Блок питания с защитой от КЗ

Этот блок питания прост для повторения, надежно защищен от случайных коротких замыканий, имеет плавную регулировку выходного напряжения от «нуля», коллекторы транзисторов крепятся непосредственно к радиатору или корпусу (массе шасси).

Блок состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, сравнивающего устройства на операционном усилителе, который своим током потребления управляет составным транзистором и, узле защиты (рис. 1).


Рис. 1.

Понижающий трансформатор следует проверить на отдаваемую им мощность. Для этого первичную обмотку включают через предохранитель в сеть 220 вольт, предварительно заизолировав все открытые участки проводки. Переменное напряжение на вторичной обмотке не должно превышать 20 вольт, иначе после выпрямителя постоянное напряжение на электролитическом конденсаторе превысит 30 вольт, предельное для микросхемы операционного усилителя. Параллельно к выводам вторичной обмотки трансформатора подключают вольтметр и кратковременно накоротко замыкают мощным резистором сопротивлением 20 ом. Ток через резистор будет приблизительно 1 ампер. Обычно этого достаточно, но “дело вкуса”. Если показания вольтметра изменились незначительно и такая мощность устраивает, проверка закончена.

В выпрямителе лучше использовать микросборку КЦ-402 или КЦ-405 с любым буквенным индексом. Тогда постоянное напряжение на выходе будет более “красивым” благодаря одинаковым параметрам диодов моста. При потребности в больших токах блока выпрямительный мост собирается из отдельных мощных диодов.

Сравнивающее устройство (см. рис. 1) состоит из операционного усилителя DА1 и измерительного моста, образованного резисторами R5-R7 и стабилитроном VD2. Изменение напряжения на выходе блока питания приводит к разбалансу измерительного моста. Операционный усилитель усиливает напряжение разбаланса, изменяя напряжение на нагрузочном сопротивлении R4, но, потому что эта нагрузка постоянна, то меняется ток, проходящий через микросхему. Этот ток, как нельзя лучше, подходит для управления регулирующим транзистором, потому что транзистор, в общем, токовый элемент. Идея нестандартного включения операционного усилителя взята из [1]. В сравнивающем устройстве можно применить любой операционный усилитель, особенно, если блок будет использоваться как нерегулируемый стабилизатор напряжения в каком-либо устройстве. Напряжение на выходе блока будет равно удвоенному напряжению стабилизации применяемого стабилитрона (это соотношение можно изменять резисторами R5 и R6). Если понадобится стабилизировать напряжение более 30 вольт, то необходимо установить стабилитрон VD3 (показан пунктиром), который погасит избыточное напряжение на ОУ. При этом сопротивление резистора R7 должно быть рассчитано на номинальный рабочий ток стабилитрона VD2. Операционный усилитель без обратной связи может возбудиться и тогда потребуется ввести конденсатор С4.

Не все операционные усилители подходят для регулируемого варианта блока (см. рис. 2). Нужно проследить, чтобы при уменьшении выходного напряжения до “нуля” потенциометром R7 процесс стабилизации не срывался. Иначе на выходе блока появится полное напряжение от выпрямителя.


Рис. 2.

Узел защиты состоит из шунта и тринистора 2У107А. Ток, проходящий через шунт, создает на нем пропорциональное падение напряжения. Как лишь напряжение достигнет определенного уровня, тринистор откроется и разбалансирует уравновешивающий мост R5-R8 (рис. 2). Тогда составной транзистор VT1-VT2 закроется и ток через нагрузку блока прекратится. Для возврата защиты в исходное состояние служит кнопка SB1. Здесь не следует применять тумблер или выключатель: можно забыть включить защиту. При необходимости получения максимального тока можно просто удерживать кнопку нажатой. В качестве шунта использован отрезок манганинового провода. Сечение и длина провода подбираются экспериментально в зависимости от требуемого тока и порога срабатывания защиты. Тринистор 2У107А по чувствительности, быстроте и надежности срабатывания оказался наиболее удачным выбором. Другие тринисторы не дали нужного результата.

Составной транзистор может быть собран из любых транзисторов при соблюдении общих правил, например: VT1—КТ808А, VT2—КТ815А. Подстроечное сопротивление R3 (рис.1) служит для настройки составного транзистора на максимальную отдачу тока. Для этого следует нагрузочным сопротивлением (например, 12 ом) кратковременно замыкать выход блока питания и установить R3 по меньшему отклонению выходного напряжения.

На основе изложенного был собран двуполярный лабораторный блок питания (см. рис. 3 и фото 1-3). Верхний по схеме стабилизатор удобно использовать без защиты. Вместе с нижним стабилизатором можно получить напряжение до 25 вольт, плюс защита от перегрузки. Транзистор VT1 необходимо изолировать от радиатора слюдяной прокладкой.


