- Если вы новичок, желающий самостоятельно собрать простой трансформаторный блок питания с регулировкой выходного напряжения и защитой от токовой перегрузки и КЗ, то эта статья поможет вам это сделать. Ниже приведена классическая схема такого блока питания. В конце статьи можно посмотреть видео по этой теме.
Сразу хочу сказать, что максимальная выходная мощность данного блока питания зависит от тех компонентов, что будут применяться в нем. По данной схеме можно собрать блок питания и на 500 Вт. Но для этого трансформатор должен быть не меньшей мощности, диодный мост должен выдерживать соответствующий ток и биполярные транзисторы должны быть подобраны должным образом. Для примера давайте с вами ограничимся выходной мощностью в 72 ватта. То есть, на выходе мы будем получать напряжение до 24 вольта, при максимальном токе до 3 ампер. Для небольшого лабораторника такой мощности будет вполне достаточно.
Для начала разберем входную часть простейшего блока питания, а именно это силовой, понижающий трансформатор, выпрямительный диодный мост и сглаживающий конденсатор электролит (оксидный).
Мы определились, что выходная мощность нашего блока питания будет 72 Вт. Поскольку существую естественные потери электрической энергии в элементах схемы, то трансформатор изначально стоит брать с небольшим запасом. Отличным вариантом будет понижающий трансформатор на 100 Вт. Для получения максимального выходного напряжения в 24 вольта, при максимальной нагрузке в 3 ампера, вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на напряжение не менее 26,5 вольт. Первичная обмотка, конечно же, должна быть рассчитана на сетевое напряжение 220 вольт.
Новичку стоит учитывать, что если он при измерении переменного напряжения видит на выходной обмотке трансформатора T1 величину 26,5 вольт (это действующее значение), то после подключения выпрямительного диодного моста VD1 и сглаживающего конденсатора C1 на выходе схемы при измерении постоянного напряжения, без нагрузки, он увидит величину в 37,3 вольт (это амплитудное значение). То есть, амплитудное значение напряжения будет в 1,41 раза больше действующего. Но как только мы нагрузим этот блок питания всеми 3 амперами, то у нас все это напряжение в 37,3 вольта упадет до 26,5 вольт. И это обязательно стоит учитывать. А почему выходная обмотка должна быть рассчитана на 26,5 вольт, а не на 24, так это связано с тем, что в самой схеме на диодном мосте и на транзисторах потеряется около 2,5 вольта. В итоге при всех потерях и при полной нагрузке мы все равно получим наши максимальные 24 вольт.
Ну, а по току вторичная обмотка должна без проблем обеспечивать на наши 3 ампера. Если вы не знаете какой ток может выдавать имеющийся диаметр вашей выходной обмотки, то вот простая формула для определения тока по диаметру провода обмотки. Плотность тока j берите 3 ампера на миллиметр квадратный. Диаметр в формуле обозначен d.
Теперь что касается выбора выпрямительного диодного моста.
Тут все просто. Если мы хотим получить от блока питания 3 ампера, значит мостик берем с некоторым запасом. Вполне подойдет мост на 6 ампер. Ну, и обратное напряжение диоды моста должны выдерживать не менее 40 вольт. А поскольку у современных выпрямительных диодов это напряжение обычно равно 1000 вольт, то тут беспокоится не о чем.
Сглаживающий конденсатор C1 убирает пульсации, идущие с выхода диодного моста. Чем больше емкость этого конденсатора, тем лучше происходит сглаживание при большой нагрузке. Но, и тем дороже будет стоить данный конденсатор! На наших 3 ампера вполне подойдет емкость 2200 микрофарад. Хотя лучше, если вы поставите конденсатор на 3300 или даже на 4700 микрофарад. Для нашего амплитудного напряжения (после моста) в 37,3 вольта конденсатор должен быть рассчитан на напряжение не менее 50 вольт.
И теперь мы подошли к разбору схемы регулируемого стабилизатора напряжения, собранный на транзисторах, с простой токовой защитой.
Данная схема является классической. Разве что в место обычного стабилитрона тут поставлен управляемый типа TL431, который обладает большей точностью стабилизации напряжения. Хотя можно обойтись и обычным диодов Зенера.
Управляемый стабилитрон VD2 может стабилизировать напряжение от 2,5 до 36 вольт. Максимальный ток может выдерживать до 100 мА. Точность около 1%. Стабилизационное напряжение на TL431 задается подстроечным резистор R1. То есть, после сборки схемы и включения ее в сеть нужно подстроечным резистором выставить напряжение между катодом и анодом стабилитрона (TL431) 25,2 вольта. Поскольку на база-эмиттерном переходе составного биполярного транзистора теряется 1,2 вольта, то на выходе мы получим ровно 24 вольта максимального значения напряжения.
Общий принцип действия данного транзисторного стабилизатора таков. Напряжение, идущее с выхода диодного моста делится между резистором R2 и управляемым стабилитроном VD2. На стабилитроне оседает стабильные 25,2 вольта, а все остальное оседает на резисторе R2. Это стабильное напряжение поступает на переменный резистор R3, которым и регулируется величина выходного напряжения блока питания. Сам же транзисторный стабилизатор VT1 включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель). В данной схеме какое напряжение будет поступать на вход стабилизатора от переменного резистора R3, такое напряжение и будет на выходе блока питания с вычетом 1,2 вольта. При этом в транзисторе происходит усиление по току.
В схеме поставлен биполярный составной транзистор типа КТ829, имеющий большой коэффициент усиления по току (750). Максимальный ток, который может выдержать этот транзистор равен 8 ампер. Рассеиваемая мощность транзистора 60 Вт. Так что с током в 3 ампера данный транзистор будет справятся вполне нормально. Хотя стоит учитывать, что он все таки в пластмассовом корпусе, а не в металлическом. Поэтому для данного транзистора стоит предусмотреть охлаждающий радиатор. Если такого транзистора под рукой нет, то можно поставить любой аналогичный. Либо спаять свой составной транзистора из двух обычных типа КТ817 и КТ819.
Ну и узел защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания состоит из биполярного транзистора VT2 (типа КТ315) и резистора R4. Именно номинал этого резистора задает ток ограничения данного блока питания. В место постоянного резистора R4 можно поставить переменный (мощностью 15 Вт) с номиналом от 4,7 до 6,8 Ом. В этом случае можно будет задавать порог ограничения по выходному току. В случае использования постоянного резистора его номинал высчитывается следующим образом. Напряжение 0,6 вольта (напряжение перехода база-эмиттера на транзисторе VT2) мы делим на желаемый ток ограничения (в амперах), при этом получая нужный номинал для резистора R4 (в омах).
Схема данного блока питания проверенная и полностью рабочая. Так что при правильной ее сборке она сразу должна нормально начать работать.
Вот видео по этой теме:
