Источники питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Импульсный преобразователь напряжения с 12 В на 220 В/50 Гц

Иногда, при отсутствии сетевой проводки, приходится питать бытовые электроприборы от бортовой сети автомобиля. В литературе описано немало простейших преобразователей с 12 на 220 В, но работающих на повышенной частоте. Для осветительной лампы или электронной удочки это еще допустимо, но не все бытовые приборы, рассчитанные на частоту сети 50 Гц, могут работать на более высокой частоте.

К данному преобразователю могут подключаться любые бытовые приборы мощностью до 100 Вт (при использовании более мощного трансформатора ее можно увеличить).

Предложенная схема работает на частоте 50 Гц и имеет защиту от перегрузки по току. Кроме того, данный преобразователь формирует выходной сигнал, более приближенный по форме к синусоидальному, что снижает уровень высокочастотных гармоник (помех).

Устройство (рис.) собрано на специально предназначенной для импульсных источников питания микросхеме 1114ЕУ4 (импортный аналог TL494CN или TL494LN). Это позволяет уменьшить число применяемых деталей и сделать схему довольно простой.

Внутри микросхемы имеется автогенератор со схемой для получения выходных импульсов с широтно-импульсной модуляцией, а также ряд дополнительных узлов, расширяющих ее возможности. Подробно о данной микросхеме можно узнать из соответствующей справочной литературы.

Выходные ключи микросхемы рассчитаны на ток не более 200 мА, и, чтобы управлять большей мощностью, выходные импульсы поступают на базу ключевых транзисторов VT1, VT2. Диод VD1 предотвращает повреждение схемы при ошибочной полярности подключения питания (перегорит только входной предохранитель FU1).



Рис. Схема импульсного преобразования напряжения

Рис. Диаграмма выходных импульсов микросхемы преобразователя

Налаживание устройства начинают при отключенном трансформаторе с установки частоты задающего генератора (100 Гц) с помощью времязадающей цепи R1C4. Так как микросхема имеет двухтактный выход, выходная частота равна половине частоты автогенератора (50 Гц на выходах 8 и 11 DA1). Резистором R7 настраивают форму выходных импульсов микросхемы в соответствии с диаграммами на рис. 3.2.

После этого подключают трансформатор и, установив напряжение питания схемы, равным 12 В, резистором R7 выставляют номинальное напряжение во вторичной цели 220 В Установка напряжения производится при подключенной нагрузке мощностью 25...60 Вт.

Для того чтобы убрать выбросы по фронтам в момент переходных процессов при коммутации тока, может потребоваться подбор номиналов элементов цепи R12 С9.

Ограничение выходного тока, равное 10 А. устанавливается резистором R10. Такая защита позволяет предотвратить повреждение преобразователя в случае перегрузки или короткого замыкания по выходу, так как в этом случае схема начинает снижать выходное напряжение, переходя в режим стабилизации тока.

Преобразователь не имеет обратной связи по выходному напряжению, так как опыт практической эксплуатации показывает, что оно незначительно меняется при изменении мощности подключенной нагрузки и не выходит за рамки допустимого диапазона 190...240 В.

Преобразователь потребляет на холостом ходу ток не более 1 А, а под нагрузкой он увеличивается пропорционально мощности.

Транзисторы устанавливаются на радиатор с площадью поверхности не менее 300 кв. см.

Трансформатор Т1 необходимо изготовить самостоятельно. Рекомендуется использовать магнитопровод типа ПЛМ27х40-73 или аналогичный. Обмотки 1 и 2 содержат по 14 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 2 мм; обмотка 3 содержит 700 витков провода диаметром 0,5 мм. Обмотки 1 и 2 должны быть симметричными -- это условие легко выполняется при их одновременной намотке (сразу двумя проводами).

В схеме применены конденсаторы С1. С2 типа К52-1. СЗ -- С8 -- типа К10-17, С9 -- К73-17В. постоянные резисторы: R9 типа С5-16МВ, R12 -- С5-5, остальные типа МЛТ; подстроенный R"⁷ типа С5-2.

Предохранитель на 10 А можно сделать из отрезка медного провода диаметром 0.25 мм.

В случае перегрузки преобразователя, при срабатывании режима ограничения тока, пониженное напряжение питания допустимо не для всех радиоэлектронных устройств. В этом случае защиту по току можно выполнить с автоматическим полным отключением преобразователя (рис. 3.3).

Рис. Схема с автоматическим полным отключением преобразователя

Для этой цели удобно воспользоваться токовым реле К1, группа контактов которого включает тиристор VS1. Ток, при котором замыкаются контакты геркона К1.1, настраивается изменением числа витков обмотки (одного слоя вполне хватит).

При срабатывании защиты будет светиться индикатор HL1, а чтобы вернуть схему в рабочее состояние, потребуется отключить на некоторое время питание преобразователя.

2. Импульсный преобразователь напряжения мощностью 40 Вт

Однотактный преобразователь, схема которого приведена на рис. 3.4, работает на частоте примерно 50 кГц.

В момент включения питания конденсаторы СЗ -- С5 заряжаются через резистор R2. При этом кратковременный импульс напряжения с этого резистора через диод VD5 и резистор R4 поступает на конденсатор С6 и заряжает его. Стабилитрон VD6 ограничивает уровень напряжения питания микросхемы величиной 5.6 В. Это обеспечивает первоначальный запуск схемы и питание автогенератора. В дальнейшем необходимое питающее напряжение для схемы снимается со вторичной обмотки (2) трансформатора Т2.

На элементах микросхемы DD1.1 -- DD1.3 собран задающий генератор импульсов, из которых на конденсаторе С9 образуется пилообразное напряжение. Компаратор DD2 сравнивает напряжение «пилы» с уровнем на выводе 2. В исходном состоянии компаратор открыт и через резистор R12 и базу транзистора VT3 протекает ток. В этом случае VT3, а значит и VT2, будут открыты. Как только напряжение с обмотки 2 трансформатора Т2 превысит установленный резистором R7 порог, компаратор закроется, что ограничит длительность импульса в первичной обмотке трансформатора. Таким образом обеспечивается стабилизация выходного напряжения при изменении сетевого на входе. Коэффициент стабилизации преобразователя зависит от наклона «пилы» на конденсаторе С9.

