Лабораторний блок живлення із комплексним захистом. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Лабораторний блок живлення із комплексним захистом. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення

Коментарі до статті

Кожен радіоаматор, який займається розробкою та ремонтом радіоапаратури, хотів би мати у своїй лабораторії універсальний блок живлення, що називається, на всі випадки життя. Таке джерело повинно мати регульовану в широких межах вихідну напругу, великий струм, високу стабільність напруги, низький рівень пульсацій, надійний захист (від навантаження по струму, перевищення напруги і перегріву), що гарантує збереження як апаратури, що живиться, так і самого джерела. Блок живлення має бути простим і не містити дефіцитних, дорогих та великогабаритних компонентів.

Спроби знайти опис готового пристрою, що задовольняє вищевикладеним вимогам, не мали успіху, тому автору довелося розробити подібний блок самостійно. Що з цього вийшло, судіть самі.

Основну увагу при розробці пропонованого лабораторного блоку живлення (БП) було приділено вузлу захисту. На думку автора, для забезпечення максимальної надійності електронний та електромеханічний захист слід застосовувати в комплексі.

В описуваному БП реалізовані вузли захисту струму, від перевищення напруги на виході, а також теплова.

Щоб уберегти від електричних пошкоджень радіоапаратуру в широкому інтервалі струму навантаження, захист струму повинен бути регульованим. У процесі розробки з'явилися певні проблеми з реалізацією датчика струму. У класичному варіанті – це резистор, включений у силовий ланцюг, падіння напруги на якому відстежує вузол керування захистом. Для реалізації регульованого датчика струму знадобився б змінний резистор дуже великої потужності опором від одиниць до десятих і навіть сотих часток ома. Так, наприклад, при опорі датчика струму 0,1 Ом та струмі 15 А на ньому розсіюється потужність понад 20 Вт! Існує варіант із перемиканням резисторів, але в цьому випадку перемикач повинен витримувати максимальний струм навантаження. Крім того, опір контактів перемикача нестабільний і порівнянний з опором резисторів, що перемикаються, отже, поріг спрацьовування захисту буде нестабільним, а сам перемикач - дуже громіздким. Звичайно, можна використовувати постійний резистор дуже малого опору і посилювати падіння напруги на ньому підсилювачем постійного струму, що регулюється, але в цьому варіанті пристрій істотно ускладниться.

Рішення з'явилося після прочитання статті [1] і полягає в наступному: корпус герконового реле РЕМ-55 намотують додаткову обмотку, яку включають в силовий ланцюг БП до стабілізатора. Напрямок струму в основній і додатковій обмотках реле вибирають так, щоб магнітні поля, що створювалися ними, підсумовувалися. Тоді, змінюючи струм в основній обмотці, можна регулювати рівень спрацьовування струмового захисту БП.

У вузлах захисту від перевищення напруги на виході зазвичай застосовують потужний стабілітрон або триністор, які при підвищеній напрузі відкриваються та замикають вихід БП. Внаслідок різкого збільшення струму спрацьовує запобіжник, встановлений у силовому ланцюзі.

У пропонованому вузлі захисту від перевищення напруги на виході БП введений додатковий малопотужний стабілізатор з таким же законом регулювання вихідної напруги, як і у основного стабілізатора. Вихідна напруга додаткового стабілізатора повинна бути трохи більшою, ніж основного стабілізатора. Обидві напруги подають на найпростіший вузол порівняння. Перевищення напруги на виході основного стабілізатора призводить до спрацьовування захисту.

Вузол теплового захисту зібраний на термовимикачі.

Основні технічні характеристики БП:

Інтервали регулювання вихідної напруги, В......1,2...15; 1,2...30
Максимальний струм навантаження (в інтервалі 1,2...30 В гарантується при напрузі 15...30 В), А......15
Коефіцієнт стабілізації за напругою, щонайменше .....100
Рівень пульсацій при вихідній напрузі 12 В та струмі навантаження 10 А, мВ, не більше......30
Інтервал регулювання струму спрацьовування захисту, А......0,5...15
Перевищення вихідної напруги, при якому спрацьовує захист, не більше......2
Температура включення вентилятора охолодження, °С......50
Температура спрацьовування теплового захисту, °С......60

