Устройство электропитания многофункционального назначения

September 6, 2011 by admin Комментировать »

УЭП, выполненное на транзисторах широкого применения, предназначается для испытания и налаживания различных электронных изделий, используется при экспериментах радиолюбителей с РЭА, изготовленной на ППП, а также для подбора транзисторов и микросхем. Достаточно широкий набор выходных стабилизированных и нестабилизированных напряжений делает это устройство первым помощником домашнего мастера в его работе по созданию различных приборов бытового назначения. СИП имеет многофункциональное назначение, которое реализуется в процессе технической творческой деятельности. Данное устройство может быть также применено для зарядки аккумуляторов и аккумуляторных батарей, имеющих номинальное напряжение 12 В, для подключения электропаяльника, рассчитанного на безопасное напряжение переменного тока, а также для восстановления гальванических элементов различных типов.

Принципиальная электрическая схема первого лабораторного УЭП, которым оснащается рабочее место домашнего мастера, приведена на рис. 2.1.

Как следует из схемы, УЭП включает в свой состав следующие узлы и блоки: входное устройство, сетевой понижающий трансформатор питания 77, выпрямитель нерегулируемого типа, стабилизатор напряжения компенсационного типа, устройство защиты от перегрузок и коротких замыканий.

УЭП содержит относительно небольшое количество комплектующих ЭРЭ, практически не требует регулировки и налаживания, а схемно-техническое решение позволяет собрать его даже начинающим радиолюбителям.

Входное устройство источника питания обеспечивает подключение его к сети переменного тока напряжением 127 или 220 В частотой 50 Гц; включение и выключение осуществляется с помощью переключателя S/; оберегает устройство от коротких замыканий во входных цепях плавкий предохранитель F1.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 самодельной конструкции изготавливается на кольцевом магнитопроводе типа К. Конструкция трансформатора экономична, занимает минимальный объем и имеет высокие электрические характеристики. Первичная сетевая обмотка трансформатора рассчитана на подключение к сети напряжением 220 В и имеет отвод для подключения к сети напряжением 127 В. Вторичная обмотка намотана с коэффициентом трансформации 13, а низковольтная обмотка — с коэффициентом 32. Одна из вторичных обмоток {IV) носит вспомогательную функцию. К ней можно подключить сигнальную лампочку типа МН-6,3-0,22 А, которая будет загораться в момент включения устройства в сеть. Сетевой трансформатор кроме основной функции выполняет гальваническую развязку вторичных цепей устройства питания от высокого напряжения первичной сети переменного тока, а также обеспечивает дополнительную электробезопасность при работе с низким напряжением.

В качестве магнитопровода используется ленточный витой сердечник с активной площадью поперечного сече-

Рис. 2.1. Схема лабораторного блока питания многофункционального назначения.

ния стали не менее 5 см2. Кольцо магнитопровода имеет размеры 60X40X25 мм. Средний расчетный диаметр кольца — 50 мм.

Если в домашней мастерской нет возможности изготовить кольцевой магнитопровод ни витым способом, ни шихтовкой, то можно использовать другой трансформатор с аналогичными параметрами.

Лучшими унифицированными трансформаторами питания являются сетевые малогабаритные трансформаторы броневой и стержневой конструкции типов ТИП, ТА, ТН или ТАН.

Примененный в УЭП выпрямитель относится к нерегулируемым типам, который в технической литературе носит имя его создателя Греца. Выпрямитель собран на четырех выпрямительных диодах малой мощности VD1— VD4 по мостовой схеме, которая характеризуется полным использованием габаритной мощности сетевого трансформатора, повышенным коэффициентом пульсации выпрямленного напряжения, пониженным обратным напряжением на диодах и высокой стоимостью изготовления. При расчетах элементов выпрямительной схемы используются следующие исходные данные: напряжение питающей сети Uc, число фаз питающей сети п\ номинальная частота питающей сети fc\ выпрямленное напряжение U0\ выпрямленный ток /0; коэффициент пульсации на входной емкости фильтра: (Co)Knol=Uoll00%/U0, где U0l — амплитуда первой гармоники пульсации на входной емкости фильтра. Прямой средний ток рассчитывается по формуле: /пр.ср =/о/2. Обратное напряжение на диодах U06p-=E2 v2^1,5\J0. Прямой импульсный ток: /пр.и=3,5/о. Коэффициент приведения сопротивления ко вторичной обмотке трансформатора: Кг=3,5. В схеме кремниевые диоды VD1—VD4 могут быть заменены одной диодной сборкой.

