Н.ЦЕСАРУК, г.Тула.
Известные читателям [1…5] бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором (БПГК) (рис.1) обладают существенным недостатком — невозможностью плавно регулировать выходное напряжение. Его величина всегда фиксирована и однозначно определяется напряжением стабилизации примененного стабилитрона, и изменить его плавно нельзя. Во многих случаях такая регулировка необходима.
Рисунок 1 — Бестрансформаторные блоки питания
Предлагаю БПГК, позволяющий в широких пределах плавно изменять выходное напряжение (рис.2). Его особенность заключается в использовании регулируемой отрицательной обратной связи с выхода блока на транзисторный каскад VT1, включенный параллельно выходу диодного моста. Этот каскад является параллельным регулирующим элементом и управляется сигналом с выхода однокаскадного усилителя на VT2. Выходной сигнал VT2 зависит от разности напряжений, подаваемых с переменного резистора R7, включенного параллельно выходу блока питания, и источника опорного напряжения на диодах VD3, VD4.
Рисунок 2 — Схема блока питания
По существу, эта схема представляет собой регулируемый параллельный стабилизатор. Роль балластного резистора играет гасящий конденсатор С1, роль параллельного управляемого элемента — транзистор VT1.
Работает этот блок питания следующим образом. При включении в сеть транзисторы VT1 и VT2 заперты, через диод VD2 происходит заряд накопительного конденсатора С2. При достижении на базе транзистора VT2 напряжения, равного опорному на диодах VD3, VD4, транзисторы VT2, VT1 начинают отпираться. Транзистор VT1 шунтирует выход диодного моста, и его выходное напряжение начинает падать, что приводит к уменьшению напряжения на накопительном конденсаторе С2 и к запиранию транзисторов VT2 и VT1. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение шунтирования выхода диодного моста, увеличение напряжения на С2 и отпирание VT2, VT1, и т.д.
За счет действующей таким образом отрицательной обратной связи выходное напряжение остается постоянным (стабилизированным) при включенной нагрузке R9 и без нее, на холостом ходу. Его величина зависит от положения движка потенциометра R7. Верхнему (по схеме) положению движка соответствует большее выходное напряжение. Максимальная выходная мощность приведенного устройства равна 2 Вт. Пределы регулировки выходного напряжения — от 16 В до 26 В, а при закороченном диоде VD4 пределы регулировки — от 15 В до 19,5 В. В этих диапазонах при отключении R9 (сброс нагрузки) увеличение выходного напряжения не превышает одного процента. Блок питания по схеме рис.2 не боится короткого замыкания нагрузки.
Транзистор VT1 работает в переменном режиме: при работе на нагрузку R9 — в линейном режиме, на холостом ходу- в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой пульсации напряжения на конденсаторе С2 — 100 Гц. При этом импульсы напряжения на коллекторе транзистора VT1 имеют пологие фронты.
Линейный режим является облегченным, транзистор VT1 нагревается мало и может работать практически без радиатора. Небольшой нагрев имеет место в нижнем положении движка потенциометра R7 при минимальном выходном напряжении. На холостом ходу, с отключенной нагрузкой R9, тепловой режим транзистора VT1 ухудшается в верхнем положении движка R7. В этом случае транзистор VT1 должен быть установлен на небольшой радиатор, например в виде алюминиевой пластинки квадратной формы со стороной 3 см, толщиной 1…2 мм.
Регулирующий транзистор VT1 — средней мощности, с большим коэффициентом передачи (составной). Его коллекторный ток должен быть в 2…3 раза больше максимального тока нагрузки. Коллекторное напряжение VT1 должно быть не меньше максимального выходного напряжения блока питания.
В качестве VT1 могут быть использованы п-р-п транзисторы КТ972А, КТ829А, КТ827А и т.д. Транзистор VT2 работает в режиме малых токов, поэтому годится любой маломощный р-п-р
транзистор — КТ203А…В, КТ361А…Г, КТ313А, Б, КТ209А, Б и т.д.
Емкость гасящего конденсатора С1 может быть ориентировочно определена по методикам [3, 5]. Критерием правильности выбора емкости С1 является получение на нагрузке требуемого максимального напряжения. Если его емкость искусственно уменьшить на 20…30%, то максимальное выходное напряжение на номинальной нагрузке не будет обеспечено.
Другим критерием правильности выбора С1 является неизменность характера осциллограммы напряжения на выходе диодного моста (рис.3). Осциллограмма напряжения имеет вид последовательности выпрямленных синусоидальных полуволн сетевого напряжения с ограниченными (уплощенными) вершинами положительных полусинусоид. Амплитуды ограниченных вершин являются переменной величиной, зависят от положения движка потенциометра R7 и меняются линейно при его вращении. Но каждая полуволна должна обязательно доходить до нуля, наличие постоянной составляющей (как показано на рис.3 пунктиром) не допускается, т.к. при этом нарушается режим стабилизации.
Рисунок 3
Уровень пульсации на нагрузке для схемы рис.2 — не более 70 мВ.
Резисторы R1, R2-защитные. Они предохраняют регулирующий транзистор VT1 от выхода из строя вследствие перегрузки по току при переходных процессах в момент включения блока в сеть (из-за дребезга контактов соединительной пары сетевая вилка-розетка).
По принципу приведенной схемы могут быть построены аналогичные блоки питания на другие требуемые значения мощности.
Литература
1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. — Радио, 1995, N1, С.41; N2, С.36, 37.
2. Хухтитков Н. Зарядное устройство. — Радио,1993, N5, С.37.
3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, N5, С.48-50.
4. Ховайко О. Источник питания с конденсаторным делителем напряжения. — Радио, 1997, N11, С.56.
5. Банников В. Упрощенный расчет бестрансформаторного блока питания. — Радиолюбитель, 1998, N1, С.14-16; N2.C.16, 17.
(РЛ 5-99)