Labornetzteil aus einem Nadeldrucker, 220/24, 5 Volt 1,5 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Ein Gerät, das in jeder Heimfunk-Amateurwerkstatt unbedingt vorhanden sein sollte, ist natürlich ein Labornetzteil. Der Name „Labor“ impliziert die Fähigkeit, seine Ausgangsspannung in einem ziemlich weiten Bereich zu regulieren, die Fähigkeit, den eingestellten Spannungswert mit ausreichender Genauigkeit aufrechtzuerhalten, damit das Gerät mit seiner Hilfe eingestellt werden kann, und das Vorhandensein eines elektronischen Schutzes, der den Ausfall beider verhindern kann das mit Strom versorgte Gerät und das mit Strom versorgte Gerät bei Überlastung oder im Notfall. und die Quelle selbst usw. Die Aufgabe der Herstellung einer Laboreinheit wird vereinfacht, wenn wir als Grundlage eine funktionierende Stromquelle eines bereits vorhandenen Haushaltsgeräts verwenden ausgedient hat oder veraltet ist. Im unten veröffentlichten Artikel teilt der Autor seine Erfahrungen bei der Herstellung eines Labornetzteils auf Basis eines Spannungsreglers für einen Nadeldrucker.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die elektronische Technologie so schnell weiterentwickelt, dass die Geräte viel früher veraltet sind, als dass sie ausfallen. In der Regel werden veraltete Geräte abgeschrieben und gelangen, wenn sie in die Hände von Funkamateuren gelangen, zu einer Quelle für Funkkomponenten.

Ein Teil der Knoten dieser Ausrüstung kann durchaus verwendet werden.

Bei einem meiner Besuche auf dem Radiomarkt gelang es mir, mehrere Leiterplatten aus ausgemusterten Geräten fast umsonst zu kaufen (Abb. 1).

Reis. 1. Leiterplatten aus stillgelegten Geräten

Eine der Platinen enthielt auch einen Leistungstransformator. Nach einer Recherche im Internet konnten wir (vermutlich) feststellen, dass alle Platinen von EPSON-Nadeldruckern stammten. Neben vielen nützlichen Teilen verfügt das Board über eine gute Dual-Channel-Stromversorgung.

Und wenn die Platine nicht für andere Zwecke verwendet werden soll, kann auf ihrer Basis ein regelbares Labornetzteil aufgebaut werden. Wie das geht, wird im Folgenden beschrieben.

Das Netzteil enthält die Kanäle +24 V und +5 V. Der erste ist nach der Schaltung eines Step-Down-Pulsweitenstabilisators aufgebaut und für einen Laststrom von ca. 1,5 A ausgelegt. Bei Überschreiten dieses Wertes erfolgt der Schutz wird ausgelöst und die Spannung am Ausgang des Stabilisators fällt stark ab (Kurzschlussstrom - ca. 0,35 A). Eine ungefähre Kanallastcharakteristik ist in Abb. dargestellt. 2 (schwarze Kurve). Der +5-V-Kanal ist ebenfalls nach einer Impulsstabilisatorschaltung aufgebaut, jedoch im Gegensatz zum +24-V-Kanal nach der sogenannten Relaisschaltung. Dieser Stabilisator wird vom Ausgang des +24-V-Kanals gespeist (für den Betrieb mit einer Spannungsquelle von mindestens 15 V ausgelegt) und verfügt über keinen Stromschutz, sodass der Ausgang kurzgeschlossen wird (was im Amateurbereich nicht ungewöhnlich ist). Radiopraxis), kann es fehlschlagen. Und obwohl der Stabilisatorstrom im +24-V-Kanal begrenzt ist, erwärmt sich der Schlüsseltransistor bei einem Kurzschluss in etwa einer Sekunde auf eine kritische Temperatur.

