Relay supply voltage stabilizer

The voltage regulator described in this article is made on the basis of the failed stabilizer relay type AVR-500D brand Luxeon (see photo). It consists of a regulating autotransformer from AVR-500D, power relays, Comparators and logic circuits.

If you change the mains voltage from 180 to 260 In the output voltage of the stabilizer under consideration varies in the interval from 205 to 235 In that it is quite possible to power most household appliances. Diagram of the device shown in .

Для поддержания выходного напряжения стаби­лизатора в пределах 205…235 В устройство име­ет 5 режимов (ступеней переключения выходных напряжений) в зависимости от напряжения сети:

• 210....230 V;
• 195....210;
• 180….195 В;
• 230….245 В;
• 245….260 В.

При этом контактами реле К1, К2, КЗ обмотки II и III автотрансформатора Т1 могут подключать­ся к обмотке I синфазно или противофазно напря­жению сети.

Электронная часть схемы питается от обмотки IV Т1. Напряжение с этой обмотки выпрямляется диодами VD2, VD4, сглаживается конденсатором СЗ и используется для питания транзисторных ключей VT1-VT3 и реле К1 -КЗ. Кроме того, диоды VD1 и VD3 также обеспечивают двухполупериодное выпрямление переменного напряжения с обмотки IV Т1. На катодах диодов VD1, VD3 пульси­рующее напряжение. Затем это напряжение сгла­живается фильтром R1C1 и используется для по­лучения и стабилизации напряжения питания микросхем (МС) устройства, что обеспечивается интегральным стабилизатором DA1 LM7805.

Напряжение с катодов VD1, VD3 через делитель R3R4 и ограничивающие резисторы R17-R22 по­даётся на входы компараторов DD2.1-DD2.4, DD5.1 и DD5.2. С4 – сглаживающий конденсатор.

Для получения опорного напряжения для компараторов DD2.1-DD2.4, DD5.1, DD5.2 используется па­раметрический стабилизатор на стабилитроне VD5 и резис­торе R2. Опорное напряжение со стабилитрона VD5 через регулировочные резисторы R5-R10 и ограничивающие ре­зисторы R11-R16 подаётся на вторые входы компараторов DD2.1-DD2.4, DD5.1, DD5.2. В цепь положительной обратной связи каждого компаратора включен резистор (R23-R28), который обеспечивает гисте­резис при переключении ком­параторов, и, тем самым, по­вышают помехоустойчивость устройства.

На транзисто­рах VT1-VT3 со­браны электрон­ные ключи, которые подают напряжение питания на об­мотки реле К1-КЗ. Диоды VD6-VD8 защищают транзисторы от напря­жения самоиндукции обмоток реле, которое воз­никает при запирании транзисторов. Положение контактных групп реле К1-КЗ на схеме соответст­вует обесточенному состоянию стабилизатора и при напряжении сети от 210 до 230 В.

Каждый из компараторов DD2.1-DD2.4, DD5.1 и DD5.2 обеспечивает сравнение напряжения с движка потенциометра R4 с соответствующим опорным напряжением (с движков R5-R10). Логи­ческие уровни с выходов компараторов обрабаты­ваются логическими микросхемами DD1-DD5, обеспечивая включение-выключение транзистор­ных ключей VT1-VT3, реле К1-КЗ, переключение обмоток Т1, а следовательно, автоматический выбор ступеней переключения выходных напряже­ний устройства.

Рассмотрим работу схемы.

1. При напряжении сети ..230 В напряжение на выходе стабилизатора равно напряжению сети. В этом режиме транзисторы VT1-VT3 долж­ны быть заперты. Для этого на одном из трёх вхо­дов логических элементов «3ИЛИ-НЕ» DD6.1, DD6.2, DD6.3 должно быть напряжение высокого уровня (лог. «1»). Тогда на выходах 9, 6 и 10 этих элементов – напряжение низкого уровня (лог. «0»), и ключи VT1, VT2 и VT3 – заперты.

Как это реализовано?

Необходимое напряжение высокого уровня (лог. «1») на входах 8,11 элементов DD6.1, DD6.3 зависит от состояния компараторов DD5.1, DD5.2, DD2.2. Появление уровня лог. «1» на входе 4 элемента DD6.2 зависит от состояния компаратора DD2.3.

