Лабораторный блок питания для рабочего места (3-18В 4А)

При ремонте и конструировании различной электронной техники возникает необходимость в мощном лабораторном блоке питания с регулировкой в широких пределах выходного напряжения и тока.

Исходя из вышесказанного был разработан и изготовлен относительно несложный блок питания, не требующий дефицитных деталей, имеющий следующие параметры и возможности:

• выходное стабилизированное напряжение регулируется в пределах 3...18 В, а при токе 4 А - в пределах 3...16 В;
• максимальный выходной ток 4 А;
• размах пульсаций и шумов при выходном токе 3 А не более 2 мВ;
• ток короткого замыкания не более 15 мА;
• ограничение выходного тока регулируется в пределах 0,35...4 А;
• самозапуск после устранения короткого замыкания и звуковая сигнализация возникновения короткого замыкания;
• световая индикация режима стабилизации тока;
• индикация потребляемого тока;
• возможность зарядки аккумуляторных батарей напряжением от 1,2 до 15 В стабильным током от 0,35 до 4 А;
• питание паяльника ЭПСН-12-25 Вт от отдельной обмотки.

Напряжение переменного тока с обмоток II и III трансформатора Т1 (рис. 1.1) через предохранитель FU2 и переключатель SB1 поступает на выпрямитель на мощных диодах VD1-VD4 (рис. 1.2).

Выпрямленное напряжение фильтруется конденсаторами С4, С5. На диодах VD5 и VD6 выполнен отдельный выпрямитель для питания операционного усилителя (ОУ) DA1 типа К140УД7, что позволяет питать усилитель DA1 напряжением с меньшим уровнем пульсаций.

На этом ОУ выполнен элемент сравнения выходного напряжения с опорным. Максимальное однополярное напряжения питания для К140УД7-40 В.

Рис. 1.1

Напряжение на стабилитроны VD18 и VD19 подается с генератора стабильного тока на полевом транзисторе VT7. Конденсатор С16 уменьшает шумы стабилитронов. Выходное напряжение стабилизатора регулируется переменным резистором R20. Усилитель выходного тока ОУ выполнен на транзисторах ѴТЗ, ѴТ4, ѴТ5. Диапазоны выходных напряжений переключаются кнопкой SB1. Защита от короткого замыкания (КЗ) выполнена на транзисторе ѴТ1. При КЗ выхода стабилизатора напряжение на эмиттере ѴТ1 становится меньше напряжения на его базе, ѴТ1 открывается, напряжение на базе ѴТ5 уменьшается почти до нуля, и транзисторы ѴТЗ-ѴТ5 закрываются. Небольшой выходной ток, протекающий по цепи VD15, R10, необходим для запуска стабилизатора после устранения причины КЗ.

Конденсатор С6 необходим для запуска стабилизатора в момент включения блока питания в сеть, если к выходу стабилизатора подключена нагрузка. Диод VD13 предотвращает пробой перехода база-эмиттер транзистора ѴТ1, когда напряжение на выходе стабилизатора больше 6 В.

Рис.1.2

Узел ограничения выходного тока выполнен на транзисторах ѴТ2 и ѴТ6. При увеличении падения напряжения на R2 начинает открываться маломощный германиевый транзистор VT2. При подходе к режиму ограничения выходного тока начинает слабо светиться светодиод VD14. При дальнейшем увеличении выходного тока транзистор VT2 открывается еще больше, вслед за ним открывается VT6, который через резистор R13 шунтирует выход операционного усилителя. Напряжение на базе VT5 снижается, уменьшается напряжение на выходе стабилизатора, схема входит в режим стабилизации выходного тока. Конденсатор СЮ умень шает пульсации на нагрузке при работающем ограничителе тока. Потребляемый ток индицируется микроамперметром РА1. Его чувствительность устанавливается резистором R3.

Цепь С14 R14 служит для устранения самовозбуждения стабилизатора на высоких частотах, С20 - на низких. Переключатель SB1 на схеме показан в положении 7...18 В.

Сигнализатор короткого замыкания выполнен на КМОП микросхеме DD1 и транзисторах VT8 и VT9. При напряжении на выходе стабилизатора менее 0,6 В транзистор VT8 закрывается, на выв. 1 DD1.1 поступает логическая единица. Генератор на DD1.1 и DD1.2 начинает работать с частотой 4...6 Гц, периодически запуская второй генератор на DD1.3 и DD1.4, работающий на частоте 300...600 Гц. В результате на базу VT9 поступают пачки импульсов, и телефонный капсюль ВА1 издает прерывистый звуковой сигнал.

Микросхема DD1 питается от параметрического стабилизатора на элементах R15, VD16, VD17. Стабилитрон VD17 предотвращает ошибочное срабатывание сигнализатора при выключении блока питания.

Детали. Постоянные резисторы типа МЯТ, С2-23 мощностью не менее указанной на схеме. R2 - пять резисторов МЛТ-2 по 2,7 Ом каждый. Переменный резистор R5 желательно проволочный, например, ППЗ-12 на 68...220 Ом. Переменный резистор R20 - СПЗ-ЗОА, СП1-1, СПЗ-42 сопротивлением 4,7...15 кОм. Оксидные конденсаторы К50-16, К50-35, К50-24 или аналогичные импортные. С4 и С5 можно заменить одним К50-18 на 10000...20000 мкФ, 63 В. Остальные конденсаторы — К73-15А, К73-9, К73-17, МБМ. Не рекомендуется применять отечественные керамические конденсаторы по причине их низкой надежности.

