СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ДВУПОЛЯРНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

May 19, 2010 by admin Комментировать »

И. Кучер

Для многих радиолюбительских конструкций неотъем­лемой частью является стабилизированный источник пита­ния. Как известно, плавкие предохранители мало пригодны . для защиты элементов питаемого устройства и его блока питания от повреждений. Поэтому при перегрузке чаще всего происходит пробой регулирующего транзистора ста­билизатора, прежде чем перегорит предохранитель. При этом к нагрузке приложится полное входное напряжение, которое может оказаться небезопасным для питаемого радиоустройства. Особенно это опасно при двуполярном питании, когда поврежден один из стабилизаторов и на­пряжение отрицательного и положительного плеч стаби­лизатора окажутся значительно отличными друг от друга. Надежную защиту обеспечивает только электронное устройство.

Схема стабилизатора двуполярного блока питания с та­ким защитным устройством показана на рис. 1. Он пред­назначен для совместной работы с усилителем НЧ, нор­мальная работа которого обеспечивается устройством, пред­охраняющим его элементы и акустическую систему от повреждений. Используемую в нем систему защиты (обве­дена штрихпунктирными линиями) можно ввести в анало­гичные блоки питания, в частности лабораторные, где она особенно необходима, так как в процессе макетирования и наладки устройств перегрузки бывают особенно часто.

clip_image002

Pис. 1. Принципиальная схема стабилизатора напряжения

Основой системы защиты является оптрон АОУ103В (V6), обладающий высоким быстродействием. Главное до­стоинство защиты заключается в том, что она срабатывает при перегрузках как в одном из плеч стабилизатора, так и в обоих плечах одновременно. При этом выходное напря­жение обоих плеч становится равным нулю. В двуполяр-ных блоках питания защиту вводят обычно раздельно в каждом плече, что, как правило, приводит к увеличению числа используемых деталей. К тому же возможен отказ в работе защиты одного плеча при сработавшем другом, что может привести к неприятным последствиям. В описы­ваемом защитном устройстве максимально используются все его элементы. Так, например, при перегрузке в отрица­тельном плече блока питания в работе защиты не участву­ют только транзистор V4 и резистор R6, а при перегрузке в положительном плече — транзистор VI и резистор R3.

Стабилизатор выполнен по широко известной компен­сационной схеме. В таких стабилизаторах в качестве регулирующих и управляющих элементов используются тран­зисторы, а в качестве источников опорного напряжения — стабилитроны. Наряду с высоким коэффициентом стабили­зации они обладают малым выходным сопротивлением по переменному току, что предотвращает обратную связь меж­ду каскадами через источник питания и повышает устой­чивость работы радиоустройств.

Принцип работы стабилизатора рассмотрим на примере его отрицательного плеча. Здесь регулирующий транзи­стор, выполненный для повышения коэффициента стабили­зации составным (V9…V11), включен последовательно с нагрузкой. Поэтому предельно допустимое напряжение между эмиттерами и коллекторами транзисторов должно быть больше, чем наибольшее выходное напряжение ста­билизатора, а предельно допустимый ток коллектора тран­зистора VII — больше максимального тока, потребляемого нагрузкой. Мощность, рассеиваемая этим транзистором, не должна превышать допустимую.

Режим работы составного транзистора определяется напряжением на базе транзистора V9 с помощью резисто­ра R7. Одновременно этот резистор является нагрузкой усилительного каскада на транзисторе V13. С увеличением его сопротивления повышается коэффициент стабилизации, но при этом уменьшается максимальный ток нагрузки. Транзистор V13, являющийся усилителем постоянного тока в цепи обратной связи, должен быть с возможно большим статическим коэффициентом передачи тока и возможно меньшим обратным током коллектора. Опорное напряже­ние формирует стабилитрон V12, включенный в цепь эмит­тера транзистора V13. Необходимый ток стабилизации устанавливают подбором резистора R11. Подстроечным ре­зистором R13, образующим с резисторами R12 и R14 дели­тель, устанавливают требуемое выходное напряжение. Кон­денсаторы С5 и С7 предотвращают возможное самовозбуж­дение и повышают устойчивость работы стабилизатора. Емкость конденсатора С5 должна быть тем меньше, чем больше емкость конденсатора Сб.

