В настоящее время выпускается большое количество регуляторов напряжения, и большинство из них изготавливаются с использованием тиристоров и симисторов, которые создают значительный уровень радиопомех. Предлагаемый регулятор помех не создаёт помех и может применяться для питания различных устройств переменного тока без ограничений, в отличие от симисторных и тиристорных аналогов.
В Советском Союзе производилось множество автотрансформаторов, которые в основном использовались для стабилизации напряжения в бытовых электросетях, особенно в вечернее время, когда напряжение существенно снижалось. ЛАТР (лабораторный автотрансформатор) стал незаменимым устройством для тех, кто хотел смотреть телевизор. Однако их главным преимуществом было то, что на выходе автотрансформатора сохранялась такая же чистая синусоида, как и на входе, независимо от уровня напряжения. Это свойство активно использовалось радиолюбителями.
Выглядит ЛАТР так:
Напряжение в этом приборе регулируется при помощи качения графитового ролика по оголённым виткам обмотки:
Помехи в таком ЛАТРе, всё же были из - за искрения, в момент качения ролика по обмоткам.
В журнале «РАДИО», №11, 1999г на странице 40 была напечатана статья «Беспомеховый регулятор напряжения».
Схема этого регулятора из журнала:
Регулятор, предложенный журналом, не искажает форму выходного сигнала. Однако его недостатки, такие как низкий коэффициент полезного действия, невозможность получения напряжения выше сетевого и использование устаревших комплектующих, которые сложно найти в настоящее время, нивелируют все его достоинства.
Схема электронного ЛАТРа
Я решил устранить некоторые недостатки регуляторов, упомянутые ранее, при этом сохранив их основные преимущества.
От ЛАТРа я взял принцип автотрансформации и применил его к обычному трансформатору, чтобы повысить напряжение выше сетевого. Меня заинтересовал трансформатор из блока бесперебойного питания, потому что его не нужно перематывать — всё необходимое уже встроено. Это модель RT-625BN.
Вот его схема:
Согласно схеме, устройство оснащено не только основной обмоткой на 220 В, но и двумя дополнительными обмотками того же диаметра, а также двумя мощными вторичными обмотками. Эти вторичные обмотки идеально подходят для питания цепи управления и функционирования кулера охлаждения силового транзистора. Две дополнительные обмотки подключаются последовательно к первичной обмотке. На фотографиях можно увидеть, как это реализовано по цветам.
На красный и чёрный провода подаём питание.
Добавляется напряжение с первой обмотки.
Плюс две обмотки. Итого получается 280 вольт.
Для увеличения напряжения можно домотать дополнительные провода до полного заполнения окна трансформатора, предварительно удалив вторичные обмотки. Важно помнить, что намотку следует проводить в том же направлении, что и предыдущие витки, а конец предыдущей обмотки нужно соединить с началом следующей. Таким образом, витки будут продолжением предыдущей обмотки. Если намотка будет выполнена в противоположном направлении, при включении нагрузки могут возникнуть серьёзные проблемы.
Повышать напряжение следует с учётом того, чтобы регулирующий транзистор мог выдержать это напряжение. В импортных телевизорах можно найти транзисторы, рассчитанные на напряжение до 1500 вольт, что предоставляет широкий диапазон возможностей.
Также можно использовать любой подходящий по мощности трансформатор, удалив его вторичные обмотки и добавив провода для достижения необходимого напряжения. В этом случае напряжение управления можно получить с помощью дополнительного маломощного трансформатора на 8–12 вольт.
Для повышения эффективности работы регулятора можно воспользоваться следующим решением. Когда транзистор снижает напряжение, он выделяет значительное количество тепла. Чем сильнее требуется уменьшить напряжение, тем больше тепла он производит. В открытом состоянии нагрев минимален.
Для улучшения ситуации можно изменить схему автотрансформатора, добавив на него множество выводов с различными уровнями напряжения. Это позволит переключать обмотки так, чтобы на транзистор подавалось напряжение, максимально приближенное к необходимому. Ограничений по количеству выводов трансформатора нет, главное — использовать переключатель, соответствующий их числу.
В результате транзистор будет использоваться только для незначительной и точной настройки напряжения, что повысит КПД регулятора и снизит его нагрев.
Изготовление ЛАТРа
Можно приступать к сборке регулятора.