Диаграммы сигналов в наиболее важных точках, показанные на рис. 3.5, поясняют работу схемы. Транзистор VT1 обеспечивает защиту источника питания от перегрузки по току. При его открывании срабатывает блокировка работы компаратора (при лог -О» на выводе 6 DD2). Сигнал блокировки периодически подается также с выхода генератора. Это исключает нахождение компаратора в открытом состоянии длительное прими.

В случае срабатывания защиты, чтобы верну и, схему в рабочее состояние (запустить), потребуется на некоторое время отключите источник питания от сети (конденсаторы СЗ С5 должны успеть разрядиться через резистор R1).

В схеме применены следующие резисторы: R1 --МЛТ. R2 -- С5-5 на 1 Вт, подстроенный R7 -- , СП5-16ВА-0.25 Вт, остальные резисторы могут быть любого типа, конденсаторы С1. С2 и СЮ -- типа К42У-2, СЗ -- С5 -- К50-29 на 450 В, С6, С7, С16, С17 типа К50-35, С8, С9, С11 -- С13, С14, С15 -- К10-17. Транзистор VT2 можно заменить на КТ839А.

Дроссель фильтра Т1 выполняется на двух соединенных вместе ферритовых тороидальных сердечниках М2000НМ1 типоразмера К20х10x7,5 мм. Обе обмотки содержат по 40 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0,33 мм (перед намоткой острые края сердечника необходимо закруглить надфилем). Для изготовления трансформатора Т2 используют ферритовые (М2000НМ1) чашки типоразмера БЗО. В центральной части магнитопровод должен иметь зазор примерно 0,2...0,6 мм (чтобы трансформатор при работе не намагничивался). Обмотки содержат: 1 -- 120 витков, 2 -- 7 витков провода ПЭЛ-2 диаметром 0,15 мм, 3 -- 8 витков провода диаметром 3x0,33 мм (наматывается тремя проводами одновременно), 4 -- 19 витков провода диаметром 0,5 мм.

Транзистор VT2 устанавливается на радиатор, а вся конструкция закрывается сетчатым экраном для обеспечения свободного отвода тепла от Т2 и VT2. Кроме того, экран позволяет снизить уровень излучений и помех при работе источника питания.

Перед включением трансформатора Т2 необходимо убедиться в работоспособности схемы формирования импульсов (на выводе 1 DD2). Для этого можно временно подать напряжение 9 В на конденсатор С7 от внешнего источника питания. При правильной фазировке обмоток у трансформатора Т2 настройка схемы заключается в установке резистором R7 необходимой величины напряжения во вторичной обмотке и проверки запуска схемы при минимальном питающем напряжении 180 В.

3. Миниатюрный импульсный источник питания

Данное устройство (рис. 3.6) обеспечивает двухполярное напряжение ±12 В с полногальванической развязкой от сети 220 В.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце М2000НМ типоразмера К20Х10Х5. Обмотки I и II содержат по 300 витков провода ПЭВ-2 0,11 мм, а обмотки III и IV -- по 90 витков провода ПЭВ-2 0,25 мм. Вторичные обмотки необходимо хорошо изолировать от первичных. Кстати, никто не запрещает намотать выходную обмотку с другим количеством витков и получить то напряжение на выходе, которое вам требуется.

Рис. Схема миниатюрного импульсного блока питания

Преимуществом этого блока питания является то, что он обладает малыми размерами и весом.

4. Маломощный импульсный источник питания мощностью 15 Вт

Данное устройство может применяться для питания любой нагрузки мощностью до 15...20 Вт и имеет меньшие габариты, чем аналогичное, выполненное по классической схеме с понижающим трансформатором, работающим на частоте 50 Гц.

Источник питания (рис. 3.7) выполнен по схеме однотактного импульсного высокочастотного преобразователя. На транзисторе собран автогенератор, работающий на частоте 20...40 кГц (зависит от емкости конденсатора С5). Элементы VD5, VD6 и С6 образуют цепь запуска автогенератора.

Во вторичной цепи после мостового выпрямителя стоит обычный линейный стабилизатор на микросхеме, что позволяет получить на выходе фиксированное напряжение, не зависящее от колебаний сетевого напряжения в диапазоне 187...2-12 В.

В схеме применены конденсата; К/3-1 б на

630 В, СЗ -- К50-29 на 440 В. СЛ -- К73-17Й нл 400 В. С5 -- К10-17, С6 -- К53-4А на 16 В, С7 и С8 -- К53-18 на 20 В. Резисторы могут быть любыми. Стабилитрон VD6 можно заменить на КС147А.

Рис. Схема маломощного импульсного источника питания

Импульсный трансформатор Т1 выполняется на ферритовом сердечнике М2500НМС-2 или М2000НМ9 типоразмера Ш5х5 (сечение магнитопровода в месте расположения катушки 5x5 мм с зазором в центре). Намотка сделана проводом марки ПЭЛ-2. Обмотка 1-2 содержит 600 витков провода диаметром 0,1 мм; 3-4 -- 44 витка диаметром 0,25 мм; 5-6 -- 10 витков того же провода, что и первичная обмотка.

В случае необходимости вторичных обмоток может быть несколько (на схеме показана только одна). Имейте в виду, что для работы автогенератора необходимо соблюдать полярность подключения фазы обмотки 5-6 в соответствии со схемой.

Настройка преобразователя заключается в получении устойчивого возбуждения автогенератора при изменении входного напряжения от 187 до 242 В. Элементы, требующие подбора. отмечены на схеме звездочкой (*). Резистор R2 может иметь номинал 150...300 кОм, а конденсатор С5 -- 6800... 15000 пФ. Для уменьшения габаритов преобразователя в случае меньшей снимаемой во вторичной цепи мощности номиналы фильтрующих конденсаторов (СЗ, СУ и С8 можно уменьшить Их величина связана с мощностью нагрузки соотношением:

C0=P/2UmFcAU,

где Р -- мощность в цепи нагрузки, Вт,

Um --- амплитудное значение выпрямленного напряжения (для действующего на входе сетевого напряжения 242 В амплитуда составляет 342 В),

Fc -- частота сети, для расчета СЗ она берется равной 50 Гц,

AU _ максимальный размах пульсаций выпрямленного напряжения, допустимый для применяемого типа конденсатора (берется из справочника, для К50-29 составляет 10... 14%, т.е. 34 В).

