Автоматическое переключение обмоток трансформатора в блоке питания: характеристика, схемы

Для чего используется система переключений обмоток трансформатора

При самостоятельном изготовлении блока питания с такими характеристиками подрядчику необходимо решить ряд задач, важнейшая из которых — обеспечение необходимой передаточной характеристики по всему спектру выходных напряжений. Рассмотрим пример, когда есть источник питания, рассчитанный на максимальное напряжение до 50 вольт.

Если в определенной ситуации необходимо установить точное значение выходного напряжения всего 5 Вольт при токе в нагрузке 5 Ампер, 225 Вт мощности будут излишне рассеиваться в выходных цепях. Это число получено из расчета 50-5 = 45 (вольт), что, умноженное на 5 ампер, дает указанное значение потерянной мощности без какого-либо эффекта.

Важно! В этой ситуации эффективность этого источника будет крайне низкой.

Для устранения этого недостатка необходимо принять специальные меры по значительному снижению потерь в индуктивных выходных каскадах. Для этого вам потребуется сделать следующее:

• Каким-то образом переключить вторичные обмотки силового трансформатора (ТС), что позволит при необходимости потреблять от него меньше энергии.
• Используйте более дешевый режим импульсного преобразования мощности.
• Используйте готовый предварительный регулятор, который работает по тому же принципу, что и импульсы.

С другой стороны, хорошо известно, что надежный и многофункциональный лабораторный источник питания не должен иметь импульсных узлов, приводящих к гармоническим искажениям. Чисто линейное преобразование в этом случае считается более рациональным и эффективным.

Дополнительная информация: Для не очень сложных любительских схем вполне подойдет обычный импульсный блок питания.

Однако для настройки более точного электронного оборудования потребуется стандартное устройство, содержащее блоки с линейной передаточной характеристикой.

↑ Коммутация обмоток трансформатора

Одним из недостатков линейных регуляторов является их низкий КПД. Стабилизаторы нагреваются и чем больше разница между входным и выходным напряжением, тем больше нагрев и, как следствие, потеря мощности. Частично эту проблему можно решить, снизив входное напряжение, если это возможно. При выходном напряжении 2 вольта нет смысла подавать на вход 30В.
Но не забывайте о ряби выпрямителя. При максимальном токе нижний предел пульсаций Umin должен быть примерно на 3 вольта выше (для LM317), чем желаемое выходное напряжение стабилизатора, в противном случае пульсации перейдут на выход стабилизатора. Это необходимо проверить с помощью осциллографа, так как мультиметры показывают среднее значение пульсаций напряжения, можно было бы подумать, что стабилизация почему-то не работает, а реально на выходе будет небольшая пульсация.

На компараторах OP1, OP3, OP4 и на реле К1, К2, К3 организована коммутация обмоток трансформатора. Выходное напряжение блока питания поступает на положительные входы компараторов через делители R20 и R21, R30 и R31, R38 и R39. Отрицательные входы являются эталонными напряжениями, которые определяют уровни срабатывания реле. Резисторы R15, R24, R34 вносят небольшой гистерезис (0,1 В) в работу компараторов, это обеспечивает четкое открытие транзисторов при тех же входных напряжениях, что и компаратор.

Реле подбираются на контакты 24В, 16А, катушка реле потребляет 17мА. Поэтому однополупериодного выпрямителя на диоде D2 и конденсаторе С9 вполне хватит для питания. В качестве ключей реле я решил взять низковольтные компьютерные МОП-транзисторы Q25SN03A-T1-T3, напряжение разряда 30 В. Их обычно можно снять с неисправной материнской платы в зоне питания процессора. В процессе разработки произошел обрыв затвора, одного из ключей, после чего я установил стабилитроны D7, D8, D10 параллельно затворам транзисторов.

При выключенном реле осциллограф зарегистрировал скачок на разряде до 40В, возможно, из-за паразитной емкости, пробита шторка. Но после установки стабилитронов полет нормальный. Кстати, эти транзисторы могут быть не лучшим вариантом для переключения реле. Когда K2 включен, нет смысла держать реле K1 включенным, поскольку этот транзистор T4 отклоняет затвор транзистора T3, реле K1 не включается, тем самым экономя ценные 17 мА.

