БЛОК ПИТАНИЯ С ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ 1,2...25В, ЗА

Современные интегральные микросхемы импульсных стабилизаторов напряжения поз­воляют создавать простые, надёжные, ком­пактные и экономичные конструкции блоков питания, практически не требующие сложной настройки. Импульсные стабилизаторы отли­чаются от линейных более высоким КПД при большой разнице входного и выходного напряжений. Мощный лабораторный блок питания с импульсным стабилизатором напряжения, оснащённый узлом защиты от перегрузки на самовосстанавливающихся предохранителях и звуковым сигнализатором наличия короткого замыкания или перегрузки его выхода. Устройство собрано с примене­нием популярной интегральной микросхемы типа LM2576HVT-Adj, представляющей собой импульсный регулируемый импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока. Микросхема LM2576HVT-Adj способна отда­вать ток в нагрузку до 3 А. Максимальное входное напряжение постоянного тока может быть до 63 В, минимальное выходное напряжение 1,2 В. КПД стабилизатора при максимальном токе нагрузки около 85 %. Этот блок питания оснащён эффективной системой фильтрации выходного напряжения от шумов и сетевых помех, что позволяет питать от него различные звуковоспроиз­водящие, теле и радиоприёмные устройства.

Принципиальная схема блока питания представлена на рис. 1.

 Выходное напря­жение бока питания, собранного по этой схе­ме , можно регулировать от 1,2 до 25 В. Максимальный допустимый ток подключа­емой нагрузки может достигать 3 А во всём диапазоне выходных напряжений. Размах пульсаций выходного напряжения не превы­шает 20 мВ при максимальном токе нагрузки. Напряжение сети переменного тока посту­пает на первичную обмотку силового понижа­ющего трансформатора Т1 через замкнутые контакты выключателя питания SA1, плавкий предохранитель FU1 и резистор R2. Варистор RU1 защищает устройство от всплесков напряжения сети. Резистор R2 уменьшает вероятность повреждения варистора. Со вто­ричной обмотки трансформатора Т1 снима­ется пониженное до 32 В напряжение пере­менного тока, которое поступает на мостовой выпрямитель VD1. Пульсации выпрямлен­ного напряжения сглаживаются оксидными конденсаторами большой ёмкости С14 и С1. Фильтр C13L4C18 снижает уровень сетевых помех, а также устраняет возможность проникновения в сеть высокочастотных по­мех от работающего импульсного преобразо­вателя. Полимерный самовосстанавливаю­щийся предохранитель FU2 защищает трансформатор и мостовой выпрямитель от перегрузки. Выпрямленное отфильтрованное напряжение поступает на вход интегральной микросхемы DA1, вывод 1. Выходное напря­жение импульсного стабилизатора регули­руют переменным резистором R6. Дроссель L1 — накопительный. Установка двух диодов Шотки VD2, VD3, включенных параллельно, повышает надёжность стабилизатора при его работе на максимально допустимом токе нагрузки. Трёхзвенный фильтр низких частот на дросселях L2, L3, L5 и конденсаторах их обвязки сглаживает пульсации и уменьшает уровень шумов выходного напряжения. Светодиод HL1 индицирует наличие выход­ного напряжения. Полевой транзистор VT2 работает как генератор стабильного тока, что обеспечивает стабильную яркость свечения HL1 при изменении выходного напряжения. Диод VD4 и резистор R5 защищают микро­схему DA1 от повреждения. Резистор R14 выполняет роль нагрузки стабилизатора напряжения.

