Схема двуполярный стабилизатор напряжения – Мощный регулируемый двуполярный стабилизатор напряжения с защитой по току (от 0 до 100 В — 2х50 В – 5 А) — Стабилизаторы — Источники питания

ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Не так давно возникла насущная необходимость собрать двуполярный блок питания (взамен внезапно сгоревшего) по простой схеме и из доступных деталей. За основу была взята схема, опубликованная ранее на этом же сайте.

Исходная схема

По ссылке существует подробное описание сути работы и настройки, поэтому останавливаться на этих моментах и тонкостях не стану.

Сначала была собрана исходная однополярная схема для пробы и поиска возможных ошибок, про которые писали некоторые собиравшие данную конструкцию. У меня всё сразу заработало нормально, возникли лишь вопросы с регулировкой тока ограничения и индикацией срабатывания этого ограничения. 

Поскольку исходная схема, как видно, разрабатывалась для выходных токов порядка 3 ампер и более, то и схема ограничения выходного тока соответствует этим заданным параметрам. Величина минимального тока ограничения определяется номиналом сопротивления R6, а с помощью переменного резистора R8 можно лишь несколоько увеличивать величину тока срабатывания защиты (чем меньше суммарное сопротивление резисторов R6 и R8, тем больше будет допустимый выходной ток). Светодиод VD6  служит для индикации работы блока питания и срабатывания защиты (при срабатывания защиты и ограничении тока на выходе он гаснет).

Далее была собрана аналогичная схема для напряжения отрицательной полярности — полностью аналогичная, лишь с заменой полярности включения электролитических конденсаторов, диодов (стабилитронов) и с применением транзисторов противоположной структуры (n-p-n / p-n-p). Обозначения элементов «минусового» плеча оставлены такими же, как у «плюсового» для упрощения рисования схемы 🙂

Новая схема БП

При изготовлении был применён валяющийся без дела трансформатор мощностью 60 ватт, с двумя вторичными обмотками по 28 вольт переменного напряжения и одной на 12 вольт (для питания дополнительных маломощных полезных устройств, например — кулера охлаждения радиаторов мощных транзисторов со схемой управления). Получившаяся схема приведена на рисунке.

ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ - схема электрическая

Чтобы иметь возможность регулировать ваходной ток в широких пределах, вместо резисторов R6 и R8 в обоих плечах были применены наборы сопротивлений R6 — R9 и сдвоенный галетный преключатель на 5 положений. При этом резистор R6 определяет величину минимального тока ограничения, поэтому он включен в выходную цепь постоянно. Остальные же резисторы при помощи переключателя S1 подключаются параллелно этому R6, суммарное сопротивление уменьшается и выходной ток, соттветственно, увеличивается.

Резисторы R6 и R7  могут быть мощностью 0,5 ватт или более R8 — 1-2 ватта, а R9 — не менее 2 ватт (у меня стоят резисторы типа С5-16МВ-2ВТ и заметного их нагрева при нагрузке до 3 ампер не наблюдается). На схеме (рис.1) указаны значения выходных токов, при которых срабатывает защита и выходной ток даже при КЗ не превышает этих значений.

Здесь следует отметить, что индикация срабатывания защиты работает только при выходных токах более 3 ампер (то есть светодиод гаснет при сработке защиты), при меньших же токах светодиод не гаснет, хотя сама защита при этом срабатывает нормально, это проверено на практике.

Транзисторы Т1 (обозначение дано по исходной схеме, у меня это А1658 и КТ805) стоят без теплоотводов и практически вообще не нагреваются. Вместо А1658 можно поставить КТ837, например. Вообще, при сборке схемы мною пробовались самые разные транзисторы, соответствующие по структуре и мощности и всё работало без проблем. Переменный резистор R (сдвоенный, для синхронной регулировки выходного напряжения) применён советский, сопротивлением 4,7 кОм, хотя пробовались и сопротивления до 33 кОм, всё работало нормально. Разброс выходных напряжений по плечам составляет порядка 0,5-0,9 вольт, чего для моих целей, например, вполне достаточно. Хорошо бы, конечно, поставить сдвоенный переменник с меньшим разбросом сопротивлений, но таких пока нет под рукой...

Стабилитроны VD1 — составные, по два соединённых последовательно Д814Д (14 + 14 = 28 вольт стабилизации). Следовательно, пределы регулировки выходных напряжений получились от 0 до 24 вольт. Диоды выпрямительных мостов — любые, соответствующей мощности, я использовал импортные диодные сборки — KBU 808 без радиатора (ток до 8 А) и ещё одну маломощную, без обозначения (?), для питания кулера. 

На теплоотводы устаневлены только выходные регулирующие транзисторы КТ818, 819. Теплоотводы небольшие, что определено габаритами корпуса (по размеру он как БП от компа), поэтому потребовалось сделать дополнительное принудительное их охлаждение. Для этих целей был использован небольшой кулер (от системы обдува процессора старого компьютера) и простая схема управления, всё это питается от отдельной обмотки трансформатора, которая там оказалась весьма кстати.

В качестве термодатчика был использован германиевый транзистор типа МП42 (большие залежи остались и девать некуда. Оказалось, что замечательно работают в качестве термодатчиков!) Схема простая и понятная, в особом описании не нуждается. База транзистора-термодатчика никуда не подключается, этот вывод можно просто откусить, желательно только не своими зубами, а то стоматология нынче дорогое удовольствие!