Рис. 3.

Детали блока питания собраны на печатной плате размером 80х110 мм. Корпус блока сделан из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 235х100х160 мм. Детали корпуса скреплены между собой оловом. Верхняя крышка корпуса укреплена треугольными косынками. Передняя и задняя стенки скреплены с поддоном прямоугольниками. В них просверлены отверстия и изнутри припаяны гайки М3 для крепления крышки.


Рис. 4.

Фальшпанель крепится к передней панели с помощью винта и гайки через отверстие, просверленное посередине. На фальшпанель выведены светодиоды: красный — загорается при срабатывании защиты, зеленый — указывает о включенном состоянии блока в сеть. Для вольтметра и миллиамперметра вырезаны отверстия. Миллиамперметр отрегулирован шунтом на полное отклонение стрелки и срабатывание защиты при токе 300 миллиaмпер. Такая защита срабатывает мгновенно и спасла не одно устройство.


Рис. 5.

На задней панели находятся радиаторы с транзисторами VT1 и VT3, предохранитель, клеммы выходного напряжения, тумблер включения блока питания в сеть, тумблер переключения вольтметра, кнопка «Сброс защиты».

Литература: 1. Журнал “Радио”, 1986 г., номер 9, стр. 48.

Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот

Рис. 1DA1
ОУК553УД21
VT1
Биполярный транзисторКТ805А1
VT2
Биполярный транзисторКТ815А1
VS1
Тиристор & Симистор2У107А1
VD1
Диодный мостКЦ405А1
VD2
СтабилитронКС162А1
VD3
Стабилитрон1
С1, С2
Электролитический конденсатор2000 мкФ 50 В2
С3
Конденсатор33 пФ1
С4
Конденсатор200 пФ1
подборR1, R5, R6
Резистор5.1 кОм3
0.5 ВтR2, R7
Резистор1 кОм2
0.5 ВтR3
Подстроечный резистор470 Ом1
R4
Резистор680 Ом1
0.5 Вт
Резисторшунт1
HL1, HL2
СветодиодАЛ307Б2
PA1
Микроамперметр1
T1
Трансформатор20 В1
FU1
Предохранитель0.5 А1
SA1
Выключатель1
SB1
Кнопка1
Рис. 2DA1
ОУК553УД21
VT1
Биполярный транзисторКТ805А1
VT2
Биполярный транзисторКТ815А1
VS1
Тиристор & Симистор2У107А1
VD1
Диодный мостКЦ405А1
VD2
СтабилитронКС162А1
С1, С2
Электролитический конденсатор2000 мкФ 50 В2
С3
Конденсатор33 пФ1
С4
Конденсатор200 пФ1
подборR1, R5, R6
Резистор5.1 кОм3
0.5 ВтR2
Резистор1 кОм1
0.5 ВтR3
Подстроечный резистор470 Ом1
R4
Резистор680 Ом1
R7
Переменный резистор10 кОм1
R8
Резистор1.5 кОм1
0.5 Вт
Резисторшунт1
HL1, HL2
СветодиодАЛ307Б2
Т1
Трансформатор20 В1
PA1
Микроамперметр1
PU2
Вольтметр1
FU1
Предохранитель0.5 А1
SA1
Выключатель1
SB1
Кнопка1
Рис. 3DA1, DA2
ОУК553УД22
VT1
Биполярный транзисторКТ818Г1
VT2
Биполярный транзисторКТ816В1
VT3
Биполярный транзисторКТ819Г1
VT4
Биполярный транзисторКТ817Б1
VS1
Тиристор & Симистор2У107А1
VD1
Диодный мостКЦ405А1
VD2
СтабилитронКС162А1
С1, С4, С5, С8
Электролитический конденсатор1000 мкФ 50 В4
С2, С6
Конденсатор200 пФ2
подборС3, С7
Конденсатор33 пФ2
R1, R11
Резистор1 кОм2
0.5 ВтR2
Подстроечный резистор100 Ом1
R3, R13
Резистор680 Ом2
0.5 ВтR4
Резистор2.4 кОм1
0.5 ВтR5, R6, R8, R14, R15
Резистор5.1 кОм5
R7, R16
Переменный резистор3.3 кОм2
R9
Резистор5.6 кОм1
0.5 ВтR10
Резистор1.5 Ом1
2 ВтR12
Подстроечный резистор470 Ом1
R17
Резистор2.4 кОм1
0.5 ВтHL1, HL2
СветодиодАЛ307Б2
PA1
Микроамперметр1 мА1
PU1
Вольтметр30 В1
Т1
Трансформатор2 х 20 В1
FU1
Предохранитель0.5 А1
SA1
Выключатель1
SA2
Переключатель1
SB1
Кнопка1
Х1
Вилка сетевая1
Х2, Х3
Разъем2
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.