Схема БП показано малюнку. З вторинної обмотки мережевого трансформатора Т1 змінна напруга надходить на випрямний міст VD1. Інтервали вихідної напруги перемикають перемичкою S1: у лівому за схемою положенні - 1,5...15 В; у правому - 1,2...30 В. Конденсатори С1-С4 зменшують мультиплікативну перешкоду. Випрямлена напруга, згладжена конденсаторами С6-С9 надходить на входи основного і додаткового стабілізаторів, які зібрані на мікросхемах DA3 і DA1, включених за типовою схемою [2]. Для збільшення вихідного струму основного стабілізатора застосовані регулюючі транзистори VT1-VT4, в емітерних ланцюгах яких встановлені струмовірівнювальні резистори R9-R12. Діоди VD2, VD3, VD10 та VD11 - захисні. Вихідну напругу основного та додаткового стабілізаторів регулюють здвоєним змінним резистором R2. Резистором R3 встановлюють мінімальне перевищення напруги додаткового стабілізатора над основною напругою, що необхідно для правильної роботи вузла захисту.

(Натисніть для збільшення)

Напруга на виході БП вимірюють вольтметром PV1, а вихідний струм - амперметром РА1.

Для підвищення стабільності роботи вузол захисту струму живлять від стабілізатора DA2. Резистором R4 регулюють струм в основній обмотці 1 -2 герконового реле К1, внаслідок чого змінюється струм спрацьовування додаткової обмотки 3-4. Якщо вихідний струм БП перевищить встановлене значення реле К1 спрацює, контактами К1 включить реле К1 і самоблокується через діод VD2. Реле К8 спрацює та контактами К2 відключить основний стабілізатор від випрямляча. При цьому колір свічення світлодіода HL2.1 зміниться із зеленого на червоний і увімкнеться звукова сигналізація (звуковий випромінювач НА1 із вбудованим генератором). Звукову сигналізацію можна вимкнути вимикачем SA1. Після усунення причини спрацьовування захисту струму БП повертають у вихідний стан, натискаючи на кнопку SB3 "Скидання". Діоди VD1 та VD7 обмежують напругу самоіндукції обмоток реле К9 та К1.

У вузлі порівняння напруг основного та додаткового стабілізаторів застосована тиристорна оптопара U1. Напруги стабілізаторів подають на випромінюючий діод оптопари, який у вихідному стані закритий. Якщо напруга на виході основного стабілізатора з якихось причин збільшиться, тиристор оптопари відкриється, що спричинить спрацювання захисту, як описано вище. Діоди VD4-VD6 захищають випромінюючий діод оптопари від навантаження, а резистор R8 обмежує струм.

Тепловий захист виконано на термовимикачах SF1 та SF2. Вимикач SF1 спрацьовує, якщо температура тепловідведення досягла 50 °З, і включає електродвигун вентилятора М1. Якщо температура тепловідведення продовжує збільшуватися, при 60 °С спрацює вимикач SF2, що призведе до вмикання захисту. Електродвигун вентилятора М1 можна примусово увімкнути вимикачем SA2.

Основний елемент, що визначає електричні параметри та габарити БП, - мережевий трансформатор Т1. Автор застосував готовий стрижневий трансформатор з габаритною потужністю приблизно 600 Вт, що має вторинну обмотку з вихідною напругою 30 з середнім висновком. У БП можна використовувати будь-який трансформатор із необхідними характеристиками.

Діодний міст МВ351 (VD1) замінимо будь-яким випрямлячем серії MB або КВРС. У крайньому випадку міст можна зібрати з окремих діодів, які забезпечують необхідний струм навантаження.

Перемикач інтервалів вихідної напруги S1 виконаний із трьох приладових клем, що з'єднуються перемичкою.

Стабілізатори КР142ЕН22А заміняються будь-якими із цієї серії або імпортними аналогами серій SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, а стабілізатор КР142ЕН8Б - імпортним аналогом 7812.