Корпус этого транзистора металлический, поэтому его необходимо изолировать, например, трубкой-термоусадкой и расположить как можно ближе к теплоотводам выходных транзисторов. Температуру, при которой запускается кулер, можно регулировать подстроечным резистором (сопротивление может быть от 50 до 250 кОм). Максимальный ток и скорость вращения кулера определяются гасящим резистором в цепи питания. У меня это сопротивление 100 Ом (подбирается экспериментально, в зависимости от напряжения питания и тока потребления кулера).

Блок питания, собранный по данной схеме, неоднократно был испытан с нагрузкой во всём диапазоне выходных напряжений и токах от 30 мА до 3,5 ампер и показал свою полную работоспособность и надёжность работы. При токах более 2 ампер применённый трансформатор грелся довольно сильно из-за недостаточной его мощности, в остальном же схема вела себя вполне адекватно.

ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ - схема электрическая

Есть возможность увеличить выходной ток нагрузки более 3-4 ампер, если использовать соответствующей мощности трансформатор и выходные (регулирующие) транзисторы, возможно применить параллельное включение нескольких мощных транзисторов. Схема не требует особой наладки и подбора компонентов, при изготовлении можно использовать практически любые транзисторы с коэффициентом усиления 80-350. Специально для сайта Радиосхемы, автор - Андрей Барышев

   Форум по блокам питания

   Обсудить статью ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ


Двухполярные стабилизаторы напряжения для микроконтроллеров

Если имеются стабилизаторы положительного напряжения, то по логике вещей должны быть и стабилизаторы отрицательного напряжения. Строятся они по комплементарным симметричным схемам, т.е. с другой структурой проводимости транзисторов и с противоположной полярностью включения диодов, стабилитронов, электролитических конденсаторов.

Классификация стабилизаторов отрицательного и положительного напряжения одинакова: параметрические на стабилитронах и компенсационные на интегральных микросхемах. В последнем случае выручает схожесть названий. Например, эквивалентом для «положительной» серии 78хх является «отрицательная» серия 79хх.

Сам по себе стабилизатор отрицательного напряжения интереса не представляет (всё в мире относительно!). Эффект от его применения наблюдается только при двухполярном питании. Такая необходимость возникает, в частности, если в устройстве кроме МК используются внешние ОУ, коммутаторы, АЦП.

На выходах стабилизаторов положительного и отрицательного напряжения ставят сглаживающие электролитические конденсаторы. В малогабаритной аппаратуре удобно применять «SMD-столбики» ёмкостью 1...10000 мкФ, рассчитанные на рабочее напряжение 6.3... 100 В. Кроме того, при выборе типа электролитического конденсатора надо учитывать динамические параметры. Наиболее показательными из них являются предельный ток пульсаций RIPPLE (Ripple Current) — чем он больше, тем лучше, а также эквивалентное последовательное сопротивление ESR (Equivalent Series Resistance, по-русски ЭПС) — чем оно меньше, тем лучше. Динамические параметры для зарубежных конденсаторов нормируются на частоте 120 Гц или в диапазоне 100...300 кГц.

Конденсатор, рассчитанный на большее напряжение, имеет меньшее сопротивление ESR. Например, у конденсатора 1000 мкФхб.З В по даташиту ESR = 53 мОм, а у конденсатора 1000 мкФх1б В по даташиту ESR = 23 мОм. Дальнейшее увеличение напряжения с 16 В до 35... 100 В не приводит к заметному снижению ESR. Следовательно, при питании МК от 5 В лучше поставить между Усс и GND конденсаторы с напряжением 16 В, а не на 6.3 В (заодно повышается надёжность работы).

Двухполярные стабилизаторы напряжения

ESR одного «большого» конденсатора обычно выше, чем ESR двух параллельных конденсаторов вдвое меньшей ёмкости, что видно из Табл. 6.4, поэтому выгодно по питанию запаять много «мелких» конденсаторов, равномерно распределяя их на печатной плате.

На Рис. 6.7, а...е показаны схемы параметрических, а Рис. 6.8, а...г — компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения.

Двухполярные стабилизаторы напряжения

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения {начало)'.

а) два однополупериодных выпрямителя на элементах VDI, C1 и VD2, С2обеспечивают двух-полярное питание. Одинаковые стабилитроны VD3, VD4 создают примерно равную нагрузку на трансформатор 77 при положительной и отрицательной полуволнах сетевого напряжения. Это необходимо для устранения подмагничивания сердечника трансформатора 77. С той же целью применяется двухцветный (а не одноцветный) индикатор питания HL1, который проводит ток попеременно в обоих направлениях и светится суммарным жёлтым цветом;

б) двухполупериодный мостовой выпрямитель со средней точкой во вторичной обмотке трансформатора 77. Два стабилизатора напряжения выполнены по симметричным схемам. Они содержат стабилитроны VD2, VD3 и усилители тока на транзисторах VTI, VT2. Частота пульсаций двухполупериодной схемы — 100 Гц, что пригодится при расчёте необходимой ёмкости конденсаторов С1...С4

в) источник несимметричного двухполярного питания на батареях GBI, GB2. Эффект стабилизации создают сами батареи, поскольку они длительное время поддерживают на своих зажимах почти не изменяющееся напряжение; О

Двухполярные стабилизаторы напряжения

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения (окончание):

