Блок питания радиолюбителя - Блоки питания (лабораторные) - Источники питания. Блоки питания Схемы импульсных бп для начинающих радиолюбителей

Данный блок питания имеет цифровой вольтметр, для контроля выходного напряжения и амперметр, для контроля тока нагрузки. Прежде чем написать данную статью, блок питания был повторен несколькими радиолюбителями и, нареканий в работе не было. Выходное напряжение плавно регулируется от 0 до 30в. Блок питания имеет плавную регулировку ограничения по току. Максимальный выходной ток был рассчитан на 3А. Схемотехническое решение несложно и данный блок питания может изготовить начинающий радиолюбитель. При наличии исправных компонентов конструкция запускается сразу.

Схема блока питания представлена на рисунке (схема в высоком качестве прилагается - см. список файлов в конце статьи).

{ads2}Выпрямленное напряжение +38В, после конденсатора С1 , подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1 . На транзисторе VT1 , стабилитроне VD3 , конденсаторе С2 и резисторах R1 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1 . На выходе стабилизатора напряжение +33в. В блоке питания используется микросхема KIA324P , питание которой составляет +36в. при однополярном источнике. На микросхеме DA2.3 , резисторах R9 , R10 , R13 , DA1 собран источник опорного напряжения +5в. Данное напряжение подается на регулятор выходного напряжения (резистор R25 ) и на резистор R7 , максимальный ток защиты блока питания. В данном случае, для максимального тока защиты 3А оно равно 1,66в. На микросхеме DA2.4 собран узел защиты устройства по току, датчиком которого является резистор R3 . Резистором R4 регулируется порог срабатывания защиты. Для индикации порога срабатывания защиты используется двухцветный диод (красный и зеленый) фирмы Kingbright L-59SRSGC-CC с общим катодом диаметром линзы 5мм. Если устройство работает нормально светодиод светится зеленым цветом, при перегрузке по току или коротком замыкании в нагрузке, светодиод загорается красным цветом. Если нет такой модели или подобной, то можно вместо одного светодиода использовать два светодиода красного и зеленого свечения, или с цветом по желанию пользователя.

Резистором R23 устанавливается верхняя граница выходного напряжения источника питания.

На микросхеме DA2.4 , резисторах R2 -R4 , R7 , R14 собран узел защиты и ограничения по току. С выхода (8) DA2.3 на резистор R7 подается опорное напряжение +5в. Резистором R7 устанавливается порог срабатывания при максимальном токе нагрузки. Как только появилась перегрузка напряжение с выхода (14) DA2.4 через диод VD5 подается на не инвертирующий вход микросхемы DA2.2 ножка (3) транзистор VT2 начинает запираться и напряжение на выходе блока питания начинает уменьшаться.

Налаживание блока питания сводится к следующим операциям.

При включении питания микросхемы DA2 не должно быть в панельке. Транзистор VT1 не должен нагреваться. Вместо резистора R1 впаивают подстроечный резистор. Подстроечным резистором на положительном выводе C2 устанавливают напряжение +33 вольта. После чего, значение переменного резистора замеряют омметром и в схему (при выключенном питании) впаивают постоянный резистор с полученным значением. Выводим резисторы R23 и R25 в среднее положение, резистор R7 на максимальный уровень, а резистор R4 на минимальный. Вставляем в панельку микросхему и включаем блок питания. На ножке (4) DA2 должно быть напряжение, заданное на выходе VT1 . На выходе (8) DA2.3 должно быть напряжение +5вольт. Затем замеряем напряжение на выходе блока питания и резисторами R23 и R25 убеждаемся, что оно регулируется. Следующий этап. Выводим движок резистора R25 на максимум, а подстроечным резистором R23 устанавливаем на выходе напряжение +30 вольт. Затем переводим плавно движок резистора R25 в положение минимум и убеждаемся, что напряжение плавно уменьшается до 0 вольт.

Индикатор напряжения и тока собран на контроллере ATtiny26L , схема которого представлена на рисунке.

Клеммы X1 , X2 , X4 , X5 , X6 , X7 подключаются к аналогичным клеммам блока питания.

Настройка блока индикации сводится к установке резисторами R28 и R31 значений выходного напряжения и тока нагрузки. Сумма резисторов R28 и R29 должна составлять 10ком, а сумма резисторов R30 и R31 должна составлять 22 ком. Изначально блок индикации показывает выходное напряжение. При нажатии на кнопку SA1 индицируется ток, при этом десятичная точка переносится в первый разряд. Например: индикация напряжения 22,7 В., а индикация тока 2,58 А. Подключение блока индикации к блоку питания осуществляется по следующей схеме:

На следующих рисунках показаны печатные платы блока питания и блока индикации.

Печатные платы блока питания и блока индикации собраны на фольгированном одностороннем стеклотекстолите. Размер платы блока питания 120 х 60 мм, блока индикации 57 х 58 мм. В конструкции применены резисторы МЛТ-0,125, электролитические конденсаторы типа серии LP jamicon и конденсаторы серии К-73.

Индикаторы и блоке индикации любого цвета свечения с общим анодом.

Обмотка III и IV трансформатора Т1 изначально рассчитывалась на питание блока индикации на микросхеме КР572ПВ2 . Я думаю, подключить ее для питания индикации на контроллере не представит никакой сложности для радиолюбителя.

Успехов в повторении конструкции.

P.S.Ниже я привожу слова одного из первых, а если точнее, одной из первых женщин, повторивших данную конструкцию:

«Мне доводилось повторять многие схемы подобных устройств, но считаю новую разработку А.Н. Патрина довольно успешной, легко повторяемой, и поэтому, такой БП будет полезным многим радиолюбителям. Сама использую его уже более полутора лет – работает безотказно. Что касается индикации выходного напряжения и тока, то можно применить, как цифровой вариант – авторский, так и стрелочные приборы. Все зависит от желания и возможностей радиолюбителей. Желаю всем успехов в повторении».