Конструкция корпуса устройства должна предусматривать установку транзистора и стабилизатора D1 на радиаторы, а также экранирование всей схемы для снижения уровня излучаемых помех.

5. Защита аппаратуры от повышенного напряжения в сети

Повышенное напряжение в сети может появиться в результате аварии на электроподстанции или на линии электропередач. Особенно эта проблема актуальна в сельской местности или на даче, где такие явления нередки. Это связано с тем, что подводящие сетевые провода имеют открытую (воздушную) проводку и возможен их обрыв или замыкание с другими проводами.

Постоянно контролировать сетевое напряжение неудобно, да и неэффективно. Ведь перегрузка при работающей радиоаппаратуре может произойти в любой момент времени. Предлагаемое устройство позволяет предотвратить повреждение электроприборов и радиоаппаратуры от повышенного напряжения.

Простейший вариант защиты аппаратуры от перегрузки можно выполнить, используя специальный разрядник, включенный после входных предохранителей. Он имеет такую характеристику, что пробой газа внутри корпуса происходит при превышении действующего напряжения выше 270 В. Сработавший разрядник имеет очень малое внутреннее сопротивление и закорачивает сетевую цепь. В атом случае просто перегорят плавкие вставки (или сработает защитный электромеханический автомат), что прервет подачу на. включенные бытовые устройства.

Основными недостатками разрядника являются его дефицитность и нерегулируемый порог срабатывания.

Приведенная схема (рис. 3.8) аналогична по принципу работы разряднику. Только вместо него использован более доступный электронный коммутатор -- симистор. При этом порог открывания VS1 можно установить с помощью резистора R4 на уровне 260 В (действующее значение). Конденсатор С1 устраняет срабатывание схемы от кратковременных помех (выбросов). Устанавливать светодиод HL1 не обязательно, но его удобно иметь при настройке, когда управление симистором можно временно отключить.



Рис. Схема электронного «разрядника»

Проверить работоспособность устройства и установить порог срабатывания защиты можно при помощи ЛЛТРа (усилив предохранители FU1 на небольшой ток 1 ..2 А). В ждущем режиме схема потребляет ток не более 3 мА. Защитное устройство можно сделать более «умным», если дополнить его схемой, реагирующей на ток в цепи (рис. 3.9).

При этом устройство будет срабатывать только в том случае, если к сети подключены потребители энергии.

6. Импульсный преобразователь сетевого напряжения

Применение импульсного преобразователя напряжения позволяет уменьшить габариты и вес источника питания, что особенно важно для переносных конструкций.

Преобразователь (рис. 3.10) предназначен для питания от сети 220 В устройств с потребляемым током до 3 А при ивых=9,2 В (для получения напряжения 5 или 6 В можно установить на выходе любую типовую схему линейного стабилизатора).

Предложенный преобразователь отличается от аналогичных простотой конструкции и наличием защиты источника питания от перегрузки в случае короткого замыкания в выходной цепи.

Электрическая схема устройства состоит из входного фильтра (элементы С1, С2, СЗ и Т1), цепи запуска (R2, R3, R4, С4, VT1), автогенератора (VT2, VT3, Т2, ТЗ, С5), выпрямителя выходного напряжения (VD5, VD6, С12, С13). Преобразователь собран по полумостовой схеме.

Входной фильтр преобразователя обеспечивает ослабление помех более чем в 2 раза (начиная с частоты 15 кГц).

В цепи запуска используется транзистор VT1 в режиме обратимого пробоя, что позволяет формировать короткие импульсы, которые необходимы в момент включения схемы для запуска работы ключевого каскада VT2, VT3 в режиме автогенератора на частоте 30...60 кГц; при этом рабочую частоту, в небольших пределах, можно изменять емкостью С5.

В случае замыкания в цепи вторичной обмотки трансформатора ТЗ обратная связь в автогенераторе нарушается, и генерация срывается до момента устранения неисправности.

КПД преобразователя при токе нагрузки 2 А составляет 0,74 (при токе 4 А -- 0,63).

В устройстве могут быть использованы резисторы любого типа, конденсаторы С1 типа К73-17 на 630 В, С2 и СЗ типа К73-9 или К73-17 на 250 В, С4 и С5 типа К10-7, С6 и С7 типа К50-35 на 250 В, С8 и С9 типа К73-9 на 250 В, СЮ -- С12 типа КЮ-17, С13 типа К52-1В на 20 В.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ312А, Б, В, а транзисторы VT2 и VT3 на КТ838А, КТ846В.

Дроссель Т1 намотан на двух склеенных вместе кольцевых сердечниках типоразмера К20х12х6 из феррита марки 2000НМ. Обмотки I и II содержат по 45 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм. Трансформатор Т2 выполнен на двух склеенных вместе кольцевых сердечниках типоразмера К10x6x3 из феррита 2000НМ. Обмотка I содержит 60 витков, обмотки II и III -- по 15 витков провода ПЭЛШО-0,15 (отвод в обмотке II для обратной связи по току от третьего витка от конца). Для изготовления ТЗ применен кольцевой сердечник К28х16х9 (2000НМ). Обмотка I содержит 250 витков провода ПЭВ-2 0,25, обмотки II и III -- 22 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм.

При изготовлении трансформаторов перед намоткой провода необходимо закруглить надфилем острые края сердечников и обернуть их лакотканью. Намотку следует проводить виток к витку с последующей изоляцией каждого слоя (лучше использовать фторопластовую ленту толщиной 0,1 мм).

Диоды VD1 -- VD4 могут быть заменены на любые высоковольтные, в качестве VD5 и VD6 можно использовать КД2998В, диоды других типов применять не рекомендуется.