г) получение двухполярного стабилизированного напряжения от трёхфазной сети 380 В. Конденсаторы C1...СЗбалластные. Снижение пульсаций на входе осуществляется фильтрами L1, С4, L2, С5, а на выходе — конденсаторами С6, С7. Транзисторы VTI, VT2 применяются одинаковой проводимости, поскольку не существует трёхвыводных стабилитронов VD7, VD8 обратной, т.е. «отрицательной», полярности. Аналогичную схемотехнику можно использовать и в сети 220 В, подавая переменное напряжение с диодного моста прямо на катушки индуктивности L1, L2. Ёмкости всех электролитических конденсаторов фильтра придётся увеличить, поскольку в трёхфазном выпрямителе частота пульсаций выше;

д) двухполярное питание от батареи GB1 с искусственной средней точкой на низкоомном делителе RI, R2. Собственно стабилизатором является сама батарея, которая поддерживает мало изменяющееся напряжение на своих зажимах вплоть до момента полного разряда. Конденсаторы C1...С5 снижают импеданс источника питания на низких и высоких частотах. Все электро-литтические конденсаторы в целях унификации можно выбрать одинаковыми на 16 В, несмотря на то, что рабочее напряжение конденсаторов С2, СЗ может быть меньше, чем у C1;

е) двухполярное питание обеспечивают два трёхвыводных стабилитрона VDI, VD2. Если не требуется двухполярное питание, то можно использовать однополярное 5 В, подключив общий провод GND к цепи -2.5 В, а положительный вывод Vcc — к цепи +2.5 В.

Двухполярные стабилизаторы напряжения

Рис. 6.8. Схемы компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения:

а) организация искусственной средней точки от одного источника питания. Компенсационный стабилизатор DA 1 находится в канале положительного напряжения, а параметрический стабилизатор на диодах VD2... VD4 — в канале отрицательного напряжения;

б) микросхема DAJ понижает входное напряжение до +5 В, а преобразователь DA2 (фирма Calogic Corporation) инвертирует полярность с сохранением абсолютного значения. Суммарный ток нагрузки по цепям +5 и -5 В не должен превышать 100 мА (максимально допустимый ток для DA1). Напряжение в канале -5 В зависит оттока нагрузки больше, чем в канале +5 В;

в)двухполярный стабилизатор напряжения на комплементарных микросхемах DAI, DA2. Диоды VD2, VD3 защищают радиоэлементы в каналах +5 и -5 В от подачи обратного напряжения. Такое может случиться при аварии или переходных процессах, когда одно из напряжений временно отсутствует. Если сопротивление Rn очень велико, то диоды VD2, VD3 не нужны;

г) стабилизаторы DAI, DA2 такого же типа, но в «перевёрнутом» включении.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Двуполярный стабилизатор с регулировкой по напряжению

Двуполярный регулируемый стабилизатор основана на микросхеме КР142ЕН5А.  Такой стабилизатор обладает следующими характеристиками:

  • используется малое количество элементов;
  • простота в выборе трансформатора, так как можно использовать вторичную обмотку без центрального отвода;
  • максимальный выходной ток до 1А;
  • регулировка напряжения в пределах ± 5…15В.

Принцип работы 

Диоды VD1, VD2 представляют собой выпрямитель с удвоением напряжения. Конденсаторы С1-С4 выполняют роль фильтра, они сглаживает пульсации на входе стабилизатора. Цепочка R1,R2, VD3 задают напряжение на управляющем электроде микросхемы DA1. Резисторы R3, R4 образуют делитель. По напряжению с этого делителя операционный усилитель сравнивает напряжение в плюсовом и минусовом плече и корректирует его с помощью регулирующего транзистора VT1 . Например, если напряжение минусового плеча становится меньше, чем плюсового, напряжение на входе DA1 становится больше 0, и его выходное напряжение понижается, открывая регулирующий транзистор VT1, тем самым, компенсируя снижение напряжения минусового плеча.

Схема двухполярного стабилизатора с регулировкой по напряжению

Рекомендации по выбору радиоэлементов и сборке двуполярного стабилизатора

Трансформатор следует выбирать с напряжением вторичной обмотки 13-15В и током до 1А.

Транзистор VT1- КТ818 с любым буквенным индексом, вместо ОУ К140УД7 можно использовать К(Р)140УД6А(Б). За место микросхемы КР142ЕН5А подойдут К142ЕН5А, К142ЕН5В.

Транзистор VT1 и микросхему DA1 следует устанавливать на радиаторы. При установке на общий радиатор следует использовать изолирующие прокладки и втулки. Провода от печатной платы до навесных элементов следует делать как можно короче, не более 10 см.


Печатная плата двухполярного стабилизатора с регулировкой напряжения

 

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Успехов!

Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ

Электропитание

Главная  Радиолюбителю  Электропитание



Автор предлагает двухполярныи стабилизатор напряжения питания, пригодный для усилителей мощностью до 50- 100 Вт на канал. Устройство выполнено на мощных полевых транзисторах, способных работать при многократных кратковременных перегрузках по току. Применение таких стабилизаторов в значительной степени оправдано в усилителях с высокой чувствительностью к изменению и пульсациям питающего напряжения, что особенно присуще несложным усилителям без общей обратной связи.