Реле К1 – РЕМ-55Б виконання РС4.569.600-00 (паспорт РС4.569.626). Підійдуть також реле виконання РС4.569.600-05 (паспорт РС4.569.631), РС4.569.600-01 (паспорт РС4.569.627) та РС4.569.600-06 (паспорт РС4.569.632) Якщо реле не спрацьовує при напрузі 12 В, напругу стабілізатора DA2 необхідно збільшити до надійного спрацьовування реле (з запасом в 1,5...2 В), включивши між виведенням 2 мікросхеми та загальним проводом один-два малопотужні кремнієві діоди Виведення корпусу реле видаляють . На корпус реле намотують додаткову обмотку дротом ПЕТВ (ПЕВ). При виборі діаметра дроту слід орієнтуватися на щільність струму 10 А/мм. В авторському варіанті додаткова обмотка містить 16 витків дроту діаметром 1,4 мм. Обмотку фіксують термозбіжною трубкою. Розрахунковий опір обмотки становить 0,006 Ом, падіння напруги при струмі 15 А - 0,09 В, максимальна потужність, що розсіюється, - 1,35 Вт. Реле К2 - автомобільне 90.3747-01, здатне комутувати струм до 30 А. Термові вимикачі SF1 і SF2 - РБ5-2 з температурою спрацьовування 60 ° С, які раніше широко застосовувалися в ЄС ЕОМ. Один вимикач налаштований на температуру спрацьовування 50 °С. Термові вимикачі можна замінити імпортними В1009 на відповідну температуру, але оскільки їх контакти, що розмикають, їх необхідно включати через інвертори. Електродвигун М1 – вентилятор, що застосовується для охолодження блоків живлення комп'ютерів IBM.

Світлодіод АЛC331А (HL1) допустимо замінити імпортним двоколірним або будь-якими двома одноколірними (відповідно червоним та зеленим). Транзистори КТ818ГМ (VT1-VT4) замінні потужними р-n-р транзисторами з максимальною потужністю, що розсіюється, не менше 100 Вт, наприклад, з серій КТ825, КТ865, КТ8102.

Резистори R9-R12 - С5-16МВ потужністю 2 Вт. Їх можна замінити саморобними, виготовленими з ніхромового дроту діаметром 0,8...1 мм. Можна обійтися і без цих резисторів, якщо підібрати транзистори по рівності струмів колекторів при рівних напругах база-емітер.

З міркувань надійності застосовані дротяні змінні резистори ППЗ-45 (R2, R4) і багатооборотні підстроювальні резистори СП5-ЗВ (R3, R5, R13, R17), проте їх можна замінити будь-якими. Діоди КД522А (VD3-VD8, VD11) замінні будь-якими кремнієвими малопотужними, а діоди КД258А (VD2, VD9, VD10) - будь-якими з максимальним струмом не менше 1 А.

Для вимірювання напруги та струму використані вимірювальні головки М4203 опором 500 Ом із струмом повного відхилення 1 мА. Застосування інших вимірювальних головок вимагатиме перерахунку опору резисторів R13, R16, R17.

Конденсатори С6-С9 - К50-37, але можна застосувати будь-які інші. Слід пам'ятати, що їх сумарна ємність повинна бути не менше 2000 мкФ на кожен ампер струму навантаження, а номінальна напруга перевищувати вихідну напругу випрямляча при максимальній напругі живлення.

Конденсатори С5, С10-С12, С14 - танталові К52-1, К52-2 та К53-1А. У разі застосування оксидних алюмінієвих конденсаторів, їх ємність слід збільшити в кілька разів. Інші конденсатори - будь-які керамічні.

Вимикач SA1 – Т2 або інший, розрахований на струм не менше 3 А. Вимикачі SA2, SA3 – МТ1, кнопка SB1 – КМ-1, але їх можна замінити будь-якими іншими.

Замість тиристорної оптопари АОУ103А допустимо застосувати будь-яку оптопар із серії АОУ115.

БП зібраний у прямокутному металевому корпусі розмірами 230×120×300 мм. У верхній, нижній та бічних панелях корпусу просвердлені вентиляційні отвори. На передній панелі встановлені вимірювальні прилади, вихідні клеми, клеми перемикача інтервалів вихідної напруги, вимикач мережі, вимикачі електродвигуна вентилятора та звукової сигналізації, регулятори вихідної напруги R2 і струму спрацьовування захисту R4 а також світлодіод сигналізації спрацьовування захисту.

Задня панель виготовлена з алюмінію товщиною 3 мм. На ній через слюдяні прокладки, покриті з двох сторін пастою КПТ-8, закріплені транзистори VT1-VT4, мікросхеми DA1-DA3, випрямляючий міст VD1 та термовимикачі. Вентилятор встановлений на задній панелі над транзисторами VT1-VT4 на стійках. У вільних місцях під ним просвердлені вентиляційні отвори. На задню панель також винесені запобіжники FU1 та FU2.

