В радиолюбительской практике во время экспериментальных работ нередко возникает необходимость иметь под рукой универсальный блок питания. Если суммировать требования, предъявляемые к источнику питания при разработке и налаживании аналоговых и цифровых устройств, то, кроме высоких требований к качеству выходного напряжения и широкого интервала его регулирования, очень важно, чтобы он совмещал в себе функции высококачественных источников тока и напряжения. Один из вариантов такого устройства предлагаем вам. Предлагаемый блок питания позволяет использовать его и как источник напряжения и как источник постоянного тока.

К несомненным плюсам этого блока, кроме универсальности, можно отнести и наличие управляемой защиты от замыкания в нагрузке "по умолчанию".

Источник питания, схема которого показана на рисунке 1, может удовлетворить большую часть запросов радиолюбителей—экспериментаторов. Более трех лет (и за это время блок питания ни разу не подвел) автор эксплуатирует его применяя в экспериментах и налаживании аналоговых и цифровых устройств и заканчивая зарядкой автомобильных аккумуляторов.

Функционально блок питания представляет собой два взаимно независимых узла стабилизации тока и напряжения, работающих на общий элемент управления выходным сигналом.

Рассмотрим назначение элементов предлагаемого устройства. На диодах VD1—VD4 собран выпрямитель, а на конденсаторах С1—СЗ — сглаживающий фильтр напряжения питания. Транзисторы VT1—VT4 — мощный регулирующий элемент, который управляет выходным напряжением и током. Применение нескольких параллельно включенных транзисторов, кроме разделения между ними тока нагрузки, имеет смысл еще по ряду причин. Во-первых, такое решение позволяет разнести точки нагрева по теплоотводу, что повышает его эффективность, давая возможность уменьшить его размеры. Во-вторых, можно использовать дешевые транзисторы с максимальным допустимым током коллектора меньше максимального тока нагрузки без снижения эксплуатационной надежности устройства. Резисторы R4—R7 являются согласующими элементами для эмиттерных цепей параллельно включенных транзисторов, позволяя равномерно разделить суммарный ток нагрузки между транзисторами, имеющими большой разброс электрических параметров. Транзистор VT5 согласует входное сопротивление регулирующего элемента и выходное транзисторов VT6 и VT7.

На диодах VD5 и VD6, стабилитроне VD7, интегральном стабилизаторе DA1 и конденсаторах С4—С7 собран двуполярный стабилизатор напряжения для питания узла управления. Микросхемы DA2 и DA3 выполняют функцию источников образцового напряжения для узлов управления выходным напряжением и током соответственно. Выбор интегральных стабилизаторов напряжения серии КР142 для этой цели объясняется вполне достаточными для лабораторных целей параметрами этих микросхем, такими как температурный коэффициент напряжения менее 0,02 %/"С и коэффициент сглаживания пульсаций более 30 дБ. А применение последовательной стабилизации еще больше улучшает параметры источников образцового напряжения. Кроме того, большое значение имеют простота схемотехнической реализации и доступность элементной базы.

Повторитель на ОУ DA4.1 компенсирует падение напряжения на датчике выходного тока R17R18 и позволяет исключить ошибку установки выходного тока, связанную с возможным протеканием через эти резисторы суммарного тока вольтметра PV1, резистивного делителя выходного напряжения R14R15, выходного делителя источника образцового напряжения R11R12 и тока, потребляемого стабилизатором DA2. Кроме того, применение весьма мощного ОУ DA4.1 предоставляет широкие возможности в выборе схемы источника образцового напряжения. Впрочем, ошибка установки выходного тока в этом случае незначительна и составляет менее 20 мА. Если такая ошибка не является принципиальной, ею допустимо пренебречь, исключив ОУ DA4.1 и соединив проводники, идущие к его входам. Применение этого ОУ может стать необходимым в случае пересчета источника на другие выходные напряжение и ток (а следовательно, и пересчета сопротивления резисторов R17 и R18), когда напряжение ошибки на датчике тока становится заметным.