Как известно, для питания мощного выходного каскада УМЗЧ в ряде конструкций используется отдельный источник питания, а остальная часть усилителя питается от стабилизатора напряжения. Большинство таких источников питания - нестабилизированные и представляют собой два двухполупе-риодных выпрямителя (на напряжения положительной и отрицательной полярности) со средней точкой со сглаживающими конденсаторами. Это нестабили-зированное напряжение не используется остальной частью усилителя, если в нём есть дополнительные узлы и коммутатор источников сигнала (полный, "интегральный" усилитель). Кроме того, общая обратная связь, применяемая в большинстве УМЗЧ, существенно снижает чувствительность к пульсациям напряжения питания. А если глубина общей ООС невелика или её совсем нет, пульсации питающего напряжения могут прослушиваться через акустические системы.

Кардинальным способом подавления пульсации и нестабильности является питание выходных каскадов усилителя стабилизированным напряжением, однако применение интегральных стабилизаторов тоже наталкивается на ряд проблем. Дело в том, что такие стабилизаторы имеют относительно большое падение напряжения. Кроме того, в них, как правило, встроены ограничители по току и мощности, которые вообще могут свести на нет достоинства стабилизатора. Можно, конечно, применить интегральный стабилизатор большой мощности (например, с выходным током в 10 А), однако его стоимость, на мой взгляд, неприемлема.

Альтернативой при решении этой задачи может быть использование в стабилизаторе напряжения питания мощных полевых транзисторов. Эти транзисторы, кстати, недороги и имеют малое сопротивление открытого канала (сотые доли ома) и максимальный ток до 70... 100 А, что позволяет конструировать стабилизаторы с очень малым падением напряжения (не более 0,25 В) при токе до 20 А.

Параметры описываемого стабилизатора следующие. При выходном напряжении в 27 В его максимальный ток достигает 4,5 А. При таком токе нагрузки минимальное рабочее напряжение между входом и выходом не превышает 0,25 В. Разница между выходным напряжением стабилизатора без нагрузки и напряжением при токе нагрузки в 4,5 А составляет не более 0,15 В, при токе в 6 А эта разница не превышает 0,16 В.

Такие параметры стабилизатора обеспечивают применённые в нём мощные полевые транзисторы - IRF4905 (р-канальный) с максимальным током стока 74 А и сопротивлением открытого канала в 0,02 Ом и IRL2505 (п-канальный), с соответствующими током 104 А и сопротивлением 0,008 Ом.

Рис. 1

Двухполярный стабилизатор состоит из двух независимых источников напряжения положительной и отрицательной полярности (рис. 1). Верхняя часть схемы относится к стабилизатору положительной полярности, а нижняя - отрицательной полярности. Для удобства сравнения нумерация соответствующих элементов различается лишь префиксами 1 и 2.

Вначале о некоторых особенностях стабилизатора. В нём имеются три критических элемента - это конденсаторы С2 и СЗ и стабилитрон VD1.

Указанные на схеме значения ёмкости конденсаторов С2 и СЗ являются в некотором смысле компромиссом: при их уменьшении возникает вероятность самовозбуждения стабилизатора. Увеличение их ёмкости до 1 мкФ приводит к тому, что на выход стабилизатора проникают пульсации, которые всегда имеются в выпрямленном напряжении.

Теперь несколько слов о том, почему был выбран стабилитрон VD1 (BZX55-C7V5) с напряжением стабилизации 7,5 В. Целесообразно выбрать такой стабилитрон, у которого дифференциальное сопротивление минимально (оно влияет на свойства всего стабилизатора). Из всех стабилитронов серии BZX55 наименьшее дифференциальное сопротивление (7 Ом) имеют стабилитроны BZX55-C7V5 и BZX55-C8V2. Если входное напряжение стабилизатора менее 20...25 В, целесообразно использовать стабилитрон на напряжение не более 3,3 В (например, BZX55-C3V3).

Схема стабилизатора отрицательной полярности с небольшими изменениями позаимствована из [1] и уже однажды была применена мной для регулятора скорости вращения дрели (с запасом по току 20...30 А). По сравнению со схемой из [1] в схеме на рис. 1 изменены номиналы некоторых конденсаторов, резисторов, добавлен стабилитрон VD2 для защиты затвора VT2 от пробоя и использован стабилитрон (VD1) на другое напряжение стабилизации (7,5 В).

Схема стабилизатора положительной полярности является зеркальным отражением схемы стабилизатора отрицательной полярности Вместо n-ка-нального в нём использован р-ка-нальный полевой транзистор IRF4905 в корпусе ТО-220 (VT2), вместо биполярного транзистора структуры р-п-р - транзистор структуры n-p-n ВС337-40 или КТ503Б (VT1), а нагрузка параллельного стабилизатора DA1 (TL431CZ в корпусе ТО-92) включена в его анодную цепь Хотя такое включение нагрузки менее известно, оно наиболее распространено в импульсных источниках питания компьютеров.

Несколько замечаний о том, как описываемый стабилизатор можно доработать для использования при напряжении питания +/-35...45 В. В этом случае сопротивление резистора R4 (620 Ом) нужно увеличить до 0,9.. 1 кОм, чтобы ток через стабилизатор DA1 (TL431CZ) не превышал половину его максимального тока 50 мА. Вместо комплементарной пары транзисторов ВС327/ВС337 (Uкэ max = 45 В, Iктах = 0,8 А, РКmax = 0,6 Вт) следует использовать пару с неСКОЛЬКО бОЛЬШИМ напряжением иКэ max.