Наибольшее тепловыделение в схеме происходит на выпрямительных диодах VD5. VD6, и их необходимо устанавливать на радиатор. Остальные детали схемы в теплоотводе не нуждаются.

Конструктивно все элементы схемы, кроме выключателя SI и диодов VD5, VD6, размещены на односторонней печатной плате размером 140x65 мм. Топология печатей платы приведен.! на рис. 3.11, расположение элементов -- на рис. 3. 12

Рис. Топология печатной платы



Рис. 3.12. Расположение элементов на печатной плате

В заключение следует отметить, что. используя данную схему, можно получить и другие напряжения во вторичной цепи, для чего необходимо пропорционально изменить число витков во вторичных обмотках II и III трансформатора ТЗ.

7. Источник питания на 3 В со стабилизацией

Многие портативные приборы рассчитаны на питание от двух батареек или аккумуляторов и могут в стационарных условиях питаться от источника со стабилизированием напряжения 3 В и допустимым током до 0,2 А. Нужный блок питания можно найти в магазинах. Отечественная промышленность таких источников питания выпускает мало. Кроме того, они, как правило, не имеют стабилизации выходного напряжения, что может привести к появлению фона переменного тока.

Собрать необходимый источник по силам каждому, кто умеет пользоваться паяльником, и это не потребует много времени и больших затрат.

Далее приведены два варианта построения такой схемы, собранных на разных элементах; нужную вы сможете выбрать сами, познакомившись с их особенностями и исходя из своих возможностей.

На рис. 3.13 приведена простая схема блока питания на 3 В (ток в нагрузке 200 мА) с автоматической электронной защитой от перегрузки (!кз=250 мА). Уровень пульсаций выходного напряжения не превышает 8 мВ.

Рис. Блок питания со стабилизацией (первый вариант)

Для нормальной работы стабилизатора напряжение после выпрямителя (диоды VD1 -- VD4) может быть от 4,5 до 10 В, но лучше, если оно будет не более 5...6 В, тогда тепловыделение транзистора VT1 при работе стабилизатора будет меньше.

В схеме в качестве источника опорного напряжения используется светодиод HL1 и диоды VD5, VD6. Светодиод является одновременно и индикатором работы блока питания.

Транзистор VT1 крепится на теплорассеивающей пластине. Трансформатор Т1 можно применить любой из унифицированной серии ТН, но лучше использовать самые малогабаритные ТН1 -127/220-50 или ТН2-127/220-50.

Вторая схема (рис. 3.14) использует интегральный стабилизатор DA1, но, в отличие от транзисторного стабилизатора, приведенного на первом рисунке, для нормальной работы микросхемы необходимо, чтобы входное напряжение превышало выходное не менее чем на 3,5 В. Это снижает КПД стабилизатора за счет тепловыделения на микросхеме -- при низком выходном напряжении мощность, теряемая в блоке питания, будет превышать отдаваемую в нагрузку.

Рис. Блок питания со стабилизацией (второй вариант)

Необходимое выходное напряжение устанавливается подстроенным резистором R2. Микросхема устанавливается на радиатор.

Интегральный стабилизатор обеспечивает меньший уровень пульсаций выходного напряжения (1 мВ), а также позволяет использовать фильтрующие емкости меньшего номинала.

8. Сенсорный регулятор мощности на микросхеме К145АП2

Среди радиолюбителей большой популярностью пользуются различные регуляторы мощности, позволяющие плавно регулировать яркость лампы накаливания, температуру жала паяльника или спирали электроплитки. Но мало кто из радиолюбителей знает, что специально для таких устройств разработана микросхема К145АГ12, представляющая собой формирователь импульсов для управления мощным симистором. Устройства, собранные на этой микросхеме, обладают более широкими функциональными возможностями и позволяют при кратковременном касании сенсора включать или выключать нагрузку, при более длительных касаниях (в течение 3-4 секунд) -- плавно регулировать, например, яркость лампы накаливания от минимума к максимуму. Эти устройства также обладают способностью запоминать свое предыдущее состояние до следующего касания сенсора. И хотя микросхема К145АП2 была разработана еще в 80-х годах и применяется во многих бытовых светильниках, в отечественной радиолюбительской литературе до сих пор не было описания устройств, выполненных на этой микросхеме, если не считать небольшой заметки о промышленном регуляторе типа «АРС» в одном из номеров журнала «Радио». Электрическая принципиальная схема сенсорного регулятора на микросхеме К145АП2, показанная на рис. 3.15, заимствована из болгарского журнала «Направи сам» (№ 12 за 1990 год). Устройство состоит из БИС К145АП2 с соответствующими цепями коррекции и защиты, узла формирования синхроимпульса на элементах СЗ, R6. узла управления симистором на транзисторе VT1 и резисторах R4, R5. Питается регулятор непосредственно от сети 220 В через простейший однополупериодный выпрямитель, состоящий из гасящей цепочки R7, С5 и диода VD3. Отрицательное стабилизированное напряжение -14 В снимается со стабилитрона VD2 и подается на вывод 5 микросхемы DA1. Дроссель L1 и конденсатор С6 образуют фильтр для подавления высокочастотных помех, возникающих при работе регулятора. Регулятор не содержит дефицитных и дорогостоящих деталей. Все резисторы типа МЛТ-0,125, R7 -- мощностью 1 Вт. В качестве R1 желательно применить высокоомный резистор типа КИМ сопротивлением 10...20 МОм или набрать его из нескольких последовательно соединенных высокоомных резисторов.