Это обеспечивается опор­ными напряжениями с потенциометров R9, R10, которые переключат компа­раторы DD5.1 и DD5.2 в состояние, при котором на их выходах (выводы 14 и 8) будут уровни лог. «1», и на выходе логического элемента «2ИЛИ-НЕ» DD3.3 (вывод 10) также будет напряжение высокого уровня. Оно поступает на вход элемен­та «исключающее ИЛИ» (вывод 2 DD4.1). Кроме того, опорное напряжение с R6 устанавливает компаратор DD2.2 в состояние, когда на его вы­ходе 7 и на входе 1 DD4.1 будет лог. «1», на вхо­дах 1 и 2 DD4.1 – напряжение высокого уровня, а на выходе 3 – напряжение низкого уровня. При этом после инвертора DD1.2 на входах 8 и 11 эле­ментов DD6.1, DD6.3 будет напряжение высоко­го уровня. Опорный уровень напряжения с R7 ус­танавливает компаратор DD2.3 в состояние, при котором на его выходе 14 будет напряжение низ­кого уровня, а после инвертора DD1.3 на входе 4 DD6.2 – напряжение высокого уровня. Следовательно, на выходах 9, 6 и 10 элементов DD6.1, DD6.2 и DD6.3 будут напряжения низкого уровня, а реле К1-КЗ будут обесточены. Их контакты бу­дут находиться в исходном состоянии, и напряже­ние на выходе стабилизатора будет равно напря­жению сети.

2. При напряжении сети 210… 195 В необходи­мо добавить (подключить синфазно) к напряжению сети напряжение обмотки IIТ1, чтобы напряжение на выходе стабилизатора было в пределах нормы. Эту функцию выполняют контакты реле К1. Чтобы сработало реле К1, необходимо наличие на трёх входах 2,1,8 элемента DD1 уровней лог. «0». За­метим, что в этом режиме уменьшается напряже­ние на движке R4 при тех же значениях всех 6-ти опорных напряжений. При напряжении высокого уровня на выходе компаратора DD2.1 на входе 2 элемента DD6.1 будет напряжение низкого уровня после инвер­тора DD1.1. Так как напряжение на R4 уменьша­ется, а опорное на R5 нет, компаратор DD2.1 пе­реводится в состояние, когда на его выходе 1 будет присутствовать лог. «1». Напряжение низ­кого уровня на входе 8 элемента DD6.1 будет за­висеть от состояния компараторов DD5.1, DD5.2, DD2.2. На входах 1, 2 элемента DD4.1 («исключа­ющее ИЛИ») должны быть лог. «1» и лог. «0», в та­ком случае на его выходе 3 будет напряжение высокого уровня и после инвертора DD1.2 на входе – низкий логический уровень. При понижении сетевого напряжения компаратор DD5.1 пере­ключится, и на выходе 14 образуется напряжение низкого уровня. Состояние компаратора DD5.2 не изменится, и на выходе останется напряже­ние высокого уровня. В результате на входах 8, элемента DD3.3 лог. «0» и лог. «1», а на его вы­ходе 10 – лог. «0». Опорное напряжение с R8 пе­реключит компаратор DD2.4 в состояние, при ко­тором на его выходе 8 установился лог. «0». Таким образом, на трёх входах элемента DD6.1 – лог. «0», а на его выходе – лог. «1», транзистор откро­ется, и сработает реле К1.

Stress сети, В	Логические уровни на выходах компараторов						Напряжение на выходе стабилизатора, В
	D2.1	D2.2	D2.3	D2.4	D5.1	D5.2
210…230	1	1	0	0	1	1	210…230
195…210	1	1	0	0	0	1	215…230
180…195	0	1	0	1	0	1	220…235
230…245	1	1	1	0	1	0	210…225
245…260	1	0	1	0	1	0	205…220

3. При напряжении сети 195…180 В необходи­мо добавить к напряжению сети напряжения обмо­ток II и III трансформатора Т1. Это возможно при срабатывании реле К2, которое своими контакта­ми подключает синфазно обмотки II и III к первич­ной обмотке Т1. Реле К1 и КЗ отключены. Это значит, что на выходах компараторов DD1 и DD6.3 (выводы 9 и 10) – лог. «0», а на выходе DD6.2 – лог. «1». Предлагаю читателю рассмотреть, как формируются эти уровни самостоятельно, анало­гично тому, как это сделано в п.1 и п.2. Помочь в этом анализе может таблица.
4. При повышении напряжения сети до 230…245 В необходимо уменьшить выходное напряжение ста­билизатора путём подключения к первичной об­мотке Т1 противофазно обмотку III, снизив, таким образом, выходное напряжение стабилизатора на 20 В. Это произойдёт при срабатывании реле К1 и КЗ. Это значит, что на выходах компараторов DD1 и DD6.3 (выводы 9 и 10) – лог. «1», а на выходе DD6.2 – лог. «0». Предлагаю читателю рассмотреть, как формируются эти уровни самостоятельно, аналогично тому, как это сделано в п.1 и п.2. По­мочь в этом анализе также может таблица.
5. При повышении напряжения сети до 245…260 В и выше к первичной обмотке Т1 противофазно под­ключатся две обмотки II, III, уменьшив напряжение на выходе стабилизатора на 40 В. Для этого необ­ходимо, чтобы реле К1, К2 пришли в исходное со­стояние, сработало реле КЗ и своими контактами подключило синфазно включенные обмотки II, III противофазно к обмотке IТ1. При этом на выходах компараторов DD1 и DD6.2 (выводы 9 и 5) – лог. «0», а на выходе DD6.2 (вывод 6) – лог. «1». Чтобы разобраться в том, как формируются эти уровни самостоятельно, используйте таблицу.