например, 2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 В, lKmax = 0,5 А, РКmах = 0,9 Вт). Полевые транзисторы желательно установить на теплоотводы с большой площадью охлаждения Необходимо также добавить, что для установки нужного напряжения стабилизации потребуется изменение номиналов резисторов R5, R6 и R7. Стабилитрон желательно использовать на напряжение стабилизации 7,5 В (BZX55-C7V5). Микросхему TL431CZ рекомендую приобретать производства National Semiconductor, Texas Instruments, Vishay, Motorola.

Все резисторы, кроме подстроечно-го R6 (СПЗ-19А) имеют мощность 0,25 Вт, керамические конденсаторы - нанапряжение 50 В.

Рис. 2


Поскольку мне понадобилось две платы двухполярного стабилизатора (по одной на каждый канал УМЗЧ), с помощью программы Sprint Layout 5.0 я развёл печатный монтаж платы (рис. 2 распечатал её чертёж на кальке, предназначенной для печати лазерным принтером, и изготовил методом, описанным мной в [2, 3]. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3

Рис. 3

Для тестирования работы стабилизатора я использовал три цифровых мультиметра, два из которых измеряли входное и выходное напряжения стабилизатора, а третий в режиме амперметра - его выходной ток. Здесь необходимо добавить, что схема на рис. 4 использована для тестирования стабилизатора положительного напряжения Подобным образом проверены свойства и стабилизатора отрицательного напряжения.

Рис. 4

В качестве нагрузки (R1) применён керамический резистор SQP мощностью 20 Вт сопротивлением 1 Ом, а в качестве R2 - резистор ПЭ-75 мощностью 75 Вт сопротивлением 5 Ом. Таким образом общее сопротивление нагрузки (6 Ом) стабилизатора соответствовало общей мощности 95 Вт. а ток - 4,5 А.

В качестве источника питания при тестировании стабилизатора мной использован доработанный стабилизированный блок питания Б5-47, в котором выходное напряжение (до 30 В) обеспечивается при токе нагрузки до 4 5 А (до 3 А без доработки). Для повышения предела ограничения тока до 4,59 А необходимо в разъеме дистанционного управления, расположенном на задней стенке блока установить перемычки между контактами 23, 24, 26 и 50, а на лицевой панели выставить максимальное значение тока 2,99 А

Результаты тестирования работы стабилизаторов полностью подтвердили их параметры. Стабилизаторы имеют значительный запас по току, а мощность в нагрузке каждого из стабилизаторов соответствует 121,5 Вт, что в сумме составляет 243 Вт.

Если мощность одного канала усилителя Р = 35 Вт, а сопротивление на-
грузки R = 4 Ом, то амплитуды напряжения сигнала U " 17 В и тока lm = 4,25 А. Это означает что, если стабилизатор двух-полярный и состоит из стабилизаторов положительной и отрицательной полярности, каждый из них должен обеспечивать максимальный ток 4,25 А.

Если выходное напряжение стабилизатора составляет 27 В и ток в нагрузке 4,25 А, то эквивалент нагрузки соответствует сопротивлению RэKB = 6,35 Ом. Вот поэтому и выбрано сопротивление нагрузки стабилизатора, равное 6 Ом.

При испытаниях использован также реальный выпрямитель источника питания с большим током и высоким уровнем пульсации (накопительный конденсатор емкостью 10000 мкФ и выпрямительные диоды DSS 60-0045В (Uoбp = 45 В, lmax = 60 А, Uпр = 0,35 В/10 А), включённые по мостовой схеме.

Описываемый стабилизатор устойчив и к кратковременным перегрузкам. Я использовал его для регулировки скорости вращения дрели, у которой пусковой ток двигателя достигает 20 А. Таким образом, стабилизатор имеет значительный запас по току, позволяющий использовать его с большими теп-лоотводами и в более мощных УМЗЧ Теперь несколько слов об установке и регулировке стабилизатора в усилителе

Прежде всего, необходимо оценить с помощью осциллографа минимальные значения питающего напряжения выходных каскадов УМЗЧ при максимальной нагрузке. Для этого к выходу УМЗЧ следует подключить резистор номиналом, равным сопротивлению АС (4 или 8 Ом) и мощностью, соответствующей максимальной для УМЗЧ На вход усилителя подать от генератора 34 сигнал частотой 20...30 Гц, а регулятором громкости установить уровень сигнала, соответствующего максимальной мощности усилителя.

Далее нужно определить минимальное абсолютное значение (с учётом амплитуды пульсаций) питающих напряжений и установить подстроечным резистором R6 напряжение стабилизации приблизительно на 1 В меньше этого минимального значения в каждом из стабилизаторов.

До установки двух плат таких стабилизаторов в каждый из каналов в усилитель ("Кумир У-001") я заменил диоды КД208А (Unp = 1 В/1.5 А) в мостовых выпрямителях источников питания диодами Шотки MBR10100 (Unp = 0,45 В/1,5 А) и диоды КД209А в стабилизаторе напряжения 30 В диодами HER503. Кроме того ёмкость сглаживающих конденсаторов увеличил в два раза (как в выпрямителях выходных каскадов, так и в стабилизаторе 30 В).

После установки стабилизаторов в корпус и включения усилителя необходимо проверить и подстроить баланс выходных каскадов по постоянному току, а затем ток покоя мощных транзисторов

Отрегулировав режимы работы транзисторов выходных каскадов УМЗЧ с установленными стабилизаторами, я обнаружил заметное снижение фона даже на максимальной чувствительности при отсутствии входного сигнала.

