Лабораторный источник питания с диагностикой

 Лабораторный источник питания с диагностикой

Выбрав приглянувшуюся схему электронного устройства, каждый радиолюбитель сначала пробует ее в работе. Далее можно изготовить понравившееся устройство или (имея опыт) внести в него дополнительные усовершенствования. И в том, и в другом случае необходим источник питания. Его можно купить или выиграть в лотерею, но лучше всего изготовить своими руками. При этом лабораторию радиолюбителя пополнит устройство не только с основными, но и с дополнительными полезными функциями.

На примере источника питания попробуем проследить весь процесс проектирования и изготовления радиолюбительского электронного устройства.

Начнем с определения основной функции нашего источника питания. Он нам необходим для создания напряжения питания при проведении макетных и экспериментальных работ с электронными устройствами, аналогичными описанным в этой книге.

Следовательно, следующий шаг — это установление электрических параметров источника питания.

Выходное напряжение — постоянное. А вот с величиной его надо разобраться. В основном все приведенные схемы используют напряжение величиной 12 В. Однако микросхема КР1156ЕУ5, как и другие микросхемы, может работать и при других напряжениях. Поэтому в источнике питания для экспериментальных работ следует предусмотреть более широкий диапазон выходного напряжения. И лучше, если его можно будет регулировать.

Далее потребуется решить вопрос, а в каких же пределах осуществлять изменение выходного напряжения?

Здесь поможет знание микросхемы КР1156ЕУ5, о которой и повествует эта книга. Минимальное рабочее напряжение для нее составляет 3 В. Номинальное напряжение для большинства

-

устройств 12 В. Следовательно, источник питания должен обеспечивать на выходе напряжения от 3 до 12 В? Не будем торопиться с выводами, а взглянем более широко. Необходим запас, тем более что микросхема позволяет работать и при большем напряжении питания (ведь оно может быть до 40 В). Также, если экспериментировать с микросхемой КР1436АП1, может потребоваться не только напряжение 12 В, но и до 27 В (см. [1]).

Но не будем замахиваться на такую большую величину, а ограничимся диапазоном выходного напряжения нашего источника от 3 до 15 В. При этом будет обеспечено питание не только аналоговых микросхем, таких как операционные и низкочастотные усилители, но и цифровых микросхем, как ТТЛ, так и КМОП.

Теперь надо определиться с током нагрузки. Большинство рассмотренных устройств потребляют небольшой ток (примерно 10...50 мА). Их можно запитать от готовых маломощных адаптеров. Однако мы не будем ограничиваться таким током, а сделаем устройство «на вырост», помощнее.

Определившись с основными параметрами выходного напряжения источника питания, займемся его структурой, т. е. рассмотрим, из каких основных и вспомогательных узлов он должен состоять.

В связи с тем, что источник электроэнергии в наших квартирах — это сеть переменного тока, источник повышенной опасности, то необходим развязывающий трансформатор. Еще его называют силовым. Он необходим для того, чтобы передать (трансформировать) энергию сети. В этом его основная функция. Кроме того, трансформатор преобразует высокое напряжение в сети (220 В) в низкое вторичное (12—15 В).

Но для питания электронных устройств требуется постоянное напряжение и нужен соответствующий преобразователь. Поэтому потребуется выпрямитель вторичного переменного напряжения в постоянное. Пульсирующее напряжение после выпрямителя сглаживается фильтром. Самый простой фильтр — это обычный конденсатор большой емкости.

-

Одна часть источника питания определилась — это трансформатор, выпрямитель и фильтр.

В связи с тем что сетевое напряжение нестабильно, бывают резкие скачки и медленные перепады, а это неприемлемо для электронных схем, то потребуется узел, обеспечивающий стабильное напряжение питания. Он так и называется — стабилизатор. Как известно, они бывают импульсные (рассматривались ранее в гл. 1) и линейные. Учитывая область применения — экспериментальные работы — в источнике питания должна быть возможность регулировки выходного напряжения.

Как следует ожидать, в процессе макетирования и проверочных работ возможны ошибки, поэтому, чтобы обезопасить источник питания и нагрузку от опасных режимов работы, необходимо предусмотреть защитные меры. Одна из таких мер, которая наиболее часто применяется в электронике — это ограничение тока. В данном случае необходимо предусмотреть ограничение тока нагрузки, чтобы при его превышении или даже коротком замыкании (к.з.) не вышел из строя (или даже сгорел) источник питания. Желательно также иметь возможность установки определенного предела ограничения тока.

Длительная перегрузка источника питания — опасное явление даже при наличии схемы защиты. Поэтому надо иметь дополнительный узел для оперативной индикации (звуковым или световым сигналом) опасного режима.

Вот мы и определились со структурой сетевого стабилизированного одноканального источника питания с защитой.