Схему из журнала я немного доработал, и получилось вот что:
Эта схема позволяет существенно увеличить максимальное напряжение. Благодаря встроенному автоматическому кулеру, вероятность перегрева регулирующего транзистора значительно снизилась.
Корпус можно взять от старого компьютерного блока питания.
Сразу нужно прикинуть порядок размещения блоков устройства внутри корпуса и предусмотреть возможность их надёжного закрепления.
Если нет предохранителя, то обязательно нужно предусмотреть другую защиту от короткого замыкания.
Высоковольтный клеммник надёжно крепим к трансформатору.
Для обеспечения питания и мониторинга напряжения я установил розетку, к которой можно подключать нагрузку. Вольтметр можно выбрать любой другой, соответствующий необходимому напряжению, но не менее 300 В.
Понадобится
Нам понадобятся детали:
- Радиатор охлаждения с вентилятором (любой).
- Макетная плата.
- Контактные площадки.
- Компоненты можно выбирать, исходя из их наличия и соответствия техническим характеристикам. Я использовал доступные мне детали, стараясь подобрать наиболее подходящие.
- Диодный мост VD1 рассчитан на ток 4-6 А и напряжение 600 В. Его можно взять из старого телевизора или собрать из четырёх отдельных диодов.
- VD2 имеет параметры 2-3 А и 700 В.
- Транзистор T1 — модель C4460. Я использовал транзистор из импортного телевизора с напряжением 500 В и мощностью рассеяния 55 Вт. Можно попробовать любой другой подходящий высоковольтный и мощный транзистор.
- VD3 — диод 1N4007 на ток 1 А и напряжение 1000 В.
- Конденсатор C1 — 470 мкФ, 25 В. Желательно увеличить ёмкость.
- C2 — 100 нФ.
- Резистор R1 — потенциометр на 1 кОм, любой проволочный, с сопротивлением от 500 Ом и выше.
- R2 — 910 Ом, 2 Вт. Подбирается в зависимости от тока базы транзистора.
- R3 и R4 — по 1 кОм каждый.
- R5 — подстроечный резистор на 5 кОм.
- Терморезистор NTC1 — 10 кОм.
- Полевой транзистор VT1 может быть любым. Я использовал RFP50N06.
- Кулер M — на 12 В.
- Светодиоды HL1 и HL2 — любые сигнальные. Их можно не использовать вместе с гасящими резисторами.
Первым делом нужно приготовить плату для размещения деталей схемы и закрепить её на месте в корпусе.
Размещаем на плате детали и припаиваем их.
После того как схема собрана, следует провести её предварительное тестирование. Однако это нужно делать с большой осторожностью, поскольку все элементы находятся под напряжением сети.
Для проверки устройства я соединил последовательно две лампочки на 220 вольт, чтобы они не вышли из строя при подаче напряжения 280 вольт. К сожалению, лампочек одинаковой мощности не оказалось, поэтому яркость свечения их спиралей значительно различается. Следует учитывать, что без нагрузки работа регулятора будет некорректной. Нагрузка в данной схеме является её неотъемлемой частью. При первом включении рекомендуется защитить глаза на случай возможных ошибок.
Подав напряжение, мы можем с помощью потенциометра проверить плавность регулировки, но делать это нужно недолго, чтобы избежать перегрева транзистора.
По завершении тестирования приступаем к разработке схемы для автоматической регулировки работы кулера в зависимости от температуры. К сожалению, у меня не оказалось терморезистора с сопротивлением 10 кОм, поэтому я использовал два резистора по 22 кОм и соединил их параллельно, чтобы получить необходимое значение сопротивления.
Крепим терморезистор рядом с транзистором с применением теплопроводной пасты, как и для транзистора.
Завершаем монтаж компонентов и производим пайку. Важно заранее убрать медные площадки на макетной плате, расположенные между проводниками, аналогично тому, как показано на изображении. Это предотвратит короткое замыкание при подаче высокого напряжения.
Осталось отрегулировать подстроечным резистором начало работы кулера, когда температура радиатора возрастёт.
Помещаем всё в корпус на штатные места и закрепляем. Окончательно проверяем и закрываем крышку.
Смотрите, пожалуйста, видео работы беспомехового регулятора напряжения.
Удачи вам.