Выпрямительное устройство работает на емкостный фильтр, собранный на конденсаторах С/, С2. Фильтр сглаживает пульсации выпрямленного напряжения и характеризуется простотой схемы и малой стоимостью. Выбор схемы емкостного фильтра обусловлен сравнительно небольшой мощностью УЭП, при которой потери мощности практически не сказываются на выходных параметрах и технической характеристике.

Моточные данные сетевого понижающего трансформатора 77, обеспечивающего заданные значения выпрямленного напряжения, приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора

в устройстве электропитания многофункционального назначения

Обозначение трансформатора на схеме и тип конструкции

Магнитопро- вод, марка стали и толщина, мм

Обмотка

Выводы

Марка и диаметр провода, мм

Число витков

Сопротивление постоянному току, Ом (предельное отклонение ±15%)

77,

К60Х40Х25;

I

1—3

ПЭВ-2; 0,23

1600

80

торои

3312; 0,3;

 

1—2

ПЭВ-2; 0,23

924

46

даль

витой лен

 

 

 

 

ный ти

точный

 

2—3

ПЭВ-2; 0,23

676

34

па К

 

II

4—5

ПЭВ-2; 0,51

124

1,6

 

 

III

6—7

ПЭВ-2; 0,51

124

1,7

 

 

IV

8—9

ПЭВ-2; 0,75

50

0,3

 

 

Эк

 

 

 

 

 

 

ран

0

ПЭВ-2; 0,12

1 СЛОЙ

УЭП на выходе дает стабилизированные регулируемые напряжения двух полярностей значением от 2 до 1-2,6 В и переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц, которые снабжены соответствующей индикацией и защитой. Кроме регулируемого напряжения на выходе устройства на клеммах Х4 и Х5 действуют нерегулируемые напряжения + 22 и — 22 В, измеренные относительно общего вывода. Переменное напряжение 32 В для питания паяльника снимается с клемм Х6 и Х7, установленных на выходе устройства. Значения выходного регулируемого напряжения устанавливаются по вольтметру, подключаемому к выходным клеммам Х8—ХЮ, при регулировке устройства после сборки. Включенный на выходе стабилизаторов ИП РА1 обеспечивает измерение тока нагрузки в двух пределах 0—0,1 и 0—1 А, измеряемых переключением тумблеров S2—S5. Если, например, при зарядке аккумулятора ток нагрузки будет меньше 0,1 А, то при нажатой кнопке S6 можно более точно определить его значение по прибору РА1.

Работа УЭП в заданных режимах контролируется двумя индикаторными светодиодами, горение которых свидетельствует об отсутствии коротких замыканий.

В составе устройства два стабилизатора напряжения собраны по компенсационным схемам, которые отличаются друг от друга тем, что транзисторы имеют различную проводимость, а стабилитроны и выпрямительные диоды в цепях защиты включены с обратной полярностью. Первый стабилизатор напряжения собран на транзисторах VT1—VT3, стабилитроне VD5 и диодах VD6, VD12. Второй стабилизатор — на транзисторах VT4—VT6, стабилитроне VD9 и диодах VD10, VD11.