Гусева Светлана Михайловна специалист по КИП и А

{ads1}

Вложения:

Файл	Описание	Размер файла:
	Печатная плата блока питания (высокое качество)	536 Кб
	Печатная плата блока индикации (высокое качество)	318 Кб

Вниманию радиолюбителей представляется разработка блока питания для домашней лаборатории . Достоинство данного БП в том, что не нужны дополнительные обмотки на силовом трансформаторе. Микросхема DA1 работает с однополярным питанием. Выходное напряжение плавно регулируется от 0 до 30в. Блок питания имеет плавную регулировку ограничения по току.

Схемотехническое решение несложно и данный блок питания может изготовить начинающий радиолюбитель.

Выпрямленное напряжение +38В, после конденсатора С1, подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1. На транзисторе VT1, диоде VD2, конденсаторе С2 и резисторах R1, R2, R3 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1. Диод VD2 представляет собой трехвыводной, регулируемый, параллельный стабилизатор напряжения. На выходе стабилизатора, резистором R2 устанавливается напряжение +6,5 вольт, т. к. предельное питающее напряжение микросхемы DA1 VDD = 8 вольт. На операционном усилителе DA1.1 TLC2272 собрана регулирующая часть напряжения блока питания. Резистором R14 регулируется выходное напряжение блока питания. На один из контактов резистора R14 подается опорное напряжение, равное 2,5 вольта. Точность данного напряжения, в небольших пределах, устанавливается подбором резистора R9.

Через резистор R15, регулируемое резистором R14, напряжение подается на вход 3 операционного усилителя DA1.1. Через данный операционный усилитель производится обработка выходного напряжения блока питания. Резистором R11 регулируется верхний предел выходного напряжения. Как уже говорилось, микросхема DA1 питается однополярным напряжением 6,5В. И, тем не менее, на выходе блока питания удалось получить выходное напряжение равное 0 в.

На микросхеме DA1.2 построен узел защиты блока питания по току и от КЗ. Таких схемотехнических решений узлов защиты было описано множество в различной РЛ литературе и поэтому подробно не рассматривается.

Принципиальная схема блока питания показана на рис.1.

Налаживание блока питания начинают с подачи напряжения +37…38 В. На конденсатор С1. С помощью резистора R2 выставляют на коллекторе VT1 напряжение +6,5В. Микросхему DA1 в панельку не вставляют. После того, как выходное напряжение на ножке 8 панельки DA1 установлено +6,5В, выключают питание и вставляют в панельку микросхему. После включают питание и, если напряжение на ножке 8 DA1 отличается от +6,5В, производят его подстройку. Резистор R14 должен быть выведен на 0, т.е. в нижнее по схеме положение. После того, как напряжение питания микросхемы установлено, устанавливают опорное напряжение +2,5В на верхнем выводе переменного резистора R14. Если оно отличается от указанного в схеме, подбирают резистор R9. После этого резистор R14 переводят в верхнее положение и подстроечным резистором R11 устанавливают верхний предел выходного напряжения +30В. Выходное нижнее напряжение без резистора R16 равно 3,3 мВ, что не сказывается на показании цифрового индикатора и показания равны 0в. Если между ножками 1 и 2 микросхемы DA1.1 включить резистор 1,3МОм., то нижний предел выходного напряжения уменьшится до 0,3 мВ. Контактные площадки для резистора R16 в печатной плате предусмотрены. Затем подключают реостатное сопротивление в нагрузку и проверяют параметры узла защиты. При необходимости подбирают резисторы R6 и R8.
В данной конструкции можно использовать следующие компоненты.

VD2, VD3 - KPU2EH19, вместо транзистора VT2 TIP147 можно использовать отечественный транзистор КТ825, VT3 – BD139, BD140, VT1 – любой кремневый малой или средней мощности транзистор с напряжением Uк не менее 50в. Подстроечные резисторы R2 и R11 из серии СП5. Силовой трансформатор можно применить на мощность 100 … 160Вт. Резистор R16 с характеристикой ТК не хуже 30 ppm/ Со и должен быть, либо проволочного, либо металло-фольгированного типа. Блок питания собран на печатной плате размером 85 x 65 мм.

Узел опорного напряжения на VD3 можно заменить узлом на микросхеме TLE2425 – 2,5v. Входное напряжение данной микросхемы может варьироваться от 4 до 40в. Выходное напряжение стабильно – 2.5в.

Во время настройки вместо микросхемы TLC2272 экспериментально была применена микросхема TLC2262. Все параметры остались равными заданным, отклонений режимов не наблюдалось.
При испытаниях данной конструкции на питание микросхемы подавалось не 6,5 В, а 5 В. При этом резистор R9 = 1,6к. Узел питания микросхемы был заменен узлом, показанным на рис.5.

Если микросхема TLC2272 не в корпусе DIP-8, а SOIC-8, то можно поступить следующим образом, не переделывая печатной платы. Из изолированного материала готовится подложка - прямоугольник, размером 20 х 5 мм. На данный прямоугольник, клеем «МОМЕНТ», приклеивается «лапками к верху», т.е. вверх ногами, микросхема. Расположение микросхемы на подложке показано на рис.6.

После чего, получившийся «бутерброд» приклеивают, все тем же клеем, на обратной стороне печатной платы, предварительно удалив панельку DIP-8 (если она впаивалась). Подложку с микросхемой приклеивают, располагая равномерно между контактными площадками микросхемы на печатной плате. Ножка 1 микросхемы должна быть напротив контактной площадки, принадлежащей ножке 1 микросхемы DA1, или сдвинута чуть ниже. После этой операции, с помощью гибких проводников и паяльника соединяем ножки микросхемы и контактные площадки на печатной плате.