Монтаж пристрою в основному навісний, на виводах та ізоляційних стійках. Монтаж силових ланцюгів виконаний багатожильним дротом перетином 2,5 мм2 мінімальної довжини. Конденсатори С6-С9 пригвинчені гвинтами контактів до плати із фольгованого склотекстоліту, яка прикріплена до бічної панелі кронштейнами. На друковані провідники між висновками конденсаторів по всій довжині напаяний мідний провід діаметром 1,4 мм. Трансформатор закріплений на нижній панелі куточками.

Налагодження БП зводиться до регулювання вузла захисту та калібрування амперметра та вольтметра. Для цього знадобляться вольтметр з межею вимірювання 35 В, амперметр з межею вимірювання 20 А, допоміжне регульоване джерело живлення з максимальною вихідною напругою 35 В і змінні резистори навантаження (реостати) опором 10 і 100 Ом або еквівалент навантаження. Вузол захисту регулюють у наступній послідовності.

1. Спочатку регулюють вузол захисту від перевищення вихідної напруги.

1.1. Двигун змінного резистора R4 встановлюють у положення максимального опору.

1.2 Підключають вольтметр плюсовим виведенням до виходу стабілізатора DA1, а мінусовим - до виходу стабілізатора DA3.

1.3. Змінюючи вихідну напругу БП в межах інтервалів 1 2... 15 і 1,2...30 В, за допомогою резистора R3 домагаються, щоб вимірювана напруга була завжди позитивною, а її значення мінімальним і не перевищує 1,5 В. Якщо ж це зробити не вдалося, слід поміняти місцями резистори R2.1 та R2.2 або підібрати резистор R2 з меншим неузгодженістю.

1.4. Встановлюють на виході БП напругу 30

1.5. Відключають правий за схемою виведення резистора R8 від виходу БП і подають на нього напругу (трохи менше 30) від допоміжного джерела.

1.6. Плавно збільшуючи напругу допоміжного джерела, фіксують момент спрацьовування захисту зміни кольору світіння світлодіода. Вихідна напруга допоміжного джерела в цьому випадку не повинна перевищувати 32 Ст.

1.7. Відновлюють з'єднання резистора R8 з виходом БП.

Справність захисту від перевищення напруги можна перевірити у процесі експлуатації. Ємність конденсатора С12 основного стабілізатора DA3 більша за ємність аналогічного за призначенням конденсатора С5 в додатковому стабілізаторі DA1. Збільшена ємність сприяє зменшенню рівня пульсацій на виході основного стабілізатора, але одночасно збільшує інерційність регулювання вихідної напруги БП. Якщо двигун резистора R2 різко повернути у бік зменшення напруги, то внаслідок більшої ємності вихідна напруга БП короткочасно перевищить вихідну напругу стабілізатора DA1, що призведе до спрацьовування захисту.

2. Потім регулюють вузол захисту струму.

2.1. Розривають ланцюги між резисторами R4 і R5 між виведенням 4 додаткової обмотки реле К1 і контактами К2.1 реле К2.

2.2. Між виведенням 4 додаткової обмотки реле К1 і загальним проводом підключають послідовно з'єднані резистор навантажувальний опором 10 Ом і амперметр.

2.3. Зменшуючи опір навантажувального резистора, вимірюють струм спрацьовування захисту, який має бути в межах 16...18 А. Цього домагаються зміною числа витків додаткової обмотки 3-4 реле К1.

2.4. Відновлюють з'єднання резисторів R4 та R5. Навантажувальний резистор опором 10 Ом замінюють на 100 Ом.

2.5. Двигун змінного резистора R4 встановлюють у положення мінімального опору, а підстроювального резистора R5 - максимального опору.

2.6. Змінюючи опір навантажувального резистора, встановлюють струм 0,5 А.

2.7. Переміщаючи двигун підстроювального резистора R5, домагаються спрацьовування захисту.

2.8. Резістор навантаження 100 Ом замінюють на 10 Ом. Двигун змінного резистора R4 встановлюють у положення максимального опору.