Каждый компенсационный стабилизатор обеспечивает необходимую стабильность напряжения на нагрузке при помощи ООС. В состав компенсационного стабилизатора входят РЭ, УС, УПТ и источник опорного напряжения. Стабилизаторы напряжения собраны по компенсационной схеме с последовательным включением регулирующего транзистора. Регулируемые напряжения со стабилизаторов подаются на выходные клеммы или гнезда через амперметр. Первый стабилизатор вырабатывает отрицательное напряжение — 0…—12,3 В, а второй — положительное 0… —j— 12 В. Регулировка напряжения в указанных пределах осуществляется переменными резисторами R5 и R18.

РЭ схемы в стабилизаторе выполнен на двух транзисторах и является составным. Если возникает необходимость изменить значение тока нагрузки, то можно применить другие типы транзисторов, а перерасчет произвести по соответствующим простым формулам. Статический коэффициент передачи тока определяется по формуле: /г21 э=Л21 э 1 1 э2", а напряжение насыщения UКэ нас— ^Кэ нас2+^эБ1.

Устройство защиты от перегрузок и коротких замыканий собрано на транзисторах VT3, VT6 и диодах VD6y VD11. Ток срабатывания защиты регулируется резисторами R9 и R21. Отсутствие короткого замыкания в нагрузке определяется по свечению светодиодов VD7 и VD8. На выходе стабилизаторов установлены электролитические конденсаторы СЗ и С4.

Конструктивно УЭГ1 может быть выполнено в виде прямоугольника, корпус которого лучше изготовить из ударопрочной пластмассы с крышкой и основанием, с вентиляционными отверстиями для отвода тепла от мощных транзисторов. В свою очередь транзисторы VT2 и

VT5 устанавливаются на радиаторы охлаждения с активной площадью не менее 30 см2. Стабилизаторы напряжения собираются на двух раздельных платах, которые устанавливаются на металлическом шасси, изготовленном из дюралюминия П-образной формы толщиной 2 мм.

В устройстве использованы следующие комплектующие ЭРЭ широкого применения: сетевой понижающий трансформатор питания 77 типа К60Х40Х25 тороидальной конструкции; транзисторы vt1 типа КТ315, vt2 — П217, vt3 — КТ361, vt4 — КТ361, vt5 — КТ807Б, vt6 — КТ315; выпрямительные диоды vdi—vd4 типа КДЮ5Б, vd6 — Д106, vd10 — Д106, vdi 1 — Д106, vd12 — Д106; стабилитроны vd5t vd9 — Д814Д; конденсаторы С/ типа К50-6-25В-2000 мкФ, с2 — К50-6-25В-2000 мкФ, сз — К50-6-25В-200 мкФ, с4 — К50-6-25В-200 мкФ; резисторы r1 типа ВС-2 с намотанным на нем проводом из нихрома или константана, сопротивлением 1,5 Ом, r2 — ВС-0,25-1 кОм, r3 — ВС-0,25-390 Ом, r4 — ВС-0,25-1 кОм, r5 — СП4-1-0,5Вт-4,7 кОм, r6 — ВС-0,25-2,2 кОм, r7 — ВС-0,125-1 кОм, r8 — ВС-0,25-1,5 кОм, r9 — СГ13-44-0,25Вт-3,3 кОм, r10 — ВС- 0,125-1 кОм, r11 — ВС-2 самодельный, с намотанным на нем проводом из нихрома или константана, сопротивлением 0,075 Ом, r12 — ВС-2 самодельный, сопротивлением 0,074 Ом, r13 — ВС-0,125-1 кОм, ri4 — ВС-2 самодельный, с намотанным на нем проводом из нихрома или константана, сопротивлением 1,5 Ом, r15 — ВС-0,25-390 Ом, r16 — ВС-0,25-1 кОм, r17 — ВС-0,25-1 кОм, r18 — СП4-1-0,25Вт- 4,7 кОм, r19 — ВС-0,25-2,2 кОм, r20 — ВС-0,125-1 кОм, r21 — СПЗ-44-0,25Вт-3,3 кОм; предохранители f1 типа ПМ-1-0,5А, f2, f3 — самодельные проволочные, на ток срабатывания не более 2 А; ИП ра1 — амперметр типа М4200; переключатели si типа П1Т-1-1, s2—s5 типа П2К; s6 — MT1; светодиоды vd7, vd8 типа АЛ102Г; электрические соединители xi типа «вилка», х2х10 типа КМЗ-1. В качестве выключателя сети может быть использован MT-1-1.

При монтаже устройства могут быть произведены изменения в части применения комплектующих ЭРЭ. Вместо резисторов типа ВС можно использовать резисторы типов МЛТ, OMJIT, ВСа, Cl-4, С2-8 и другие с такими же номиналами. Вместо конденсаторов типа К50-6 можно применить конденсаторы типов К50-3, К50-12, К50-16, К50-20 и др. Выпрямительные диоды типа КДЮ5Б могут быть заменены диодами КД202 или диодными сборками типа КЦ402. Транзисторы типа П217 можно заменить на транзисторы типов П213, П215, П216. Транзистор типа КТ807Б можно заменить на транзистор типа КТ815 или КТ817. Транзисторы типов КТ315, КТ361 могут быть тоже заменены другими из этих серий. Важно, чтобы статический коэффициент усиления базы /г21 э транзисторов был в пределах 50—100.

Правильно собранное устройство начинает работать сразу же, без дополнительной регулировки. При этом все детали должны быть проверены перед установкой на печатные платы. В некоторых случаях потребуется изменить номиналы сопротивлений резисторов R3, RIO, R13 и R15. После включения устройства в сеть и замыкания контактов переключателя S1 загораются индикаторы напряжений + 12 В и —12 В. Напряжения выставляются соответствующими потенциометрами по дополнительному ИП. Нагрузка к БП подключается к разъемам «выход» токосъемниками, снабженными штырьками.

Если в момент включения прибора срабатывает защитное устройство, то необходимо на короткое время отключить его и затем снова включить.

Нестабилизированное напряжение снимается с гнезд Х9 и Х4 (+22 В) или с Х9 и Х5 (- 22 В).

Техническая характеристика

УЭП многофункционального назначения

Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В               220 или 127

Допускаемое отклонение напряжения

питающей сети переменного тока, В…………. 187—242

110—140

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц …………………………… 50

Допускаемое отклонение частоты питающей сети

переменного тока, Гц …………………………… 49,5—50,5

Выходное напряжение, В, на клеммах:

х2 и хз переменное частотой 50 Гц ………. 6,3

х9 и х4 постоянное нестабилизированное …. -f-22

х9 и х5 постоянное нестабилизированное …. —22

х9 и х8 постоянное стабилизированное …. +12

х9 и х10 постоянное стабилизированное… —12

х6 и х7 переменное частотой 50 Гц ……… 32

Коэффициент стабилизации напряжения

постоянного тока -f-12 и —12 В……………… 300

Ток нагрузки при номинальном постоянном стабилизированном напряжении 12 В, мА:

номинальный…………………………………….. 300

максимальный …………………………………..   500

Максимальная выходная мощность УЭП, Вт …. 70 Мощность, потребляемая устройством

при отсутствии нагрузки, мВт, не более …… 30

Коэффициент нестабильности

по напряжению 12 В, %/В, не более …………. 0,025

Амплитуда пульсаций выходного

стабилизированного напряжения 12 В

при токе нагрузки 300 мА, мВ, не более……. 15

Допустимый коэффициент нелинейных искажений

питающей сети, %, не более……………………. 10

Наработка на отказ, ч, не менее ………………… 5000

Вероятность безотказной работы’ ……………….   0,99

Кпд, %, не менее ………………………………….. 75

Условия эксплуатации: температура окружающей среды, °С:

минимальная………………………………………………. —25

максимальная …………………………………………….  40

относительная влажность воздуха при температуре 22°С, %, не более     85

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

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