В общем, для выходного напряжения 30В совершенно не обязательно реализовывать входные напряжения 3 + 1, думаю, хватило бы двух реле и трех обмоток. Но три обмотки, при перемотке трансформатора было проблематично намотать, я намотал проводом 1,2мм и обмотка 7 Вольт лежала в один слой, слой на полтора сделать не решился, так как не мог уместиться у окна. Переключение обмоток — личное дело каждого, если это позволяет радиатор, можно предположить, что блок питания имеет дополнительную функцию — обогрев квартиры и КПД можно считать 100% .: Улыбка:

Принцип работы

Для решения этой проблемы при разработке промышленных источников питания инженеры пошли по первому пути, который предполагает наличие нескольких переключаемых розеток во вторичной обмотке. Для их изменения используются различные методы, в том числе следующие:

• Ручное переключение (например, с помощью межфланцевых переключателей).
• Использование типовых переключающих реле, управляемых отдельным электронным блоком.
• Включение в выходную цепь быстродействующих полупроводниковых элементов (симисторов).
• Применение современных контроллеров в качестве блока управления.

Это переключение позволяет использовать только ту часть вторичной обмотки, которая соответствует требуемому выходному напряжению (в приведенном выше примере это 5 вольт).

Следовательно, принцип работы такой схемы заключается в искусственном регулировании выходного переменного напряжения с установкой его фиксированного значения, меньшего, чем полное значение на выходе трансформатора. Такой подход исключает неоправданные затраты энергии на бессмысленный нагрев элементов выпрямителя (в типовых схемах эту функцию выполняют силовые транзисторы).

Примечание! Чтобы повысить КПД такой схемы и снизить степень нагрева сердечника трансформатора, специалисты рекомендуют увеличить количество отводов вторичной обмотки до максимального значения.

После такой доработки выходных цепей к ним подключаются контакты межфланцевого переключателя, через которые можно будет выставить требуемый режим мощности для выхода. Единственный недостаток этого метода — увеличение количества проверок выходного напряжения. Неэффективность механического способа соединения выходных обмоток трансформатора заставляет искать новые (более рациональные) решения.

Плата лабораторного блока питания, моя конструкция и дополнения. Мультиобзор.

Этот текст был написан не столько для обзора самой платы питания, ему это удалось, уважаемый Кирич и другие авторы, сколько для описания проекта, который я получил в целом, с необходимыми, на мой взгляд, дополнениями для него блока питания в виде терморегулятора вентилятора, индикатора напряжения и тока, автоматического выключателя обмоток трансформатора, электронного отключения нагрузки, а также самого силового трансформатора и корпуса. Некоторые устройства были куплены на AliExpress, а другие созданы с нуля. Для первого будут ссылки, а для второго будут диаграммы… Итак, используемые компоненты:

— Готовый тороидальный трансформатор 150Вт, имеющий 2 обмотки по 12 вольт, купленный в микросхеме и дипе. Такой трансформатор был выбран с учетом возможности переключения обмоток, разделив диапазон выходного напряжения на 2 поддиапазона — 0-11В и все выше (с использованием обмотки 12 вольт или 2-х последовательно соединенных обмоток самой себя, давая ~ Всего 24В). Помимо двух заводских вторичных обмоток еще были намотаны еще 2 обмотки. Первый — это маломощный 13В для питания дополнительных устройств и охлаждающего вентилятора. Вторая обмотка более мощная, на 7 В, намотана 1,5-миллиметровым проводом (я мог бы использовать более тонкий, но он у меня был), для питания отдельного 5-вольтового USB-выхода, подключенного к линейному регулятору 7805;

— Дизайн-лист лабораторного источника питания с AliExpress. Набор действительно стал стоить копейки — чуть больше 5 долларов. Прилетел в Минск за 29 дней, трасса проложена. Плату я собрал на фото выше. Заменил только полный кондер на 10000 мкФ и выпрямительные диоды на диоды Шоттки SR560 на ток 5А. Переключайте операционные усилители, пока я не начал…;

— Готовая плата управления вентилятором с датчиком температуры и выносным датчиком температуры тоже с AliExpress. Термоконтроллер стоимостью 1,65 доллара доехал до Минска за 22 дня, трасса лежала. Следует отметить отличный аппарат. Он может работать в одном из двух режимов: на охлаждение или на обогрев. То есть, в зависимости от выбранного режима, терморегулятор управляет либо нагревателем (включается, если температура опускается ниже заданной), либо вентилятором (включается, если температура превышает заданную). Для выключения вентилятора или нагревателя устанавливается значение гистерезиса. Контроллер управляется 3-мя кнопками, значения отображаются на 3-х символьном индикаторе. На странице продавца есть подробная инструкция
Инструкции

— Готовый индикатор напряжения и тока с AliExpress. Цена 3,94 доллара. Заказ ехал 5 недель, след не отслеживался. Следует отметить, что индикатор оказался вполне подходящим, протестируем его позже;

