Лабораторный источник питания

Лабораторный ИП имеет интервал регулировки выходного напряжения 2.5.30В при токе до 5А. Он снабжен узлом защиты от перегрузки по току, который может работать в двух режимах: стабилизатора (ограничителя) тока и отключения выходного напряжения. Ток срабатывания можно установить в пределах 0.15...5 А. В состав ИП входят также узлы управления вентилятором и защиты от перегрева.

Схема ИП показана на рис. 1. Выпрямитель собран на диодном мосте VDI и сглаживающем конденсаторе С1, на микросхеме DA1 собран вспомогательный стабилизатор напряжения 12 В, от которого питаются некоторые узлы. В качестве регулирующего транзистора VT5 применен мощный полевой переключательный п-канальный транзистор, включенный в минусовую линию выходного напряжения, блаюдаря чему обеспечивается минимальная разность входного и выходного напряжения. Этот транзистор общий для узлов стабилизации напряжения и тока, его сток через переключатель SA3 может быть подключен к минусовой клемме розетки XS1. которая является выходом стабилизированного  напряжения,   или через диод VD5 к плюсовой клемме розетки XS2. которая является входом узла стабилизации тока (входом эквивалента нагрузки). Выключателем SA4 можно подключить стабилизатор напряжения (тока) к выходу (входу) ИП, при этом будет светить светодиод HL5.
Узел стабилизации выходного напряжения содержит микросхему параллельного стабилизатора САЗ, согласующий каскад на транзисторе VT3 и управляющий транзистор VT4. Переменный резистор R18 совместно с резистором R19 образует делитель напряжения, поступающего на управляющий вход стабилизатора DA3. В состав этой микросхемы входит источник эталонно! о напряжения 2,5 В, что и определяет минимальное выходное напряжение ИП. После включения питания выключателем SAI "Сеть" выпрямленное напряжение (32...35 В) с выпрямителя поступает на регулирующий транзистор VT5. Одновременно с выхода стабилизатора DAI напряжение питания поступит на ОУ DA2.2. и на его выходе установится напряжение около 11 В, которое через резистор R8 поступит на затвор транзистора VT5, открывая его, в результате выходное напряжение увеличивается. Станет увеличиваться и напряжение на управляющем входе стабилизатора DA3. и когда оно превысит 2.5 В, ток через стабилизатор DA3 возрастет, транзисторы VT3, VT4 откроются, а транзистор VT5 станет закрываться, уменьшая выходное напряжение. Его установку осуществляют переменным резистором R18, микроамперметр РА1 совместно с резисторами R15 и R16 используется как вольтметр.
Узел защиты от перегрузки по току состоит из резистивного датчика тока R4, ОУ DA2.2 и тиристорнои оптопары U1. Переменным резистором R3. входящим в состав делителя R2R3. устанавливают ток срабатывания защиты, а режим ее работы устанавливают выключателем SA2 "Защита по току". В показанном на схеме положении этого выключателя происходит ограничение (стабилизация) выходного тока, при замкнутых контактах выходное напряжение отключается. Выходной ток протекает через резистор R4 и создает на нем падение напряжения; пока оно меньше напряжения на резисторе R3, на выходе ОУ DA2.2 будет напряжение, которое через резистор R8 поступает на коллектор транзистора VT4 и затвор транзистора VT5. поэтому стабилизатор выходною напряжения работает в нормальном режиме.
При увеличении выходного тока увеличится напряжение на резисторе R4, и когда оно превысит напряжение на резисторе R3. на выходе ОУ DA2.2 оно уменьшится, транзистор VT5 закроется и ИП перейдет в режим ограничения выходного тока, при этом выходное напряжение станет меньше установленного и не регулируется. Светодиод HL3 будет включен, сигнализируя, что происходит ограничение тока в нагрузке. При уменьшении выходного тока ИП автоматически перейдет в режим стабилизации напряжения