Конденсаторы С1, С2, СЗ -- типа КМ, К10, КД, С4 -- любой электролитический емкостью 50... 100 мкФ на напряжение 25 В. Конденсаторы С5, С6 типа К73-11, К73-17 на напряжение не ниже 400 В. Стабилитроны VD1, VD2 -- Д814Д, диод VD3 -- КД209Б. Транзистор любой из серии КТ315, симистор -- ТС 112-10. Дроссель L1 выполнен на ферритовом стержне диаметром 8 мм и длиной 50 мм. Он содержит 150 витков провода ПЭВ диаметром 0.5...0,6 мм, намотанных виток к витку в два своя на бумажной гильзе. После намотки дроссель необходимо пропитать лаком, в противном случае при работе регулятора возможно неприятное на слух дребезжание его витков. Но необходимо только заметить, что при нагрузке менее 60 Вт регулятор работает нестабильно, к тому же требует строгой фазировки подключения к сети согласно схеме, т.е. ноль на нулевой провод, а фазу -- на фазный провод. Предлагаемый регулятор подключается к электросети напрямую, поэтому, налаживая и эксплуатируя его, помните о технике безопасности. Никаких заземлений ни самого регулятора, ни корпуса, в котором он размещен, делать нельзя. Подводимые провода должны быть в надежной изоляции. Устройство может быть выполнено в виде приставки к светильнику или размещено в его корпусе. При соответствующей разработке печатной платы регулятор на БИС К145АП2 легко заменяет стандартные механические выключатели. При этом никакой переделки в электросети делать не надо. По приведенной схеме были изготовлены несколько светорегуляторов.

Все начинали работать сразу, показав себя надежными и удобными в работе.

Рис. Схема регулятора мощности

9. Двухполярный источник питания

импульсный преобразователь мощность питание напряжение

Промышленность выпускает специализированную микросхему преобразователя для получения отрицательного напряжения: КР1168ЕП1 (входное напряжение 3...10 В, а выходное -- отрицательное такой же величины, что и на входе). Но она перекрывает узкий диапазон напряжений.

На рис. 3.16 приведена схема простого преобразователя, который позволяет получать от источника +12 В (+9 В) дополнительное стабилизированное напряжение -12 В (-9 В при использовании стабилизатора КР142ЕН8А). Ток нагрузки по цепи -12В может быть до 15 мА.

Преобразователь работает на частоте 50 кГц и сохраняет свою работоспособность при снижении напряжения питания до 7 В.

Рис. Схема двухполярного источника литания

Схема состоит из автогенератора на транзисторе VT1 повышающего трансформатора Т1 и интегрального стабилизатора

При сборке требуется соблюдать полярность подключения фаз обмоток трансформатора Т1, указанную на схеме. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора после выпрямления должно составлять примерно 15... 19 В, что необходимо для нормальной работы стабилизатора DA1.

Для настройки преобразователя сначала вместо DA1 подключают резистор 150 Ом. Форма импульсов на обмотке 3 трансформатора Т1 при нормальной работе схемы выглядит так. как это показано на рис. 3.17.

При настройке может потребоваться п:;дбср конденсатора СЗ и резистора R2.



Рис. 3.17. Форма импульсов на вторичной обмотке трансформатора преобразователя

Рис. Чертеж трансформатора

Трансформатор Т1 выполняется на броневом сердечнике типоразмера Б22 из феррита 2000НМ (1500НМ), обмотка 1 содержит 80 витков, 2 -- 15 витков. 3 -- 110 витков провода ПЭЛШО-0,18. После проверки и настройки схемы катушку и ферритовые чашки следует закрепить клеем (рис. 3.18).

Конденсаторы С2, С4, С5 применены типа К50-29-63В, С1 и СЗ -- любые малогабаритные. С6 -- К53-1А-20В.

Все элементы схемы размещены на печатной плате с размерами 65x50 мм. Для уменьшения высоты платы монтаж выполнен в двух уровнях -- конденсаторы С4 и С5 расположены над элементами VT1 и DA1.

При питании от сети для получения двухполярного напряжения можно применить широко распространенные малогабаритные трансформаторы (конструктивно оформленные в виде сетевой вилки. Перематывать трансформатор, удобно воспользоваться схемой, приводимой на рис. 3.19.).

Рис. Двухполярный источник питания с малогабаритным трансформатором

10. Источник питания на 4 В с автоматическим зарядным устройством для аккумуляторов типа НКГЦ-0.45, Д-0.26

Источник питания предназначен для питания от сети 220 В маломощной нагрузки, рассчитанной на напряжение 4 В и с током потребления не более 100 мА, а также для подзарядки трех аккумуляторов типа НКГЦ-0,45 или НКГЦ-0,5 с автоматическим контролем уровня заряда.

Когда источник включается в сеть, загорается зеленый светодиод. Процесс заряда аккумуляторов контролируется по свечению красного светодиода (при этом переключатель SA1 должен быть включен). Пока идет процесс заряда, он будет постоянно гореть, а при его окончании светодиод начинает мигать и интенсивность его свечения будет меньше.

Схема автоматически следит за процессом заряда и исключает повреждение аккумуляторов. Если источник используется только для питания устройства, то зарядную часть можно отключать переключателем SA1.

По сравнению с аналогичными по назначению схемами, опубликованными в литературе, данная содержит меньше радиоэлементов и проще в изготовлении.

Необходимое выходное напряжение источника питания устанавливается резистором R2. Настройка устройства проводится тока заряда 45 мА резистора R4 из ряда 15, 18, 20 Ом.

Для настройки вместо аккумуляторов к контактам 2 и 3 Х2 подключается последовательно с миллиамперметром резистор сопротивлением 68 Ом мощностью не менее 1 Вт. При этом светодиод HL2 должен постоянно гореть. После выполнения этой операции проверяется работа компаратора DA2. Для этого к контактам 2 и 3 Х2 следует подключить параллельно с осциллографом резистор 150 Ом (0,5 Вт).

Конструктивно источник питания выполнен на односторонней печатной плате, размещенной в корпусе от стандартного источника типа БП2 3. предназначенного для питания микрокалькуляторов. От этого же источника взят и сетевой трансформатор типа Т8-220-50. При использовании трансформатора другого типа его вторичная обмотка должна быть рассчитана на напряжение 12... 15 В при токе нагрузки 200 мА. Светодиоды HL1 и HL2 крепятся на верхней крышке корпуса клеем. Штекер XI размещен на основании корпуса, а Х2 соединен с корпусом проводом длиной около 1 м.

Внутри корпуса к транзистору VTI крепится пластина. Применяемые резисторы могут быть любого типа, конденсаторы С1 -- СЗ -- типа К50-16 или аналогичные малогабаритные, микропереключатель SA1 -- типа ПД-9-2. Транзистор VT1 можно заменить на КТ814Б.