Еще раз перечислим его узлы:

•  сетевая часть — трансформатор, выпрямитель и фильтр;

•  стабилизатор напряжения;

•  узел регулировки тока ограничения в нагрузке;

•  узел регулировки выходного напряжения;

•  индикатор понижения напряжения на выходе.

-

Следующая задача состоит в том, чтобы определить элементную базу нашего устройства. На каких элементах и в каких режимах их работы будет обеспечено достижение главной цели нашего проекта — обеспечение питающего напряжения для радиолюбительских работ.

Известная нам микросхема типа КР1156ЕУ5 в режиме импульсного понижающего стабилизатора (см. гл. 1} вполне может обеспечить требуемые выходные параметры (3...12 В, 0,1 ...0,5 А).

Необходимые для питания нагрузки несколько ватт мощности «потянет» унифицированный трансформатор типа ТП112. Он рассчитан на номинальную мощность 7,2 Вт и предназначен для печатного монтажа. Эти трансформаторы выпускаются на целый ряд выходных напряжений и вполне можно подобрать подходящий для нашего случая.

Выходное напряжение можно регулировать плавно или ступенчато. Для удобства работы выбираем ступенчатый способ установки выходного напряжения. Легкое нажатие на кнопку — и всегда известно, какой величины напряжение подается на нагрузку. И в качестве переключателя (органа регулировки) применим кнопочный секционированный переключатель типа П2К.

Аналогично построим узел ограничения тока нагрузки. Применим также ступенчатое переключение с помощью П2К.

Приобретенный опыт по применению микросхемы КР1156ЕУ5 подсказывает нам, что и индикатор понижения выходного напряжения за допустимые пределы также можно спроектировать на ее основе.

Определившись с основными узлами и элементной базой проектируемого источника питания, можно составить его структурную схему. Схема, приведенная на рис. 5.14, вполне соответствует нашему проекту.

Основными в этой схеме являются сетевой (разделительный) трансформатор с двухполупериодным выпрямителем и фильтром и стабилизатор напряжения (СН). На выходе стабилизатора включен индикатор понижения напряжения (ИПН). Здесь

Рейтинг@Mail.ru

Страница-1              

Страница-1              

Лабораторный источник питания с диагностикой

предусмотрены также два узла управления: током ограничения (R1) и выходным напряжением (R3).

Разработанная структурная схема источника питания с необходимыми функциями для лаборатории радиолюбителя задает и особенности конструктивного исполнения. Ведь конструкция источника питания должна обеспечивать удобство при работе с ним. Также необходимо обеспечить быстрый ремонт при выходе его из строя.

Действительно, от источника питания требуется бесперебойная работа и минимальное время на восстановление после потери работоспособности.

В таком случае вполне приемлема модульная конструкция устройства. Ее особенность состоит в том, что на общей плате устанавливаются трансформатор и конденсатор фильтра {самые крупные элементы) и отдельно остальные узлы (СН, ИПН и др.). Каждый из этих узлов находится на отдельной печатной плате. При необходимости каждый узел можно отсоединить от общей платы и произвести ремонт. Для получения минимального объема всей конструкции печатные платы узлов следует расположить на общей плате вертикально. Их даже можно установить в специальные разъемы. К этому решению подталкивает еще и то, что переключение режимов производится переключателями Л2К. Будучи установленными на печатную плату, они как бы «лежат» на ней, занимая большую площадь. Поэтому, расположение платы с П2К вертикально и кнопками вверх приведет к уменьшению занимаемой площади на общей плате. Таким образом, объем устройства будет заполнен рационально. Общая плата будет иметь минимальные размеры. А размер плат отдельных узлов будет определяться с одной стороны общей платой (ширина), а с другой стороны, высотой переключателей П2К и трансформатора (высота).

В соответствии со структурной схемой нашего устройства на основной плате с трансформатором, выпрямителем и конденсатором фильтра устанавливаются:

  плата с микросхемой импульсного понижающего стабилизатора;

  плата с резисторами ограничения тока и П2К;

  плата с резисторами регулировки выходного напряжения и П2К;

   плата с микросхемой индикатора понижения выходного напряжения и пьезоизлучателем.

Для расширения функциональных возможностей источника питания можно дополнительно предусмотреть установку платы с микросхемой линейного стабилизатора напряжения. Это позволит иметь второе напряжение с независимой регулировкой. Кроме того, на этом выходе напряжение будет иметь меньший уровень пульсаций, что необходимо при работе со звукоусилительными устройствами.

С учетом всего вышесказанного общая плата будет иметь вид, показанный на рис. 5.15. Массивный трансформатор присоединяется к плате двумя саморезами, для чего предусмотрены крепежные отверстия. Кроме того, и выводы обмоток трансформатора, припаянные к плате, также создают дополнительное крепление.

Если имеется возможность, то подсоединение сетевого провода можно осуществить с помощью специальных контактов.