При замкнутых контактах выключателя SA2 при превышении выходным током заранее установленного значения начнет протекать ток через излучающий диод оптолары U1 и фототринистор откроется. Напряжение на затворе транзистора VT5 станет меньше напряжения открывания, и выходное напряжение источника питания уменьшится практически до нуля. Светодиод HL4 загорится, сигнализируя о том. что произошло отключение выходного напряжения по причине превышения тока в нагрузке. Вывести устройство из этого состояния можно отключением его от сети и последующим включением, а также разомкнув контакты выключателя SA2.
В положении переключателя SA3 "Экв. иагр." устройство может работать как эквивалент наг рузки (I ]. При этом отключается узел стабилизации напряжения и ОУ DA2.2 совместно с транзистором VT5 образуют стабилизатор тока. К гнезду XS2 подключают проверяемый блок питания или аккумулятор, а ток устанавливают резистором R3. Диод VD5 служит для защиты от неправильного подключения внешних источников напряжения.
Поскольку у ИП большой интервал регулирования выходною напряжения при токе до 5 А, при определенных условиях, например, при малом выходном напряжении и большом токе, на регулирующем транзисторе VT5 рассеивается значительная мощность (100 Вт и более). Это требует как его защиты от nepei рева, так и эффективного охлаждения теплоотвода за счет принудительного обдува вентилятором. Узел защиты от nepef рева собран на терморезисторе RK1 и ОУ DA2.1. который работает как компаратор. Датчик температуры на терморезисторе RKI с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления установлен на теплоотводе в непосредственной близости от транзистора VT5.
Когда температура теплоотвода меньше аварийной, напряжение на ней н вер тирующем входе (вывод 3) ОУ DA2.1 больше, чем на инвертирующем (вывод 2). и на ею выходе (вывод1) напряжение — около 11 В. Диод VD4 закрыт, светодиод HL2 не включен, и узел защиты от перегрева не влияет на работу стабилизатора напряжения. По мере разо*рева теплоотвода, приблизительно до 70...80°С. сопротивление терморезистора RK1 уменьшается и напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA2.1 станет меньше, чем на инвертирующем — на его выходе будет напряжение, близкое к нулю. Транзистор VT5 закроется, а напряжение на выходе источника питания станет также близко к нулю. Светодиод HL2 включится, указывая на перегрев транзистора VT5. Поскольку нагрев (охлаждение) теплоотвода процесс инерционный, включение ИП произойдет через некоторое время после остывания теплоотвода, этим обеспечивается гистерезис в работе узла защиты от nepeгрева.
Как отмечено выше, для эффективного охлаждения теплоотвода в устройстве применен вентилятор Ml. В узел управления вентилятором входит регулируемый источник напряжения с ограничением его максимального значения (13... 14 В), собранный на составном транзисторе VT1. стабилитроне VD2 и резисторе R5, а также управляющий полевой транзистор VT2. Ограничение напряжения необходимо, поскольку номинальное напряжение питания вентилятора — 12 В. Входное сопротивление транзистора VT2, подключенного к терморезистору RK1. велико и поэтому не влияет на работу узла защиты от пере-ipeea. Когда теплоотвод холодный, сопротивление терморезистора RK1 велико и напряжения на нем достаточно для открывания транзистора VT2. В результате транзистор V11 закрыт и напряжение питания на вентилятор не поступает. При нагреве теплоотвода до 30...40°С сопротивление терморезистора RK1 уменьшается, транзистор VT2 закрывается, a VT1 открывается и напряжение поступает на вентилятор М1 — он начинает вращаться. Чем выше температура теплоотвода, тем быстрее вращается вентилятор. При остывании теплоотвода происходит обратный процесс.

