Всем здравствуйте. Источник стабилизированного напряжения является одним из основных нужных в любой мастерской. Поэтому до сих пор есть не мало схем таких устройств, особенно более простые концепции для начинающих радиолюбителей, да и не только. В этой статье и описывается простой блок питания принадлежит к такой категории.
Для экспериментов с различными электронными поделками блок питания должен быть оборудован электронным предохранителем, который защищает тестируемое электронное устройство от перегрузки по току и на случай короткого замыкания. Большинство этих предохранителей имеют на выходе резистор с таким сопротивлением, что при максимально допустимом протекании тока на нем образуется падение напряжения примерно 0,7В.
Неплохой вариант предохранителя с положительной обратной связью. При срабатывание протекает ток в несколько мА. После снятия перегрузки предохранитель автоматически готов к работе. После подключения емкостной нагрузки этот предохранитель также может сработать, но только на короткое время. На 1000 мкФ это меньше 2 секунд. Таким образом, этот вид защиты представляется наиболее интересным.
На самом деле такой предохранитель достаточно быстрый. Если подключить миллиамперметр напрямую к выходу, то нет броска тока, стрелка плавно поднимается до значения выходного тока. Есть возможность проверить скорость срабатывания, соединив базу и коллектор маломощного транзистора без защитного резистора. Даже в диапазоне 1А транзистор не выйдет из строя даже при повторном подключении. Принципиальная схема источника питания с предохранителем показана на рисунке.
Источник питания имеет следующие характеристики:
• регулируемое выходное напряжение от 1,25 до 24В,
• максимальный выходной ток 1А, да небольшой, но для многих экспериментов достаточен, при желании можно легко увеличить.
• токовый предохранитель срабатывает на 0,1; 0,5 и 1А,
• красный светодиодный индикатор перегрузки,
• выходной ток при перегрузке и коротком замыкании 8 мА при входном напряжении 35В,
• автоматический возврат в рабочий режим после снятия перегрузки.
Переменное напряжение с трансформатора Тр1 выпрямляется диодами D1, D2. Конденсаторы C1, C2 уменьшают помехи, возникающие при открытии и закрытии диодах D1, D2. Конденсатор C3 уравновешивает постоянное напряжение, а C4 фильтрует мешающее высокочастотное напряжение. Электронный предохранитель собран на транзисторах Т1 и Т2. Когда ток проходит через резисторы R1, R2, R3, создается падение напряжение UB в соответствии с положением переключателя PR1 на соответствующих резисторах.
Если это напряжение достигает значения UB MAX<1,15В, транзистор T2 начинает открываться, и, таким образом, T1 закрывается. Напряжение на коллекторе Т1 снижается. Это дополнительно открывает транзистор T2, пока T1 не закроется из-за этой положительной обратной связи. Через выход протекает максимальный ток 8 мА. Входное напряжение на T1 полное, и красный светодиод D3 сигнализирует о перегрузке. Это состояние будет длиться до тех пор, пока не будет снята перегрузка.
Сигнал перегрузки помогает вернуть предохранитель в исходное состояние после отключения нагрузки. Это необходимо, потому что у стабилизатора I01 есть собственное небольшое потребление тока около 4,5 мА. Это потребление будет держать предохранитель выключенным даже после отключения нагрузки. Стабилизатор LM317T (IO1) включен согласно рекомендациям производителя. Конденсаторы С5, С7 предотвращают его возможное колебания. Диод D5 защищает стабилизатор от выхода из строя I01. Диод D6 предотвращает разряд конденсатора C6 через стабилизатор IO1 в случае короткого замыкания на выходе. Стабилизатор LM317T работает таким образом, что выходное постоянное напряжение UREF =1,25В на резисторе R9 и требует ток приблизительно 4,5 мА для правильной работы.
Расчет некоторых значений компонентов
Если исходить из выходного тока стабилизатора I01 Io = 4,5 мА, то:
R9 = UREF / Io = 1,25 / 0,0045 = 270 [Ом].
Для выходного напряжения USTAB стабилизатора:
Ustab = Uref (1 + R8 / R9) + Iadj x R8.
IADJ составляет около 50 мкА, поэтому этой величиной Iadj x R8 можно пренебречь.