Выходное регулируемое стабилизирован­ное напряжение подаётся на гнездо XS2. Чтобы этот блок питания можно было использовать в качестве лабораторного, на его выходе установлен модуль защиты на самовосстанавливающихся предохранителях FU3 - FU5. Когда контакты ни одной из кно­пок переключателя SB1 не замкнуты, ток про­текает через самый слаботочный предохра­нитель FU5 на номинальный рабочий ток 0,1 А. Сопротивление этого предохранителя в холодном состоянии около 3 Ом. При замы­кании контактов кнопки SB1.1 параллельно ему подключается самовосстанавливаю­щийся предохранитель FU3, рассчитанный на номинальный рабочий ток 0,4 А, имеющем сопротивление в холодном состоянии 0,6 Ом. При замыкании контактов кнопки SB1.3 параллельно FU5 подключается предохрани­тель FU4 на ток 0,9 А сопротивлением 0,1 Ом. При двукратной перегрузке время сра­батывания  самовосстанавливающихся предохранителей будет около 30 с, при четырёхкратной не более 3 с. При замыкании контактов кнопки SB1.3 защита нагрузки и узлов БП от перегрузки обеспечивается встроенными средствами защиты микро­схемы LM2576HVT-Adj и предохранителем FU2. В этом случае, выходное сопротив­ление БП будет не более 50 мОм. С по­мощью выключателя SB2 с двумя группами контактов можно полностью отключить нагрузку от блока питания, что позволяет производить с ней различные манипуляции с минимальным риском повредить чувстви­тельные к статическому электричеству и утечкам сетевого напряжения радиодеталям. Нестабилизированное напряжение около 44 В постоянного тока подаётся на гнездо XS1, может быть использовано для питания дру­гих стабизаторов напряжения, УМЗЧ, освети­тельных ламп накаливания на рабочее на­пряжение 36 В общей мощностью 60...90 Вт, электропаяльников на рабочее напряжение 42 В мощностью 40 Вт.

На стрелочном микроамперметре PV1 собран вольтметр выходного напряжения БП. Стабилитрон VD5 необходим для линеа­ризации шкалы вольтметра. Светодиоды HL2 - HL5 белого цвета свечения подсвечивают шкалу вольтметра. На КМОП микросхеме DD1 собран узел звукового сигнализатора наличия короткого замыкания на выходе XS3. Когда в нагрузке или на выходе БП нет короткого замыкания, транзистор VT1 открыт, на одном из входов DD1.1 лог. 0, сигна­лизатор заторможен. При возникновении КЗ транзистор VT1 закрывается, на выв. 13 DD1.1 поступает лог. 1, генератор низкочас­тотных импульсов, реализованный на DD1.1, DD1.2 запускается, что приводит к периодическому запуску звукового генератора, реа­лизованному на DD1.3, DD1.4. Пьезокерамический излучатель звука НА1 начинает издавать громкие прерывистые звуковые сигналы частотой около 2 кГц, следующие с частотой 4 Гц. Микросхема DD1 получает питание напряжением 11 В от параметричес­кого стабилизатора, собранного на транзис­торе VT3, стабилитроне VD6 и элементах их обвязки. Диод VD5 защищает транзистор VT3 от повреждения обратным напряжением.

На месте понижающего трансформатора применён силовой трансформатор типа ТП- 100-7. Используемые вторичные обмотки, намотанные на обоих каркасах, соединяют параллельно, как показано на принципиаль­ной схеме. На его месте можно применить любой трансформатор с габаритной мощ­ностью не менее 90 Вт и напряжением холос­того хода на вторичной обмотке 30...33 В при сетевом напряжении 220 В [2]. Дроссели L1 - L3 намотаны самодельным литцендратом, состоящим из 27 жил провода ПЭВ-2 диа­метром 0,23 мм. Дроссель L1 содержит 36 витков в два слоя на двух склеенных вместе кольцах К32х20х9 из феррита НМ3000. Это будет около 2 метров провода. Перед намот­кой обмотки острые кромки колец затупляют, кольцо оборачивают четырьмя слоями лакоткани или ПВХ изоляционной ленты. В коль­цах для этого дросселя необходимо сделать алмазной дисковой пилой сквозной пропил шириной 2 мм. При работе алмазной пилой делайте перерывы для охлаждения кольца и пилы. Прорезь можно пропилить и обычной ножовкой по металлу, одного ножовочного полотна хватит не более чем на распил 1...2 кольца. Кольца поштучно зажимают в тисках через резиновые прокладки, работу по пропилу немагнитного зазора проводят в защитных очках. Мемоду слоями обмотки прокладывается два слоя лакоткани или ПВХ изоленты. Дроссель L2 намотан на кольце К28х16х9 из феррита М2500НМС1, содержит 13 витков. Этот дроссель можно изготовить также, как и дроссель L1, что улучшит качество фильтрации пульсаций выходного напряжения при большом токе нагрузки, но немного увеличит выходное сопротивление блока питания и габариты монтажа. Дроссель L3 содержит 10 витков на кольце К20х12х6 из феррита М2000НМ. Вместо такого дросселя можно установить такой же дроссель, как и L1 или L2. Двухобмоточные дроссели L4, L5 содержат по 3...5 витков сложенного вдвое монтажного провода с сечением по меди не менее 1 мм на кольцах К20х12х6 из низкочастотного феррита М2000НМ. Таким же проводом выполняют все сильноточные цепи стабилизатора напряжения. Дроссель L1 и диоды Шотки устанавливают на расстоя­нии не менее 3 см от DA1 и R5 - R7.