— Самодельный блок коммутации обмоток трансформатора (схема нашла в интернете). Это, пожалуй, самое важное дополнение к линейно регулируемому источнику питания. Дело в том, что КПД таких источников не очень высок, особенно при малых выходных напряжениях. Так, например, при выходном напряжении 5 В и токе, скажем, 3 А, на выходном транзисторе должно рассеиваться около 75 Вт. И в этом режиме при питании блока питания от сети переменного тока 24 вольт (2 обмотки по 12 вольт) вентилятор охлаждения, управляемый терморегулятором, почти никогда не выключается. А при входном напряжении ~ 12В наоборот включается очень редко и непродолжительное время. Следовательно, это дополнение может значительно улучшить режимы работы блока питания, особенно если учесть, что я в основном использую напряжения до 12В. Единственное, что решение, которое я выбрал, не самое лучшее, потому что при падении напряжения в момент переключения обмоток с двух на одну (с 24в на 12в) происходит кратковременное падение выходного напряжения. Схема симистора лишена этого недостатка. И для себя я решил, что мне этот нюанс не критичен.

Устройство собрано на макетной плате, тут же находятся выпрямитель и стабилизатор напряжения на 12В, от которых запитаны реле, терморегулятор и вентилятор. Для этого стабилизатора на трансформаторе была намотана дополнительная маломощная обмотка;

— А это полностью самодельный блок подключения электронной нагрузки, о нем поподробнее: итак, небольшой ТЗ.

— После включения питания нагрузку необходимо отключить независимо от последнего состояния. — Об отключении нагрузки должен сигнализировать мигающий красный светодиод. — Включенная нагрузка должна сигнализироваться постоянным зеленым светодиодом. — Нагрузка подключается через реле. — Аппаратное подавление дребезга контактов.

Схема была отремонтирована, спасибо пользователям IIIap, varicap и alexky, которые это заметили (неправильная полярность защитного диода). Схема построена на недорогом микроконтроллере Atmel ATtiny2313 и триггере Schmitt 74HC14. Схема питается от 12 вольт, необходимых для работы реле. Для питания микросхем использовался линейный преобразователь 7805.

После включения мигает красный светодиод VD2. Триггер Шмитта 74HC11 позволяет полностью и безвозвратно устранить дребезг контакта. При нажатии кнопки светодиод VD2 гаснет и загорается VD1 (зеленый), при этом открывается транзистор VT1 и включается реле К1. При следующем нажатии нагрузки и выключении зеленого светодиода VD1 красный светодиод VD2 начнет мигать. Диод VD1 защищает транзистор от скачков напряжения на катушке реле. Собрал схему на макетной плате. Если вы не вставляете триггер Шмитта на вход (и управляете дребезгом через программное обеспечение), вам понадобится подтягивающий резистор 10 кОм на седьмом контакте микроконтроллера. Планируется добавить еще один канал управления ко входу микроконтроллера int0. Будет проверен выход USB.

Управляющая программа написана в среде Bascom.

В основном цикле красный светодиод мигает, если на выходе PB2 низкий уровень, т. Е. Нагрузка отключена, а зеленый светодиод не горит. Прерывание Int1 вызывает подпрограмму Swbutton. Оператор Toggle переключает состояния выхода PB2 (если он был 1, он станет 0 и наоборот). После переключения выхода программа возвращается в основной цикл до следующего прерывания;

Источник под спойлером

$ regfile = «attiny2313.dat» $ crystal = 4000000 Config Portb.1 = Output Config Portb.2 = Output Config Pind.3 = INPUT Config Int1 = Falling

Dim Wtime As Byte

На кнопке Int1

Cls

Wtime = 255

Включить прерывание Включить Int1

Сделайте, если контакт 2 = 0 Затем установите Portb. 1 Waitms Wtime Reset Portb. 1 Waitms Wtime Else ‘Pinb. 4 = 0 Конец, если Конец цикла

Кнопка: включить / выключить Portb.2

Возвращение

Конец

— Реле Слева находится реле в синем корпусе, используется для включения / выключения нагрузки, и реле в прозрачном корпусе, первая группа контактов переключает обмотки трансформатора, а вторая группа включает светодиод с указанием подключения второй обмотки;

— И напоследок готовый чехол от старого стримера. Картриджи DDS на 2Gb давно уже не актуальны, поэтому разобрали аппарат на запчасти нещадно. И корпус с родным вентилятором идеально подошел моему БП;

Это передняя панель. Временно, потому что я сделаю это еще раз и нужно изменить раскладку и материал вставки (был белый пенопласт — выглядит неуклюже, но будет штекер от корпуса компьютера, который соответствует цвету всего устройства). Но это немного позже, когда многооборотные резисторы приедут из Китая. Также будет добавлен разъем USB. Регулятор красный — напряжение, синий — ток (цвета ручек подбираются по цветам свечения сегментов индикатора). Прямоугольный зеленый светодиод под индикатором загорается при подключении второй обмотки трансформатора. Над синей ручкой находится светодиод стабилизации тока (красный). Ну а в области выходных клемм есть красная кнопка подключения нагрузки и двухцветный светодиод (красно-зеленый).