2.9. Змінюючи опір навантажувального резистора, вимірюють струм спрацьовування захисту. Якщо його значення відрізняється від 15 А, знадобиться підбір резистора R4.

2.10. Задаючи кілька значень струму навантаження, градуюють шкалу змінного резистора R4.

2.11. Вимикають навантажувальний резистор та амперметр. Відновлюють з'єднання між виведенням 4 реле К1 і контактами К2.1.

Амперметр і вольтметр калібрують за загальноприйнятою методикою. Врахуйте, що шкала амперметра – нелінійна.

Насамкінець слід зазначити, що подібним вузлом захисту або його окремими елементами можна оснастити практично будь-які БП.

література

Нечаєв І. Малогабаритний потужний перетворювач напруги. – Радіо, 2003, № 2, с. 29, 30.
Щербина А., Благий С, Іванов В. Застосування мікросхемних стабілізаторів серій 142, К142 та КР142. - Радіо, 1991 №3, с. 47-51; №5, с. 68-70.

Автор: Є.Коломоєць, м.Іркутськ

Дивіться інші статті розділу Блоки живлення.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Чутливий детектор темної речовини 16.07.2022

Найчутливіший у світі детектор темної речовини розпочав наукову роботу після проходження тестів протягом 60 днів. Установка розташована на глибині 1,5 км у Підземному дослідному центрі Сенфорда у місті Лід у штаті Південна Дакота. Чутливість приладу оцінюється в 50 разів вищою, ніж у попередньої установки. Дані про події прилад буде збирати щонайменше 1000 днів без будь-якої гарантії отримання результату.

Під час пошуку темної речовини навіть негативний результат - це крок уперед. Пошук у певному діапазоні мас та енергій змушує коригувати фізичну модель цієї гіпотетичної частки, яка задала саму основу нашого Всесвіту. Саме частки, тому кальку з англійської "темна матерія" у російській мові правильно міняти на "темну речовину". Матерією може бути також поле, це ширше поняття, а частка, тим не менш, це речовина.

Новий експеримент LUX-ZEPLIN (LZ) спирається на два колишні - LUX і ZEPLIN, але представлений більш масштабною установкою. Так, якщо в попередньому досвіді для пошуку подій (зіткнень частинок звичайної та темної речовини) використовувалося 360 кг рідкого ксенону, то тепер резервуар містить 7,7 т рідкого та охолодженого до кріогенних температур ксенону. Також контейнер поповнився новими датчиками, навіть двома типами датчиків: один виявлення спалахів від взаємодії темного речовини з атомами ксенону та інший виявлення електронів, вибитих таким зіткненням.

Навколо ємності з ксеноном розміщено резервуар із звичайною водою та датчиками для реєстрацій відомих науці частинок. Подібна організація дозволяє реєструвати події одночасно у ксеноні та у воді. І якщо події сталися одночасно, то це дозволяє відразу виключити темну речовину, яка в заданому масштабі з атомами води не взаємодіє. Відносно велика глибина розміщення установки і водяний екран дозволяють значно знизити шум - детектування частинок звичайної речовини.

У тестовому режимі встановлення працювало 60 днів на полі запуску в грудні 2021 року. За результатами перевірки вийшла стаття. Тепер прилад не менше 1000 днів збиратиме дані в надії зареєструвати зіткнення частинки темної речовини з атомом ксенону, яке відбувається з теоретичною ймовірністю не частіше двох разів на рік.

В експерименті LUX-ZEPLIN вчені шукають частинку WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) - гіпотетичну масивну частинку, що слабко взаємодіє. З атомами звичайної речовини "вімпи" взаємодіють лише за допомогою гравітації чи слабких взаємодій. Підвищення загальної чутливості установки до 50 разів дає надію, що в мережі вчених все ж таки щось потрапить.

Інші цікаві новини:

▪ Велосипедний лічильник енергії

▪ Платформа Inter Centrino 2

▪ Мобільні мережі 5G

▪ CDMA-телефон від Nokia з GPS-модулем

▪ Електроточка

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Найважливіші наукові відкриття. Добірка статей

▪ стаття Налаштування режимів автоекспозиції. Мистецтво відео

▪ стаття Під яким прапором плаває найбільше кораблів? Детальна відповідь

▪ стаття Ясменник пахучий. Легенди, вирощування, способи застосування