Details

Большинство деталей стабилизатора установ­лено на макетной печатной плате. Соединения произведены в соответствии со схемой монтажны­ми проводами.

В конструкции использованы резисторы типа МЛТ-0,25, переменные резисторы R5-R10 типа СПЗ-4Г, но можно применять любые потенциоме­тры для печатного монтажа.

Конденсаторы С1-С4 оксидные К50-35 или импортные.

Диоды VD6, VD7, VD8 типа 1N4148 или КД209, диоды VD1-VD4 типа 1N4007, стабилитрон VD5 ти­па Д818Г или К190Б.

Реле К1-КЗ типа S3-12, JZC-4125-12VDC или серии TR90,TR91, или подобные, работающие при напряжении 250 В и при токе через контакты не менее 5 А.

Микросхемы:

• DD2, DD5 типа LM324 (аналог HA17324);
• DD1, DD3 типа К561ЛЕ5 (аналог CD4001B);
• DD4 типа К561ЛП2 (аналог CD4030A);
• DD6 типа К561ЛЕ10 (аналог CD4025A).

Автотрансформатор Т1 использован от стаби­лизатора AVR-500D, но его можно изготовить са­мостоятельно на сердечнике Ш32х35. Обмотка I содержит 1100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм, обмотки II и III содержат по 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1,5 мм, обмотка IV содер­жит 120 витков (с отводом от середины) провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. В конструкции можно использовать также унифицированный трансфор­матор ТПП-322.

Настройка стабилизатора

Для настройки стабилизатора необходимы следующие приборы:

• автотрансформатор ЛАТР;
• любой прибор для контроля входного и выход­ного переменного напряжений стабилизатора:
• вольтметр с большим входным сопротивлени­ем типа В7-26 или подобный для контроля состо­яния компараторов.

Можно на выход каждого компаратора вклю­чить светодиод для контроля их состояния. При на­пряжении высокого уровня на выходах компарато­ров светодиод будет светиться, при низком уровне погаснет.

С помощью ЛАТРа установить входное напря­жение стабилизатора 220 В.

Регулятором R4 установить на конденсаторе С4 напряжение 6…7 В.

Потенциометрами R9, R10 настроить компара­торы DD5.1, DD5.2 в состояние, при котором на их выводах 8, 14 было напряжение высокого уровня и сохранялось при входном напряжении в преде­лах 210…230 В. При этом на входе 2 элемента DD4.1 также должно быть напряжение высокого уровня.

Потенциометром настроить компаратор DD2.2 так, чтобы на его выходе 7 было напряжение вы­сокого уровня при входном напряжении от 180 до 245 В.

Резистором R5 настроить компаратор DD2.1 так, чтобы на его выходе 1 было напряжение вы­сокого уровня при входном напряжении от 195 до 260 В. При входном напряжении меньше 195 В компаратор должен переключиться, и на его вы­ходе образуется напряжение низкого уровня.

При входном напряжении 180…230 В потенци­ометром R7 настроить компаратор DD2.3 так, чтобы на его выводе 14 было напряжение низко­го уровня. При повышении входного напряжения выше 230 В компаратор должен переключиться, и на его выходе сформируется напряжение высоко­го уровня.

При входном напряжении 195…230 резистором R8 настроить компаратор DD2.4 так, чтобы на его выходе 8 сформировался уровень лог. «0». При по­нижении входного напряжения ниже 195 В компа­ратор должен переключиться, и на его выходе сформируется лог. «1».

Проверить работу стабилизатора при измене­нии входного напряжения от 180 до 260 В, контро­лируя при этом выходное напряжение. При необ­ходимости настройку следует повторить.

Author: Владимир Соколовский г. Бердянск