Как построена сетевая часть источника питания, понятно из схемы на рис. 5.14. А вот схема основного узла — стабилизатора напряжения (СН) — приведена на рис. 5.16.

СН выполнен по схеме импульсного понижающего стабилизатора  на основе  микросхемы   КР1156ЕУ5.   Здесь  условно

Лабораторный источник питания с диагностикой

Рис. 5.15. Общая компоновка и расположение элементов на общей плате лабораторного источника питания (справа — сетевая часть с трансформатором, слева — плата индикатора понижения напряжения, плата регулирующего элемента тока ограничения нафузки, плата секционированных резисторов и плата стабилизатора напряжения)

-

показано, что допускается изменение величины тока ограничения (R1) и регулировка выходного напряжения (R3).

Вспомнить, как происходит взаимодействие элементов импульсного понижающего стабилизатора можно, обратившись к материалам гл. 1.

Ток ограничения или максимальный ток нагрузки устанавливается с помощью регулирующего элемента (R1). Развернутая схема переключателей и набора резисторов показана на рис. 5.17.

схеме импульсного понижающего стабилизатора  на основе  микросхемы   КР1156ЕУ5.схеме импульсного понижающего стабилизатора  на основе  микросхемы   КР1156ЕУ5.

Электрическая схема состоит из переключателей SA1—SA3 <П2К) и резисторов R5—R10. Особенность такой схемы состоит в том, что применены все резисторы одинакового номинала (R = 1 Ом).

Следовательно, как следует из материалов гл. 1, максимальный ток нагрузки (примерно 600 мА) будет при всех замкнутых переключателях, когда сопротивление R1 составит 0,5 Ом. Соответственно, ток будет равен 300 мА {при разомкнутом SA1), 150 мА (при разомкнутых SA1 и SA2), 100 мА {при разомкнутых SA1, SA2 и SA3). Переключатели П2К должны иметь независимую фиксацию и тогда можно нажимать не только одну кнопку. Возможны и другие сочетания нажатых кнопок, что будет соответствовать иным токам ограничения. Читателю самому предлагается определить эти дополнительные значения тока ограничения.

Следует отметить одну особенность. На схеме имеется перемычка 1—3. Она предназначена для исключения опасного режима при ремонтных работах и при неустановленной плате регулировки тока и случайной подаче питающего напряжения. Так как перемычка включается последовательно во входную цепь стабилизатора, то при ее отсутствии плата импульсного понижающего стабилизатора будет обесточена.

Регулировка выходного напряжения импульсного понижающего стабилизатора осуществляется, резистором в верхнем плече делителя обратной связи (R3.1). Он выполнен также на переключателях

П2К и резисторах. Номиналы этих резисторов рассчитаны таким образом, чтобы выходное напряжение могло изменяться с шагом 1 В. Обойтись меньшим количеством деталей можно, выбрав соотношение номиналов резисторов {R13: R14 : R15: R16) по двоичному зако ну: 1—2—А—8. Таким образом, с помощью секционированного резистора, схема которого показана на рис. 5.18, можно устанавливать величину верхнего плеча делителя как в СН, так и в ИПН. В этом случае выходное напряжение может иметь величину от 3 до 18 В, т. к. сопротивление изменяется от 1,8 кОм до 16,8 кОм (1,8 кОм + 15 кОм).

схеме импульсного понижающего стабилизатора  на основе  микросхемы   КР1156ЕУ5.

Добавим лишь, что на схеме изображен не только делитель для СН, но и делитель для ИПН. Его работу мы рассмотрим позже. Перемычка 1—2 предназначена также для недопущения опасного режима работы при отсутствии платы с делителями и случайной подаче напряжения.

Принятое соотношение номиналов резисторов предопределяет и соответствующую работу с переключателями. Например, надо установить выходное напряжение 5 В. При всех замкнутых переключателях (SA4, SA5, SA6 и SA7) на выходе должно быть 3 В. Следовательно, надо добавить 5 - 3 = 2 В, т. е. SA5 должен быть разомкнут и R15 = 2 кОм включен в цепь. Аналогично устанавливается и другое необходимое напряжение на выводе.

В связи с тем, что переключатели спаренные, происходят изменения и в другом делителе. Он предназначен для ИПН и выполнен аналогично с такими же соотношениями резисторов.

Рассмотрим схему индикатора понижения напряжения на выходе, которая приведена на рис. 5.19.

 

индикатора понижения напряжения на выходе, которая приведена на рис. 5.19.
33 схемы на микросхеме КР1156ЕУ5

 

Источник: 33 схемы на микросхеме КР1156ЕУ5

Лабораторный источник питания с диагностикой

Микросхема КР1156ЕУ5 разработана специально для использования в источниках питания.

Рис. 5.16. Схема электрическая импульсного понижающего стабилизатора

на микросхеме КР1156ЕУ5

Рис. 5.19. Схема электрическая индикатора понижения напряжения на выходе источника питания

Яндекс.Метрика