На ОУ DA4.2 и DA5.1 собраны узлы управления выходным напряжением и током соответственно. Подобные узлы хорошо представлены и рассмотрены в радиолюбительской литературе и реализованы стандартно. Сигналы управления с них поступают на транзисторы VT6 и VT7, включенные каскадно. Принцип их работы рассмотрим на примере стабилизатора тока. Пока выходной ток блока питания меньше установленного переменным резистором R12 (сравнивается с напряжением на датчике тока R17R18), блок находится в режиме стабилизации напряжения, поскольку транзистор VT7 полностью открыт и на работу не влияет. При попытке превышения установленного уровня тока выходное напряжение снижается, так как ОУ DA5.1 переходит в режим управления, уменьшая ток базы транзистора VT7. При этом ОУ DA4.2 переходит из активного режима в режим компаратора, открывая транзистор VT6 и отключая его тем самым от цепи управления.

На ОУ DA5.2 и светодиодах HL1 и HL2 собран узел индикации режима работы блока питания. В зависимости от уровня напряжения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1 компаратор DA5.2 коммутирует выходное напряжение, включая соответствующий светодиод. А поскольку включенный блок питания всегда находится в каком-либо режиме работы, о чем свидетельствует свечение одного из светодиодов, то отпадает необходимость в индикаторе включения.

Детали описываемого блока питания рассчитывались и подбирались под имеющийся у автора трансформатор. При указанной на схеме элементной базе блок обеспечивает регулировку выходного напряжения от 0 до 18В и тока нагрузки от 0 до 14 А. При выходном напряжении 15 В и токе 12 А двойная амплитуда пульсаций не превышает 5 мВ. Элементы источника можно легко пересчитать под собственные возможности или желания.

Все детали блока, за исключением сетевого трансформатора Т1, выпрямительных диодов VD1—VD4, транзисторов регулирующего элемента VT1—VT4 и VT5, светодиодов индикации режимов стабилизации HL1 и HL2, переменных резисторов R10 и R12, токовыравнивающих резисторов R4—R7 и фильтрующих конденсаторов С1—СЗ, смонтированы на печатной плате размерами 100x80 мм, выполненной из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. В качестве теплоотвода для транзисторов VT1—VT5 и диодов VD1—VD4 в оригинальном блоке питания использован кожух устройства, изготовленный из листового алюминия толщиной 1,8 мм. Кожух имеет П-образную форму с верхней крышкой. Его габариты — 190x170x350 мм. Транзисторы и диоды закреплены на его задней стенке через изолирующие прокладки из слюды толщиной 0,05 мм. предварительно смазанные теплопроводящей пастой КПТ-8. Токовыравнивающие резисторы R4—R7 установлены рядом с транзисторами навесным монтажом на изолированных от корпуса прибора монтажных площадках. На передней панели размещены сетевой выключатель SA1, предохранители FU1 и FU2. амперметр РА1 и вольтметр PV1. над ними установлены светодиоды HL1 и HL2 соответственно. Под измерительными приборами установлены регуляторы стабилизаторов выходного тока и напряжения — переменные резисторы R12 и R10. Сетевой трансформатор Т1 и фильтрующие конденсаторы С1—СЗ установлены на шасси блока питания.

Сетевой трансформатор Т1 — заводского изготовления, имеющий серийный номер 4.540.176. Магнитопровод трансформатора набран из Ш-образных пластин ПБ 40-80. Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 1,25 и содержит 296 витков. Вторичная обмотка II выполнена медной шиной ПСД 1,8x5 и состоит из двух одинаковых обмоток по 14 витков, включенных последовательно. Обмотка III содержит 17 витков провода ПЭВ-2 1,0, Самодельный трансформатор рассчитывают на максимальную мощность, потребляемую нагрузкой, плюс четыре ватта для узла управления. Надо учесть, что в режиме холостого хода выходное напряжение обмотки III должно быть в пределах от 12,6 до 14В и обеспечивать указанную выше мощность (4 Вт) под нагрузкой.