Литература


1 Нечаев И. Модуль мощного стабилизатора напряжения на полевом транзисторе. - Радио, 2005, № 2. с 30. 31

2 Кузьминов А. Метод фоторепродуцирования для изготовления фотошаблона печатных плат в домашних условиях. - Технологии в электронной промышленности, 2010 №5-7

3 Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. - Технологии в электронной промышленности, 2010. № 8-10

Автор: А.Кузьминов, г. Москва

Дата публикации: 24.01.2013

Мнения читателей
  • Евгений / 08.06.2019 - 16:25
    Здравствуйте друзья, собрал этот стабилизатор. Но вот не задача, по минусу работает нормально, регулирует, а вот по плюсу нет регулировки. Нет ли случайно опечатки в схеме, как то странно включен TL431 по плюсовой ветке, ножки 2 и 3 не перепутаны случайно, может быть на месте 2 должна быть 3, а на месте 3 должна быть 2? Заранее благодарен, с уважением Евгений.
  • Евгений / 18.03.2019 - 12:06
    Здравствуйте друзья, скажите пожалуйста, каким стабилитроном можно заменить КС170А в этом стабилизаторе? Заранее благодарен с уважением Евгений.
  • Lazertok / 10.12.2015 - 02:10
    Добавлю На Веге создали также тему по этому стабу http://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=73037&p=2140762#top
  • Lazertok / 10.12.2015 - 02:00
    Стаб хорош своей простотой. -тут отзыв и вариант собранного в железе с печаткой http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=98565&st=20#entry1498562 а далее (там же постом ниже) моя усовершенствованная схема ... - прогонялись все (в том числе авторская) в симуляторе - полученные результаты выше. - Всем удачи в творчестве...
  • Федор / 22.03.2015 - 19:19
    а если повысить все номиналы на раз можно будет питать с +-65 и на выход брать 56?
  • Федор / 08.02.2015 - 19:59
    Здравствуете здоровья вам и процветания! Был у вас на сайте есть у меня трансформатор двухполярный на 63в(63,5)после фильтра в районе 80-82вольт нужно питать аудио усилитель на+- 55в 6А помогите пожалуйста в конструкций двухполярного стабилизатора (схема и номиналы нужны) прошу сразу дать ответ поможете или нет! mail:tudordjсобакаmail.ru всего доброго!

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:


Доработанный вариант малошумящего двухполярного источника питания

Здравствуйте, коллеги!
Размещаю дополнение к статье «Малошумящий двухполярный блок питания для высокочувствительных устройств».

Рис. 1. Принципиальная схема модернизированного варианта блока питания

Учтены замечания и пожелания, высказанные при обсуждении конструкции из статьи, а также информация из [Л1].

В диодном мосте VD1 – VD4 установлены диоды Шотки. Узлы стабилизаторов и умножителей емкости поменяны местами.

Узлы умножителей емкости пришлось доработать, для улучшения качества стабилизации введены параллельные стабилизаторы R5, DA3 и R6, DA4.

Предлагаемый вариант двухполярного источника питания обладает немного лучшими характеристиками по подавлению помех (–95 дБВ против –93 дБВ) и поддерживает концепцию блоков питания без отрицательных обратных связей [Л2], что должно привлечь внимание любителей–аудиофилов.

Требуемые выходные напряжения (±15 В) устанавливаются под нагрузкой подбором сопротивлений резисторов R7 и R9.

Источники

Л1. Hageman Steve. Простые схемы снижают уровень шумов стабилизаторов напряжения // РадиоЛоцман, 2016, февраль, с. 66 – 70.
Л2. Nehan Andy. No feedback voltage regulators // AudioXpress, 2010, №1.

Камрад, смотри полезняхи!

Владимир Мосягин (MVV)

Россия, Великий Новгород

Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому — радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.

 

Двухполярный маломощный регулируемый стабилизатор / Силовая электроника / Сообщество EasyElectronics.ru

Это завершение одноименной темы на форуме, которую отдаю вашей критике.

Короче, появилось желание иметь подобный источник для моделирования/макетирования. Под руки попался корпус от некоего устройства со встроеным трансформатором. Публикую в надежде, что кому-то хоть отдельные части разработки пригодятся.

Итак повторю исходные условия.
Вторичка трансформатора 11+11В на х.х., импеданс полуобмотки 0,95 ом (получен экспериментально). При нагрузке 0,5А напряжение на выходе 2х 10,53В.
Хочу сделать регулируемый БП +/-2..12В с токоограничением 0,5А.
Анализ:
1. выпрямитель + сглаживающий фильтр
холостой ход: напряжение на фильтре = 11 х 1,41 — 0,6 = 14,9 В;
нагрузка 0,5А: пиковое напряжение = 10,53 х 1,41 — 0,8 = 13,8 В
при емкости фильтра 4700 µF мин. напряжение = 12,9 В
2. Проходной регулирующий элемент
LM317: мин. разница напряжений «вход-выход» ок. 3В — 12 вольт не достичь!
PNP(NPN)-транзистор: Uнас. эмиттер-коллектор ок. 0,6 В — должно получится!