При использовании указанных выше деталей габариты всего устройства не превышают 60x60x50 мм (рис. 3.21).



Рис. Внешний вид устройства

Для заряда аккумуляторов другого типа или большего их количества необходимо выставить соответствующий номинальный ток заряда (R4), а также верхний (R2) и нижний пороги (R8) срабатывания компаратора.

11. Сигнализаторы разряда элементов питания

Известно, что разряд аккумулятора до напряжения, ниже допустимого для каждого конкретного типа, приводит как минимум к снижению его ресурса. Чтобы этого не произошло, необходимо периодически контролировать напряжение на аккумуляторе вольтметром, что не всегда удобно, а иногда и просто невозможно. В журналах неоднократно публиковались схемы сигнализаторов уровня напряжения, однако предлагаемые в данной статье устройства имеют меньше деталей и отличаются малым потреблением тока

За основу приведенных ниже схем взят индикатор уровня напряжения па транзисторе, работающем в режиме микротоков. При этом у транзистора очень большой коэффициент усиления и при изменении напряжения питания на 0. i В он переключается из запертого состояния в открытое.

На рис. 3.22 приведена схема, которая позволяет показать (по свечению светодиода HL1) снижение уровня напряжения на элементах питания ниже допустимой нормы. Светодиод может быть любого типа. Напряжение, при котором срабатывает сигнализатор, устанавливается резистором R2 (удобнее использовать многооборотный, типа СП5-2).

Но иногда вместо световой лучше иметь звуковую сигнализацию, так как свечение светодиода можно вовремя и не заметить.

Рис. Сигнализатор разряда элементов питания

Рис. Схема звуковой сигнализации о разряде элементов питания

На рис. 3.23 приведена схема звукового сигнализатора на пьезоизлучателе HF1 (типа ЗП 1 или любом аналогичном). Уровень контролируемого напряжения может быть от 2 до 30 В. но при использовании схемы с напряжением более 9 В необходимо подобрать величину резистора R5, для того чтобы схема, при достаточной громкости звука пьезоизлучателя в режиме сигнализации потребляла ток не более I . 2 мА. Частота звука зависит от конденсатора С1, и ее можно изменить.

Катушка L1 содержит 600 витков провода ПЭВ диаметром 0,08 мм (0.1 или 0.12 IV.M). намотанных на склеенных клеем двух кольцах типоразмера К10x6x3 мм из феррита 600НМ1 или 1000НМ1. Топология печатной платы показана на рис. 3.24.

Рис. Топология печатной платы сигнализатора

12. Схемы восстановления заряда у гальванических элементов питания

Проблема повторного использования гальванических элементов питания давно волнует любителей электроники. В технической литературе неоднократно публиковались различные методы «оживления» элементов, но, как правило, они помогали только один раз, да и ожидаемую емкость давали не всегда.

В результате экспериментов удалось определить оптимальные токовые режимы регенерации и разработать зарядные устройства, пригодные для большинства элементов. При этом они обретали емкость, равную первоначальной, а иногда и несколько превосходящую ее.

Имейте в виду, что восстанавливать нужно элементы, а не батареи из них, поскольку даже один из последовательно соединенных элементов батареи, пришедший в негодность (разряженный ниже допустимого уровня), делает невозможным восстановление батареи.

Что касается процесса заряда, то он должен проводиться асимметричным током с напряжением 2,4...2,45 В. При меньшем напряжении регенерация весьма затягивается и элементы после 8.. 10 часов не набирают и половинной емкости. При большом же напряжении нередки случаи вскипания элементов, что приводит к выходу их из строя.

Перед началом заряда элемент необходимо провести его диагностику, смысл которой состоит в определении способности элемента выдерживать определенную нагрузку. Для этого к элементу подключают вначале вольтметр и измеряют остаточное напряжение, которое не должно быть ниже 1 В (элемент с меньшим напряжением непригоден к регенерации). Затем нагружают элемент на 1 ...2 секунды резистором 10 Ом, и, если напряжение элемента упадет не более чем на 0.2 В, он пригоден к регенерации.

Электрическая схема зарядного устройства, приведенная на рис. 3.25, рассчитана на зарядку одновременно шести элементов (G1 -- G6 типа 373, 316, 332, 343 и других аналогичных им).

Рис. Схема заряда одновременно 6 элементов питания

Самой ответственной деталью схемы является трансформатор Т1. Его вторичная обмотка должна быть намотана как можно более толстым проводом, чтобы напряжение на ней оставалось в пределах 2,4...2,45 В независимо от количества подключенных в качестве нагрузки регенерируемых элементов.

Если готового трансформатора с таким выходным напряжением найти не удастся, то можно приспособить уже имеющийся трансформатор мощностью не менее 3 Вт. намотав на нем дополнительно вторичную обмотку на нужное напряжение проводом марки ПЭЛ или ПОВ диаметром 0.8... 1.2 мм Соединительные провода между трансформатором и зарядными цепями должны быть возможно большего сечения.

Продолжительность регенерации 4,5. а иногда и 5 часов Периодически тот ими иной -элемент надо вынимать из опока и проверять его по методике, приведенной выше для диагностики элементов, а можно следить с помощью вольтметра за напряжением заряжаемых элементах и. как только оно достигнет 1,8... 1,9 В, регенерацию прекратить, иначе элемент может перезарядиться и выйти из строя. Аналогично поступают в случае нагрева какого-либо элемента.

Лучше всего восстанавливаются элементы, работающие в детских игрушках, если ставить их на регенерацию сразу же после разряда. Причем такие элементы, особенно с цинковыми стаканами, допускают многоразовую регенерацию. Несколько хуже ведут себя современные элементы в металлическом корпусе.

В любом случае, главное для регенерации -- не допускать глубокого разряда элемента и вовремя ставить его на подзарядку, так что не спешите выбрасывать отработанные гальванические элементы.