Радиолюбителями было собрано несколько экземпляров данных блоков питания. Все они начинали работать сразу и показали заданные результаты.

При разработке конструкции учитывалась не дорогая база деталей, минимум деталей, простота в налаживании и обращении, а так же выходные параметры, наиболее приемлемые среди радиолюбителей.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот

DA1	Операционный усилитель	TLC2272	1		В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	2N2222A	1		В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	TIP147	1		В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ815Г	1		В блокнот
VD1	Диодный мост	RS602	1		В блокнот
VD2, VD3	ИС источника опорного напряжения	TL431	2		В блокнот
VD4	Светодиод	АЛ307Б	1		В блокнот
VD5	Выпрямительный диод	1N4148	1		В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	10000 мкФ 50 В	1		В блокнот
С2	Конденсатор	510 пФ	1		В блокнот
С3	Конденсатор	3.3 нФ	1		В блокнот
С4	Конденсатор	100 нФ	1		В блокнот
С5	Конденсатор	150 нФ	1		В блокнот
С6	Конденсатор	470 нФ	1		В блокнот
R1, R8	Резистор	3 кОм	2		В блокнот
R2	Подстроечный резистор	10 кОм	1		В блокнот
R3	Резистор	4.53 кОм	1	1%	В блокнот
R4, R6	Резистор	4.7 кОм	2		В блокнот
R5, R17	Резистор	2 кОм	2		В блокнот
R7	Переменный резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
R9	Резистор	2 кОм	1	подбор	В блокнот
R10	Резистор	510 Ом	1		В блокнот
R11	Подстроечный резистор	1.5 кОм	1		В блокнот
R12	Резистор	1 кОм	1		В блокнот
R13, R15	Резистор	10 кОм	2		В блокнот
R14	Переменный резистор	2.2 кОм	1		В блокнот
R16	Резистор	1.3 МОм	1		В блокнот
R18	Резистор	68 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
R19	Резистор	300 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
R20	Резистор	47 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
Rn	Резистор	0.2 Ом	1	проволочный	В блокнот
TP1	Трансформатор	100 - 160Вт	1		В блокнот
FU1	Предохранитель	2 А	1		В блокнот
SA1	Выключатель		1		В блокнот
	Схема рис. 4
DA2	Стабилизатор	TLE2425	1		В блокнот
VD5	Выпрямительный диод

Выпрямленное напряжение +38В, после конденсатора С1 , подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1 . На транзисторе VT1 , стабилитроне VD3 , конденсаторе С2 и резисторах R1 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1 . На выходе стабилизатора напряжение +33в. В блоке питания используется микросхема KIA324P , питание которой составляет +36в. при однополярном источнике. На микросхеме DA2.3 , резисторах R9 ,R10 , R13 , DA1 собран источник опорного напряжения +5в. Данное напряжение подается на регулятор выходного напряжения (резистор R25 ) и на резистор R7 , максимальный ток защиты блока питания. В данном случае, для максимального тока защиты 3А оно равно 1,66в. На микросхеме DA2.4 собран узел защиты устройства по току, датчиком которого является резистор R3 . Резистором R4 регулируется порог срабатывания защиты. Для индикации порога срабатывания защиты используется двухцветный диод (красный и зеленый) фирмы Kingbright L-59SRSGC-CC с общим катодом диаметром линзы 5мм. Если устройство работает нормально светодиод светится зеленым цветом, при перегрузке по току или коротком замыкании в нагрузке, светодиод загорается красным цветом. Если нет такой модели или подобной, то можно вместо одного светодиода использовать два светодиода красного и зеленого свечения, или с цветом по желанию пользователя.

Резистором R23 устанавливается верхняя граница выходного напряжения источника питания.

Налаживание блока питания сводится к следующим операциям.

Индикатор напряжения и тока собран на контроллере ATtiny26L , схема которого представлена на рисунке.

Клеммы X1 , X2 , X4 , X5 , X6 , X7 подключаются к аналогичным клеммам блока питания.

На следующих рисунках показаны печатные платы блока питания и блока индикации.

Индикаторы и блоке индикации любого цвета свечения с общим анодом.

Успехов в повторении конструкции.

Гусева Светлана Михайловна специалист по КИП и А

Файлы для загрузки:

Файл	Описание	Размер файла
BP_Plata1.jpg	Печатная плата блока питания (высокое качество)	536 Kb
BL_IN_Plata2.jpg	Печатная плата блока индикации (высокое качество)	318 Kb
schematics.rar	Схемы в формате SPLAN	18 Kb

О том, насколько остро нуждаются ремонтники и радиолюбители в лабораторных блоках питания для своих мастерских, свидетельствует неуклонно возрастающий спрос на эти изделия. Поскольку на практике нередко требуется наличие нескольких блоков питания, а цены на готовые изделия слишком высокие, не говоря уже о дефицитности лабораторных блоков питания , то выгодно заниматься самостоятельным изготовлением таких блоков питания.

В данной статье рассматривается весьма простая и доступная в повторении конструкция блока питания, не содержащая дефицитных или дорогостоящих комплектующих, что позволяет изготовить ее любому радиолюбителю. Наличие в этом блоке питания функции стабилизации тока в нагрузке серьезно расширяет возможности использования его на практике. Причем не только при ремонтных и лабораторных работах, но и зарядке самых различных аккумуляторов. Если же учесть, что в рассматриваемом блоке питания предусмотрена возможность плавной регулировки стабилизируемого тока в нагрузке (от минимального значения и до максимума), то сфера использования этого БП становится весьма обширной.