По разъемам все сделано — передняя панель полностью съемная. Выход питания на передней панели подключается через разъем типа Deans, который используется для батарей в моделях с дистанционным управлением;

Все компоненты соединены между собой по следующей схеме (исправлено, спасибо пользователю MisHel64):

Небольшая сборка:

Переключатель перемотки и блоки отключения нагрузки расположены между ними и установлены рядом с передней панелью. Рядом установлено реле отключения нагрузки и плата терморегуляции вентилятора.

Внутри к корпусному вентилятору прикручен радиатор (от старого процессора). Транзистор и датчик терморегулятора прикручены к радиатору термопастой. Все установлено в корпусе с тыльной стороны.

Основная плата установлена ​​на высоких столбах деталями вниз. Такая компоновка хоть и не самая термически эффективная, но в остальном плату и трансформатор в данном случае разместить нельзя.

Обмотки трансформатора решил соединить клеммами Wago, оказалось очень удобно. В нитках есть какая-то путаница, хотя они проложены и затянуты шнурками. Может, позже сделаю это еще раз…

И последний компонент — стабилизатор на 5В, сделанный путем поверхностного монтажа на радиаторе. И пара финальных фото, вид сзади и блок питания в сборе. На задней панели находятся разъем питания, выключатель питания, предохранитель и выключатель (синий) для дополнительной линии 5 В.

Теперь перейдем к тестам. Сразу оговорюсь, что мы будем тестировать не столько саму плату, сколько всю сборку. Начнем с индикатора. Ниже под спойлером наглядные фотографии тестов. Показания сравнивались с эталонным профессиональным цифровым мультиметром Aktak AM-1095.

Тест чтения вольтметра

Амперметр был протестирован с подтягивающим резистором 10 Ом 50 Вт.

Если вспомнить закон Ома, то с помощью этого резистора можно легко оценить, что показания тока должны быть в 10 раз ниже, чем показания вольтметра, которые мы сейчас увидим. Мы продолжим сравнивать показания с Актаком.

После замеров я даже стал соответствовать этому показателю и захотел называть его «прибором»)).

Но получить от платы питания более 26 В при нагрузке 10 Ом и токе 2,6 А соответственно не удалось, хотя на холостом ходу блок питания выдает 31 В.

Тестируем стабилизацию тока (мультиметр, в режиме измерения тока, подключаем напрямую к выходным клеммам):

Регулировка тока возможна до 3,6А. Однако я решил узнать, какое падение выходного напряжения будет около максимального тока. Я нашел два резистора по 50 Вт 3,3 Ом, соединил их последовательно и подключил к выходным клеммам.

Небольшие выводы: — напряжение на выходе транса падает под нагрузкой 1,6 В, хотя у трансформатора 150 Вт, а на выходе около 80 Вт — напряжение на выходе диодного моста падает ниже такая же нагрузка, уже 6В. — выходное напряжение падает на 8,5В при той же нагрузке около 80Вт. Очевидно, что с этим надо что-то делать .. даже если мне этого направления работы хватает.

Что ж, все, что осталось, это измерить пульсации, хотя для линейных источников питания это, вероятно, не обязательно и должно быть сделано в первую очередь, чтобы подчеркнуть отсутствие у них проблем в этом отношении, хотя…

Измеряем рябь

Сразу оговорюсь, т.к блок линейный, на показания частотомера обращать внимание не надо — все равно измеряем… Замеряем: фактическое значение (минимум на экранах), максимум пик (средние значения) и диапазон (максимальные значения). 10В, 1А:

10 В, 2,1 А:

12 В, 3,5 А:

24 В, 3,5 А:

все красиво, но есть нюанс: когда блок близок к тому моменту, когда напряжение начинает падать, т.е он близок к своему пределу, поэтому где-то появляются дикие помехи. Здесь, на фото ниже, работает только 1 трансовая обмотка, т.е на входе блока питания подается около 12В изменения, а нагрузка 3А уже была экстремальной и была залита помехами. А если бы на вход было подано более высокое напряжение, блок работал бы нормально. Здесь надо учитывать такой нюанс. 10В, 3А:

Преимущества

Принцип разделения выходного напряжения на мелкие части дает следующие преимущества:

• Возможность установки широкого диапазона рабочих напряжений на выходе устройства по вашему усмотрению.
• Уменьшите потери в выходных каскадах блока питания.
• Повысьте общую эффективность и в конечном итоге сэкономьте на энергопотреблении.