Переменный резистор R6 типа СП4-2М. Провод, идущий от этого резистора к резистору R5 должен быть экранированным. Остальные резисторы типов МЛТ, С1-4, С1- 14, С2-23, С2-33. Варистор RU1 типа FNR- 20К431 можно заменить на FNR-20K471, FNR14K431, FNR-14K471, MYG20-431 или аналогичным. Конденсаторы С1, С10, С12, С14, С15, С19, С21 — оксидные алюминие­вые малогабаритные импортные аналоги К50-35, К50-68. Конденсатор С23 — SMD танталовый, монтируется в штекере питания. Остальные конденсаторы можно установить керамические или малогабаритные плёноч­ные на рабочие напряжения не менее указан­ных на принципиальной схеме. Предпочте­ние следует отдать керамическим конденса­торам. Неполярные конденсаторы С2, С5 - С8, С13 должны быть на рабочее напряже­ние не менее 63 В. Соединительные провода или дорожки, идущие от конденсаторов С1, С2 к микросхеме DA1 и диодам Шотки VD2, VD3 должны быть как можно короче. Вместо диодного моста КВРС1010 можно установить KBU8B - KBU8M, КВРС801 - КВРС810, BR151 - BR158 или другие аналогичные на ток не менее 6 А [3, 4]. Если нет подходящего монолитного диодного моста, то его можно собрать из четырёх обычных кремниевых диодов, например, КД206, КД213. Диодный мост устанавливают на дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности около 80 см.кв. Диод 1N5403 можно заменить любыми из серий 1N5402 - 1N5408, КД226Б - КД226Д. Вместо диода КД521А подойдёт любой из серий КД521, КД522, 1 N914, 1N4148, 1SS176S. Диоды Шотки SR360 можно заменить на MBR360, DQ06 или одним MBRD660CT, MBR1060, 50WR06. Подойдёт и обычный кремниевый «быстрый» диод КД213А, КД213Б. Стаби­литрон Д814Г1 можно заменить на КС210Ж, 2С211Ж, КС211Ж, 1 N4741 A, 1N4740A. Стабилитрон КС139А можно заменить только отечественными серий КС133, 2С133, 2С139, КС139. Если вы примените микроамперметр с линейной характеристикой, то этот стаби­литрон можно не устанавливать, заменив его перемычкой. Светодиод RL50-SR113 крас­ного цвета свечения и прямым рабочим напряжением 1,8 В можно заменить любым аналогичным с хорошей яркостью свечения  при токе 1 мА, например, на АЛ307КМ, L- 1513SURC/E. Сверхъяркие светодиоды RL30-WH744D белого цвета свечения можно заменить на любые аналогичные белые или синие без встроенных резисторов, например, на RL30-CB744D, RL50-WH744D [5). Транзис­тор КТ315Г можно заменить любым из серий КТ315, КТ312, КТ3102, КТ645. SS9014. Вмес­то полевого транзистора КПЗОЗА подойдёт любой из серии КПЗОЗ. Вместо транзистора КТ646А можно установить любой из серий КТ815, КТ817, КТ961, КТ646, 2SC2331. Микросхему LM2576HVT-Adj можно заменить на LM2576HVS-Adj. Эту микросхему необходимо установить на дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 150 см.кв. (одна сторона). Микросхема с индексом «Т» выпус­кается в корпусе ТО-220, микросхема с индексом «S» выпускается в корпусе ТО-263. Микросхему в корпусе ТО-263 прикрепляют к теплоотводу с помощью металлического прижимного фланца и двух винтов МЗ. Теплоотводящий фланец микросхемы электрически соединён с выводом 3. В слу­чае применения микросхемы типа LM2576T- Adj диодный выпрямитель VD1 подключают к выводам 4 и 5 трансформатора ТП-100-7, на которых присутствует напряжение 27 В переменного тока. Вместо КМОП микросхемы К561ЛА7 подойдёт КР1561ЛА7, 564ЛА7, CD4011 А. Пьезокерамический излучатель звука ПВА-1 можно заменить на ЗГИ, ЗП-5 или аналогичным. Микроамперметр типа М68501 от индикатора уровня записи/вос­произведения аудиомагнитофона можно заменить на М4761, имеющем большие раз­меры шкалы или любым другим подходящим. Клавишный сетевой выключатель типа IRS- 101-1 A3 со встроенной газоразрядной лам­пой можно заменить на аналогичный IRS101- 12С или любым другим, рассчитанным на коммутацию напряжения сети 220 В пере­менного тока. Кнопочный выключатель SDDF-3, рассчитанный на коммутацию тока 4 А, можно заменить на KDC-A04, ПКН-41-1-2. Переключатель SB2 - строенный блок кнопок П2К с зависимой фиксацией, свободные груп­пы контактов кнопок соединяют параллельно. К контактам этого переключателя припаи­вают самовосстанавливающиеся предохра­нители FU3 - FU5.