Затем:
R8 = R9 [(Ustab max / Uref) -1] = 270 x [(24 / 1,25) -1] = 4914 [Ом].
Ближайшее сопротивление потенциометра R8 составляет 4,7 кОм. При таком значении мы достигаем максимального выходного напряжения блока питания USTAB всего около 23В. Если бы мы хотели получить 24В, нам пришлось бы уменьшить сопротивление резистора R9. Требуемое сопротивление R9 рассчитывается по формуле:
R9 = R8 / [(USTAB max / Uref) -1] = 4700 / [(24 / 1,25) -1] = 258 [Ом].
Из вышеизложенного следует, что иногда целесообразно составить R9 из резистора 220 Ом и 100 Ом, что позволит установить нужное нам напряжение. Для простоты переключение диапазонов тока предохранителя выбрано с помощью тумблера PR1 с нейтральным положением посередине. Выбранные максимальные токи:
IMAX 1 = 0,1 A, IMAX 2 = 0,5 A и IMAX 3 = 1 A. Тогда:
R1 = UbMAX / IMAX 3 = 1,15 / 1 = = 1,15 [Ом],
Чтобы получить это значение, мы используем два резистора 2,2 Ом / 2 Вт, подключенных параллельно. В дальнейшем:
R3 + R1 = UB max / Imax 2 = 1,15 / 0,5 = 2,3 [Ом],
Получаем: R3 = 2,3 - R1 = 1,2 [Ом].
Мы будем использовать резистор 1,2 Ом / 1 Вт. Далее:
R3 + R2 + R1 = UB max / Imax 1 = 1,15 / 0,1 = 11,5 [Ом],
Получаем: R2 = 11,5 - R1 - R3 = 9,2 [Ом].
Это значение получаем путем параллельного подключения резисторов 10 Ом / 0,5 Вт и 120 Ом / 0,5 Вт.
Трансформатор Тр1 имеет вторичное напряжение 2x 20 В / 30 Вт. Более высокое вторичное напряжение недопустимо, поскольку максимальное входное напряжение IO1 составляет 40В. И еще надо упомянуть, что после подачи переменного напряжения Uef конденсатор фильтра заряжается (без нагрузки) до пикового напряжения Um, которое составляет:
Um = Uef x1,4.
Конечно, также можно использовать трансформатор с более низким выходным напряжением. Следует иметь в виду, что для нормальной работы LM317 требуется входное напряжение как минимум на 3В выше, чем выходное напряжение. Рассчитываем необходимое сопротивление R8 и возможную коррекцию R9 в соответствии с описанной выше процедуры. Если предохранитель не возвращается надежно в рабочий режим при более небольшом напряжении, необходимо использовать более низкое сопротивление R4.
Транзистор Т1 — это силовой PNP, например КД616, КД617, BD244C и ему подобные. Мы можем проверить, имеет ли T1 достаточный коэффициент усиления по току для нашего использования, подключив только T1, R5 и R6. Подайте на эмиттер выпрямленное напряжение. Мы подключаем к коллектору такую нагрузку, чтобы через нее протекал ток около 1А. Надо измерить на транзисторе напряжение 150 мВ. Если напряжение выше, попробуйте другой транзистор или используйте R6 с меньшим сопротивлением.
Транзистор Т1 при таком токе не требует радиатора. T2 — это PNP с коэффициентом усиления по току более 120. Это может быть KF517, KC638, KC640, BC640 и т.п. D1 и D2 - выпрямительные диоды 1N5402 без радиатора. Резисторы R4, R5, R7, R9 на мощность 0,5 Вт. D4, D5 и D6 - выпрямительные диоды 1N4001. Но конечно можно и купить готовое такие источники питания с защитой можно посмотреть ниже.
Предохранитель также может использоваться с другими стабилизаторами напряжения, которые собраны на дискретных компонентах. Его можно модифицировать для использования в отрицательной цепи собрав на транзисторах NPN.
В этом случае мы также будем использовать стабилизатор для отрицательной цепи. Комбинируя эти два варианта, можем создать источник симметричного напряжения с регулировкой напряжения и предохранителем в каждой цепи. На этом все, всем спасибо за уделенное время.