Если применить в выпрямителе диоды Шоттки с малым падением (я взял STPS340U), тогда напряжение на фильтре под макс.нагрузкой (0,5А) выглядит так: пик = 15 В, мин.= 13,4 В. Ну это без учета возможного снижения сетевого напряжения.
Короче – выбор пал на вариант с Шоттки и биполярными транзисторами. Смакетировал и получил удовлетворительные результаты. Макетировать плечи пришлось по-отдельности ввиду отсутствия счетверенного ОУ (или двух сдвоенных) в выводном корпусе. В «железе» применен LM224D в SMD-корпусе – пожертвовала некоторая списанная плата.
Теперь – окончательная схема и ее разбор. Читабельная схема во-вложении.

Описывать буду положительное плечо, поскольку функционирование отрицательного аналогично.
Выпрямитель, фильтр и схема регулировки не представляют ничего нового, за исключением источника опорного напряжения — я не стал использовать стабилитрон с резистором или источником тока, поскольку 5-вольтовый стабилизатор все равно нужен для цифровой части прибора (здесь его описывать не буду) и его стабильности для этой цели достаточно.

Опорное напряжение на делителе R2/R3 составляет 1,42 В. Выбор его продиктован схемным решением и минимальным значением выходного напряжения всей схемы, а также наличием подходящих номиналов. Конденсатор С12 на выходе опорного напряжения дополнительно фильтрует возможные помехи от 5-вольтовых потребителей.

На резисторах R13/RP1/R14 собран регулируемый делитель цепи обратной связи. RP1 естественно переменный, а не подстроечный, как на схеме. Подстроечник выбран исключительно для проектирования платы и на его место впаяны штыри разъема. R13 у меня впаян на 68 ом, поскольку сопротивление переменника оказалось меньше заявленых 4,7кОм, которые заложены в расчете, и не позволяло достичь желаемых 12В. В результате этой доработки диапазон регулировки оказался 1,56 — 12 вольт.
Отрицательное плечо повторяет напряжение на положительном с точностью до наоборот (со сменой полярности) и особого описания, думаю, не требует. Это решение взято от Хоровица и Хилла.
Конденсаторы С5/С6 на плате не установлены, но место и разводка под них имеются. Они понадобились на макетке, поскольку схема возбуждалась, почему — сам толком не понял. Скорее всего от длинных связей и больших емкостей макетного монтажа.

Теперь об ограничении тока.

Для снижения влияния на проходное напряжение шунт выбран довольно низкоомным и реализован параллельным включением 4-х одноомных резисторов. Замечу, что вся конструкция разрабатывалась по-принципу «как можно меньше покупать», отсюда же и наборной шунт.
ОУ IC1A работает в режиме компаратора и для задания начального смещения на диф.входах выбран такой резистивно-диодный измерительный мост (во придумал название!). В момент срабатывания IC1A «фальсифицирует» напряжение ОС и заставляет регулирующий ОУ IC1B снижать базовый ток проходного транзистора Т1, что приводит к снижению тока коллектора и нагрузки вплоть до отключения. Диоды D5/D6 служат для развязки выходов ОУ.
Как же работает этот измерительный мост? Диод D7 создает начальное отрицательное смещение на входах ОУ IC1A через делитель на R6/R8 и удерживает его в «ждущем» режиме, пока напряжение на шунте не достигнет порогового значения, которое устанавливается подбором R6. Кроме того это схемное решение обеспечивает обратный наклон нагрузочной характеристики, поскольку чем меньше выходное напряжение, тем меньше и падение на D7, а значит и начальный сдвиг на входах IC1A.
Вот так выглядит зависимость вых.напряжения при указанном номинале R6:

Заметна разница реакции на различных напряжениях, вызваная изменяющимся смещением на D7. В приведенном графике отсутствует информация о поведении схемы при токах >0,6А. Выход «обваливался» уже при незначительном превышении этой границы. По-хорошему, надо было бы снимать значения чаще, чем через 100мА, но снимать их «вручную» — равносильно самоистязанию. Нет у меня возможности это автоматизировать (пока)! Прошу довольствоваться и этими данными 🙂
При превышении выходного тока напряжение на выходе просто скатывается до нуля. Ток нагрузки при этом снижается до прим. 0,2 А. Светодиод (индикатор перегрузки) и гасящий резистор R4 опциональны и имеют некоторые особенности: стандартный СД не светится, как ожидалось, — на макетке был применен сверхяркий и индицирует перегрузку приемлемо, однако при перегрузке отрицательного плеча светится слабее почему-то. Для меня это пока не составляет неудобства, когда надоест — доработаю схему и, возможно, поделюсь решением.
Поскольку перегрузка положительного плеча приведет к снижению и отрицательного напряжения, решил спроектировать так, что бы и перегрузка отрицательного плеча влияла одинаково на оба выхода.
Нагрузочная характеристика (предварительная) отрицательного плеча с указанным в схеме 5К6 для R7:

Как видно диод D8 создает смещение, отличное от D7, поэтому реальный резистор R7 у меня 6,8 кОм — «подогнан по месту». Окончательную характеристику отриц. плеча не привожу (есть во вложении) с целью экономии места в топике; она похожа на положительную.
Вместо BD140 у меня стоит BD138 — собственно на него-то и был расчет (дешевле!), но в моей библиотеке Орла его не оказалось, а лишние телодвижения делать было лень. И какя разница? Уверен, если кто будет повторять, то вряд ли будет слепо ставить элементы один-в-один. В конце-концов можно и КТ815/816 поставить, а операционники — хоть одинарные. Добавлю к вышесказанному, что для хорошей работы транзисторов (достижения глубокого насыщения) выход ОУ должен обеспечивать ток порядка 20мА.
Разводку печатной платы не предлагаю, она разработывалась под конкретный корпус и радиатор, да не очень-то удачно получилась, даже фото стыдно выкладывать 🙂

Надеюсь изложил доступно. Если что — спрашивайте :)

Двухполярное питание из однополярного, или создание средней точки

Для работы многих схем с использованием операционных усилителей часто требуется двухполярное питание, или однополярное со средней точкой, что почти одно и то же. Источники двухполярного питания распространены гораздо меньше, чем однополярные. Для питания схем с незначительным потреблением (порядка нескольких миллиампер) можно использовать однополярный источник с созданием средней точки с помощью простого резистивного делителя и фильтрующих конденсаторов, рисунок 1.

