Незаменимой частью множественных радиоустройств является стабилизированный блок питания , собранный, как правило, на транзисторах. В процессе работы таких устройств может случится перегрузка блока питания . Особенно частенько это случается с лабораторными блоками, предназначенными для отработки и налаживания самых различных конструкций.
Такие нарушения нормального режима работы устройства нередко приводят к повреждениям его элементов, чаще всего - регулирующего транзистора стабилизатора. При пробое этого транзистора к нагрузке окажется приложенным полное выходное напряжение выпрямителя, часто небезопасное и для нее.
Плавкие предохранители мало спасают от повреждения блока питания и нагрузки, так как нередко регулирующий транзистор стабилизатора выходит из строя раньше, чем перегорит предохранитель. Надежную защиту в этих случаях можно обеспечить с помощью специального электронного защитного устройства.
В помещенной ниже подборке заметок описаны различные по сложности устройства, предложенные радиолюбителями-читателями. Выпрямителям и стабилизаторам в заметках уделено минимум внимания.
Защитные устройства разделяются на две группы: встроенные в стабилизатор и воздействующие на его регулирующий транзистор (например, устройство В. Захарченко) и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент (устройство В. Мельникова). Устройства второй группы чаще называют электронными предохранителями. Защитное устройство Н. Цесарука занимает промежуточное положение между этими группами.
Некоторые виды нагрузки имеют свойство сильно перегружать блок питания в момент включения в сеть, вызывая ложное срабатывание защитного устройства. Отмечены также случаи, когда в момент включения усилителя НЧ из-за резкого всплеска тока через громкоговоритель усилителя выходили из строя динамические головки громкоговорителей (разрушались их звуковые катушки). Защитное устройство Л. Выскубова и В. Макарова позволяет устранить эти недостатки.
Кажущаяся сложность защитного устройства Н. Цесарука окупается высокими эксплуатационными характеристиками, в частности быстродействием и надежностью защиты.
Нередко радиолюбители оснащают блоки питания только лампами накаливания или электронно-оптическими индикаторами, сигнализирующими о перегрузке. Подобные устройства целесообразны в большинстве случаев, иногда же индикатора вообще бывает достаточно, чтобы вовремя зафиксировать перегрузку блока питания и отключить его от сети. Поэтому редакция сочла возможным включить в подборку описания и этих индикаторов.
Защитное устройство стабилизатора блока питания, схема которого показана на рис. 1, обладает высоким быстродействием и хорошей "релейностью”, то есть малым влиянием на характеристики блока в рабочем режиме и надежным закрыванием регулирующего транзистора Т2 в режиме перегрузки. Защитное устройство состоит из тринистора Д1, диодов Д2 и Д3 и резисторов R2 и R3. Оно работает следующим образом. В рабочем режиме тринистор Д1 закрыт и напряжение на базе транзистора Т1 равно напряжению стабилизации цепочки стабилитронов Д4, Д5. При перегрузке ток через резистор R2 и падение напряжения на нем достигают величины, достаточной для открывания тринистора Д1 по цепи управляющего электрода. Открывшийся тринистор замыкает цепочку стабилитронов Д4, Д5. что приводит к закрыванию транзисторов Т1 и Т2.
Для того чтобы восстановить рабочий режим после устранения причины перегрузки, нужно нажать и отпустить кнопку Кн1. При этом тринистор закроется, а транзисторы Т1 и Т2 вновь откроются. Резистор R3 и диоды Д2, Д3 защищают управляющий переход тринистора Д1 от перегрузок по току и напряжению соответственно.
Стабилизатор обладает следующими основными параметрами: входное напряжение 28-38 В, выходное стабилизированное напряжение - 24 В; коэффициент стабилизации - около 30; ток срабатывания защиты - 2 А. быстродействие - несколько микросекунд.
Транзистор Т2 можно заменить на КТ802А, КТ805Б, а Т1 - на П307- П309. КТ601, КТ602 с любым буквенным индексом. Тринистор Д1 может быть любым из серии КУ201, кроме КУ201А и КУ201Б.
