Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор тока для лабораторного блока питания

Инженерные решения

Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением позволяет подключать нагрузку с током потребления до 1,6 А. Выходное напряжение постоянного тока может быть от 1 до 9 В. Устройство имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки, а также защиту от повышенного напряжения сети переменного тока 220 В.

При конструировании этого БП была поставлена задача создать малогабаритный экономичный регулируемый блок питания с линейным стабилизатором напряжения, который бы по своим параметрам и надежности превосходил имеющиеся в свободной продаже аналогичные промышленные изделия. Конструкцию удалось разместить в пластмассовой коробке размерами 110х80х75 мм, в качестве которой применена обычная мыльница (см фото).

Принципиальная схема показана на рис.1 (см. прикрепленные данные). Работает устройство следующим образом. Напряжение сети переменного тока через плавкий предохранитель FU1 поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1. Пониженное до 9 В напряжение переменного тока снимается с одной из вторичных обмоток трансформатора и через один из полимерных самовосстанавливающихся предохранителей FU2 или FU3 поступает на мостовой выпрямитель на диодах Шотки VD2–VD5. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются оксидным конденсатором большой емкости C5, после чего напряжение поступает на компенсационный стабилизатор напряжения, реализованный целиком на дискретных компонентах, т.е. без применения микросхем. Тут надо заметить, что, по убеждению автора, конструкции на микросхемах преходящи, тогда как конструкции на транзисторах вечны, т.е. можно будет и через 100 лет, достав с дальней полки журнал или книгу, или компакт-диск, повторить схему на транзисторах, тогда как использовавшиеся в древности интегральные микросхемы будет уже не найти.

Регулируемый компенсационный стабилизатор реализован по гибридной технологии – на полевом и биполярных транзисторах. Его отличительная особенность – очень малое минимальное напряжение между входом и выходом, которое при испытании этого стабилизатора током нагрузки 2 А, не превышало 60 мВ. Это в десятки раз меньше, чем у компенсационных стабилизаторов традиционного типа, например, серии КР142ЕНxx, и значительно меньше, чем у специальных ИМС линейных стабилизаторов напряжения с малым минимальным напряжением между входом и выходом.

Выпрямленное напряжение постоянного тока поступает на исток мощного полевого МДП транзистора VT2. Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым напряжением открывания затвор-исток значительно легче, чем p-канальный, то этот транзистор пришлось установить в минусовую цепь, что для лабораторного БП не имеет значения. Открывающее напряжение поступает на вывод затвора этого транзистора через резистор R4, подключенного к общему плюсу цепи питания. Такой способ управления полевым транзистором в компенсационном стабилизаторе не требует принятия специальных мер для запуска стабилизатора, что значительно упрощает конструкцию.

Работает компенсационный стабилизатор следующим образом. При увеличении входного напряжения или уменьшении тока нагрузки выходное напряжение также стремится увеличиться. Это приводит к тому, что транзистор VT3 открывается сильнее, следовательно, сильнее будет открываться и транзистор VT1, который, шунтируя цепь затвор-исток VT2, понижает открывающее VT2 напряжение. При этом сопротивление канала сток-исток VT2 увеличивается, выходное напряжение стабилизатора понижается. Регулировку выходного напряжения выполняют переменным резистором R9.

Стабилитрон VD6 с напряжением стабилизации около 8,2 В защищает полевой транзистор от повреждения. Переключателем SB2 можно выбрать диапазон выходных напряжений 1…4 В или 2,3…9 В. При разомкнутых контактах SB2 в качестве источника опорного напряжения работает светодиод HL4 красного цвета свечения, выходное напряжение можно установить в пределах 2,3…9 В. При замыкании контактов SB2 источником опорного напряжения станет кремниевый диод VD7, а выходное напряжение можно будет установить от 1 до 4 В.

Следует заметить, что конструкций лабораторных блоков питания с минимальным выходным напряжением от 1 В относительно немного. Вольтметр выходного напряжения выполнен на стрелочном микроамперметре PV1. С помощью переключателя SB1 можно выбрать ток срабатывания защиты. Светодиод HL3 зеленого цвета свечения сигнализирует о срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя. Варистор RU1 защищает понижающий трансформатор от перенапряжения в питающей сети 220 В/50 Гц. Сверхъяркие светодиоды HL1 и HL2 синего цвета свечения индицируют включение блока питания в сеть, а также подсвечивают шкалу вольтметра.

Конструкция и детали

Вид на монтаж устройства показан на рис.2. Постоянные резисторы можно применить малогабаритные любого типа, например, С1-4, МЛТ, С2-23 соответствующей мощности. Подстроечный резистор R7 – любой малогабаритный, желательно герметичной конструкции. В качестве переменного резистора R9 применен подстроечный СП4-1 в полугерметичном корпусе. Хорошую стабильность выходного напряжения можно получить и с другими аналогичными резисторами, например, СП3-9б, СП4-2М, СПО-1 или малогабаритными проволочными ППБ-1А, ППБ-3А. Варистор можно заменить FNR-10K471, FNR-14K471, FNR-20K431, TNR10G471. Оксидные конденсаторы импортные аналоги К50-35, остальные – К10-17, К10-50, КМ-5. Диоды 1N4148 можно заменить 1N914 или любыми из серий КД510, КД521, КД522. Мощные диоды Шотки 1N5822 можно заменить трехамперными SB360, MBRS360T3, MBRD350, MBR340 и другими аналогичными. Упомянутые типы диодов Шотки выполнены в различных корпусах. Вместо стабилитрона 1N4738A подойдут BZV55C-8V2, TZMC-8V2, 2С182К1, 2С182Х, 2С182Ц.