Все эти преимущества могут быть достигнуты только в том случае, если эффективны механические методы управления или электронные схемы переключения. О порядке построения каждого из них мы поговорим в следующем разделе.

Как проводится регулировка

Процедура настройки включает в себя следующие операции:

• в исходном положении катушки замкнуты, в соответствии с положением замыкающих элементов селектора;
• блок отключен от напряжения;
• поворотом ручки или включением механизированного привода замыкающий элемент селектора перемещается с варьированием количества рабочих оборотов на обмотке;
• установка подключена к сети.

↑ Защита нагрузки от перенапряжения

В классической схеме подключения LM317 между входом ADJ и общим проводом включен регулирующий резистор. Обрыв резистора вызывает попадание нерегулируемого входного напряжения на нагрузку. В схеме выходное напряжение регулируется потенциометром R29. С помощью транзистора Т5 обеспечивается защита нагрузки от перенапряжения при поломке ползунка потенциометра R29.
Рано или поздно происходит поломка. В случае обрыва транзистор Т5 открывается через резистор R32 и потенциал падает на входе ADJ LM317, а следовательно, и на выходе стабилизатора. Включение резистора R32 вносит небольшую нелинейность в регулировку напряжения с помощью R29. Поэтому его сопротивление должно быть как можно большим, но в связи с этим необходимо будет выбрать транзистор Т5 с наибольшим усилением, иначе открытие транзистора может быть неполным.

Схема регулирования выходного напряжения включена по отношению к отрицательному напряжению -5В. Это позволяет регулировать выходное напряжение от 0 В. Резистор R28 устанавливает минимальное выходное напряжение. Максимальное выходное напряжение можно отрегулировать с помощью резистора R9 на плате A2.

Варианты схематических решений

При проектировании источников питания, обеспечивающих экономное потребление электроэнергии и исключающих тепловые потери в сердечнике трансформатора, возможны следующие варианты:

• Установка обычных поворотных переключателей в выходные цепи.
• Применение в тех же цепочках, что и релейные переключатели.
• Использование современных симисторных переключателей в выходных цепях управления.
• Применение в схеме преобразователя программируемого электронного переключателя (контроллера).

Каждый из этих методов управления выходным напряжением будет более подробно рассмотрен ниже.

Простой блок переключения

Этот тип переключателя может быть выполнен в виде обычного кулисного переключателя, рассчитанного на ряд положений ручки управления. Каждому из них соответствует определенное количество витков вторичной обмотки трансформатора, с увеличением числа, на которое увеличивается его выходное напряжение.

Важно! К достоинствам этого метода можно отнести простоту реализации, а к недостаткам — недостаток постоянного переключения ручки, которой нужно управлять вручную.

Кроме того, переключения в этом случае очень медленные и приводят к паразитным переходным процессам в выходных цепях с высокой индуктивностью.

Релейный

Принцип этого метода управления выходными каскадами блока питания основан на использовании специальных переключающих элементов, называемых реле. С их помощью можно значительно увеличить скорость переключения и исключить появление больших всплесков напряжения (тока). Схема такого переключателя представлена ​​на рисунке справа.

Из него видно, что для управления положением контактов реле используется отдельная катушка, напряжение которой выпрямляется и подается на простейший электронный модуль, выполненный на базе транзисторов.

Примечание! В этом случае исполнительной частью коммутационного устройства являются релейные контакты, которые работают намного быстрее, чем человеческая рука, переключающая пластинчатое устройство.

Следовательно, переходные процессы в этой цепи значительно ниже, и риск перенапряжения в выходных цепях значительно снижается. С другой стороны, контакты реле со временем изнашиваются, и сильные искры часто приводят к сбоям в нормальной работе преобразователя. Некоторые типы полупроводниковых приборов (например, симисторы) намного надежнее, при их включении в схемы исключаются паразитные помехи.

Читайте также: Как правильно организовать освещение бассейна?

Классификация

В зависимости от характеристик конструктивного устройства различают выключатели следующих типов:

• с ручным или механизированным управлением;
• прямое или дистанционное зажигание;
• однофазные и трехфазные;
• барабан, снабженный контактом в виде кольца, сегмента или ламели;
• рейка и шестерня.

Устройства могут быть предназначены для использования в установках с различными напряжениями и токами.