В. Захарченко г. Киев
* * *
Стабилизатор блока питания , схема которого представлена на рис. 2, может быть защищен от перегрузок и коротких замыканий нагрузки введением всего двух деталей - тринистора Д2 и резистора R5. Защитное устройство срабатывает, когда ток нагрузки превысит определенное пороговое значение, определяемое сопротивлением резистора R5. В этот момент падение напряжения на этом резисторе достигает напряжения открывания тринистора Д2 (около 1 В), он открывается и напряжение на базе транзистора Т1 уменьшается почти до нуля. Поэтому транзистор Т1, а вслед за ним и Т2 закрываются, отключая цепь нагрузки.
Для возвращения стабилизатора в исходный режим нужно кратковременно нажать на кнопку Кн1. Резистор R3 служит для ограничения тока базы транзистора Т2. Резистор R5 наматывают медным проводом.
Номинальное входное напряжение стабилизатора - 40 В, выходное можно регулировать от 27 В почти до нуля. Максимальный ток нагрузки - 2 А.
Вместо транзистора П701А можно использовать КТ801А, КТ801Б. Транзистор Т2 можно заменить на КТ803А, КТ805А, КТ805Б, П702, П702А.
А. Бизер г. Херсон
Примечание редакции. Выходное сопротивление стабилизатора можно уменьшить на величину сопротивления резистора R5, если изменить место его включения (как показано на рис. 2 штриховыми линиями). Чтобы избежать случаев ложного срабатывания защиты от зарядного тока конденсатора С2 при включении блока питания в сеть, этот конденсатор лучше изъять из устройства.
* * *
Особенностью электронного предохранителя стабилизатора, схема которого изображена на рис. 3, является возможность регулирования тока срабатывания. Предохранитель собран на транзисторах Т1 и Т2 (в его состав входят также резисторы R1-R4, стабилитрон Д1, переключатель В1 и лампа накаливания Л1). Устанавливают требуемое значение тока срабатывания переключателем В1. Работает устройство следующим образом. В рабочем режиме за счет базового тока, протекающего через резистор R1 (R2 или R3), транзистор Т1 открыт и падение напряжения на нем невелико. Поэтому ток в базовой цепи транзистора Т2 очень мал, стабилитрон Д1, включенный в прямом направлении, и транзистор Т2 закрыты.
С увеличением тока нагрузки стабилизатора падение напряжения на транзисторе Т1 увеличивается. В некоторый момент стабилитрон Д1 открывается, вслед за ним открывается транзистор Т2, что приводит к закрыванию транзистора Т1. Теперь на этом транзисторе падает почти все входное напряжение и ток через нагрузку резко уменьшается до нескольких десятков миллиампер. Лампа Л1 загорается, указывая на срабатывание предохранителя. Возврат его в исходный режим производят кратковременным отключением от сети.
Входное напряжение устройства, собранного по схеме на рис. 3, равно 50±5 В, выходное стабилизированное можно регулировать в пределах примерно от 1 до 27 В. Коэффициент стабилизации - около 20. Для повышения температурной стабильности выходного напряжения последовательно со стабилитроном Д3 включен еще один стабилитрон Д2 в прямом направлении.
Транзисторы Т1 и Т4 установлены на теплоотводах с эффективной площадью теплового рассеяния около 250 см2 каждый. Стабилитроны Д2 и Д3 укреплены на медной теплоотводящей пластине размерами 150х40х4 мм. Налаживание электронного предохранителя сводится к подбору резисторов R1-R3 по требуемому току срабатывания. Лампа Л1 - КМ60-75.
В. Мельников, г. Карталы Челябинской обл.
* * *
Описываемое электронно-механическое устройство представляет собой быстродействующий предохранитель с поэтапным срабатыванием сначала его электронной части, а затем электромеханической. Схема устройства, совмещенного со стабилизатором, показана на рис. 4. Оно состоит из транзистора Т1, нагруженного двухобмоточным электромагнитным реле Р1, стабилитрона Д2, диодов Д1, Д3 и резисторов R1 и R2.
Каскад на транзисторе Т1 сравнивает напряжение на резисторе R2, пропорциональное току нагрузки стабилизатора, с напряжением на стабилитроне Д2. включенном в прямом направлении. При перегрузке стабилизатора напряжение на резисторе R2 становится больше напряжения на стабилитроне и транзистор Т1 открывается. Благодаря действию положительной обратной связи между цепями коллектора и базы этого транзистора в системе транзистор Т1 - реле Р1 развивается блокинг-процесс.