Диоды VD1-VD4, VD20-Kfl202, КД203, Д242, Д243, Д244 с любыми индексами. Диоды VD7-VD11, VD21 заменимы на любые из КД208, КД522, КД102, КД103, КД105, 1 N4001-1 N4007, диоды КД209А - на любые из КД208, КД212, КД221, КД105. Стабилитроны: VD16 - любой на 10...12 В; VD17 - КС156А, КС147А. VD18 заменим на любой импортный на 2...3 В, например, 1N5985B, 1N5986B.

Его можно заменить на один светодиод АП307Б, соединенный последовательно с диодом типа КД521, КД522. VD19 - любой маломощный на 5,5...7 В, например, КС156А, КС162А, КС168А, 1N5995B, 1N4735A. Светодиоды - любые видимого спектра, подходящие по габаритам. VD14 - желательно красный, например КИПД21 (Г-К).

Транзисторы КТ503 с индексами Б-Е, или КТ602, КТ608, КТ630, КТ645, КТ646, 2SC2331 с любыми индексами. МП26Б заменим на любой из МП25, МП26. Мощный транзистор КТ865А можно заменить на КТ818 с любым индексом в металлическом корпусе или на относительно дешевые импортные - 2SA1106, 2SA1186, 2SA1301. Транзистор КТ805АМ заменяется на любой из серий КТ815, КТ817, КТ819, КТ961. Вместо КТ3102Б-КТ3102А, КТ315Г, КТ503Г, КТ645А или 2SD734 с коэффициентом передачи тока базы не менее 200. КПЗОЗА заменим на любой из этой серии с начальным током стока не более 3 мА. Транзистор VT8 - любой из серий КТ312, КТ315, КТ3102, SS9014.

Микросхему DA1 К140УД7 можно заменить на К140УД6, КР140УД708, КР140УД608, КР140УД18. Вместо К561ЛА7 можно использовать микросхемы 564ЛА7, КР1561ЛА7 или собрать аналогичный генератор на других 2-4-входовых инверторах этих серий.

Микроамперметр РА1 - М4387, М4761 или любой другой малогабаритный. ВА1 - любой телефонный капсюль или малогабаритный динамик с сопротивлением катушки не менее 40 Ом.

Кнопка SB1 - П2К с четырьмя контактными группами. Для коммутации напряжения переменного тока три группы контактов следует соединить параллельно, а четвертую использовать для переключения стабилитронов. Кнопка SB2 - такая же, как и SB1 или тумблер на два-три направления и ток 2...5 А.

 Трансформатор можно выполнить на любом стальном магни-топроводе с габаритной мощностью 90...150 Вт. Использован трансформатор ТС-90 от телевизора «Каскад 225» (УСТ61-1). С трансформатора предварительно удалены все вторичные обмотки.

Обмотки II и III включенные параллельно, намотаны проводом ПЭВ-2 0,68 мм из расчета примерно 4,5 витка на 1 В. Они попарно должны содержать строго одинаковое число витков. Обмотки IV и V предназначены для питания низковольтного паяльника ЭПСН-12-25 Вт или аналогичного. Они намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,75 мм. Первичная обмотка трансформатора включена на напряжение 237 В, что снижает ток холостого хода трансформатора и, соответственно, повышает надёжность блока питания в целом.

Диоды VD1-VD4 размещаются на общем теплоотводе 150 см2 через изолирующие прокладки. Транзистор ѴТЗ устанавливается на ребристый или игольчатый радиатор площадью не менее 500 см2, транзистор ѴТ4 - на радиатор площадью 10 см2. Если длина провода от выв. 2 DA1 до R20 более 15 см, то необходимо применить экранированный провод.

Провода от выхода выпрямителя VD1-VD4 припаиваются непосредственно к выводам оксидных конденсаторов С4 и С5. К ним же припаивается отдельным проводом левый (по схеме) вывод резистора R2.

Стабилизатор блока питания представляет собой устройство с большим усилением и глубокими ООС, поэтому, при его монтаже следует придерживаться тех же правил, что и при монтаже устройств высококачественного звуковоспроизведения.

При эксплуатации блока питания нужно следить за тем, чтобы суммарная мощность потребления по всем вторичным обмоткам не превышала максимально допустимую для примененного трансформатора.

Также следует исключить подогрев трансформатором и радиатором транзистора ѴТЗ оксидных конденсаторов, особенно СЗ и С4. Если корпус будет типа «мини-башни», то транзистор Т1 следует разместить в верхней ее части, а мощный радиатор частично вынести за пределы корпуса, например, оформив его в виде задней стенки. Элементы налаживания устройства. R3 - чувствительность микроамперметра; R4 - верхний порог ограничения тока нагрузки; R19 и R21 - минимальное и максимальное напряжения диапазона 7...18 В; R23 - тон звукового сигнала; R25 - громкость.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008