Регулируемый блок питания с защитой от превышения тока нагрузки

В статье описывается простой блок питания на трех микросхемах — К157ХП2, LM358N, К142ЕН19 и транзисторе КТ827А. Выходное напряжение можно регулировать в пределах от 1,3В до 24В, при этом номинальный ток нагрузки равен 3А. Схема стабилизатора блока питания имеет защиту от превышения тока нагрузки.

Схема блока питания показана на рисунке 1.

В качестве сетевого трансформатора применен трансформатор от старых телевизоров ТС-180.

ТС 180 Datasheet PDF

С трансформатора сматываются все вторичные обмотки, оставляют только первичную. Наматывают новую вторичную обмотку, состоящую из 180 витков обмоточного провода диаметром 1,5мм. По 90 витков на каждой катушке трансформатора. При этом выходное переменное напряжение на выходе трансформатора в режиме ХХ должно быть примерно 22 вольта. Превышать этот уровень не следует, так как после выпрямления диодами VD1 и VD2 и фильтрации конденсатором С3, состоящего из трех конденсаторов по 2200,0×50В, значение этого напряжения будет уже равно его амплитудному значению 32 вольта, а это предел напряжения питания микросхемы DA1 LM358N.

LM358N Datasheet PDF

Схема выпрямителя двухполупериодная со средней точкой. Заметьте, что средняя точка соединена с общим проводом через резистор R1, являющий датчиком тока для схемы защиты от короткого замыкания.

В качестве регулирующего транзистора применен отечественный биполярный составной n-p-n транзистор КТ827А

КТ827 Datasheet PDF

Работа схемы

Стабилизатор напряжения блока питания реализован на операционном усилителе микросхемы DA1.2, являющимся усилителем ошибки. Опорное напряжение для этого усилителя берется с микросхемы стабилизатора напряжения DA3 К157ХП2, имеющей внутренний термостабильный источник опорного напряжения (ИОН) 1,3 В. Выводы этого стабилизатора скоммутированы на минимальное выходное напряжение, т.е. 1,3В. Отсюда и минимальное выходное напряжение блока питания, ему равное.

К157ХП2 Datasheet PDF

На инвертирующий вход DA1.2 подается часть выходного напряжения блока питания через резистивный делитель R10 и R11. От величины резистора R11 зависит максимальное выходное напряжение БП. Если вам нужно другое максимальное напряжение, то его можно вычислить по формуле приведенной ниже. Допустим нам нужно на выходе максимальное напряжение 12 вольт. Переменное сопротивление оставляем с величиной 1,5 кОм. Опорное напряжение у нас 1,3 В. Вычисляем R10.

С выхода усилителя ошибки сигнал поступает через ограничивающий резистор R9 на базу управляющего транзистора VT1. В сбалансированном режиме схемы напряжение на движке переменного резистора R10 всегда будет равно напряжению ИОН. «Шаг влево, шаг вправо» этого напряжения будет вызывать соответствующую реакцию усилителя ошибки. Допустим, по какой-то причине просело напряжение на выходе БП, уменьшилось напряжение и на инвертирующем входе DA1.2 относительно напряжения ИОН 1,3В. Значит, увеличится выходное напряжение ОУ и соответственно на базе транзистора VT1. Транзистор приоткроется до такого состояния, при котором напряжение на движке R10 сравняется с 1,3В. Если напряжение на выводе 2 будет больше 1,3 вольта, то транзистор VT1 будет закрываться. Я это к чему. Что если вообще выключить опорное напряжение на выводе 3, то регулирующий транзистор полностью закроется. А на этом и построена схема защиты от превышения тока нагрузки.

Микросхема DA3 имеет вывод Вкл\Выкл – 9. Если на его подать напряжение больше 2 вольт, то стабилизатор этой микросхемы начинает работать в штатном режиме, если это напряжение снять, то стабилизатор выключается, что мне очень нравится, полностью, выходное напряжение практически равно нолю. А теперь рассмотрим полный алгоритм работы схемы защиты. Допустим нам надо огранить ток нагрузки на уровне 3А. Протекая через резистор R1, этот ток вызовет на нем падение напряжения U=IxR =3×0,05=0,15B. Это напряжение усилится ОУ DA1.1 до уровня, в нашем случае, равном 5В. Что бы получить такое напряжение, надо, чтобы Кус этого усилителя был равен 5B/0,15И = 33,33 (3). А Кус зависит от соотношения величин резисторов R2 и R4. Кус = R4/R2, 4700/100 = 47. Естественно величину резистора R4 надо уменьшить до 3300Ом. С выхода усилителя напряжения датчика тока сигнал подается на делитель напряжения 1:2 – R5 и R6. В конечном итоге на вход компаратора, роль которого выполняет параллельный стабилизатор напряжения DA2 К142ЕН19 с напряжение ИОН, равному 2,5 вольта, подается сигнал величиной два с половиной вольта. Если ток нагрузки увеличится, то увеличится и напряжение на входе 1 микросхемы DA2 относительно напряжения ИОН, а это приведет к открыванию внутреннего транзистора данной микросхемы, возникнет ток, протекающий от плюсовой шины через резистор R7, светодиод оптрона U1, К-Э внутреннего транзистора DA2, общий провод. Светодиод засветится, тиристор оптрона откроется и зашунтирует вывод 9 DA3 на общий провод. Стабилизатор DA3 выключится, пропадет напряжение на выводе 3 микросхемы DA1.2, и наконец-то закроется транзистор VT1. Напряжение на выходе БП упадет практически до нуля. Для возвращения схемы после устранения перегрузки в рабочее состояние достаточно нажать и отпустить кнопку SB1. Имейте ввиду, что время срабатывания защиты очень маленькое. Поэтому могут быть проблемы с подключением емкостных нагрузок, Если время заряда емкости нагрузки будет больше времени срабатывания защиты, то защита постоянно будет такую нагрузку отключать.

На этом все. Успехов. К.В.Ю.

Скачать статью

Цоколевка оптрона АОУ103

Возникли вопросы по распиновке данного оптрона. Вот два варианта ее из двух разных справочников. Так что лучше проверить цоколевку вашего оптрона тестером.