Длительность импульса - около 30 мс (в случае применения реле РМУ, паспорт РС4.533.360СП). Во время импульса напряжение на коллекторе транзистора Т1 резко уменьшается. Это падение напряжения через диод Т3 передается на базу регулирующего транзистора Т2 стабилизатора (напряжение на базе транзистора становится положительным относительно эмиттера), транзистор закрывается и ток через цепь нагрузки резко уменьшается.
Одновременно с открыванием транзистора Т1 начинает увеличиваться ток через коллекторную обмотку реле Р1, и примерно через 10 мс оно срабатывает, самоблокируется и отключает цепь нагрузки контактами P1/1. По окончании блокинг-процесса транзистор Т1 закрывается, реле Р1 остается включенным, а стабилизатор - обесточенным. Для восстановления исходного режима на короткое время отключают блок питания от сети. Быстродействие электронной защиты зависит от частотных свойств транзисторов Т1 и Т2 и скорости нарастания тока через коллекторную обмотку реле P1 (то есть от собственной емкости и индуктивности рассеяния обмоток реле) и не превышает нескольких десятков микросекунд. Защитное устройство срабатывает при токе нагрузки, равном 0,4 А.
Стабилизатор блока обладает коэффициентом стабилизации около 50. Номинальное входное напряжение 20 В, выходное - 15 В. Порог срабатывания защиты можно сделать регулируемым, для чего параллельно резистору R2 включают переменный резистор сопротивлением 10-20 Ом, к среднему выводу которого и подключают провод от вывода к базовой обмотки реле Р1.
Двухобмоточное реле можно изготовить самостоятельно по методике, описанной в "Радио”, 1974, № 11, с. 35. Контакты реле должны быть рассчитаны на размыкание максимального тока нагрузки.
Н. Цесарук, г. Тула
* * *
В защитном устройстве, схема которого показана на рис. 5, использован тиристорный оптрон (Oп1) Устройство отличается быстродействием и универсальностью. Оно работает следующим образом. При токе нагрузки, меньшем порогового, электронный ключ, собранный на транзисторах Т1-Т3, открыт базовым током, протекающим через резисторы R4 и R1, светится индикаторная лампа Л1, а оптрон Oп1 находится в выключенном состоянии, то есть его светодиод не излучает света и фототиристор закрыт.
Как только ток нагрузки достигает порогового значения, падение напряжения на резисторах R5 и R6 увеличивается настолько, что яркость свечения светодиода оптрона становится достаточной для открывания фототиристора. Его сопротивление становится очень малым, и на базу транзистора Т1 поступает положительное напряжение, закрывающее электронный ключ. При этом напряжение на нагрузке резко уменьшается, лампа Л1 гаснет. Ток, протекающий через фототиристор и резисторы R4 и R1, достаточен для удержания оптрона во включенном состоянии
Добрый день. В этой заметке я хочу предложить вашему вниманию блок питания дополнительного усилителя мощности для портативной радиостанции «Веда-ЧМ» . Выходное напряжение блока питания 24В, номинальный ток нагрузки – 3,5А, порог тока срабатывания защиты от короткого замыкания – 5,5А, ток короткого замыкания – 0,06А.
Общий вид комплекта показан на фото 1.
Схема блока питания представлена на рисунке 1.
Силовой трансформатор блока – перемотанный сетевой трансформатор от старого телевизора ТС-90-1, в качестве первичной обмотки — используются все витки сетевой обмотки трансформатора. Новая вторичная обмотка содержит 2×65 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 1,25мм. При отсутствии провода данного диаметра, можно на каждой из катушек намотать по 130 витков проводом диаметром 0,9мм. При этом катушки потом соединяют синфазно параллельно при сохранении схемы мостового выпрямителя. Если эти катушки соединить последовательно, то от двух диодов можно избавиться (Рис.2).