Усложненная схемотехника большинства современных блоков питания (БП) препятствует ее практическому воплощению, поскольку при ее реализации требуются затраты времени и материальных средств, а это в наше время является едва ли не основными факторами, препятствующими самостоятельному изготовлению сложных конструкций. Данная же конструкция не требует больших затрат.

Схема стабилизатора напряжений (СН) может работать, как в режиме стабилизации напряжения, так и в режиме стабилизации тока.

Выходное стабилизированное напряжение устанавливается в пределах 0…18 В. выходной стабилизируемый ток (в режиме стабилизации тока) устанавливается в пределах 0 … 14 А) .

Основной недостаток многих схем со стабилизацией тока, заключается в том, что после отключения СН от электросети на выходе появляется постоянное напряжение, близкое по значению к входному напряжению СН! И пока разряжается (через нагрузку СН) батарея оксидных конденсаторов мостового выпрямителя СН, неизвестно, что может произойти в аппаратуре, подключенной к выходу такого БП. Самое неприятное заключается в том, что ни об этом негативном явлении, ни о возможных вариантах устранения этого недостатка нет даже упоминания. В схеме данного СН предложен схемотехнический вариант решения этой проблемы.

При разработке данной конструкции учитывались следующие принципы:

1. Не следует стремиться усложнять схемы своих конструкций, если не забывать о возможных ремонтных работах, которые, рано или поздно, все равно предстоит осуществлять.

2. Лучше потратиться на приобретение более современных комплектующих, если они упрощают конструкцию блока питания нежели мучиться с изготовлением сложных конструкций БП на большом количестве комплектующих.

3. Есть смысл в изготовлении нескольких экземпляров БП, даже если в обозримом будущем они и не потребуются. Как минимум, нужно иметь несколько БП, изготовленных на разные выходные токи и напряжения. Повсеместная эксплуатация одного мощного блока питания приводит к его ускоренному выходу из строя.

Схема блока питания

Учитывая выше изложенное, была разработана схема, на основе которой можно изготовлять блоки питания различной мощности. Схема рассматриваемого СН приведена на рис.1. Основой данного СН является операционный усилитель (ОУ) типа LM358N.

Эти ОУ стали весьма распространены благодаря их способности работать в в особом режиме при однополярном питающем напряжении. Не в последнюю очередь распространению данных ОУ способствовало повсеместное их применение и в самых разных конструкциях малогабаритных цифровых мультиметров.

Собственно стабилизатор напряжения выполнен на половинке данного ОУ DA1. 1. На втором ОУ DA1.2 выполнена защита по выходному току СН.

Рассмотрим назначение основных элементов схемы и особенности номиналов некоторых ее деталей. Как видно из рис.1, питание ОУ осуществлено непосредственно от одного общего выпрямителя блока питания. Благодаря использованию данного типа ОУ удалось избежать усложнения схемы СН в целом. То есть, за счет отсутствия в необходимом отрицательном (относительно общей шины питания) источнике напряжения для питания ОУ удалось дополнительно упростить схему СН. Благодаря применению программируемого (прецизионного) стабилитрона (микросхемы) типа TL431 удалось упростить и схему источника опорного напряжения (ИОН). Оказалось возможным отказаться и от каких-либо генераторов стабильного тока (ГСТ), питающих этот стабилитрон.

Опорное напряжение снимается с ИОН, выполненного на ИМС типа TL431 (VD1) и с движка переменного резистора R4, являющегося регулятором выходного напряжения СН, поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1. 1. На инвертирующий вход (вывод 2 ОУ) DA1.1 подается часть выходного напряжения, которая снимается с резисторного делителя напряжения R8R6.

С этого же ИОН напряжение снимается и на узел электронной защиты СН, который выполнен на второй половине LM358N (DA1.2) и через резисторный делитель напряжения R11R14 подается на переменный резистор R12, который является регулятором для установки требуемого значения максимального выходного тока СН.

Таким образом, входы данного ОУ подключены к мощному резистору R17, являющемуся датчиком тока для защитного узла СН. От величины напряжения на движке переменного резистора R12 и от сопротивления резистора R17 зависит величина тока ограничения СН (выходного стабильного тока СН).

Чем больше значение этого напряжения и чем меньше сопротивление резистора датчика тока R17, тем больше будет и величина выходного тока СН.

Схема на ОУ DA1.2 представляет собой компаратор напряжения, сравнивающий опорное напряжение на движке переменного резистора R12 с падением напряжения на датчике тока - R17. Если точнее, то компаратор сравнивает эти напряжения по величине, и в зависимости от того, какое из напряжений больше по величине, изменяется и величина напряжения на выходе этого ОУ. Когда выходной ток ниже порога срабатывания компаратора (в зависимости от положения движка резистора R12), то напряжение на инвертирующем входе ОУ меньше, чем на резисторе R17, а значит, и на неинвертирующем входе ОУ. На выходе ОУ при этом низкое напряжение (не более 0,1…О,2 В), недостаточное для открывания транзисторов VT3 и VT4. При этом светодиод HL1, являющийся индикатором срабатывания узла защиты, не светится и защита не оказывает никакого влияния на ограничение выходного тока СН.

Как только напряжение на датчике тока R17 превысит величину напряжения на инвертирующем входе ОУ (ориентировочно на значение напряжения смещения ОУ) , компаратор изменит свое состояние и на его выходе появится большое напряжение, приближающееся по величине к питающему напряжению ОУ (за вычетом примерно 1,5В). Включится защитный транзистор VT3 и своим открытым переходом коллектор-эмиттер замкнет точку соединения резисторов R9 R10 на общий провод схемы СН. База мощного составного транзистора VT1-VT2 оказывается обесточенной и подключенной к общему проводу СН. Поскольку эмиттер VT2, так или иначе, (при помощи внешней нагрузки СН или посредством генератора стабильного тока на транзисторе VT5) уже соединен с общим проводом схемы СН, то составной транзистор принудительно закрывается. В зависимости от ситуации (нагрузки СН), от величины выходного тока и напряжения, на выходе получается режим стабилизации напряжения или режим стабилизации (ограничения) тока.