Большинство элементов устройства смонтировано на печатной плате из дву-сторонне фольгироеанного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм, чертеж которой показан на рис. 2. Фольгу со стороны установки деталей не удаляют, а используют как общий провод, к которому припаяны выводы деталей, а также как теп лоотвод для транзистора VT1. который крепят к плате через изолирующую геп-лопроводящую прокладку. Места соединения "заземляемых" выводов деталей с фольгой показаны черными точками В местах пропуска выводов деталей через отверстия в фольге зенкуют или вытравливают защитные кружки диаметром 2...2.5 мм. Места проволочных перемычек, соединяющих металлизацию двух сторон печатной платы, показаны черными квадратами со светлой точкой в центре. Плату крепят в корпусе параллельно передней панели на расстоянии около 10 мм.

Переменные резисторы R3, RI8, выключатели SA1, SA4, миллиамперметр RA1, светодиод HL1. розетки XS1 и XS2 закреплены на передней панели, напротив светодиодов HL2—HL5 и переключателя SA2 в ней сделаны отверстия (рис. 3) Держатель плавкой вставки RJ1. переключатель SA3 и вентилятор М1 установлены на задней панели. Рядом с ней установлен теплоотвод с закрепленным на нем через изолирующую тепло-проводящую прокладку транзистором VT5 и терморезистором RKI. На металлическом основании корпуса установлены трансформатор Т1, диодный мост VD1, конденсаторы С1, С6 (рис. 4)

В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ. С2-33. кроме R4 — он проволочный в керамическом корпусе SQP-5. заменить его можно на десять параллельно соединенных резисторов МЛТ сопротивлением по 1 Ом и мощно-стьюО.5 Вт. Переменный резистор R18 — многооборотный (для более плавной регулировки напряжения) импортный 3590S-2-203 фирмы BOURNS, резистор R3 — СПО. СП4-1, подстроенный резистор R16 — СПЗ-3, терморезистор RK1 - ММТ-4. Сдвоенный ОУ LM358N заменим на отечественные аналоги КР1040УД1 или КР1446УД1А. составной транзистор 2SD1783 — на транзисторы серии КТ829 с любым буквенным индексом, транзистор 2N7000 — на КП501А, КП501Б. транзистор IRL2505 — на аналогичный из списка [2], например IRLR2905. Стабилитрон BZV97C15 (VD2> можно заменить на IN4743A. 1N4744A. диодный мост КВРС25005 — КВРС2501. КВРС2502 Вентилятор М1 с рабочим напряжением 12 В — от компьютерного блока питания, миллиамперметр РА1 — М4203 с током полного отклонения 30 мА, выключатель SA1 и переключатель SA3 — В1021, SA2 — движковый В1561, трансформатор Т1 — ТС160-3.
Налаживание ИП начинают с калибровки вольтметра подстроечным резистором R16 по образцовому цифровому вольтметру. Если применен терморезистор с другим номиналом {но не менее 4,7 кОм). подбором резистора R7устанавливают температуру включения вентилятора, а подбором резистора R9 — температуру включения защиты от перегрева В положениях "Ист. пит." переключателя SA3 и "Ограничение" выключателя SA2 подключают к выходу ИП последовательно соединенные образцовый амперметр и резистор сопротивлением 2 Ом мощностью рассеивания 50 Вт и градуируют шкалу переменного резистора R3.
С помощью ИП можно заряжать различные типы аккумуляторных батарей. Для этого батарею с соблюдением полярности подключают к выходу ИП, переключатель SA2 при этом должен быть в положении "Ограничение", a SA4 — в положении "ВыклЛ Устанавливают выходное напряжение ИП. соответствующее напряжению полностью заряженной батареи, а резистором R3 устанавливают ток зарядки. Выключателем SA4 включают процесс зарядки, при этом включится индикатор "Ограничение", а напряжение на выходе, т. е. на батарее, уменьшится в зависимости от ее состояния. В процессе зарядки напряжение на ней возрастает, что контролируют вольтметром ИП, и когда оно достигнет заранее установлен -ного значения, индикатор "Ограничение" выключится и ИП перейдет в режим стабилизации напряжения. В таком состоянии ток зарядки плавно уменьшается и перезарядка батареи исключена.
Для проверки блоков питания и разрядки аккумуляторных батарей их подключают к гнезду XS2 в положении переключателя SA3 "Экв. нагр.". резистором R3 устанавливают ток разрядки, а напряжение контролируют внешним вольтметром. Не следует допускать глубокой разрядки батареи. Возможно, что при зарядке или разрядке батареи станет срабатывать защита от перегрева, тогда эти процессы будут временно прерываться, но после охлаждения теплоотвода возобновятся.
1.  Нечаев И. Универсальный эквивалент нагрузки. — Радио, 2005, № 1, с. 35.
2.  Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, №5, с. 45.
(Журнал РАДИО №7, 2008г. перевод в электронный вид - lom-master)