Схема стабилизатора собрана навесным монтажом (1 на фото 2). Конденсаторы С3 и С4 у меня находятся в корпусе усилителя мощности. Цифрой два обозначен дополнительный регулируемый стабилизатор напряжения для питания «Веда-ЧМ», собранного на микросхеме КРЕН12А. Меняя напряжение питания самой радиостанции, можно менять в некоторых пределах выходную мощность излучения усилителя. Схему этого стабилизатора можно найти в рубрике «Блоки питания» — «Стабилизатор напряжения на КР142ЕН12А». Индикатор перегрузки работает следующим образом. Напряжение на конденсаторах фильтра выпрямителя С1и С2 примерно равно 37 вольт, учитывая, что выходное напряжение – 24В, напряжение между точками 1 и 2 будет находиться в районе13 вольт, которого не хватит для пробоя стабилитронов VD5, VD6, так как их суммарное напряжение стабилизации равно 15В. При «коротыше» напряжение между этими точками возрастет, через стабилитроны потечет ток и светодиод HL1 загорится, а светодиод HL2 – погаснет. Обратите внимание на то, что на «земле» находятся коллектора мощных транзисторов, что, ну просто очень удобно, размещая транзисторы непосредственно на корпусе изделия. Блок питания и усилитель мощности висят на стене чердака под антенной, что значительно уменьшает потери мощности в кабеле. До свидания. К.В.Ю.
Данная схема представляет собой простейший блок питания на транзисторах, оборудованный защитой от короткого замыкания (КЗ). Его схема представлена на рисунке.
Основные параметры:
- Выходное напряжение - 0..12В;
- Максимальный выходной ток - 400 мА.
Схема работает следующим образом. Входное напряжение сети 220В преобразуется трансформатором в 16-17В, затем выпрямляется диодами VD1-VD4. Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С1. Далее выпрямленное напряжение поступает на стабилитрон VD6, который стабилизирует напряжение на своих выводах до 12В. Остаток напряжения гасится на резисторе R2. Далее осуществляется регулировка напряжения переменным резистором R3 до требуемого уровня в пределах 0-12В. Затем следует усилитель тока на транзисторах VT2 и VT3, который усиливает ток до уровня 400 мА. Нагрузкой усилителя тока служит резистор R5. Конденсатор С2 дополнительно фильтрует пульсации выходного напряжения.
Защита работает так. При отсутствии КЗ на выходе напряжение на выводах VT1 близко к нулю и транзистор закрыт. Цепь R1-VD5 обеспечивает смещение на его базе на уровне 0,4-0,7 В (падение напряжения на открытом p-n переходе диода). Этого смещения достаточно для открытия транзистора при определённом уровне напряжения коллектор-эмиттер. Как только на выходе происходит короткое замыкание, напряжение коллектор-эмиттер становится отличным от нулевого и равным напряжению на выходе блока. Транзистор VT1 открывается, и сопротивление его коллекторного перехода становится близким к нулю, а, значит, и на стабилитроне. Таким образом, на усилитель тока поступает нулевое входное напряжение, через транзисторы VT2, VT3 будет протекать очень маленький ток, и они не выйдут из строя. Защита отключается сразу же при устранении КЗ.
Детали
Трансформатор может быть любой с площадью сечения сердечника 4 см 2 и более. Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭВ-0,18, вторичная - 150-170 витков провода ПЭВ-0,45. Подойдёт и готовый трансформатор кадровой развёртки от старых ламповых телевизоров серии ТВК110Л2 или подобный. Диоды VD1-VD4 могут быть Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л или любые на ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 55 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любые низкочастотные маломощные, например, МП39-МП42. Можно использовать и кремниевые более современные транзисторы, например, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 и другие. В качестве VT3 - германиевые П213-П215 или более современные кремниевые мощные низкочастотные КТ814, КТ816, КТ818 и другие. При замене VT1 может оказаться, что защита от КЗ не работает. Тогда следует последовательно с VD5 включить ещё один диод (или два, если потребуется). Если VT1 будет кремниевый, то и диоды лучше применять кремниевые, например, КД209(А-В).