Как видно из схемы, лишь некоторые типы ОУ смогут нормально работать в подобном режиме с однополярным питающим напряжением, поскольку обычному ОУ потребуется установка «средней точки» питающего напряжения на его входах, что непременно приведет к появлению на выходе ОУ около половины напряжения его питания. Это, в свою очередь, нарушит функционирование защиты в целом. Очевидно, что приспособить обычный ОУ в данной схеме проще всего, применив для него двуполярное напряжение питания.

При однополярном питании могут работать еще такие ОУ, как, например, LM324N. В одном корпусе этого ОУ размещено четыре ОУ. Согласно источнику , внутренняя схемотехника рассматриваемых ОУ схожа. На LM324N также можно пробовать собирать данный СН по схеме рис.1. Основное требование к ОУ в схеме компаратора DA1.2 заключается в том, чтобы на его выходе было минимальное напряжение, когда защита не включена. В принципе, аналогичные требования выдвигаются и в отношении ОУ самого СН DA1.1. Только выполнив данное требование, можно обеспечить надежное запирание защитного транзистора VT3. Здесь уместны очень важные комментарии.

Настоящие «подводные камни» ожидают нас в процессе приобретения зарубежных комплектующих, в том числе и с ИМС типа LM358N, где дефекты могут быть самыми разнообразными. Многие дефекты этих ОУ проявляются лишь после их установки в рабочую конструкцию. Если же проводятся эксперименты с такими экземплярами LM358N, то Зачастую неудачи при макетировании (практическом конструировании) люди списывают на иные факты, например на «сырую» (несовершенную) схемотехнику в используемых конструкциях. А на самом деле использованный экземпляр LM358N имел «скрытый» дефект и просто вышел из строя. Очень важно проверять LM358N еще до установки в печатную плату.

Самый распространенный дефект таких ОУ, как LM358N - полная (очевидная) неисправность одного из двух ОУ, когда, например, на выходе одного ОУ отсутствует напряжение. Оно не появляется при любом сочетании напряжений на входах ОУ. Это самая типичная ситуация. Встречались и такие экземпляры LM358N, у которых выходное напряжение превышало «нулевое» значение и находилось в пределах от нуля до нескольких вольт. Реже встречались экземпляры LM358N с «неуправляемым» (по входам) выходным напряжениям от 1 В и вплоть до почти полной величины питающего LM358N напряжения.

Скрытыми и неожиданными являются такие дефекты LM358N, при которых выходной каскад LM358N выходит из строя, чаще всего «обрыв» выходного каскада, причем раньше, чем выходной ток LM358N достигнет значения 5мА. Было четко подмечено, что ОУ перестают выходить из строя, если выходной ток LM358N ограничить на уровне ЗмА. Стало очевидно, что есть смысл и в дальнейшей минимизации выходного тока LM358N. Не сомневаясь в том, что есть смысл всегда использовать ОУ при его выходном токе не более ЗмА.

Применяя транзисторы VT3 и VT4 в схеме СН (рис.1), достигли решения описанной проблемы LM358N.

Рекомендации, спасающие некачественный выходной каскад LM358N от вероятного отказа, использованы и в отношении ОУ DA1.1, где его выходной каскад работает на достаточно высокоомную нагрузку, представленную резистором R9, правый вывод которого соединен с общим проводом, если сработала защита. Этот случай является самым «тяжелым» для выходного каскада DA1.1, но и такой режим работы ОУ имеет место лишь при работе СН в режиме ГСТ. В обычном же режиме эксплуатации СН нагрузка ОУ DA1.1 дополнительно уменьшается (сопротивление нагрузки увеличивается). Теперь ОУ работает на суммарное сопротивление резисторов R9, R10 и входное сопротивление составного транзистора Дарлингтона VT1, VT2. Последняя составляющая формируется базовым током VT1, VT2, который незначителен при токе нагрузки СН, на который первоначально рассчитана схема СН (до ЗА).

Базовый ток транзистора VT1 не превышает и сотни микроампер в самом неблагоприятном стечении обстоятельств, когда ток нагрузки СН максимален, а усиление по постоянному току транзисторов Дарлингтона минимальное. Именно большое, с надлежащим запасом, усиление этих транзисторов позволило кардинально увеличить сопротивление резистора R9 без опасения в существенном нарушении характеристик СН.

Предлагаемое построение схемы СН имеет еще одно положительное качество, заключающееся в надежной работе узла защиты. Ситуация такова, что ОУ DA1.1, задействованный в схеме регулирования напряжения, не участвует в петле (схеме) регулирования (ограничения) тока.

Этим ОУ DAI.1 исключается из тракта защиты, что благоприятно сказывается на быстродействии защиты в целом. В случае, когда DAI.1 будет управляться посредством компаратора DA1.2 при ограничении тока, ситуация будет иная, не в пользу вышесказанного.

Конденсатор С1, замыкающий инвертирующий вход ОУ с его выходом, является непременным атрибутом в данной схеме СН. Без него устойчивая работа компаратора, как впрочем, и всего СН станет нарушаться. В итоге схема компаратора самовозбуждается.

Это явление имеет влияние и на схему самого СН, даже когда порог срабатывания компаратора отстоит далеко от величины тока на выходе СН.

Нечто аналогичное справедливо и в отношении цепей коррекции ОУ DA1.1, а именно в отношении элементов обвязки ОУ R7, С2.

