Kомпоненты, приборы, оборудование      
 |  Главная |  Каталог предприятий Украины |  Схемотехника |
 

Раздел на реконструкции, некоторые ссылки могут не работать!
  • Аудио
  • Безопасность
  • Бытовая электроника
  • Видео
  • Видеокамеры
  • Высоковольтные
  • Генераторы
  • Измерения
  • Интерфейсы
  • Коммутация
  • Компьютер
  • Медицина
  • Моделирование
  • Передатчики
  • Питание
  • Обработка данных
  • Предусилители
  • Радио

  • Веб-мастерам
    и писателям:
    Биржа статей. Продать - купить статью. Уникальные статьи: готовые и на заказ.


    Назад
       Стабилизаторы напряжения для аппаратуры с импульсными блоками питания
       
       А.Н. Маньковский, пос.Шевченко, Донецкая обл.
       В настоящее время множество аппаратуры питается от импульсных блоков питания. Сетевое переменное напряжение подается на выпрямительный диодный мост, после которого пульсирующее однополярное напряжение фильтруется конденсаторами сравнительно большой емкости. На данных конденсаторах мы имеем постоянное напряжение, по величине равное амплитудному значению сетевого переменного напряжения. Современные импульсные блоки питания содержат ШИМ-контроллеры, позволяющие стабилизировать выходные напряжения в широком интервале изменения напряжения сети при сохранении высокого КПД. Например, блок питания JBM РС-ХТ/АТ работоспособен в интервале напряжения сети 180...264 В. И все же, даже самые умные конструкторы (особенно из стран "загнивающего” капитализма) современных телевизоров, компьютеров не знают, что во многих местах постсоветского пространства в зимнее время напряжение сети в доме или квартире может составлять 140 В. Многие люди "спасаются" применением автотрансформаторов с ручной регулировкой сетевого напряжения. Но при этом "идеальный" импульсный блок питания подстерегает другая неприятность. Когда сеть "разгружается", например, ночью, напряжение после автотрансформатора может "подпрыгнуть" до 280..300 В. Да и в районах с благополучным электроснабжением бывают случаи, когда "поплохел" ноль в трехфазной сети. Тогда на одной фазе может быть 140 В, на другой - 280 В (так называемый "перекос фаз"). Предлагаемая статья поможет избавиться от всех "ужасов", перечисленных выше. Для нормальной работы импульсного блока питания необходимо поддерживать в определенных рамках именно амплитуду питающего переменного напряжения. Облегчает построение стабилизаторов амплитудного значения переменного напряжения (САЗПН) тот факт, что в настоящее время создается аппаратура со сравнительно небольшой потребляемой мощностью. Например, я был удивлен, когда замерил потребляемую мощность от сети телевизора с суперплоским экраном "Tomson". B паспорте этого телевизора указано, что его потребляемая мощность от сети равна 30...60 Вт. Когда я замерил фактическую потребляемую мощность этого телевизора, оказалось, что она составляет максимум 17 Вт (потребляемый ток 75 мА). Причем уровень звука практически не влияет на потребляемую мощностью (влияет уровень яркости сюжета). Как раз при максимальном количестве светлых тонов изображения на экране этого телевизора его потребляемая мощность от сети равна 17 Вт. Все схемы предлагаемых ниже САЗПН рассчитаны на максимальную потребляемую мощность импульсного блока питания 20 Вт. Приведенные расчеты позволят радиолюбителям сконструировать САЗПН для других потребляемых мощностей импульсных блоков питания и других пределов изменения напряжения сети. На рис.1 показана схема САЗПН, построенная на двустороннем диодном ограничителе амплитуды переменного напряжения. Не стоит пугаться применения двух силовых трансформаторов. Масса и габариты очень часто не играют решающей роли, а вот простота и надежность предлагаемого САЗПН налицо. Да и вряд ли более-менее приличный стабилизатор переменного напряжения окажется с меньшими габаритами, чем предлагаемый. Диоды VD1-VD12 составляют параллельный диодный ограничитель, в котором напряжения амплитудой -4,1 и +4,1 В передаются на выход без изменений, а напряжения, выходящие за указанные рамки, ограничиваются. Как я подбирал эти диоды? Нашел у себя в "загашниках" диоды КД202 с буквами А, В, Д, Ж, К, М, Р (максимально допустимый прямой ток 3 А). О подборе диодов по максимально допустимому прямому току для схемы (рис.1), поговорим позже. Я собрал немудреную схему (рис.2) и при помощи прибора узнал, что в прямом направлении на шести диодах падает напряжение 4,1 В. Возможен вариант, когда падение напряжения в прямом направлении на цепочке из диодов будет заметно отличаться. В этом случае необходимо измерить падение напряжения на каждом из диодов, узнать на котором из них это напряжение не такое, как на остальных, и заменить "паршивца". В дальнейшем нам очень пригодится формула: Uдейств. = 0,707Uампл., где Uдейств. - действующее значение синусоидального напряжения; Uампл. - амплитудное значение синусоидального напряжения. Исходные данные для расчета параметров трансформаторов Т1, Т2 и резистора R1: - максимальная мощность нагрузки Рн = = 20 Вт; - амплитудное значение переменного напряжения, питающее импульсный блок питания Uампл.