↑ Схема электрическая принципиальная

Фрагмент исключен. Полная версия статьи доступна пользователям и полноправным участникам сообщества. Ознакомьтесь с условиями доступа.
При максимальном токе 3 А через каждую микросхему проходит 0,75 А. Общая рассеиваемая мощность разделена на 4 корпуса и легче передается на радиатор из-за большей площади контакта. В моем случае разница температур по слюдяной изоляции составила 10 градусов. На мой взгляд, это даже неплохо.

Электронный коммутатор вторичных обмоток лабораторного БП.

Существует множество различных схем переключения вторичных отводов обмоток трансформатора в лабораторных источниках питания, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность транзисторов источника питания и повысить эффективность источников питания при низких выходных напряжениях. Имеются схемы «переключателя» как на реле, так и в электронных вариантах на симисторах, как показано на рисунке ниже.

Симисторы вторичной обмотки силового трансформатора подключаются к такому переключателю следующим (или аналогичным) способом.

У всех этих схем есть свои недостатки. Цепи, а не реле, издают щелчки, а контакты реле не работают вечно, особенно в режиме стабилизации (ограничения) тока. В схеме на основе симистора такого дефицита нет, работает достаточно стабильно, но . бывают случаи, когда симисторы выбиваются, особенно с мощным трансформатором. Или один симистор не успевает замкнуться, когда второй уже разомкнулся, поэтому есть другие причины, но факт остается фактом: симисторы иногда очищаются со свистом. Все эти недостатки, скорее всего, связаны с тем, что обмотки переключаются при сбое питания. Для устранения этих недостатков необходимо избегать прерывания тока, то есть не прерывать ток в нагрузке, а добавлять или уменьшать входное напряжение в блок питания.

Ниже мы предлагаем вам схему электронного переключателя вторичных обмоток трансформатора, выполненного на тиристорах и лишенного этих недостатков. Например, его можно использовать в лабораторном блоке питания с выходным напряжением 0-35 вольт. Сразу скажу, что эта идея не моя, а подсказана kotosob

-ом с форума сайта «Сварщик» предлагаю только свой вариант реализации этой идеи. Для этой схемы абсолютно одинаково, в какой момент полупериода включаются тиристоры и в какой момент напряжение на выпрямителе становится больше или меньше. В этой схеме тиристоры играют роль управляемых выпрямительных диодов, которые при включении заменяют и блокируют диоды мостового выпрямителя или открывают тиристоры с меньшим выходным напряжением. Количество выпрямляющих ячеек может быть уменьшено или увеличено в зависимости от требований.

Схема электронного переключателя вторичных обмоток.

Схема работает следующим образом; Если выходное напряжение блока питания не превышает 7,5 вольт, то все стабилитроны (ZD1-ZD3) и, соответственно, тиристоры закрыты, а напряжение на диодный мост поступает от первой части (II) вторичная обмотка силового трансформатора. Когда выходное напряжение блока питания превышает 7,5 вольт, стабилитрон ZD1 и, конечно же, транзистор VT1 открываются. Нагрузкой транзистора является светодиод симистора оптопары, который разблокирует симистор оптопары и который, в свою очередь, тиристоры VS1, VS2. Тиристоры начинают функционировать как выпрямительные диоды, и, поскольку их выходное напряжение превышает на 8 вольт (за вычетом падения напряжения на тиристорах) выходное напряжение, подаваемое на верхнее плечо диодного моста, последние просто блокируются, и напряжение на выходе выпрямителя поднимается. При дальнейшем увеличении выходного напряжения блока питания следующие стабилитроны и, как следствие, тиристоры открываются, и выходное напряжение, подаваемое на конденсаторы фильтра, увеличивается. При уменьшении выходного напряжения блока питания все происходит в обратном порядке. Стабилитроны и, следовательно, связанные с ними тиристоры закрываются, и напряжение, подаваемое на конденсаторы фильтра, уменьшается. Пороги переключения здесь выбираются при следующих выходных напряжениях блока питания — 7,5; 15; 22,5 вольт и зависит от используемых стабилитронов. В результате на входе блока питания подаваемые напряжения составляют 8, 16, 24, 32 вольта (без учета падения напряжения на выпрямительных элементах). Схема рассчитана на использование в ней тиристоров. В схеме можно использовать любой тиристор с требуемым выходным током и допустимым напряжением, а если нет, то можно поставить любые симисторы. При использовании последнего необходимо исключить резисторы R1-R6. А если вы используете симисторы серии BTA, то они должны быть выбраны с максимальным током, не менее чем в 2-3 раза превышающим максимальный выходной ток источника питания.