Никоим образом нельзя забывать о том, что корректирующие цепи ОУ, включенные между входом и выходом ОУ, могут представлять серьезную нагрузку для выходного каскада ОУ. Нагрузка реактивная, т.е. с ростом частоты растет нагрузка по выходу ОУ. В нашем случае, применительно к LM358N, эти цепи коррекции являются настоящей угрозой для выходного каскада. Почему в схеме (рис.1) установлен довольно высокоомный резистор R7 последовательно с корректирующим конденсатором С2. Здесь недостаточно такой малой емкости, как в схеме компаратора на DA1.2.

Если по каким-то причинам данная цепь не будет установлена, то нормальное функционирование схемы СН будет нарушено. Сказанное справедливо с небольшой оговоркой. На постоянном токе СН может работать вполне пристойно и без корректирующей цепи R7C2. Устойчивость может сохраняться также и при работе СН на низких частотах (десятки-сотни герц), но с повышением частоты в нагрузке, при импульсном потреблении тока нагрузкой, ситуация способна измениться кардинально. Однако и на низких частотах на выходе DA1.1 уже появятся «следы» самовозбуждения, т.е. в этом состоит некий подвох, поскольку на выходе самого СН все может выглядеть вполне пристойно, и осциллографом сложно будет что- либо диагностировать на выходе СН.

Если амплитуда этих пульсаций незначительная, то на них, как правило, не обращают внимания. Нередко для наблюдения ВЧ генерации в СН нужен и осциллограф с более широкой полосой пропускания (не менее 10 МГц, а иногда требуется и 50 МГц прибор).

При импульсном характере нагрузки ситуация меняется кардинально, и из скрытого режима «подвозбуждения» ОУ DA1.1 уже может (в зависимости от частоты и параметров импульсного сигнала) переходить в самый обычный режим самовозбуждения, когда на испытательный импульс станет накладываться «добавка» от ОУ DA1. 1. Такое явление обычно уже хорошо заметно на экране осциллографа. Вот почему любую конструкцию никогда не помешает проверить на импульсной нагрузке. Только в том случае, если мы обнаружим и получим режим «звона» («подвоз- буждения») стационарного характера, мы сможем оценить его параметры и устранить.

Нередко проблема имеет место в некотором ограниченном диапазоне частот, в каком-то частном режиме работы или же с нагрузкой определенного характера.

Здесь также необходимы определенные уточнения. Речь идет не только о техпоследствиях, к которым приводит импульсная нагрузка на выходе СН, но и, в первую очередь, имеется в виду нарушение режимов работы (в виде самовозбуждения и т.п.) в самой схеме СН.

Данное уточнение необходимо с той целью, чтобы не возникало путаницы с теми возмущениями, к которым приводит импульсная нагрузка только на выходе СН, не нарушая при этом режимов работы непосредственно в схеме СН.

Конструкция СН может быть произвольной, все зависит от используемых деталей и возможностей радиолюбителя. Следует помнить, что питающее СН напряжение, равное 30 В, является близким к максимально допустимому для LM358N, предельно допустимое для которой составляет 32 В. Если нужно получить более высокое значение выходного напряжения СН, то в схему СН необходимо внести некоторые изменения, о чем будет сказано далее.

Схема СН рис.1 позволяет использовать практически любой имеющийся малогабаритный сетевой трансформатор на соответствующее напряжение, не прибегая к намотке дополнительных обмоток. Выбор трансформатора всецело зависит от параметров СН.

Детали блока питания

Резисторы: R1 - 2,7 кОм; R2, R5-R7, R15, R16 - 10 кОм; R3 - 5,1 кОм; R4, R12 - 33 кОм; R8, R9 - 15 кОм; RIO, R20, R21 - 4,7 кОм; R11 - 10 кОм; R13 - 1 кОм (подборный); R14 - 620 Ом; R17 - 0,12 Ом; R18, R19 - 30 кОм; R22 - 30 Ом.

Резистор R1 типа МЛТ - 0,5 Вт; R4, R12 - СПЗ-23в-А - 0,25Вт; R11 - СПЗ-38в; R17 - мощный (5 Вт) проволочный зарубежного производства.

Конденсатор CI, С2 - К10-176; С4 - 470 мкФ х 25В - К50-29В.

В конструкциях СН присутствуют также еще несколько конденсаторов, которые не показаны на рис.1. Один конденсатор припаян параллельно питающим выводам LM358N (выводы 4 и 8), его емкость в пределах 0,068…0,1 мкФ (керамический). А второй конденсатор припаян параллельно выходным клеммам СН, его емкость выбиралась в пределах 4,7…10 мкФ (1-2 шт. К73-17х63В).

Оксидный конденсатор СЗ (100 мкФ х 63 В) импортный. Он припаян параллельно штатным оксидным конденсаторам мостового выпрямителя. Еще один такой оксидный конденсатор припаян параллельно выводам анод-катод TL431.

Микросхему ИОН - VD1 - TL431 можно заменить другим интегральным стабилизатором напряжения (учитывая ее максимально допустимое входное напряжение), не Забывая об ухудшении ТКН в ИОН. Допустимо использование прецизионного стабилитрона, например, Д818Е, но нужно помнить, что стабильность такого ИОН целиком будет определяться стабильностью тока через него. Обязательно применение высокостабильного ГСТ (вместо резистора R1), если Д818Е будет запитан от основного выпрямителя СН.