В заключение стоит заметить, что вместо указанных на схеме p-n-p транзисторов можно применять и аналогичные по параметрам транзисторы n-p-n (не вместо какого-либо из VT1-VT3, а вместо всех из них). Тогда нужно будет поменять полярности включения диодов, стабилитрона, конденсаторов, диодного моста. На выходе, соответственно, полярность напряжения будет другая.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1, VT2 | Биполярный транзистор | МП42Б | 2 | МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 | В блокнот | |
| VT3 | Биполярный транзистор | П213Б | 1 | П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818 | В блокнот | |
| VD1-VD4 | Диод | Д242Б | 4 | Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л | В блокнот | |
| VD5 | Диод | КД226Б | 1 | В блокнот | ||
| VD6 | Стабилитрон | Д814Д | 1 | В блокнот | ||
| C1 | 2000 мкФ, 25 В | 1 | В блокнот | |||
| C2 | Электролитический конденсатор | 500 мкФ. 25 В | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 10 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 360 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Переменный резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4, R5 | Резистор |
Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания - сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.
Схема защиты блока питания
Силовая часть - мощный полевой транзистор - в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.
Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока
~~~При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным
~~~Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные - IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.
~~~Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.
~~~Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.
Комментарии
Защита от короткого замыкания
, переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.
Второй транзистор тоже не критичен, в моем случае использован высоковольтный биполярный транзистор серии MJE13003, но выбор большой. Ток защиты подбирается исходя из сопротивления шунта — в моем случае 6 резисторов по 0,1Ом параллельно, защита срабатывает при нагрузке 6-7 Ампер. Более точно можно настроить вращением переменного резистора, таким образом я настроил ток срабатывания в районе 5 Ампер.
Мощность блока питания довольно приличная, выходной ток доходит до 6-7 Ампер, что вполне достаточно для зарядки автомобильного аккумулятора.
Резисторы шунта выбрал с мощностью 5 ватт, но можно и на 2-3 ватт.
Если все сделано правильно, то блок начинает работать сразу, замыкайте выход, должен загореться светодиодный индикатор защиты, который будет гореть до тех пор, пока выходные провода находятся в режиме КЗ.
Если все работает как нужно, то приступаем дальше. Собираем схему индикатора.
Схема срисована из зарядника аккумуляторной отвертки.
Красный индикатор свидетельствует о том, что имеется выходное напряжение на выходе БП, зеленый индикатор показывает процесс заряда. С таким раскладом компонентов, зеленый индикатор будет постепенно потухат и окончательно потухнет, когда напряжение на аккумуляторе будет 12,2-12,4 Вольт, когда аккумулятор отключен, индикатор гореть не будет.
Самое основное для любой конструкции корпус. Тут мне повезло досать нерабочий БП ATX от компьютера, куда и будет помещён будущий блок питания.
Разъёмы сзади для сети 220В оставил, а на место кулера прикрутил обычную розетку, так как их постоянно не хватает для массы моих электронных устройств. Короче лишней она не будет.
Печатная плата блока питания простейшая и изготовить её будет легко даже начинающим. В крайнем случае можно вырезать дорожки резаком, а не травить. Для защиты по максимальному току - а это обязательно должно быть в радиолюбительском блоке питания, выбрал схему электронного предохранителя с индикацией перегрузки на светодиоде.
Передняя панель блока питания изготавливается из пластика, текстолита или даже фанеры - кто на что богат. На ней будут крепиться стрелочные индикаторы - вольтметр и амперметр (как впоследствии стало понятно, что это намного лучше и удобней цифровой индикации), регулятор напряжения и кнопки включения и переключения режимов защиты. Я выбрал 0,1 и 1А, но можно расчитать резистор токовой защиты на любое значение.
Ещё на передней панели блока питания будут две клеммы для подключения проводов выхода БП.
Получается вот что-то уже похожее на блок питания. Трансформатор выбираем такой, чтоб он поместился в корпус. Так что если вы идёте его покупать на радиобазаре - сначала замеряйте габариты коробки.
Корпус обклеиваем самоклеющейся плёнкой или красим лаком.
Зелёный светодиод будет светиться при включении БП в сеть, а красный сигнализирует о срабатывании защиты от токовой перегрузки.
Здесь написано как рассчитать шунт для стрелочных индикаторов. А чтоб нанести на шкалу новые значения вольт и ампер, придётся раскрыть их корпуса и аккуратно наклеить бумажки с новыми значениями поверх старых.