Вторая схема (рис. 3.26) использует тот же принцип подзарядки элементов пульсирующим асимметричным электрическим током. Она проще в изготовлении, так как позволяет использовать любой трансформатор с обмоткой, имеющей напряжение 6,3 В. Лампа накаливания EL1 (6,3 В, 0,22 А) выполняет не только сигнальные функции, но и ограничивает зарядный ток элемента, а также предохраняет трансформатор в случае коротких замыканий в цепи зарядки.



Рис. Второй вариант схемы для подзарядки элементов

Стабилитрон VD1 типа КС119А ограничивает напряжение заряда элемента. Он может быть заменен набором из последовательно включенных диодов -- двух кремниевых и одного германиевого -- с допустимым током не менее 100 мА. Диоды VD2 и VD3 -- любые кремниевые с тем же допустимым средним током, например КД102А, КД212А.

Емкость конденсатора CI от 3 до Г> мкФ, рабочее напряжение не менее 16 В. Цепь из переключателя SA1 и контрольных гнезд Х1, Х2 служит для подключение вольтметра. Резистор R1 -- 10 Ом и кнопка SB1 используются для диагностики элемента G1 и контроля его состояния до и после регенерации.

Нормальному состоянию соответствует напряжение не менее 1,4 В и его уменьшение при подключении нагрузки не более чем на 0,2 В. О степени заряда элемента можно также судить по яркости свечения лампы HL1. До подключения элемента она светится примерно вполнакала. При подключении разряженного элемента яркость свечения заметно увеличивается, а в конце цикла зарядки подключение и отключение элемента почти не вызывает изменения яркости.

При подзарядке элементов типа СЦ-30, СЦ-21 и других (для наручных часов) необходимо последовательно с элементом включать резистор на 300...500 Ом. Элементы батареи типа 336 и других заряжаются поочередно. Для доступа к каждому из них нужно вскрыть картонное донышко батареи.

Если требуется восстановить заряд только у элементов питания серии СЦ, схему для регенерации можно упростить, исключив трансформатор (рис. 3.27).

Рис. Упрощенная схема зарядного устройства

Работает схема аналогично вышеприведенным. Зарядный ток (1зар) элемента G1 протекает через элементы VD1. R1 в момент положительной полуволны сетевого напряжения. Величина 1зар зависит от значения R1. В момент отрицательной полуволны диод VD1 закрыт и разряд идет по цепи VD2, R2. Соотношение 1зар и 1разр выбрано как 10:1. У каждого типа элемента серии СЦ своя емкость, но известно, что величина зарядного тока должна составлять примерно десятую часть от электрической емкости элемента питания. Например, для СЦ 21 емкость 38 мАч (1зар-3,8 мА, 1рлзр=0.38 мА). для СЦ 59 емкость 30 мАч (1зар-3 мА. 1разр 0.3 мА). На схеме указаны номиналы резисторов для регенерации элементов СЦ-59 и СЦ-21, а для других типов их легко определить, воспользовавшись соотношениями: R1=22072l3ap. R2=0,1R1.

Установленный в схеме стабилитрон VD3 в работе зарядного устройства участия не принимает, но выполняет функцию защиты от поражения электрическим током -- при отключенном элементе G1 на контактах Х2, ХЗ напряжение не сможет возрасти больше, чем уровень стабилизации. Стабилитрон КС175 подойдет с любой последней буквой в обозначении или же может быть заменен двумя стабилитронами типа Д814А, включенными последовательно навстречу друг другу («плюс» к «плюсу»). В качестве диодов VD1 и VD2 подойдут любые с допустимым обратным напряжением не менее 400 В.

Время регенерации элементов составляет 6... 10 часов. Сразу после регенерации напряжение на элементе будет немного превышать паспортную величину, но через несколько часов снизится до номинальных 1,5 В.

Элементы СЦ удается восстанавливать таким образом до трех-четырех раз, если вовремя ставить их на подзарядку, не допуская полного разряда (ниже 1 В).

Рис. Схема для подзаряда элементов питания

13. Автоматическая защита аппаратуры от перегрузок

Устройство, о котором пойдет речь, предназначено для предотвращения выхода из строя радиоаппаратуры в результате значительных колебаний напряжения в сети Оно будет особенно полезно на даче или в деревне, где го происходит довольно часто. Используемые при нестабильной сети, ферромагнитные стабилизаторы имеют узкий диапазон стабилизации и при значительных колебаниях напряжения (в сторону увеличения) просто выходят из строя. К тому же, для некоторой радиоаппаратуры опасно не только повышенное, но и пониженное напряжение сети.

Контролировать сеть измерительным прибором каждый раз перед включением радиоприборов неудобно, да и неэффективно, так как отклонение от номинального значения может произойти в процессе работы. Но эту задачу может взять на себя автоматическое контрольное устройство, через которое и будет питаться аппаратура.

При первоначальном включении устройства кнопкой SB1 (рис. 3.29, рис. 3.30) оно в течение одной секунды проверяет, находится ли уровень сетевого напряжения в пределах 170...260 В. а также на наличие помех. В случае отклонения напряжения за установленные значения схема не позволит включить радиоаппаратуру.

Рис. Основной блок устройств

В процессе работы защитное устройство производит непрерывный контроль за состоянием сети и при выходе напряжения за границы 190. 245 В начинает работать звуковая сигнализация, предупреждая, что лучше выключить радиоаппаратуру При этом по свечению светодиодного индикатора можно определить вид отклонения напряжения в -t (увеличение) или (снижение) В случае опасного несоответствия напряжения (при выходе за пределы 170...260 В) радиоаппаратура, подключенная к гнездам Х1 и Х2, автоматически отключится.

Рис. Схема контроля уровня напряжения

Электрическая схема устройства состоит из четырехуровневого компаратора на элементах микросхемы DD2, звукового генератора на элементах DD3.1 -- DD3.3, узла коммутации на транзисторе VT1 и реле К1, а также блока питания со стабилизатором напряжения на микросхеме DD1.

Порог срабатывания компараторов устанавливается при настройке резисторами, отмеченными на схеме звездочкой (*). Их значения указаны на схеме ориентировочно. Настройка устройства производится при помощи ЛАТРА, изменяя напряжение питания на штекере ХР1. При этом резистором R15 устанавливают значение верхнего порога, равное 245 В (на выходе 8 DD2 появится лог. «1»). а резистором R14 -- уровень нижнего порога, составляющий 170 В (на выходе 8 DD2 лог. «0»). Для настройки удобно использовать многооборотные подстроенные резисторы.