При использовании симисторов для правильной работы схемы необходимо соблюдать следующее: Симисторы включаются вместо тиристоров следующим образом: 2-й анод симистора по паспорту — вместо анода тиристора по схеме, -1-й анод симистора по паспорту — взамен катода тиристора по схеме схема. Тиристоры (и симисторы) предпочтительно использовать в изолированных корпусах, чтобы их можно было установить на общий радиатор. Кроме того, можно использовать любые оптопары, транзисторы и диоды, в зависимости от того, какие из них есть в наличии. Вторичная обмотка силового трансформатора содержит отводы (секции) на необходимое выходное напряжение и намотана проводом, сечение которого соответствует необходимому току нагрузки. В описанной схеме все секции вторичной обмотки одинаковые и имеют выходное напряжение 8 вольт. Вы легко можете выбрать на свое усмотрение пороги переключения, количество секций (розеток) вторичной обмотки трансформатора и количество необходимых вам каскадов (ячеек) выпрямителя. Схема питается от дополнительного источника с выходным напряжением 5 вольт. Возможно использование дополнительного источника с выходным напряжением 5-24 вольт, но в этом случае необходимо будет подобрать резисторы в коллекторных цепях транзисторов так, чтобы при открытии транзистора ток через светодиод оптрон не превышает 10-15 мА.

Да, описанная схема имеет гистерезис, так как стабилитроны здесь плавно открываются. Для простых источников питания это вполне приемлемо, а там, где требуется источник питания со стабилизацией тока и быстрым изменением напряжения на нагрузке, лучше всего заменить схему стабилитрона схемой компаратора и установить гистерезис в пределах 0,5 В.

Релейный коммутатор обмоток трансформатора лабораторных источников питания.

Лабораторный источник питания для радиолюбителя — основная и неотъемлемая часть радиолюбительской лаборатории. Каждый решает сам: купить такой источник или собрать сам. Очевидно, я хочу иметь в своей лаборатории блок питания с широким диапазоном регулирования напряжения, до 50 вольт, и, конечно же, с током нагрузки, желательно не менее 5 ампер. Промышленные блоки питания с такими характеристиками просто недоступны рядовому радиолюбителю, и остается единственный способ сделать такой блок питания своими руками. Но при самостоятельном изготовлении блока питания с такими характеристиками возникает ряд проблем, одна из которых наиболее важна — его эффективность во всем диапазоне выходных напряжений.

Дело в том, что при максимальном выходном напряжении источника питания 50 вольт и при выставлении выходного напряжения например 5 вольт и токе нагрузки 5 ампер на выходных транзисторах будет выделяться ненужная мощность 225 ватт. То есть эффективность источника в этом режиме будет шокирующе мала. Эта проблема может быть решена различными способами, например, переключением вторичных обмоток силового трансформатора, или созданием импульсного источника питания, или сборкой импульсного предварительного регулятора. Но как показала личная практика, хороший лабораторный блок питания не должен иметь импульсных каскадов и быть чисто линейным. Для любой цифровой или некритичной схемы может подойти импульсный источник питания, но для настройки любого приемного оборудования, только линейного. Поэтому в линейных промышленных блоках питания пошли по первому пути, где вторичная силовая обмотка трансформатора имеет несколько розеток и переключается двумя-тремя реле. Эти меры частично решают эту проблему и значительно повышают эффективность энергоснабжения. Для дальнейшего повышения его КПД и уменьшения нагрева выходных транзисторов можно увеличить количество отводов силовой обмотки трансформатора и, например, установив межфланцевый переключатель, как это сделано в блоке питания, по схеме из которых показано на рисунке ниже. Один недостаток: увеличивается количество регуляторов и настройка выходного напряжения.

Для устранения этого недостатка была разработана схема блока коммутации обмоток трансформатора на реле, представленная ниже.

Предлагаем вашему вниманию трансформаторный коммутационный блок для лабораторных источников питания, который выполнен всего на трех реле и переключает вторичные обмотки силового трансформатора с шагом 5 вольт и имеет восемь ступеней регулирования выходного напряжения.

Коммутационный блок изменяет напряжение с трансформатора на вход источника питания с шагом в пять вольт, от 8 до 43 вольт, в зависимости от выходного напряжения источника питания. Это максимальное выходное напряжение (43 В) было выбрано не случайно и связано с использованием обычных электролитических конденсаторов с рабочим напряжением 63 В в фильтре. В этом случае напряжение на конденсаторах фильтра будет около 60 вольт, а максимальное выходное напряжение блока питания может достигать 50-52 вольт. Вы сами можете изменить максимальное выходное напряжение трансформатора и напряжение ступеней регулировки в соответствии с вашими потребностями. Например, сделайте начальную обмотку на 10-12 вольт и выполните шаги модификации при 6 вольтах. Таким образом, максимальное напряжение переменного тока, подаваемое на мост, будет 52-54 вольт. В этом случае конденсаторы фильтра должны быть установлены на рабочее напряжение 80 вольт. Схема блока собрана на 13 транзисторах и одной микросхеме. Несмотря на кажущуюся сложность схемы, она достаточно проста и при правильной сборке не требует никаких наладок, сразу начинает работать и работает надежно.