=Uдейств./ 0,707=220/ 0,707=311 В; - минимальное действующее значение напряжения сети - Uдейств. с минимумом=160 В. При минимальном действующем значении напряжения сети 160 В на вторичной обмотке трансформатора Т1 амплитудное значение напряжения не должно превышать 4,1 В (в этом случае диоды VD1-VD12 напряжение не "срезают", и на первичной обмотке трансформатора Т2 "красивая" синусоида). Следовательно, действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 должно быть: Uдейств.WII Т1 = 0,707Ч 4,1 В = 2,9 В. Трансформаторы Т1 и Т2 должны быть расcчитаны на мощность не менее 40 Вт. Действующее значение тока через первичную обмотку трансформатора Т2 должно быть не менее: Jдейств.WII Т2 і Рн/ Uдейств.WII Т1 і і 20 Вт/2,9 В і 6,9 А. Отсюда следует, что сопротивление резистора R1 должно быть не более: R1 Ј Uдейств.WII Т1/Jдейств.WII Т1 Ј Ј 2,9 В /6,9 А Ј 0,4 Ом. Мощность рассеивания резистора R1 должна быть не менее: PR1 і U2действ.WII T1 /R1 і 2,92/0,4 і 20 Вт. В качестве резистора R1 можно применить отрезок высокоомной нихромовой спирали от электропечки. Длина провода определяется экспериментально методом амперметра-вольтметра (закон Ома должны знать все). При этом необходимо иметь мощный источник питания (можно аккумулятор), вольтметр и амперметр. Например, при применении автомобильного аккумулятора ток через нихромовый провод должен быть: J=Uaкк./ R=12 В/0,4 Ом=30 А. Можно применить два куска нихромового провода диаметром 0,8 мм длиной по 70 мм, соединенных параллельно. При этом сопротивление равно 0,38 Ом. Ясно, что при действующем синусоидальном напряжении 2,9 В (ток 6,9 А) на первичной обмотке трансформатора Т2 вторичная обмотка этого трансформатора должна обеспечивать 220 В при токе 0,1 А. При действующем значении напряжения сети 160 В и ниже ток через диоды не проходит (амплитудное значение переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 не превышает 4,1 В). Но вот пришло лето, и в Вашем доме напряжение стало равняться 220 В (если, конечно, сосед не включил сварочный аппарат или соседка не готовит обед на мощной электропечке). В этом случае (действующее значение напряжения сети равно 220 В) действующее значение синусоидального напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 будет равно: U1действ.WII Т1 = 220 В Ч 2,9 В/160 В = 4 В и, соответственно, амплитудное значение Uампл.WII Т1 = 4 В/ 0,707 = 5,7 В. "Лишнее" напряжение "срезается" диодами VD1-VD12, и на выходе САЗПН мы имеем нормальную амплитуду переменного напряжения, питающего импульсный блок питания. Теория теорией (и без нее не обойдешься), а настраивать стабилизатор придется. Для этого при помощи ЛАТРа через понижающий трансформатор на вход стабилизатора (вторичная обмотка трансформатора Т1) необходимо плавно подать напряжение от 2...3 В до 7...8 В. Теоретически на выходе стабилизатора (первичная обмотка трансформатора Т2) при амплитуде синусоиды на входе, например, 5,5 В, на экране осциллографа должна быть картинка, аналогичная изображенной на рис.3а. В действительности это не так (см. рис.Зб). С одной стороны, вроде бы плохо, что разница между амплитудами напряжений на рис.3а и рис.3б составляет около 0,5 В, но, с другой стороны, отсутствует прямая линия среза "лишнего" напряжения, что гораздо лучше сказывается на трансформаторе Т2 и количестве ненужных гармоник переменного напряжения. Итак (согласно рис.3а), амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 (соответственно и на первичной обмотке трансформатора Т2) должно быть равным 4,2 В (действующее значение - 3 В) при действующем напряжении сети 160 В. В этом случае на вторичной обмотке трансформатора Т2 будет синусоидальное напряжение, действующее значение которого должно быть равным 220 В (амплитудное значение 311 В). Если действующее значение напряжения сети будет равно, к примеру 260 В, амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1 будет около 7 В, "лишнее" напряжение “срежется” диодами VD1-VD12, и амплитуда переменного напряжения на выходе САЗПН не должна превысить максимально допустимого (328 В). Напомню, что нормы на величину действующего сетевого напряжения в жилом доме (квартире) установлены в пределах 187...242 В (амплитудное значение 265...328 В). А теперь о таком важном параметре, как максимально допустимый прямой ток диодов VD1-VD12. Заштрихованный участок эпюры напряжения (рис.3б) "срезается" диодами VD1-VD12 (рис.1), и как раз