В статье будет рассмотрена схема несложного, регулируемого блока питания со стабилизированным выходным напряжением и имеющим защиту от превышения тока нагрузки. Вся информация выводится на светодиодный индикатор.

Схема устройства измерения и индикации показана на рисунке 1.

Схема самого стабилизатора с сетевым трансформатором показана на рисунке 2.

Вообще это половина двухполярного блока питания, внешний вид, которого показан на фото 1. Это экспериментальный вариант одной из разработок блока питания для радиокружка, для юных «радиогубителей».

Поэтому в этом устройстве стабилизаторы одинаковые, а схемы защиты и индикации разные. Можно сказать, что здесь в одном корпусе два блока питания, не имеющие гальванической связи, т.е. они не имеют общей «земли». Если поставить перемычку на клеммы 1 и 2, то на верхних клеммах мы получим сумму выходных напряжений обоих стабилизаторов. А если общим проводом назначить перемычку, то получим двухполярный блок питания – ±14В. Пока рассмотрим правый блок питания со светодиодными индикаторами.

После подачи напряжения сети на первичную обмотку сетевого трансформатора, на его вторичной обмотке появится напряжение порядка 15 вольт. После выпрямления и фильтрации постоянное напряжение на конденсаторе С1 уже будет равно амплитудному значению выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, это где то 23 вольта. Это напряжение через контакт 3 разъема Х1 подается на схему измерения и индикации, где запитывает микросхему DA1 и DA2. Микросхема DA2 является стабилизатором напряжения питания +5 вольт микроконтроллера PIC16F873A. При появлении этого напряжения запускается программа, записанная в данный контроллер. И при первом включении, первым делом, проверяет положение ручки регулятора R5, с помощью которого устанавливается необходимая величина тока защиты. Если при включении блока питания эта ручка не была на «0»(в нижнем положении по схеме), то на среднем индикаторе вы увидите три тире. Смотрим фото ниже.

В этом случае микроконтроллер не даст сигнал на включение стабилизатора. Этот сигнал снимается с вывода 6 – RA4 микроконтроллера и через контакт 4 разъема Х1, диод VD2 и ограничительный резистор R1 схемы стабилизатора подается на вывод 9 включения микросхемы К157ХП2. Для включения стабилизатора необходимо вывести регулятор тока защиты в «0». После этого включится стабилизатор и индикация. На верхнем индикаторе будет индицироваться ток нагрузки, на среднем – выставленный вами уровень тока отсечки защиты, на нижнем индикаторе отображается выходное напряжение. Выходное напряжение блока питания выставляется с помощью переменного резистора R4 рисунок 2. После включения стабилизатора, в процессе работы с блоком питания, с помощью переменного резистора R5 – «Ток защиты», можно будет оперативно выключать и включать стабилизатор, выводя его в ноль и обратно до нужного тока защиты. При этом в выключенном состоянии напряжение на выходе блока питания будет практически равно нулю, в моем случае оно было на уровне +0,017В. На микросхеме DA1.1 и транзисторе VT1, рисунок 1, реализован преобразователь ток – напряжение. Датчиком тока служит резистор R3 – рисунок 2. Коэффициент передачи данного преобразователя можно приближенного рассчитать следующим образом – R5 (рис.2)умножаем на R2 (рис.1), делим на R1 (рис.1) и умножаем на ток нагрузки. В итоге получаем напряжение на R2 — выходе преобразователя соответствующее определенному току нагрузки. Выбирая соответствующим образом величины этих резисторов. Мы можем выбрать любой нужный нам коэффициент передачи.

На ОУ микросхемы DA1.2 собран компаратор напряжений – схема защиты от превышения тока нагрузки. На инвертирующий вход ОУ – вывод 6 DA1.2 подается опорное напряжение с резистора установки тока защиты R5, это же напряжение подается на один из входов АЦП — вывод 3 RA1 DD1. После оцифровки значение этого напряжения (значение тока защиты) выводится на индикатор. На неинвертирующий вход, вывод 5 DA1.2 подается напряжение с преобразователя ток-напряжение, соответствующее определенному току нагрузки. При работе блока питания в штатном режиме напряжение на выходе преобразователя меньше, чем напряжение опорное. И на выходе DA1.2 напряжение практически равно нолю. Как только напряжение на выходе преобразователя станет больше напряжения опорного, сработает компаратор и на его выходе появится напряжение близкое к напряжению питания микросхемы DA1. Чтобы согласовать уровень выходного сигнала микросхемы DA1.2 с входом микроконтроллера, в схему введен параметрический стабилизатор, реализованный на резисторе R10 и стабилитроне VD3, снижающий величину сигнала перегрузки до пяти вольт. Подпрограмма защиты по току микроконтроллера реализована на прерывании. Т.е. при появлении сигнала на выводе 21 RB0 DD1 контроллер прерывает исполнение основной программы и выполняет подпрограмму прерывания. Сразу же выключает стабилизатор — сбрасывает «1» включения стабилизатора на «0» на выводе 6 DD1. Гасит верхний и нижний индикаторы. А на среднем, выводит три английские буквы Р. В этом случае, на выходе напряжение будет практически равно нолю. Смотрим фото ниже.

В рабочее состояние блок питания возвращается опять же сбросом резистора R5 до нуля и выставлением необходимого уровня тока защиты.

Теперь немного о нюансах работы схемы. Вкратце. У микросхемы К157ХП2 есть собственная защита от превышения максимального тока нагрузки. Так, вот. Если вы устроите КЗ выходу блока питания, то первой, иногда, в определенных режимах, может сработать, как раз внутренняя схема защиты микросхемы, так как ее быстродействие выше, и ограничит напряжение на выходе на уровне, примерно 0,6 вольта и ток КЗ при этом зафиксируется на уровне 1А. Еще один нюанс, величина остаточного выходного напряжения и ток короткого замыкания зависят от длины проводов от БП до КЗ. Можно конечно увеличить быстродействие и нашей защиты, убрав конденсатор фильтра С3 рисунок 1, но тогда могут появиться проблемы с подключением емкостной нагрузки. Ток заряда постоянно будет уводить БП в перегрузку, возможен «дребезг» младшего разряда индикатора тока из-за всевозможных помех и наводок, так как ОУ DA1.1 работает с большим коэффициентом усиления.

Сетевой трансформатор – перемотанный трансформатор от ТВ – ТС180. Вы можете пересчитать обмотки трансформатора и на другое выходное напряжение блока питания, но не забывайте, что максимальное напряжение питания LM358 – всего 32 вольта. Отсюда напряжение вторичной обмотки должно быть не более 32В/1,41 ≈ 22В. Емкость конденсатора фильтра С1 рис.2 выбирается из соображения 2000 микрофарад на один ампер тока нагрузки. Диодный мост – любой соответствующий вашему току потребления, умноженному на два. Индикаторы любые с общим катодом. Микроконтроллер можно заменить, без каких либо изменений, на PIC16F876A.

Да, выходное сопротивление моего БП при напряжении выхода 14 вольт и токе нагрузки 3 ампера равно 1 миллиОм.

Успехов. К.В.Ю.