел в этой конструкции, — не требующий отдель­ной обмотки трансформатора способ питания маломощных узлов стабилиза­тора. От оптрона в узле токовой защиты я отказался и сделал эту защиту регули­руемой.

Схема стабилизатора показана на рис. 1. Стабилизатор — компенсацион­ного типа с непрерывным регулирова­нием, регулирующий элемент — со­ставной транзистор VT4VT5. Образцо­вое напряжение формирует параметри­ческий стабилизатор на резисторе R11 и стабилитроне VD2. Его часть, снимае­мую с движка переменного резистора R12, ОУ DА4 сравнивает с частью вы­ходного напряжения стабилизатора, снимаемой с делителя из резисторов R17 и R18. Усиленный ОУ сигнал рассо­гласования управляет составным тран­зистором, поддерживая выходное на­пряжение равным заданному, которое регулируют переменным резистором R12.

Рис. 1

Маломощные узлы стабилизатора питаются от интегрального стабилиза­тора DA3. Включенный последователь­но с его общим выводом стабилитрон VD1 поднимает выходное напряжение стабилизатора VD3 до 29…30 В. Интег­ральный стабилизатор DA1 предназна­чен для питания узла токовой защиты.

При подаче на стабилизатор входно­го напряжения цепь R3C2 формирует импульс, устанавливающий триггер на элементах DD1.1 и DD1.2 в состояние, при котором полевой транзистор VT6 открыт, благодаря чему нагрузка под­ключена к выходу стабилизатора Об этом сигнализирует включённый зелё­ный светодиод HL1. ОУ DA2.1 сравнива­ет сигнал с датчика тока (резисторов R1 и R2) и пороговое напряжение, снимае­мое с движка переменного резистора 134. При превышении порога будет от­крыт подключённый к выходу ОУ тран­зистор VT1. Напряжение низкого логи­ческого уровня с его коллектора посту­пит на вывод 6 элемента DD1.2 и пере­ведёт триггер в состояние, при кото­ром полевой транзистор VT6 будет закрыт, что приведёт к отключению нагрузки от выхода стабилизатора Одновременно погаснет светодиод HL1 и включится красный светодиод НL2, сигнализируя о превышении уста­новленного переменным резистором R4 допустимою выходного тока стаби­лизатора.

После устранения причины пере­грузки нажатием на кнопку вВ1 можно возвратить триггер в исходное состоя­ние и этим вновь подключить к стабили­затору нагрузку. Учтите, что при включе­нии стабилизатора защита срабатывает от тока зарядки конденсатора С8. По­думав, я не стал дорабатывать этот узел, сохранив своеобразную индика­цию его исправности.

Рис. 2

Стабилизатор собран в основном на печатной плате размерами 97x82x1,5 мм, чертёж печатных проводников которой приведён на рис. 2, а схема располо­жения элементов — на рис. 3. Кон­денсатор С1, светодиоды НL1 и НL2 переменные резисторы R4 и R12, кноп­ка SB1 и транзистор VT5 находятся вне платы. Теплоотвод транзистора VТ5 — кулер DEEPCOOL CK-AM209 с вентиля­тором на 12 В для процессора AMD.

Рис. 3

Конденсатор С1 служит сглаживаю­щим для выпрямителя, от которого питают стабилизатор, и составлен из пяти соединенных параллельно конден­саторов К50-16 ёмкостью 2000 мкФ. Эти конденсаторы выпуска 1989 г. при­шлось формовать в течение десяти часов, постепенно повышая приложен­ное к ним напряжение до номинальных 50 В. Разумеется, предпочтительней применить в качестве С1 современные оксидные конденсаторы ёмкостью 2000 — 10000 мкФ с номинальным на­пряжением не ниже 50 В.

Изготавливать плату лучше из фольгированного материала с толщиной медного покрытия не менее 70 мкм, но в крайнем случае можно использовать и более распространённый материал с покрытием толщиной 35 мкм. На печат­ные проводники силовых цепей следует по всей длине напаять сверху медный провод диаметром не менее 1 мм.

Резисторы R1 и R2 — RX27-1 (SQE) мощностью 5 Вт. остальные — посто­янные резисторы CF-50 (С1-4). Пере­менный резистор R2 должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота оси движка. В качестве R4 применён проволочный переменный резистор ППБ-1А но возможна его замена непроволочным.