Схема блока коммутации обмотки трансформатора.

В схеме используются реле на рабочее напряжение 12 вольт. Контакты реле на схеме трансформатора указаны в исходном положении (все реле обесточены). Реле можно использовать для любого рабочего напряжения, с коммутируемым током на контактах не менее 10 ампер. При использовании реле для других рабочих напряжений, например 24 вольт, потребуется вторичная обмотка силового трансформатора, питающего этот блок (обмотка V), намотать ее на напряжение 17-18 вольт, желательно установить стабилизатор 7805 на небольшой радиатор. Схема работает следующим образом; Когда выходное напряжение блока питания не превышает 6,2 вольт, стабилитроны закрыты, а все реле обесточены. На выпрямительный мост блока питания подается переменное напряжение 8 вольт от первой части вторичной обмотки II силового трансформатора. При повышении выходного напряжения блока питания более чем на 6,2 вольт стабилитрон ZD1 открывается, на вход микросхемы 1 (вывод 11) подается логический ноль. Микросхема К555ИВ3 является кодировщиком приоритета (вход с наибольшим номером имеет более высокий приоритет) и выдает на выходе двоичный код 1-2-4-8 в зависимости от того, какой вход имеет логический ноль. Наивысший приоритет у входа 9 (контакт 10, мы его не используем, вход 8 и выход 8), т.е если этот вход равен логическому нулю, на выходе будет двоичный код девяти 1-0-0-1 (или лучше 0-1 -1-0, так как активный уровень микросхемы равен логическому нулю) вне зависимости от входных уровней на других входах. Следовательно, после размыкания стабилитрона ZD1 — реле Р1 срабатывает и переключает обмотку II своими контактами. Выходное напряжение с выхода трансформатора увеличивается на 5 вольт. При дальнейшем повышении выходного напряжения блока питания до уровня 12,4-12,6 вольт открывается второй стабилитрон, на второй вход микросхемы К555IV3 (вывод 12) подается логический ноль и срабатывает реле P2 , а P1 выключен (двоичный код из двух 0-1-0). Обмотка III подключается к первой части обмотки II, и на выходе трансформатора переменное напряжение увеличивается еще на 5 вольт. И так далее, когда выходное напряжение источника питания увеличивается, все реле активируются в двоичном коде. Пороги срабатывания следующие: 6,2 — 12,5 — 18,6 — 24,8 — 31 — 37,5 — 43,5 вольт и зависят от используемых стабилитронов.

Силовой трансформатор.

Силовой трансформатор для использования с этим блоком имеет три силовые обмотки. Намотать одну силовую обмотку несколькими кабелями или тремя силовыми обмотками особой разницы нет, так как основная часть радиолюбителей изготавливает трансформатор для своего источника питания своими руками. Поэтому мы наматываем три обмотки проводом, рассчитанным на наш максимальный ток нагрузки. Первый — 13 вольт с розеткой 8 вольт (8 + 5), второй — 10 вольт, а третий — 20 вольт. Начало обмоток на схеме обозначено точками. Вы можете по своему усмотрению подобрать для себя необходимые напряжения и намотать обмотки, только нужно помнить, что напряжение обмотки III должно быть вдвое больше, чем на второй части обмотки II, а напряжение обмотки IV должно быть вдвое больше, чем на обмотке напряжение обмотки III. Транзисторы в этом коммутационном блоке являются выходными КТ315 и КТ815. Вместо них можно поставить любой транзистор соответствующей конструкции и мощности. Блок собран на печатной плате размером 55х70 мм. Печатная плата сконструирована без установки на нее реле, так как их можно использовать самые разные. Реле установлены на отдельной плате.

Печатная схема коммутационного блока обмотки трансформатора.

Зарубежные аналоги микросхемы К555ИВ3 — 74LS / HC / HCT 147. Стабилитроны могут быть выставлены на необходимые пороги переключения. Печатная плата разработана в формате Sprint-Layout 6.0 и показана подробно. То есть, когда это будет сделано, дизайн должен быть «зеркальным». Карточка также имеется в архиве. Архив по статьям.