Рисунок 1. Создание средней точки резистивным делителем.

Такой вариант создания двуполярного питания из однополярного характеризуется ощутимыми потерями в схеме и низкой стабильностью, поскольку при неравномерной нагрузке плеч, бОльшая нагрузка будет подтягивать среднюю точку к своему плечу. Подобные схемы могут пригодиться при опытах с операционными усилителями. В схеме варианта б) подстроечным резистором R3 можно корректировать уровень напряжения средней точки. Имеет смысл использовать для быстрой сборки тестовых схем и только в том случае, если напряжение выхода однополярного источника будет достаточным, для создания двухполярного питания.

Рисунок 2. Формирование средней точки с помощью операционного усилителя.

Более адаптивную схему к малой, но динамичной нагрузке можно собрать с применением операционного усилителя. Схема получается довольно простой, рисунок 2.

Потенциометром R1 задаётся уровень напряжения средней точки. Это напряжение подаётся на не инвертирующий вход «3». При включении питания схемы конденсаторы C1 и C2 заряжаются приблизительно равномерно, в точке их соединения возникает напряжение, приближённо равное половине напряжения питания относительно нижней шинки питания (0 слева, -Uп/2 справа по схеме). Так формируется средняя точка источника питания («корпус», «земля»). Напряжение средней точки через резистор R2 подаётся на «следящий» инвертирующий вход усилителя «2».

Если напряжение средней точки подаваемое на инвертирующий вход превышает заданное напряжение на не инвертирующем входе, усилитель будет тянуть напряжение выхода «6» к минусовой шинке питания, открывая транзистор VT2 до тех пор, пока напряжение средней точки не поравняется с заданным.

Когда напряжение средней точки проседает к минусу питания, то усилитель наоборот подтягивает выход «6» к плюсу питания, открывая транзистор VT1, который будет поднимать напряжение средней точки до тех пор, пока оно не поравняется с заданным.

При дрейфе средней точки около заданного напряжения часто происходит переключение между транзисторами, а поскольку коэффициент усиления ОУ без обратной связи имеет величину порядка нескольких тысяч единиц, то стабилизирующий эффект получается достаточно точным, и в большей степени зависит от величины асимметрии нагрузки, коэффициента усиления по току транзисторов VT1 и VT2 и их мощности.

При использовании такой схемы следует учесть, что при необходимости привязать среднюю точку к корпусу устройства, первичный источник питания не должен иметь контакта с корпусом.

При переключении транзисторов могут возникнуть коммутационные помехи из-за значительной собственной индуктивности фильтрующих конденсаторов. Для устранения помех конденсаторы C1 и C2 необходимо зашунтировать керамическими конденсаторами ёмкостью 0,1…0,22 мкФ.

Достоинством схемы является то, что напряжение средней точки можно задать практически на любом уровне от минуса до плюса питания, хотя в большинстве устройств это не требуется.

Для получения стабильных выходных напряжений относительно средней точки не требуется применения двухполярного стабилизатора, для этого достаточно использовать стабилизированный первичный (однополярный) источник питания.

Ниже приведены изображения и фото готового проекта такого делителя питания. В проект добавлен резистор (R3, рисунок 3) в цепь выхода для смягчения условий перегрузки усилителя при замыкании одного плеча или значительной асимметрии нагрузки.

  

Рисунок 3. Схема делителя напряжения для преобразования однополярного источника питания в двухполярный.
Рисунок 4. Изображение для изготовления печатной платы методом ЛУТ (зеркалить не требуется). Рисунок 5. Печатная плата делителя питания.

 

исунок 6. Монтажная схема делителя напряжения питания.

Рисунок 7. 3D-модель устройства. Рисунок 8. Внешний вид делителя питания.

Печатная плата выполнена на одностороннем фольгированном текстолите. Изображение на странице масштабировано, использовать его в процессе проблематично. Отпечаток платы в масштабе 1:1 находится в PDF файле проекта, который можно скачать в конце статьи, с него и печатайте.

В этом устройстве рекомендую применять многооборотный потенциометр (подстроечный резистор), с ним легче поймать половинку напряжения при настройке с желаемой точностью. Транзисторы можно взять и другие, всё зависит от мощности нагрузки и наличия. Мне требовалось запитать операционный усилитель с нагрузкой по выходу 1,5 мВт, поэтому особо подбором не заморачивался, взял то, чего было больше из старого распая. Правда, при случайном замыкании питания по крайним точкам у меня сгорел транзистор верхнего плеча и микросхема операционного усилителя схемы делителя. Возможно, тут требуются доработки в сторону защиты и усложнения схемы, но я предпочёл быть более осторожным, и просто заменил убитые детали.

Файл проекта можно скачать тут.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *