Labornetzgerät mit einstellbarer Strombegrenzung, 0-30 Volt 3 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Um Funkgeräte zu konfigurieren oder zu reparieren, müssen Sie über mehrere Stromquellen verfügen. Viele Menschen haben solche Geräte bereits zu Hause, sie sind jedoch in der Regel nur eingeschränkt betriebsfähig (der zulässige Laststrom beträgt bis zu 1 A, und wenn ein Stromschutz vorhanden ist, ist dieser träge oder ohne die Fähigkeit zur Regulierung - Auslösung). . Im Allgemeinen können solche Quellen hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften nicht mit Industriestromversorgungen konkurrieren. Der Kauf einer universellen Labor-Industriequelle ist recht teuer.

Der Einsatz moderner Schaltkreise und Elementbasis ermöglicht es, ein Netzteil für zu Hause herzustellen, das in seinen grundlegenden technischen Eigenschaften den besten Industriedesigns in nichts nachsteht. Gleichzeitig lässt es sich einfach herstellen und konfigurieren.

Die grundlegenden Anforderungen, die eine solche Stromquelle erfüllen muss, sind: Spannungsregelung im Bereich 0...30 V; Fähigkeit, einen Laststrom von bis zu 3 A mit minimaler Welligkeit bereitzustellen; Anpassung des aktuellen Schutzbetriebs. Darüber hinaus muss der Stromschutz schnell genug ansprechen, um bei einem Kurzschluss am Ausgang eine Beschädigung der Quelle selbst zu verhindern. Durch die Möglichkeit, die Stromgrenzen im Netzteil stufenlos anzupassen, können Sie deren Beschädigung bei der Konfiguration externer Geräte vermeiden.

Alle diese Anforderungen werden durch die unten vorgeschlagene universelle Stromversorgungsschaltung erfüllt. Darüber hinaus ermöglicht Ihnen dieses Netzteil die Verwendung als stabile Stromquelle (bis zu 3 A).

Die wichtigsten technischen Merkmale des Netzteils:

• stufenlose Spannungsregelung im Bereich von 0 bis 30 V;
• die Welligkeitsspannung bei einem Strom von 3 A beträgt nicht mehr als 1 mV;
• stufenlose Einstellung der Strombegrenzung (Protection) von 0 bis 3 A;
• Spannungsinstabilitätsfaktor nicht schlechter als 0,001 %/V;
• Der aktuelle Instabilitätskoeffizient ist nicht schlechter als 0,01 %/V.
• Die Quelleneffizienz ist nicht schlechter als 0,6.

Elektrischer Schaltplan der Stromversorgung, Abb. 4.10, besteht aus einem Steuerkreis (Knoten A1), einem Transformator (T1), einem Gleichrichter (VD5...VD8), einem Leistungssteuertransistor VT3 und einer Schalteinheit für Transformatorwicklungen (A2).

Reis. 4.10. Schaltplan des Universalnetzteils

Die Steuerschaltung (A1) ist auf zwei universellen Operationsverstärkern (Operationsverstärkern) aufgebaut, die sich in einem Gehäuse befinden und von einer separaten Wicklung des Transformators gespeist werden. Dies gewährleistet eine Regelung der Ausgangsspannung von Null an sowie einen stabileren Betrieb des gesamten Geräts. Und um den thermischen Betrieb des Leistungssteuertransistors zu erleichtern, wird ein Transformator mit einer unterteilten Sekundärwicklung verwendet. Die Abgriffe werden je nach Ausgangsspannungsniveau automatisch über die Relais K1, K2 umgeschaltet, was trotz des hohen Stroms in der Last die Verwendung eines Kühlkörpers für kleine VT3 ermöglicht und die Effizienz des Stabilisators erhöht.

Um das Schalten der vier Anzapfungen des Transformators mit nur zwei Relais zu gewährleisten, schaltet die Schalteinheit (A2) diese in der folgenden Reihenfolge ein: Wenn die Ausgangsspannung den Wert von 7,5 V überschreitet, schaltet K1 ein; wenn der Pegel 15 V überschreitet, wird K2 eingeschaltet; Bei Überschreiten von 22 V wird K1 abgeschaltet (in diesem Fall wird die maximale Spannung aus den Transformatorwicklungen geliefert). Die angegebenen Schwellenwerte werden durch die verwendeten Zenerdioden (VD11 .VD13) vorgegeben. Bei Spannungsabfall wird das Relais in umgekehrter Reihenfolge ausgeschaltet, jedoch mit einer Hysterese von ca. 0,3 V, d.h. wenn die Spannung auf diesen Wert abfällt, der niedriger ist als beim Einschalten, wodurch Rattern beim Schalten der Wicklungen vermieden wird.

Der Steuerkreis (A1) besteht aus einem Spannungsstabilisator und einem Stromstabilisator. Bei Bedarf kann das Gerät in jedem dieser Modi betrieben werden. Der Modus hängt von der Stellung des Reglers „G (R18) ab.

Der Spannungsstabilisator wird aus den Elementen DA1.1-VT2-VT3 zusammengebaut. Die Stabilisatorschaltung funktioniert wie folgt. Die erforderliche Ausgangsspannung wird über die Widerstände „grob“ (R16) und „fein“ (R17) eingestellt. Im Spannungsstabilisierungsmodus wird das Spannungsrückkopplungssignal (-Uoc) vom Ausgang (X2) über einen Teiler der Widerstände R16-R17-R7 dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1/2 zugeführt. Über die Widerstände R3-R5-R7 wird dem gleichen Eingang eine Referenzspannung von +9 V zugeführt. Beim Einschalten der Schaltung erhöht sich die positive Spannung am Ausgang DA1/12 (sie steuert VT2 über den Transistor VT3), bis die Die Spannung an den Ausgangsklemmen X1-X2 erreicht nicht den durch die Widerstände R16-R17 eingestellten Wert. Durch die negative Spannungsrückkopplung vom Ausgang X2 zum Eingang des Verstärkers DA1/2 wird die Ausgangsspannung des Netzteils stabilisiert.

In diesem Fall wird die Ausgangsspannung durch das Verhältnis bestimmt:

wo .

Dementsprechend können Sie durch Ändern des Widerstandswerts der Widerstände R16 ("grob") und R17 ("fein") die Ausgangsspannung Iout von 0 auf 30 V ändern.

Wenn eine Last an den Ausgang des Netzteils angeschlossen wird, beginnt Strom in ihrem Ausgangskreis zu fließen, wodurch ein positiver Spannungsabfall am Widerstand R19 entsteht (relativ zum gemeinsamen Draht des Stromkreises). Diese Spannung wird über den Widerstand R18 dem Verbindungspunkt R6-R8 zugeführt. Eine negative Referenzspannung (-2 V) wird von der Zenerdiode VD4 über R6-R9 geliefert. Der Operationsverstärker DA1.2 verstärkt die Differenz zwischen ihnen. Während die Differenz negativ ist (d. h. der Ausgangsstrom ist kleiner als der durch den Widerstand R18 eingestellte Wert), wirken +1 V am Ausgang von DA10/15. Der Transistor VT1 wird geschlossen und dieser Teil der Schaltung hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Spannungsstabilisators.

Wenn der Laststrom auf einen Wert ansteigt, bei dem am Eingang DA1/7 eine positive Spannung auftritt, liegt am Ausgang DA1/10 eine negative Spannung an und der Transistor VT1 öffnet leicht. Im Stromkreis R13-R12-HL1 fließt ein Strom, der die Öffnungsspannung an der Basis des Regelleistungstransistors VT3 verringert.

Das Leuchten der roten LED (LR) zeigt an, dass der Stromkreis in den Strombegrenzungsmodus gewechselt ist. In diesem Fall sinkt die Ausgangsspannung des Netzteils auf einen Wert, bei dem der Ausgangsstrom einen ausreichenden Wert für die Stromrückkopplungsspannung (Uop) hat, die vom Widerstand R16 und der Referenzspannung am Verbindungspunkt R6-R8 entnommen wird. R18 gegenseitig kompensiert, d.h. Es gab kein Potenzial. Dadurch wird der Ausgangsstrom der Quelle auf den durch die Position des Widerstandsschiebers R18 vorgegebenen Wert begrenzt. In diesem Fall wird der Strom im Ausgangskreis durch die Beziehung bestimmt:

wo .

Dioden (VD3) an den Eingängen von Operationsverstärkern schützen die Mikroschaltung vor Beschädigung, wenn sie ohne Rückkopplung eingeschaltet wird oder der Leistungstransistor beschädigt ist. Im Betriebsmodus liegt die Spannung an den Eingängen des Operationsverstärkers nahe Null und die Dioden haben keinen Einfluss auf den Betrieb des Geräts. Der Kondensator C3 begrenzt das Band der verstärkten Operationsverstärkerfrequenzen, was eine Selbsterregung verhindert und die Stabilität der Schaltung erhöht.

Konstruktionsmerkmale

Die gestrichelt hervorgehobenen Teile der Schaltung (Knoten A1 und A2) befinden sich auf zwei Leiterplatten mit den Maßen 80x65 mm aus einseitigem Fiberglas mit einer Dicke von 1...3 mm.

Für den Knoten A1 sind die Topologie und die Anordnung der Elemente in Fig. 4.11 gezeigt. XNUMX.

Reis. 4.11. Die Topologie der Leiterplatte und die Position der Elemente des Knotens A1

Knoten A2 kann als dreidimensionale Installation ausgeführt werden und seine Abmessungen hängen vom verwendeten Relaistyp ab.

Bei der Montage wurden folgende Teile verwendet: angepasste Widerstände R5 und R6 vom Typ SPZ-19a; variable Widerstände R16.R18 Typ SPZ-4a oder. PPB-1A; Festwiderstände R19 Typ S5-16MV für 5 W, der Rest aus den Serien MLT und S2-23 mit entsprechender Leistung.

Kondensatoren C1, C2, C3, C10 Typ K10-17, Elektrolytkondensatoren C4...C9 Typ K50-35 (K50-32).

Die LEDs HL1, HL2 eignen sich für alle mit unterschiedlichen Leuchtfarben. Die Transistoren VT1, VT2 können durch KT3107A (B) ersetzt werden. Der VT3-Leistungstransistor ist auf einem Kühler mit einer Fläche von ca. 1000 qm verbaut. Stecker X3 auf der Platine. Typ A1. RSh2N-2-15.

In Polen werden die Relais K1, K2 in der Standardgröße R-15 mit einer Wicklung für eine Betriebsspannung von 24 V (Wicklungswiderstand 430 Ohm) verwendet – aufgrund ihrer ungerahmten Bauweise haben sie kleine Abmessungen und ausreichend leistungsstarke Schaltkontakte.

Das Mikroamperemeter RA1 ist ein kleiner Typ M42303 oder ähnlich mit einem internen Shunt für einen Strom von bis zu 3 oder 5 A. Zur einfacheren Bedienung der Stromquelle kann die Schaltung mit einem Voltmeter zur Anzeige der Ausgangsspannung ergänzt werden.

Der T1-Netzwerktransformator wird unabhängig auf Basis eines gepanzerten einheitlichen Industrietransformators mit einer Leistung von 160 W (z. B. aus der Serie OSM1 TU16-717.137-83) hergestellt. Das Eisen an der Stelle des Spulenrahmens hat einen Querschnitt von 40x32 mm. Sie müssen alle Sekundärwicklungen entfernen und nur die Netzwicklung übrig lassen (wenn die Primärwicklung für 380 V ausgelegt ist, wickeln wir 300 Windungen daraus). Wir beginnen mit dem Wickeln mit der Wicklung 8-9-10 – sie enthält 38+38 Drahtwindungen. PZP mit einem Durchmesser von 0,23 mm. Die Wicklung 7-6-5-4-3 enthält 16+15+15+15 Windungen PEL-Draht mit einem Durchmesser von 1,5 mm. Die Sekundärwicklungen des Transformators müssen Leerlaufspannungen von 18+18 V und 7,5+7,5 liefern +7,5 bzw. 7,5+XNUMX V.

Bei fehlerfreier Installation im Stromkreis des Knotens A1 müssen Sie lediglich den maximalen Einstellbereich der Ausgangsspannung 0...30 V mit dem Widerstand R5 und den maximalen Schutzstrom von 3 A mit dem Widerstand R6 einstellen.

Die Schalteinheit (A2) muss nicht konfiguriert werden. Es müssen lediglich die Schaltschwellen der Relais K1, K2 und der entsprechende Spannungsanstieg am Kondensator C8 überprüft werden.

Wenn die Schaltung im Spannungsstabilisierungsmodus arbeitet, leuchtet die grüne LED (HL2) und beim Umschalten in den Stromstabilisierungsmodus leuchtet die rote LED (HL1).

Um den maximal zulässigen Strom in der Last auf 5 A zu erhöhen, müssen Sie Änderungen an der in Abb. gezeigten Schaltung vornehmen. 4.12 (zwei Leistungstransistoren sind parallel eingebaut). Dies liegt an der Notwendigkeit, einen zuverlässigen Betrieb des Geräts im Falle eines Kurzschlusses an den Ausgangsklemmen sicherzustellen.

Reis. 4.12. Schaltungsänderung für Laststrom bis 5 A

Im schlimmsten Fall müssen Leistungstransistoren kurzzeitig einer Leistungsüberlastung standhalten P=U Eingang*I=35*5=175 W. Und ein KT827A-Transistor kann nicht mehr als 125 W Leistung verbrauchen.

Schaltspannung vom Transformator T1, Relais K1 und K2 sind träge und sorgen nicht für eine sofortige Reduzierung der von der Sekundärwicklung von T1 kommenden Spannung, sie reduzieren jedoch die thermische Verlustleistung an den Leistungstransistoren während des Langzeitbetriebs des Quelle.

Bei einer Stromversorgung mit einem Strom von 5 A ist es außerdem erforderlich, den Wert des Widerstands R19 auf 0,2 Ohm zu reduzieren und unter Berücksichtigung dessen die Werte des Widerstands R18 nach folgender Formel neu zu berechnen:

Autor: Shelestov I.P.

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