Reis. 2. Kanallastkennlinie

Reis. 3. Spannungsreglerschaltung (zum Vergrößern anklicken)

Die +24-V-Spannungsstabilisierungsschaltung ist in Abb. dargestellt. 3 (Buchstabenbezeichnungen und Nummerierung der Elemente entsprechen denen auf der Leiterplatte). Betrachten wir die Funktionsweise einiger seiner Komponenten, die über Funktionen verfügen oder für die Änderung relevant sind. Ein Leistungsschalter ist auf den Transistoren Q1 und Q2 aufgebaut. Der Widerstand R1 dient dazu, die Verlustleistung am Transistor Q1 zu reduzieren. Auf dem Transistor Q4 ist ein parametrischer Spannungsstabilisator für die Versorgungsspannung des Hauptoszillators aufgebaut, der auf einer auf der Platine mit 3A bezeichneten Mikroschaltung (wir werden sie weiter als DA1 betrachten) hergestellt wird. Diese Mikroschaltung ist ein vollständiges Analogon des berühmten TL494 [1] für Computer-Netzteile. Über den Betrieb in verschiedenen Modi wurde schon viel geschrieben, daher werden wir uns nur auf einige Schaltkreise konzentrieren.

Die Stabilisierung der Ausgangsspannung erfolgt wie folgt: Eine Referenzspannung von der internen Quelle der Mikroschaltung (Pin 1) wird über den Widerstand R2 einem der Eingänge des eingebauten Komparators 1 (Pin 6 DA14) zugeführt. Der andere Eingang (Pin 1) empfängt die Ausgangsspannung des Stabilisators über einen Widerstandsteiler R16R12, und der untere Zweig des Teilers ist mit der Referenzspannungsquelle des Stromschutzkomparators (Pin 15 DA1) verbunden. Solange die Spannung an Pin 1 von DA1 kleiner ist als an Pin 2, ist der Schalter an den Transistoren Q1 und Q2 geöffnet. Sobald die Spannung an Pin 1 größer wird als an Pin 2, schließt der Schalter. Natürlich wird der Schlüsselsteuerungsprozess durch den Betrieb des Hauptoszillators der Mikroschaltung bestimmt.

Der Stromschutz funktioniert ähnlich, mit der Ausnahme, dass der Laststrom von der Ausgangsspannung beeinflusst wird. Der Stromsensor ist Widerstand R2. Werfen wir einen genaueren Blick auf den aktuellen Schutz. Die Referenzspannung wird dem invertierenden Eingang des Komparators 2 (Pin 15 DA1) zugeführt. An seiner Entstehung sind die Widerstände R7, R11 sowie R16, R12 beteiligt. Solange der Laststrom den Maximalwert nicht überschreitet, wird die Spannung an Pin 15 von DA1 durch den Teiler R11R12R16 bestimmt. Der Widerstand R7 ist relativ hochohmig und hat nahezu keinen Einfluss auf die Referenzspannung. Bei Überlastung fällt die Ausgangsspannung stark ab. Gleichzeitig sinkt auch die Referenzspannung, was zu einem weiteren Absinken des Stroms führt. Die Ausgangsspannung sinkt nahezu auf Null und da nun die in Reihe geschalteten Widerstände R16, R12 über den Lastwiderstand parallel zu R11 geschaltet sind, sinkt auch die Referenzspannung und damit der Ausgangsstrom stark ab. Dadurch entsteht die Belastungskennlinie des +24-V-Stabilisators.

Die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung (II) des Abwärtstransformators T1 muss mindestens 29 V bei einem Strom von bis zu 1,4 A betragen.

Der +5-V-Spannungsregler besteht aus dem Transistor Q6 und einem integrierten Stabilisator 78L05, der auf der Platine als SR1 bezeichnet wird. Eine Beschreibung eines ähnlichen Stabilisators und seiner Funktionsweise findet sich in [2]. Die Widerstände R31, R37 und der Kondensator C26 bilden eine PIC-Schaltung zur Bildung steiler Impulsfronten.

Um eine Stromquelle in einem Laborgerät zu verwenden, müssen Sie den Bereich, auf dem sich die Stabilisatorteile befinden (in Abb. 1 durch helle Linien getrennt), aus der Leiterplatte ausschneiden. Um die Ausgangsspannung des +24 V-Stabilisators regeln zu können, sollte dieser leicht modifiziert werden. Zuerst müssen Sie den +5-V-Stabilisatoreingang trennen, dazu müssen Sie den Widerstand R18 ablöten und den gedruckten Leiter durchtrennen, der zum Emitteranschluss des Transistors Q6 führt. Wenn die +5-V-Quelle nicht benötigt wird, können ihre Teile entfernt werden. Als nächstes sollten Sie den Widerstand R16 ablöten und stattdessen einen variablen Widerstand R16' (wie andere neue Elemente ist er im Diagramm mit dicken Linien dargestellt) mit einem Nennwiderstand von 68 kOhm anschließen.

Dann müssen Sie den Widerstand R12 ablöten und ihn auf der Rückseite der Platine zwischen Pin 1 von DA1 und dem Minuspol des Kondensators C1 anlöten. Jetzt kann die Ausgangsspannung des Gerätes von 5 auf 25 V geändert werden.

Sie können die untere Steuergrenze auf etwa 2 V senken, indem Sie die Schwellenspannung an Pin 2 von DA1 ändern. Entfernen Sie dazu den Widerstand R6 und legen Sie Spannung an Pin 2 von DA1 (ca. 2 V) vom Trimmwiderstand R6' mit einem Widerstand von 100 kOhm an, wie im Diagramm links (gegenüber dem vorherigen R6) dargestellt. Dieser Widerstand kann von der Teileseite direkt an die entsprechenden Pins der Mikroschaltung gelötet werden. Es gibt noch eine andere Möglichkeit: Löten Sie anstelle des Widerstands R6 R6'' mit einem Nennwert von 100 kOhm und löten Sie zwischen Pin 2 des DA1-Chips und dem gemeinsamen Draht einen weiteren Widerstand – R6'' mit einem Nennwert von 36 kOhm .

Nach diesen Änderungen sollte der Stabilisatorschutzstrom geändert werden. Nachdem Sie den Widerstand R11 entfernt haben, löten Sie an seiner Stelle den variablen R11' mit einem Nennwiderstand von 3 kOhm mit dem an den Motorkreis angeschlossenen Widerstand R11''. Zur schnellen Einstellung des Schutzstroms (von ca. 11 mA bis maximal 30 A) kann die Widerstandsrolle R1,5‘ auf der Frontplatte angezeigt werden. Mit diesem Einschalten ändert sich auch die Belastungscharakteristik des Stabilisators: Wird nun der Laststrom überschritten, geht der Stabilisator in seinen Begrenzungsmodus (blaue Linie in Abb. 2). Wenn die Länge des Drahtes, der den Widerstand R11' mit der Platine verbindet, mehr als 100 mm beträgt, empfiehlt es sich, parallel dazu einen Kondensator mit einer Kapazität von 0,01 μF auf die Platine zu löten. Es empfiehlt sich außerdem, den Transistor Q1 mit einem kleinen Kühlkörper zu versehen. Eine Ansicht der modifizierten Platine mit Einstellwiderständen ist in Abb. dargestellt. 4.

Reis. 4. Ansicht der modifizierten Platine mit Steuerwiderständen

Ein solches Netzteil kann mit einer Last betrieben werden, bei der Spannungswelligkeiten unkritisch sind, die bei maximalem Laststrom 100 mV überschreiten können.