В случае, когда к ИОН на TL431 предъявляются повышенные требования в отношении стабильности напряжения ИОН, резистор R1 также нужно заменить ГСТ. В данном случае ГСТ выполняли по простейшей схеме на одном полевом транзисторе, типа КПЗОЗД, в цепи истока которого установлен резистор 510 Ом (подбирали для достижения тока ГСТ, примерно равного 2 мА) . Полевой транзистор должен удовлетворять двум важным требованиям: напряжение (сток-исток и затвор-сток) не менее 25 В и начальный ток стока не меньше 2 мА. Этот ГСТ можно заменить биполярным вариантом, собранным аналогично схеме ГСТ в рис.1 на транзисторе VT5, с той лишь разницей, что в 10-15 раз увеличивали сопротивление резистора R22 до получения требуемого тока ГСТ, а вместо транзистора средней или большой мощности в новом ГСТ использовали маломощные КТ315Б (Г) , а также ВС547С или КТ3102 с любым буквенным индексом.

Схема ГСТ при питании TL431 особенно выручает тогда, когда изготавливали СН на ток 6А и более, поскольку при большом токе СН появляются повышенные просадки напряжения на выпрямителе, от которого запитана схема нашего ИОН. Минимизировать нестабильность тока через ИОН, вызванную этими просадками напряжения, призвана схема дополнительного ГСТ.

Отсюда и вытекает важность всех без исключения схемотехнических «мелочей».

Транзисторы VT3 и VT4 типа КТ315Г (под установку которых рассчитана печатная плата СН) или любые другие кремниевые с икэ.макс не менее 35 В и h2ia не менее 100. В качестве VT1 использован зарубежный транзистор ВС547С. Эти транзисторы, несмотря на дешевизну, имеют большое и стабильное, практически неизменное усиление (обычно около 500) при токах коллектора в пределах до 50мА. Его можно заменить любым аналогичным, например из серии КТ3102 (h2ia не менее 200 и икэ.макс не менее 35 В) . Транзистор VT2 типа КТ827 с любым буквенным индексом. Вместо него можно применить и его аналог, собранный на двух транзисторах: КТ8101 и КТ817 (или КТ815) по внутренней схеме Дарлингтона самого КТ827.

Ситуация такова, что внутри КТ827 присутствуют не только резисторы, шунтирующие базо-эмиттерные переходы обоих транзисторов, но и два диода, важную функцию из которых выполняет диод, защищающий переход коллектор-эмиттер более мощного транзистора (КТ8101) от напряжения противоположной полярности.

В случае замены КТ827 транзистором КТ829 или зарубежным транзистором BDX53C (аналог КТ829) максимальный ток СН нужно снижать вдвое (до 1,5А) . Транзистор ГСТ VT5 типа КТ815, КТ817, КТ819 с буквенными индексами В или Г. Его можно Заменить другими аналогичными, например КТ802, КТ803, КТ805, КТ808 и т.д.

Светодиод HL1 - зарубежный, дешевой ценовой категории, красного цвета свечения, HL2 - тоже дешевый зарубежный, зеленого цвета свечения.

Печатная плата блока питания

Один из вариантов печатной платы стабилизатора показан на рис.2 и рис.3.

Не ставилась задача создания миниатюрной платы, поэтому на ней немало свободного пространства. При этом облегчается выполнение рисунка платы обычными методами, например, с помощью нитрокраски.

Транзистор VT2 устанавливали на эффективном теплоотводе с охлаждающей поверхностью в пределах 1500…2000 см2, если в конструкции не применяли принудительное охлаждение (обдув вентилятором). В последнем случае площадь тепло- отвода была в 5-6 раз меньше. Транзистор источника тока VT5 устанавливали на малогабаритном пластинчатом радиаторе площадью 25 см2. Элементы схемы ГСТ расположены за пределами платы.

Все конструкции блоков питания оснащены системами устранения бросков тока в цепи электросети (первичной обмотки СТ), которые собирались по схеме .

Испытывать СН на переменном токе (с динамической нагрузкой СН) можно по очень простой схеме на мощном полевом транзисторе типа IRFZ48N, который управляется (коммутируется) выходным сигналом измерительного генератора (ГЗ- 112). Схема и описание этой конструкции приведены в статье .

Налаживание блока питания

Налаживают схему в два этапа. Начинают со схемы на DAI.1, а затем приступают к наладке системы защиты. Хотя можно поступить и наоборот, поскольку схема СН без защиты становится уязвимой при токовых перегрузках и замыканиях в нагрузке.

Для указанных на схеме номиналов элементов выходное напряжение СН составляет 18 В. Если нужно, то его корректируют подбором номиналов резисторов R3 (R2) или R6 (R7). Немного проще изменять величину напряжения ИОН, чем менять схему СН. Если нужно иметь повышенную стабильность напряжения СН, то эти резисторы должны быть прецизионными.

Настройка узла защиты начинается с выбора и установки максимального тока защиты. Для облегчения данной процедуры в печатной плате предусмотрена установка взамен постоянного резистора R11 подстроечного 10 кОм типа СПЗ-38в.

При использовании другого номинала резистора R17 (например, 0,1 Ом вместо 0,12 Ом) придется, возможно, подобрать и резистор R14.

Для максимального тока защиты, равного ЗА, величина напряжения ИОН для защиты (на резисторе R14)должна составлять 450 мВ.

В качестве простого ориентира при перерасчете узла защиты руководствовались следующими рассуждениями. Поскольку напряжение ИОН на резисторе R14 определяет максимальный ток защиты, то это напряжение должно всегда быть больше падения напряжения на датчике тока R17 при максимальном токе. Естественно, это напряжение ИОН должно быть с запасом.

Нужно помнить, что в качестве R17 следует применять достаточно стабильные резисторы. В противном случае, если сопротивление резистора R17 станет изменяться с прогревом, то будет изменяться и величина тока защиты, установленного резистором R12. Поэтому с целью снижения нестабильности сопротивления R17 нужно снижать его температуру, для чего используют резистор с запасом по рассеиваемой мощности или применяют использование нескольких однотипных резисторов, например четыре одинаковых резистора, которые включали параллельно и последовательно, чтобы общее сопротивление четырех резисторов было равно со- противлению одного резистора. Суммарная максимальная мощность возрастает вчетверо, значительно увеличивается и стабильность сопротивления при воздействии температуры, поскольку на каждом резисторе рассеиваемая мощность уменьшается в четыре раза. По этой же причине, в качестве резисторов Rll, R14 и R17 следует применять стабильные резисторы.

Как видно, схему можно адаптировать под любое значение тока нагрузки СН. Если необходимо реализовать более точную установку тока защиты при малых величинах токов, то потребуется введение поддиапазона, в котором напряжение ИОН будет изменяться в ограниченном интервале. Для тока защиты 0…300 мА напряжение ИОН составляло 0 - 50…70 мВ, что значительно повышает удобства работы СН с маломощными нагрузками.

Большой интерес вызывает возможность увеличения тока в нагрузке. Удвоить максимальный ток СН можно параллельным включением еще одного транзистора типа КТ827. С этой целью коллекторы обоих транзисторов (VT2 и дополнительного) соединяют параллельно, но эмиттеры и базы обоих транзисторов должны быть разделены между собой.

Дело в том, что одними лишь эмиттерными резисторами невозможно поровну распределить коллекторные токи обоих КТ827. Поэтому, как в базовые цепи, так и в цепи эмиттеров необходимо включать выравнивающие резисторы персонально для каждого экземпляра КТ827. Для двух экземпляров КТ827 максимальный выходной ток защиты СН устанавливали равным 6…7А, что в большинстве практических случаев уже достаточно.

Следует помнить о том, что при обдуве радиатора температура будет значительно ниже, чем у массивного радиатора без такого охлаждения, следовательно, и реальная (при конкретной температуре КТ827) максимально допустимая рассеиваемая мощность КТ827 при обдуве будет большей.

Кроме того, использование вентиляторов обдува позволяет получить и серьезный выигрыш в плане массогабаритных показателей за счет весьма «скромных» и недорогих в приобретении радиаторов. Учитывая чрезмерно высокие цены на массивные радиаторы, получаем еще выигрыш и в материальных затратах, так как кулеры сегодня можно приобрести по невысоким ценам.

Силовая часть собрана по мостовой схеме на мощных IGBT транзисорах B1- B4 (на схеме отсутствует ЭМИ фильтр). D1-D4 - диодный мост. R6 и RS1 - схема плавного включения, обеспечивает постепенный заряд фильтрующего конденсатора С3, исключая бросок тока. С5, R7, R8 - схема запуска ШИМ контроллера. С2, R10 - демпфирующая цепь. LR1-LR2, D5-D8, R9, WR - регулировка выходного тока.

Список радиодеталей силового блока:

Предохранители
F1- 5A

Транзисторы IGBT
B1, B2, B3, B4 - G20N60

Диоды
D1, D2, D3, D6 - 6A10 (6A 1000V)
D7, D8, D9, D10 - 4148

Конденсаторы
C1 - 2,2uF 630V
C2 - 332 630V (3300pF, 3,3nF, 0,0033 uF)
C3 - 600uF 400V, электролитический
C4 - 220uF 400V, электролитический
C5 - 22uF 400V, электролитический
C6 - 104 (100nF, 0,1uF)

Резисторы
RB1, RB2, RB3, RB4 - 3,3K
R5 - 10K
R6 -100/10W
R7 - 10K/2W
R8 - 120K/2W
R9 - 150
R10 - 51/10W
RW - 510, подстроечный

Реле
RS1- 12V 10A

LR1, LR2 - трансформатор тока
ферритовое кольцо 20*12*6 2000НМ, вторичная обмотка LR2 - 100 витков провода 0,12- 0,15 мм2, первичная обмотка LR1— перемычка, пропущенная через кольцо.

PM1 Блок ШИМ контроллера собран на микосхемах TL494 и IR2181, способен управлять мощными IGBT или MOSFET транзисторами с током до 60А. С помощью этого блока возможно построение мощного блока питания по мостовой схеме от 1 до 3 кВт.

Список радиодеталей ШИМ контроллера:

Микросхемы
TL494
IR2181 - 2шт.

Диоды
UF 407 - 2шт.
Zener 18V

Конденсаторы
224 (200n, 0,22uF) - 3шт
103 (10n, 0,01uF) - 2шт.
102 (1000pF, 1n) - 1шт.
100uF*35V - 1шт.
100uF*16V - 1шт.

Резисторы
10 - 4шт.
51 - 1шт.
1К - 4шт.
2К - 5шт.
10К - 1шт
15К - 1шт.
82К - 2шт.

Вторичные цепи с однополярным питанием и силовой трансформатор

Силовой трансформатор изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 . Первичная обмотка N1 - 0,35*6=35 витков, N2,N3 - 0,55*10=6+6 витков, N4-0,55=3 витка, N5 - 0,55=2 витка.

Дроссель L1 изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 0,55*20=9 виков

Стабилизатор V1 - 12V, питание вентилятора и реле Rs1. Стабилизатор V2 - 18V, питание Шим контроллера. WR1 - регулировка выходного напряжения.

Вторичные цепи с двухполярным питанием и силовой трансформатор

Силовой трансформатор изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 (при расчете программой Lite-CalcIT, размер сердечника: E 42/21/20 N87) . Первичная обмотка N1 - 0,35*6=35 витков, N2,N3 - 0,55*4=9+9 витков, N4-0,55=3 витка, N5 - 0,55=2 витка.

Дроссель L1а L1b изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 0,55*10=9+9 виков (противоположное направление намотки).

Печатная плата блока управления....>>>