Настройку схемы лучите начинать с проверки работоспособности узла, показанного на рис. 3.29. При нажатии им кнопку ВКЛ (SB1) реле KI срабатывает с задержкой примерно в 1 секунду и контактами К1.2 блокирует кнопку, время задержки включения реле зависит от номинала емкости С2 и резистора R7. Выключение реле К1 может производиться кнопкой ОТКЛ (SB2) пли же от схемы автоматики, когда на выходе 11 микросхемы D3 появится импульс (лог. «1») при выходе напряжения за допустимые границы.

В устройстве применены конденсаторы С1 -- С4 типа К52-16 на 63 В, С5, С6 -- К10-17. Резисторы и диоды подойдут любые, аналогичные указанным на схеме. Трансформатор Т1 лучше использовать из унифицированной серии ТПП. Он должен обеспечивать во вторичной обмотке напряжение 22...24 В и ток не менее 60 мА.

Реле К1 применено типа РЭС48 (паспорт 4.590.201), но подойдут и многие другие, с рабочим напряжением 24 В.

Устройство автоматической защиты можно упростить, если отказаться от звуковой и световой сигнализации отклонения напряжения. В этом случае схему контроля уровня напряжения (рис. 3.30) заменяют другой, приведенной на рис. 3.31.

Рис. Второй вариант схемы контроля уровня напряжения



Она состоит из транзисторов, работающих в режиме микро-токов. В нормальном состоянии подстроенными резисторами RI2 и R15 устанавливают на коллекторах VT2 и VT3 уровни лог. «0" и лог. «1» соответственно. В этом случае транзисторы VT4 и VT5 заперты и на резисторе R19 нет напряжения, при его появлении сработает VS1).

Меняя сетевое напряжение с помощью ПАТРА. резистором R12 устанавливают порог срабатывания схемы при напряжении ниже I /0 R, а резистором R15 при превышении 260 В

14. Автоматическое зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов

Хотя известно много способов эффективной зарядки никель-кадмиевых аккумуляторных батарей, описываемая схема примечательна тем. что объединяет почти все их преимущества. Так, она вырабатывает постоянный зарядный ток, значение которого может лежать в диапазоне 0,4... 1,0 А. Схема может работать либо от сети переменного тока 220 В, либо от батареи с напряжением 12 В. Заряжаемый аккумулятор защищен от перезаряда благодаря автоматическому отключению схемы при достижении заданного уровня напряжения. Более того, этот уровень можно подстраивать. Наконец, схема недорога и защищена от коротких замыканий.

Если батарея разряжена, то напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя U1 будет ниже напряжения на неинвертирующем входе, устанавливаемом посредством потенциометра R1 (рис. 3.32). Вследствие этого выходное напряжение U1 будет примерно равно положительному напряжению питания, что приведет к отпиранию транзистора VT1, а также транзистора VT2, который будет работать в режиме генератора постоянного зарядного тока. Величину этого тока можно найти из соотношения (Vd-Vbe)/R6, где Vbe -- напряжение между его базой и эмиттером. Этим током, протекающим далее через диод VD4, и заряжается Ni-Cd батарея. При этом будет гореть светодиод VD3, индицируя тем самым процесс заряда, и являясь индикатором рабочего ре жима. По мере заряда батареи напряжение на ней увеличивается, что приводит к возрастанию напряжения на инвертирующем входе U1, пока оно не сравняется с Vin. В этот момент выходное напряжение U1 падает до потенциала земли, и транзисторы VT1 и VT2 запираются, предотвращая тем самым перезаряд батареи Задаваемый предельный уровень выходного напряжения, Vout, можно вычислить из соотношения Vout Vin(R7+R8)/R8.

При приведенных значениях вырабатывает зарядный ток 400 мА. Который можно изменить, подбирая R6 до достижения максимального значения, равного 1 А. Задаваемый уровень зарядного напряжения следует устанавливать при отключенной батарее. Диод VD4 предотвращает разряд в обратном направлении в случае отключения сети или источника питания 12 В Для 7,2 В Ni-Cd батареи задаваемое значение зарядного напряжения равно 7,9...8,0 В.

Рис. Схема зарядного устройства



15. Универсальный блок питания

Применение микросхемы КР142ЕН12А (Б) и унифицированного трансформатора ТПП255-220-50 позволяет изготовить простой и надежный источник питания для различных бытовых устройств (рис. 3.33).

Выходное напряжение источника может плавно регулироваться в пределах от 2 до 12 В. Максимальный ток нагрузки 1 А. при этом амплитуда пульсаций выходного напряжения не превышает 2 мВ.

Блок собран по типовой схеме последовательного компенсационного стабилизатора напряжения. Дня того чтобы на микросхеме DAI не рассеивать слишком большую тепловую мощность в стабилизаторе предусмотрено дискретное переключение выводов вторичных обмоток трансформатора секцией S2.1 переключателя. Одновременно переключаются и резисторы R4 -- R7 делителей обратной связи для установки границы регулировки выходного напряжения. На каждом из поддиапазонов нужное напряжение можно устанавливать переменным резистором R3. Переключатель обеспечивает установку диапазонов выходных напряжений 2...5, 5...7, 7...9, 9...12 В.

Рис. Схема универсального блока питания

Микросхема DA1 имеет внутреннюю защиту от перегрузки. Индикатором работы источника является светодиод HL1.

Для удобства использования схему можно дополнить стрелочным измерительным вольтметром.

Примененный трансформатор можно заменить более мощным из этой же серии: ТПП276-220-50, ТПП292-220-50, ТПП319-220-50 (нумерация выводов подключения обмоток при этом не меняется, но увеличатся габариты и вес устройства).

Микросхема рассчитана на работу с теплоотводом -- ее необходимо закрепить на радиаторе, при этом сам радиатор не должен иметь электрического контакта с корпусом конструкции.

Размещено на Allbest.ru