Транзисторы КТ502А можно за­менить любыми из серии КТ3107, а КТ315Б — из серии КТ3102. При этом следует обратить внимание на различия в расположении выводов Замена тран­зистора КТ815А — КТ969А или КТ503Д, это проверено на практике. Замену тран­зистора КТ819Г нужно подбирать с допу­стимым напряжением коллектор-эмит­тер более 40 В и максимальным посто­янным током коллектора не менее 5 А. Его допустимая рассеиваемая мощность (с теплоотводом) должна быть не менее 100 Вт. Полевой транзистор IRF3205 до­пускается заменить другим с n-кана­лом. имеющим как можно меньшее со­противление в открытом состоянии, и с пороговым напряжением не более 4 В. Подойдёт, например, IRL2505.

Аналог интегрального стабилизатора КР142ЕН9И — импортный 7824. Но мож­но применить и стабилизатор LM317T, для чего следует уменьшить номинал резистора R6 до 240 Ом, а стабилитрон VD1 заменить резистором сопротивле­нием 5,6 кОм. Вместо отечественных стабилитронов подойдут импортные мощностью 0,5 Вт с соответствующим напряжением стабилизации.

Для замены микросхем LM358N и КР140УД608 желательно выбирать ОУ класса «rail-to-rail». В первом случае это необходимо для успешной работы токо­вой защиты, а во втором позволит уменьшить практически до нуля мини­мальное выходное напряжение стаби­лизатора Микросхему К561ЛА7 можно заменить импортной CD4011B. Немало­важно, чтобы назначение и расположе­ние выводов микросхем, выбранных в качестве замен, было бы таким же, как у заменяемых. Это позволит не переде­лывать печатную плату.

При исправных деталях и правиль­ном монтаже стабилизатор требует минимального налаживания. Следует проверить наличие напряжения на выходах интегральных стабилизаторов DA1 и DA3 и основного стабилизатора. Затем убедиться в возможности регу­лирования выходного напряжения переменным резистором R12. Вероятно, потребуется подобрать сопротивление резистора R17, чтобы крайнее верхнее (по схеме) положение движка перемен­ного резистора R12 соответствовало выходному напряжению 27 В. При вы­полнении этой операции к выходу стабилизатора обязательно подключите нагрузку сопротивлением 100..300 Ом.

Следующая операция — проверка работы токовой защиты. К выходу ста­билизатора подключите нагрузочный резистор сопротивлением 10 Ом. Я ис­пользовал четыре резистора сопротив­лением 10 Ом и мощностью 10 Вт каж­дый, соединённых последовательно-­параллельно. Движок резистора R4 установите в крайнее правое (по схеме) положение. При плавном увеличении выходного напряжения стабилизатора токовая защита должна сработать, при этом вместо светодиода HL1 будет включён светодиод НL2. Если ток сра­батывания защиты больше (меньше) требуемого, следует увеличить (умень­шить) сопротивление резистора R5.

Работа узла защиты зависит и от сопротивления резисторов R1 и R2. Если в малом токе срабатывания нет необходимости, один из резисторов можно удалить, заменив ею проволоч­ной перемычкой. В изготовленных ста­билизаторах при двух резисторах минимальный ток срабатывания защи­ты получился равным 0,16 А, макси­мальный — 3,2 А.

Заключительные действия — изго­товление и градуировку шкалы для переменного резистора R4 выполняют с использованием нагрузочных резис­торов и амперметра.

Для создания полноценного лабора­торного блоха питания стабилизатор необходимо дополнить понижающим трансформатором и выпрямителем.

Применив трансформатор с несколь­кими вторичными обмотками и собрав нужное число описанных стабилизато­ров, можно изготовить многоканальный источник питания с несколькими гальванически развязанными и незави­симо регулируемыми выходными на­пряжениями.

В авторском варианте применён трансформатор ТС180-2, с которого удалены все вторичные обмотки, а вместо них намотаны четыре обмотки по 50 витков провода ПЭВ-2 диамет­ром 1,3 мм (по две на каждом керне магнитопровода). После сборки трансформатора каждая обмотка од­ного керна соединена последователь­но с одной из обмоток второго керна. В итоге получены две обмотки с чис­лом витков 100 и напряжением 32 В, к которым подключены выпрямитель­ные диодные мосты на ток 5 А с до­пустимым обратным напряжением 100 В.

Корпус блока питания готовый, со­стоящий из двух П-образных частей. Его размеры — 270x200x95 мм. Два одинаковых кулера с охлаждаемыми ими транзисторами установлены на задней стенке корпуса. Двигатели их вентиляторов соединены последова­тельно и подключены к одному из выпрямителей через ограничивающий ток резистор. Не показанные на схеме стрелочные вольтметры с пределом измерения 30 В, подключённые к вы­ходу каждого стабилизатора, разме­щены на передней стенке корпуса. Там же находятся органы управления, светодиоды и зажимы для подключе­ния нагрузки.

Автор: Н. САЛИМОВ, г. Ревда Свердловской обл.
Источник: Радио №5/2017