Der Welligkeitspegel kann durch Hinzufügen eines einfachen Kompensationsstabilisators erheblich reduziert werden, dessen Diagramm in Abb. dargestellt ist. 5. Der Stabilisator basiert auf der weit verbreiteten Mikroschaltung TL431 (sein inländisches Analogon ist KR142EN19). Das Regelelement ist auf den Transistoren VT2 und VT3 aufgebaut. Der Widerstand R4 erfüllt hier die gleiche Funktion wie R1 in einem Schaltregler (siehe Abb. 3). Der Transistor VT1 enthält eine Rückkopplungseinheit, die auf dem Spannungsabfall am Widerstand R2 basiert. Der Kollektor-Emitter-Abschnitt dieses Transistors muss anstelle des Widerstands R16 in der Schaltung in Abb. angeschlossen werden. 3 (natürlich wird der variable Widerstand r16' in diesem Fall nicht benötigt). Dieser Knoten funktioniert wie folgt. Sobald die Spannung am Widerstand R2 etwa 0,6 V überschreitet, öffnet der Transistor VT1, was dazu führt, dass der Komparatorchip DA1 im Impulsstabilisator schaltet und damit den Schalter an den Transistoren Q1, Q2 schließt. Die Ausgangsspannung des Schaltstabilisators sinkt. Somit wird die Spannung an diesem Widerstand auf einem Niveau von etwa 0,65 V gehalten. In diesem Fall ist der Spannungsabfall am Regelelement VT2VT3 gleich der Summe des Spannungsabfalls am Widerstand R2 und der Spannung am Emitterübergang des Transistors VT3, also ca. 1,25...1,5 V je nach Laststrom.

Reis. 5. Schema des Ausgleichsstabilisators

In dieser Form ist das Netzteil in der Lage, bei einer Spannung von bis zu 1,5 V einen Strom von bis zu 24 A an die Last zu liefern, wobei die Welligkeit mehrere Millivolt nicht überschreitet. Es ist zu beachten, dass beim Auslösen des Stromschutzes die Welligkeit zunimmt, da der Mikrokreis DA1 des Kompensationsstabilisators schließt und das Steuerelement vollständig geöffnet ist.

Eine Leiterplatte für diesen Stabilisator wurde nicht entwickelt. Der Transistor VT3 muss einen statischen Stromübertragungskoeffizienten h haben_21E mindestens 300 und VT2 - mindestens 100. Letzterer muss auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von mindestens 10 cm installiert werden².

Um ein Netzteil mit diesem Zusatz einzurichten, müssen die Ausgangsteilerwiderstände R5-R7 ausgewählt werden. Wenn das Gerät selbsterregt ist, können Sie die Emitterverbindung des Transistors VT1 mit einem Kondensator mit einer Kapazität von 0,047 μF umgehen.

Ein paar Worte zum +5-V-Kanalstabilisator. Er kann als zusätzliche Quelle verwendet werden, wenn der Transformator T1 über eine zusätzliche 16...22-V-Wicklung verfügt. In diesem Fall benötigen Sie einen weiteren Gleichrichter mit Siebkondensator. Da dieser Stabilisator über keinen Schutz verfügt, muss die Last über eine zusätzliche Schutzvorrichtung an ihn angeschlossen werden, die beispielsweise in [3] beschrieben ist und deren Strom auf 0,5 A begrenzt.

Der Artikel beschreibt die einfachste Modifikationsmöglichkeit, Sie können die Eigenschaften der Quelle jedoch weiter verbessern, indem Sie den Kompensationsstabilisator durch einen eigenen einstellbaren Stromschutz ergänzen, beispielsweise an einem Operationsverstärker, wie es in [4] durchgeführt wurde.

Literatur

1. Alexandrov R. Schaltungsentwurf von Netzteilen für Personalcomputer. – Radio, 2002, Nr. 6, S. 22, 23.
2. Shcherbina A., Blagiy S., Ivanov V. Anwendung von Mikroschaltungsstabilisatoren der Serien 142, K142, KR142. – Radio, 1991, Nr. 5, S. 68-70.
3. Alexandrov I. Elektronische Sicherung. - Radio, 2000, Nr. 2, p. 54.
4. Vysochansky P. Einfaches Labornetzteil 1.20 V mit einstellbarem Stromschutz. – Radio, 2006, Nr. 9, S. 37.

Autor: E. Gerasimov

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