Максимально допустимый прямой ток выпрямительных диодов VD1—VD4 должен превышать максимальный ток нагрузки. При снижении тока менее 10А возможно применение диодов серий КД213, КД243 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы фильтра С1—СЗ — К50-18. недопустимо применение и других, более современных. Большая емкость этих конденсаторов вызвана исключительно большим допустимым током нагрузки. Их емкость можно изменять пропорционально этому току.

Транзисторы регулирующего элемента КТ819АМ заменимы на КТ808 или аналогичные с допустимым током коллектора от 10А и достаточной рассеиваемой мощностью. Транзистор КТ818АМ (VT5) можно заменить любым из серии КТ816, а КТ817В (VT6, VT7) - любыми из серий КТ815, КТ807. Вместо диодов КД212А (VD5, VD6) допустимо применить КД226 с любым буквенным индексом или аналогичные. Конденсаторы С4-С7, СЮ - К50-35, С8, С9 -К50-16, С11—С15 — любые подходящей емкости на номинальное напряжение не менее 25 В.

Выбор микросхем К157УД2 (DA4, DA5) обусловлен их большим допустимым выходным током, что особенно актуально для ОУ DA4.1, поскольку через него протекает ток стабилизатора DA2 и резистивного делителя R14R15. Если число микросхем не лимитируется, вместо этих микросхем подойдут К553УД2 с соответствующими цепями коррекции. Важно, чтобы, кроме допустимого выходного тока не менее 20 мА, микросхемы имели цепи частотной коррекции. Это связано с тем, что из-за большого фазового сдвига в цепи ООС необходимо снижать частоту среза для повышения запаса устойчивости.

Токовыравнивающие резисторы R4— R7 и датчик тока R17, R18 — проволочные С5-16М, переменные R10 и R12 — СП-1 или любые другие, удобные для установки на переднюю панель блока питания. Измерительные приборы PV1 и РА1 — любые с током полного отклонения от 0,05 до 1 мА и удобной шкалой. В авторском варианте использованы измерительные головки М4248.3 с током полного отклонения 0,1 мА.

Налаживание устройства, собранного из заведомо исправных деталей, сводится в основном к проверке правильности монтажа. После этого движки переменных резисторов R10 и R12 устанавливают в нижнее по схеме положение и проверяют устройство на отсутствие самовозбуждения на выходах ОУ DA4.2 и DA5.1. Устраняют его в случае появления подбором конденсаторов С12 и С13 в сторону увеличения их емкости. Далее, используя образцовые вольтметр и амперметр, резисторами R9 и R11 устанавливают верхние пределы регулирования напряжения и тока, а резисторами R13 и R16 калибруют вольтметр PV1 и амперметр РА1. Необходимо также убедиться в отсутствии генерации на нагрузке в различных допустимых режимах работы.

Устройство выдерживает замыкания в нагрузке, но не стоит этим злоупотреблять при токах ограничения, близких к максимальным. Следует отметить, что мощность, выделяемая на транзисторах регулирующего элемента, прямо пропорциональна разности между напряжением на выходе диодного моста VD1—VD4 и напряжением на выходе блока питания (падению напряжения на регулирующем элементе) и току нагрузки. Если на выходе напряжение небольшое и ток, близкий к максимальному, на корпусе - теплоотводе выделяется мощность около 300 Вт. Для защиты от перегрева, когда размеры корпуса недостаточны для хорошего охлаждения следует предусмотреть дополнительный узел, отключающий блок питания от сети. Это может быть как несложное электронное, так и электромеханическое (термореле на основе биметаллической пластины) устройство.

Г. Федусов

Материал подготовил Ю. Погребан (UA9XEX).