Налаживание безошибочно собранного блока питания заключается в установке верхней границы выходного напряжения 25 В подбором сопротивления резистора R7. Резистором R19 устанавливают ток 1...2 мА

через светодиод HL1. При токе нагрузки 3 А и выходном напряжении 5 В КПД импульсного стабилизатора составило 88 % при входном потребляемом токе 0,6 А. При выходном напряжении 10 В и токе нагрузки 3 А КПД стабилизатора было 86 % при потребляемом от выпрямителя токе 1,23 А. При выходном напряжении 15 В и токе нагрузки 3 А КПД стабилизатора было 85 % при потребляемом от выпрямителя токе 2,4 А. При расчётах учитывалось напряжение на выходе выпрямителя. Потери мощности на мостовом выпрямителе и в понижающем трансфор­маторе не учитывались. Для сравнения, в случае применения с таким же понижающим трансформатором и выпрямителем линей­ного стабилизатора с выходным напря­жением 5 В, его КПД оказалось бы равным 21 %. На холостом ходу (при отключенной нагрузке) блок питания потребляет 13 Вт мощности при напряжении сети 230 В.

От этой конструкции удобно питать малогабаритные переносные (автомобиль­ные) кинескопные телевизоры, обычно потребляющие ток до 3 А, а также «жидкокристаллические» телевизоры и компьютерные мониторы с размером экрана по диагонали до 21 дюймов, в случае выхода из строя их выносного импульсного блока питания. Если потребляемый таким устройством ток окажется больше 3 А, то его можно понизить уменьшением яркости ламп подсветки. Кроме того, этот блок питания подойдёт для питания различных низко­вольтных электропаяльников, сверлильных, шлифовальных станков, современных авто­магнитол, автомобильных радиостанций, детской «железной дороги», планшетных сканеров изображений с напряжением питания до 25 В, другой радиоаппаратуры.

Бутов А Л.

Литература:

1.      Бутов А.Л. Три блока питания с импульс­ными стабилизаторами. — Радиоконструк­тор, 2011, № 6, стр. 17-21.

2.      Силовые трансформаторы. — Радио­конструктор, 2004, № 4, стр. 49

3       Электрические параметры выпрями­тельных мостов. — Радиоконструктор, 2005, № 12.

4       Отечественные выпрямительные диоды. — Радиоконструктор, 2002, № 8, с. 47-49.

5       Белые сверхяркие светодиоды. — Радио­конструктор, 2008, № 1.