этот участок и способствует тому, что через диоды проходит ток. Действующее его значение незначительно, ток через диоды небольшой и они не греются даже без радиаторов. Но если будет мощнее нагрузка, может быть, придется применить диоды на большие токи. Лучше поэкспериментировать, в сложную теорию влезать не рекомендую. Схема второго варианта САЗПН (максимальная мощность нагрузки 20 Вт) показана на рис.4. На стабилитронах VD1-VD8 построен двусторонний ограничитель амплитудного значения переменного напряжения, который передает напряжение амплитудой до 24 В (напряжение стабилизации 4 шт. стабилитронов Д815А, включенных последовательно) без изменений, а напряжения, выходящие за эти рамки, ограничиваются. Цепочку стабилитронов лучше опробовать сразу же, использовав блок питания постоянного напряжения 20...32 В и балластный резистор 12,5 Ом, 20 Вт (я применил 16 шт. резисторов МЛТ-2 200 Ом, спаянных параллельно). На испытательную схему необходимо подать напряжение около 30 В сначала в одной полярности, потом в другой, замеряя стабилизированное напряжение для обоих случаев. Если оно будет разным, необходимо подобрать один или два стабилитрона (необходимо замерить напряжение стабилизации каждого стабилитрона). Лично я, заменив два стабилитрона, добился, что напряжение стабилизации цепочки стабилитронов стало составлять 24 В при входном напряжении 27 В и при изменении полярности блока питания. Из того, что ограничение напряжения начинается с 24 В, следует, что при минимальном действующем значении сетевого напряжения, равном 160 В, действующее значение на вторичной обмотке трансформатора Т1 должно быть: Uдейств.WII Т1 = 0,707 Uампл.WII Т1 = = 0,707Ч 24 В =17 В. Трансформаторы Т1 и Т2 должны быть рассчитаны на мощность 40 Вт и более. Рассеиваемая мощность резистора R1 должна быть не менее 20 Вт. Вторичная обмотка трансформатора Т1 (как и первичная Т2) должна быть рассчитана на ток не менее: Jдейств. і Рн/Uдейств.WII Т1 і і 20 Вт/15,8 В і1,2 А. Сопротивление резистора R1 должно быть не более: R1 Ј Uдейств.WII Т1/Jдейств. Ј Ј 17В/1,2 А Ј 14 Ом. При действующем значении напряжения 17 В на первичной обмотке трансформатора Т2 действующее значение напряжения на вторичной обмотке этого же трансформатора должно составлять 220 В. При действующем значении напряжения сети более 160 В эпюра напряжения на первичной обмотке трансформатора Т2 будет иметь такой же вид, как и изображенная на рис.3б с той лишь разницей, что ограничение амплитуды синусоидального напряжения составляет около 25 В. Следует отметить, что стабилитроны Д815А стабилизируют напряжение при изменении тока через них в широком диапазоне (от 0,05 до 1,4 А). Стабилитроны необходимо установить на небольшие радиаторы (при большом напряжении сети они могут греться). Следует отметить, что даже при напряжении сети 140 В в Вашем доме, используя любую схему САЗПН, показанную на рис.1 или на рис.4, Вы можете спокойно смотреть телевизор, так как действующее значение выходного напряжения данных стабилизаторов при таком напряжении сети будет около 190 В. Используя стабилитроны Д817Г (6 шт.) можно обойтись без одного из трансформаторов (рис.5). 3десь вторичная обмотка трансформатора Т1 должна выдавать действующее напряжение 220 В при напряжении сети 160 В. Напряжение стабилизации одного стабилитрона Д817Г около 100 В при изменении тока через стабилитрон от 5 до 25 мА. САЗПН, показанный на рис.5, ограничивает амплитуду выходного напряжения на уровне около 300 В (действующее значение синусоидального напряжения при данной амплитуде равно 212 В). Если действующее значение напряжение сети равно 212 В и ниже, на импульсный блок питания проходит "чистая" синусоида, если выше - происходит ограничение амплитуды, блок питания защищен от повышенного сетевого напряжения. И, наконец, последняя схема САЗПН (рис.6), также рассчитанная на мощность нагрузки не более 20 Вт. Данный стабилизатор вообще не содержит трансформаторов и очень поможет тем людям, у которых наблюдается повышенное напряжение в доме (выше 240 В) и тем, кто пользуется повышающим автотрансформатором с ручной регулировкой выходного напряжения. А теперь о достоинствах и недостатках схем на рис.1 и рис.4-6. Недостаток САЗПН на рис.1 в том, что напряжение ограничения на диодах сравнительно небольшое (чтобы его увеличить, необходимо увеличить число диодов). Зато данная схема может обеспечить более высокую мощность, чем схемы на рис.4-6. В схемах на рис.4-6 как раз все наоборот - напряжение ограничения сравнительно большое, но в допустимой мощности нагрузки мы теряем. Точность стабилизации САЗПН на рис.4-6 гораздо выше, чем на рис.1.


     SVITEL © 2014  Мир электроники.  Admin  При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна. Rambler's Top100