Сущность действия стабилизатора заключается в срав­нении стабилизируемого напряжения с образцовым. Часть стабилизируемого напряжения (напряжение обратной свя­зи) снимается с движка резистора R13, а образцовое (опор­ное) — со стабилитрона V12, оба напряжения приклады­ваются к эмиттеру транзистора V13. Эмиттерный переход этого транзистора оказывается под действием двух напря­жений — обратной связи (можно изменять) и стабилиза­ции стабилитрона (постоянно). При уменьшении тока нагрузки напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиваться. При этом увеличивается отрицательное на­пряжение на базе транзистора V13, что приводит к росту его коллекторного тока и уменьшению отрицательного на­пряжения на коллекторе, а следовательно, к уменьшению отрицательного напряжения на базе составного транзисто­ра V9V10V11. От этого сопротивление регулирующего тран­зистора возрастает, падение напряжения на нем увеличи­вается, а выходное напряжение уменьшается до прежнего значения и остается практически неизменным. С увеличе­нием же тока нагрузки напряжение на выходе, а значит, и напряжение на базе транзистора V13 будут уменьшаться, что приведет к уменьшению его коллекторного тока и, сле­довательно, к увеличению отрицательного напряжения на базе транзистора V9. При этом сопротивление транзистора VII и падение напряжения на нем уменьшатся, что при­ведет к увеличению напряжения на выходе стабилизатора до прежнего значения.

Работу системы защиты от перегрузок проследим на примере того же плеча стабилизатора — отрицательного. Между конденсаторами С1 и С2 фильтра выпрямителя и стабилизатором включено ключевое устройство, состоя­щее из транзистора VI и резистора R3, которое практи­чески не влияет на параметры самого стабилизатора. При больших токах в нагрузке падение напряжения на рези­сторе R3 открывает транзистор VI, и ток идет через него (диод V2 в«это время закрыт), через ограничитель напря­жения R4V5, светодиод оптрона V6, диод V3, образующий с диодом V2 дешифратор, и далее на общий провод. В это время динистор оптрона, освещенный светодиодом, замы­кает собой базы транзисторов V9 и V16 и таким образом закрывает оба плеча стабилизатора. А так как выходное напряжение становится равным нулю (ток в нагрузке тоже равен нулю), то транзистор VI закрывается и светодиод оптрона гаснет, динистор же поддерживается в открытом состоянии током, текущим через резисторы R7 и R8.

Диоды V7 и V8 включены в базовые цепи транзисторов V9 и V16 в обратном направлении и влияния на работу стабилизатора не оказывают. Если в момент срабатывания защиты напряжения в точках 1 и 4 не равны, то в зависи­мости от разности этих напряжений (по знаку) одно из плеч стабилизатора не закроется. Если эта разность по­ложительная, то сработает диод V7, если отрицательная — диод V8. Оба плеча закроются одновременно и надежно. Эти диоды должны быть германиевыми, так как у них напряжение открывания меньше, чем у кремниевых диодов.

Работа защиты при перегрузке в положительном плече стабилизатора аналогична. Подбором резисторов R3, R6 и подстроечным резистором R5 можно изменять порог сраба­тывания защиты. При указанных на схеме номиналах рези­сторов R3 и R6 только подстроечным резистором R5 можно устанавливать его в пределах от 1 до 4А.

После устранения причин перегрузки стабилизатор при­водят в рабочее состояние кратковременным нажатием кнопки S1. При этом конденсаторы фильтра выпрямителя быстро разряжаются через резисторы R1 и R2, динистор оптрона закрывается, и на выходе стабилизатора восста­навливается номинальное напряжение. Если конденсаторы не разряжать, то при отпускании кнопки S1 происходит ложное срабатывание защиты.

Все детали стабилизатора, кроме конденсаторов С1…С4, С6 и С8, транзисторов VII и V14, кнопки S1 и резисторов Rl, R2, смонтированы на печатной плате размерами 135Х Х50 мм, выполненной из фольгированного стекло­текстолита толщиной 1,5 мм. Резисторы R1 и R2 припаяны непосредственно к контактным выводам кнопки S1, нахо­дящейся на лицевой стенке блока, а электролитические конденсаторы установлены на отдельной пластине. Транзи­сторы VII и V14 необходимо установить на теплоотводя-щие радиаторы площадью 1500…2000 см2. Для улучшения теплоотводящего контакта соприкасающиеся поверхности можно смазать вазелином или каким-либо невысыхающим маслом. Чтобы не увеличивать выходного сопротивления стабилизатора, монтаж цепей, по которым протекает ток нагрузки, необходимо выполнять возможно более толстыми проводниками. Для предотвращения самовозбуждения все проводники, подключаемые к положительной, отрицатель­ной и общей шинам, следует присоединять непосредственно к выводам выходных конденсаторов С6 и С8.

Постоянные резисторы, использованные в устройстве, — МЛТ-0,5, подстроечные резисторы — СПЗ-1Б. Резисторы R1…R3 и R6 изготовлены из провода с высоким удельным сопротивлением. Конденсаторы С1…С4, С6 и С8 типа К50-ЗБ; С5 и С7 — КМ, МБМ. Транзисторы МП37А (VI, V16, V18) можно заменить на МП37Б; МП26 (V4, V9, V13) — на МП26А, Б, а П210А (Vll, V14) — на П210Б. Транзисторы V10 и V15 могут быть П214А…П214Г или П217В, Г. Диоды Д223 (V2, V3) можно заменить диодами этой же серии с буквенными индексами А, Б или диодами Д219, Д220; Д9Г (V7, V8) — диодами Д9Д…Д9Л. Стаби­литрон КС156А (V5) можно заменить на КС147А, КС 162А, Д814И; стабилитроны Д814Б (V12, V17) — на Д809, КС191А, М, Н; оптрон АОУ103В (V6) — на АОУ103Б.

Контакты кнопки S1 должны быть рассчитаны на ток не менее максимального, потребляемого нагрузкой. Чтобы исключить искрение между контактами кнопки, параллель­но им можно подключить искрогасящие цепочки R21C9 и R22C10, доказанные на схеме штриховыми линиями.

Убедившись в правильности монтажа, движки рези­сторов R13 и R19 устанавливают в среднее положение, а резистора R5 — в положение максимального сопротив­ления. Затем, включив питание, резисторами R13 и R19 устанавливают на выходах обоих плеч стабилизатора тре­буемые напряжения. Далее, между выходами отрицатель­ного и положительного плеч, включают эквивалент нагруз­ки, ток в которой должен соответствовать желаемому току срабатывания защиты (от 1 до 4 А). Им может быть мощ­ный резистор или отрезок высокоомного провода, сопротив­ление которого подсчитывают из необходимого выходного напряжения и максимального тока нагрузки. Сопротивле­ние резистора R5 уменьшают до тех пор, пока не сработает защита, после чего его движок возвращают назад, чтобы увеличить сопротивление на 5…10 %. Отключив затем нагрузку, кратковременным нажатием кнопки S1 приводят блок в рабочее состояние. Если теперь при подключении нагрузки защита не сработает, это укажет на необходи­мость более точного подбора сопротивления резистора R5.

Затем надо проверить срабатывание защиты при пере­грузке раздельно в каждом плече. Для этого сопротивление :эквивалента нагрузки уменьшают вдвое — подключение ее ж каждому из плеч должно вызывать срабатывание защи­ты. Допустимо некоторое различие в пороге срабатывания защиты в каждом плече, так как во всех случаях пере­грузки закрываются оба плеча блока.

Подбором сопротивлений резисторов R3 и R6 можно устанавливать другие пороги срабатывания защиты. Но при этом надо иметь в виду, что уменьшение их сопротив­лений приводит к увеличению тока отсечки защиты. Если возникает самовозбуждение стабилизатора, устраняют его подбором конденсаторов С5 и С7, а также увеличением емкости конденсаторов С6 и С8. Однако емкость конден­саторов С6 и С8 не должна быть слишком большой, чтобы не повредить питаемые цепи током разрядки этих конденса­торов при сработавшей защите. В некоторых случаях само­возбуждение удается устранить шунтированием эмлттерно-го перехода одного из транзисторов, входящих в составной транзистор, конденсатором емкостью в несколько десятых долей или единиц.микрофарады,

1 комментарий

  1. Рашид says:

    кто проверял? ответьте пожалуйста, проблема с защитой проблема.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты