1.Линейный блок питания с комплексной защитой

Линейные стабилизаторы относятся к типу интегральных и являются самыми распространенными среди стабилизирующих устройств. Их регулируемый элемент может быть включен параллельно или последовательно с нагрузкой. В зависимости от входного напряжения и тока, который потребляет нагрузка, он способен уменьшать или увеличивать сопротивление, сохраняя при этом постоянное напряжение на выходе.

Принципиальная схема блока питания с линейным стабилизатором напряжения и комплексной защитой изображена на рисунке 1. [1].

Рисунок 1 Линейный блок питания с комплексной защитой

Принцип работы данного блока питания состоит в следующем. С вторичной обмотки сетевого трансформатора Т1 переменное напряжение поступает на выпрямительный мост VD1. Интервалы выходного напряжения переключают перемычкой S1: в левом по схеме положении — 1,5... 15 В; в правом — 1,2...30 В. Конденсаторы С1— С4 уменьшают мультипликативную помеху. Выпрямленное напряжение, сглаженное конденсаторами С6—С9, поступает на входы основного и дополнительного стабилизаторов, которые собраны на микросхемах DA3 и DA1, включенных по типовой схеме . Для увеличения выходного тока основного стабилизатора применены регулирующие транзисторы VT1—VT4, в эмиттерных цепях которых установлены токовыравнивающие резисторы R9—R12. Диоды VD2, VD3, VD10 и VD11 — защитные. Выходное напряжение основного и дополнительного стабилизаторов регулируют сдвоенным переменным резистором R2. Резистором R3 устанавливают минимальное превышение напряжения дополнительного стабилизатора над напряжением основного, что необходимо для правильной работы узла защиты.

Напряжение на выходе блока питания измеряют вольтметром PV1, а выходной ток — амперметром РА1.

Для повышения стабильности работы узел защиты по току питают от стабилизатора DA2. Резистором R4 регулируют ток в основной обмотке 1 —2 герконового реле К1, в результате чего изменяется ток срабатывания по дополнительной обмотке 3—4. Если выходной ток БП превысит установленное значение, реле К1 сработает, контактами К1 1 включит реле К2 и самоблокируется через диод VD8. Реле К2 сработает и контактами К2.1 отключит основной стабилизатор от выпрямителя. При этом цвет свечения светодиода HL1 изменится с зеленого на красный и включится звуковая сигнализация (звуковой излучатель НА1 с встроенным генератором). Звуковую сигнализацию можно отключить выключателем SA3. После устранения причины срабатывания защиты по току БП возвращают в исходное состояние, нажимая на кнопку SB1 "Сброс". Диоды VD7 и VD9 ограничивают напряжение самоиндукции обмоток реле К1 и К2.

В узле сравнения напряжений основного и дополнительного стабилизаторов применена тиристорная оптопара U1. Напряжения стабилизаторов подают на излучающий диод оптопары, который в исходном состоянии закрыт. Если напряжение на выходе основного стабилизатора по каким-либо причинам увеличится, тиристор оптопары откроется, что приведет к срабатыванию защиты, как описано выше. Диоды VD4—VD6 защищают излучающий диод оптопары от перегрузки, а резистор R8 ограничивает ток.

Тепловая защита выполнена на термовыключателях SF1 и SF2. Выключатель SF1 срабатывает, если температура теплоотвода достигла 50 °С, и включает электродвигатель вентилятора М1. Если же температура теплоотвода продолжает увеличиваться, при 60 °С сработает выключатель SF2, что приведет к включению защиты. Электродвигатель вентилятора М1 можно принудительно включить выключателем SA2.

Основной элемент, определяющий электрические параметры и габариты БП, — сетевой трансформатор Т1. Применяется готовый стержневой трансформатор с габаритной мощностью примерно 600 Вт, имеющий вторичную обмотку с выходным напряжением 30 В со средним выводом. В БП можно использовать любой трансформатор с необходимыми характеристиками.

Диодный мост МВ351 (VD1) заменим любым выпрямителем серии MB или КВРС. В крайнем случае, мост можно собрать из отдельных диодов, обеспечивающих необходимый ток нагрузки.

Переключатель интервалов выходного напряжения S1 выполнен из трех приборных клемм, соединяемых перемычкой.

Стабилизаторы КР142ЕН22А заменимы любыми из этой серии или импортными аналогами серий SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, а стабилизатор КР142ЕН8Б — импортным аналогом 7812.

Реле К1 — РЭС-55Б исполнения РС4.569.600-00 (паспорт РС4.569.626). Подойдут также реле исполнений РС4.569.600-05 (паспорт РС4.569.631), РС4.569.600-01 (паспорт РС4.569.627) и РС4.569.600-06 (паспорт РС4.569.632). Если реле не срабатывает при напряжении 12 В, напряжение стабилизатора DA2 необходимо увеличить до надежного срабатывания реле (с запасом в 1,5...2 В), включив между выводом 2 микросхемы и общим проводом один-два маломощных кремниевых диода. Вывод корпуса реле удаляют. На корпус реле наматывают дополнительную обмотку проводом ПЭТВ (ПЭВ). При выборе диаметра провода следует ориентироваться на плотность тока 10 А/мм. Обмотку фиксируют термоусадочной трубкой. Расчетное сопротивление обмотки составляет 0,006 Ом, падение напряжения при токе 15 А — 0,09 В, максимальная рассеиваемая мощность — 1,35 Вт. Реле К2 — автомобильное 90.3747-01, способное коммутировать ток до 30 А. Термовыключатели SF1 и SF2 — РБ5-2 с температурой срабатывания 60 °С, ранее широко применявшиеся в ЕС ЭВМ. Один выключатель отрегулирован на температуру срабатывания 50 °С. Термовыключатели можно заменить импортными В1009 на соответствующую температуру, но поскольку их контакты размыкающие, их необходимо включать через инверторы. Электродвигатель М1 — вентилятор, применяемый для охлаждения блоков питания компьютеров IBM.

Светодиод АЛС331А (HL1) допустимо заменить импортным двуцветным или любыми двумя одноцветными (соответственно красным и зеленым). Транзисторы КТ818ГМ (VT1—VT4) заменимы мощными р-n-р транзисторами с максимальной рассеиваемой мощностью не менее 100 Вт, например, из серий КТ825, КТ865, КТ8102.

Резисторы R9—R12 — С5-16МВ мощностью 2 Вт. Их можно заменить самодельными, изготовленными из нихромовой проволоки диаметром 0,8... 1 мм. Можно обойтись и без этих резисторов, если подобрать транзисторы по равенству токов коллекторов при равных напряжениях база—эмиттер.

Из соображений надежности применены проволочные переменные резисторы ППЗ-45 (R2, R4) и подстроечные многооборотные резисторы СП5-ЗВ (R3, R5, R13, R17), однако их можно заменить любыми. Диоды КД522А (VD3—VD8, VD11) заменимы любыми кремниевыми маломощными, а диоды КД258А (VD2, VD9, VD10) — любыми с максимальным током не менее 1 А.

Для измерения напряжения и тока использованы измерительные головки М4203 сопротивлением 500 Ом с током полного отклонения 1 мА. Применение других измерительных головок потребует пересчета сопротивления резисторов R13, R16, R17.

Конденсаторы С6—С9 — К50-37, но допустимо применить любые другие. Следует помнить, что их суммарная емкость должна быть не менее 2000 мкФ на каждый ампер тока нагрузки, а номинальное напряжение превышать выходное напряжение выпрямителя при максимальном питающем сетевом напряжении.

Конденсаторы С5, СЮ—С12, С14 — танталовые К52-1, К52-2 и К53-1А. В случае применения оксидных алюминиевых конденсаторов их емкость следует увеличить в несколько раз. Остальные конденсаторы — любые керамические.

Выключатель SA1 — Т2 или другой, рассчитанный на ток не менее 3 А. Выключатели SA2, SA3 — МТ1, кнопка SB1 — КМ-1, но их можно заменить любыми другими.

Вместо тиристорной оптопары АОУ103А допустимо применить любую оптопару из серии АОУ115.

Основные технические характеристики рассматриваемого блока питания:

Интервалы регулирования выходного напряжения, В ………….…………….……..…1,2...30

Максимальный ток нагрузки, А…………………………………………………….................15

Коэффициент стабилизации по напряжению, не менее ........................................................100

Уровень пульсаций при выходном напряжении 12В и токе нагрузки 10А, мВ,...................30

Интервал регулирования тока срабатывания защиты, А ................................................0,5...15

Превышение выходного напряжения, при котором срабатывает защита, В….......................2

Температура включения вентилятора охлаждения, °С............................................................50

Температура срабатывания тепловой защиты, °С....................................................................60