Читайте так же:
Параметрический стабилизатор тока схема включения

Светодиоды можно применить любых типов, например, серий КИПД21, КИПД40, КИПД66, L-1503. Вместо транзистора КТ3102В можно установить любой из серий КТ3102, КТ6111, SS9014, ВС547. Вместо КТ3107Б подойдет любой из КТ3107, КТ6112, SS9015, BC556. Транзисторы разных серий имеют различия в цоколевке. В качестве транзистора VT2 применен мощный n-канальный полевой транзистор с изолированным затвором типа IRL2505N. Транзистор этого типа управляется напряжением логического уровня, имеет сопротивление открытого канала 0,008 Ом, максимальный ток при температуре 25°С 104 А в течение 1 мс, максимальное напряжение сток-исток 55 В, выполнен в металлопластмассовом корпусе TO-220. В этой конструкции его можно заменить, например, IRL3705N, IRLZ44. Полевой транзистор устанавливают на теплоотвод. При монтаже полевого транзистора необходимо принимать соответствующие меры для защиты его от пробоя статическим электричеством. Цоколевка упомянутых типов полевых транзисторов стандартная – затвор-сток-исток.

Микроамперметр использован миниатюрный от индикатора уровня записи/воспроизведения из старого отечественного магнитофона. Переключатели – П2К, с фиксацией положения, свободные группы контактов соединены параллельно. На месте понижающего трансформатора использован трансформатор типа ТПП-224М из источника питания советского компьютера «Электроника МС». Трансформатор имеет две вторичные обмотки, рассчитанные на разный ток. Менее слаботочная обмотка с выходным напряжением «холостого хода» около 5,5 В использована для питания светодиодов подсветки. Выпрямитель подключен к вторичной обмотке с выводами 6, 7. С таким трансформатором блок питания способен выдавать напряжение до 6,5 В при токе нагрузки 1,6 А и до 9…10 В при токе нагрузки 0,5 А. В качестве трансформатора можно применить унифицированный типа ТПП115-6 или ТПП114-6.

Безошибочно собранный из исправных деталей блок питания начинает работать сразу. Его настройка заключается в градуировке вольтметра подбором резистора R11 и в установке подстроечным резистором R7 диапазона регулировки выходных напряжений.

Использованный в этом лабораторном блоке питания стабилизатор напряжения при незначительной модификации можно применять в блоках питания, рассчитанных на ток нагрузки 10…15 А. Для этого необходимо установить параллельно C5 еще два таких же конденсатора, диоды Шотки использовать на соответствующий ток, например, на 16 А типа MBR1645, закрепленные на теплоотводы. Разумеется, что все сильноточные соединения должны быть выполнены «толстыми» проводами сечением не менее 1,5…2 мм 2 , а понижающий трансформатор должен быть соответствующей габаритной мощности с сильноточной вторичной обмоткой.

—> —>

Описываемый в статье лабораторный источник питания обеспечивает стабилизацию как тока, так и напряжения. Его сердцем является электронный стабилизатор — именно он отвечает за все выходные параметры устройства. При сравнительной простоте устройства стабилизатор имеет неплохие параметры, очень прост в использовании. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока — до 1,5. 2 Ампер — удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4, имеющего большую крутизну характеристики (100. 150 мА/В).
Основные технические характеристики лабораторного блока питания
В режиме стабилизации напряжения:
Выходное напряжение при токе нагрузки 1,5 Ампер. 4. 12 Вольт
Коэффициент стабилизации. 500. 1000
Напряжение пульсаций при токе нагрузки 1,5 Ампер, не более. 5 милливольт
Выходное сопротивление. 0,05 Ом
В режиме стабилизации тока:
Выходной ток. 0,05. 2 Ампер
Выходное сопротивление, кОм, не менее. 1
Напряжение пульсаций при нагрузке 5 Ом при токе 1,5 Ампер. 5 милливольт

Всем известно чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал большой выходной ток, необходимо подавать на затвор открывающее напряжение в пределах 10. 20 вольт. По этой причине в блоке предусмотрены два источника на напряжение 20 вольт. Один из них — мощный на диодах VD3, VD4 — служит источником нагрузочного тока, а второй — маломощный на диодах VD1, VD2 — питает управляющий элемент. Источники питаются каждый от половины вторичной обмотки сетевого понижающего трансформатора Т1. В стабилизатор напряжения входят, кроме регулирующего (VT4) и управляющего (VT2) транзисторов, измерительный элемент на резисторах R9 — R11 и конденсаторе СЗ и источник образцового напряжения — параметрический стабилизатор на транзисторе VT5 и стабилитроне VD8. Выходное напряжение регулируют переменным резистором R10.

Читайте так же:
Регулировка напряжения тока в стабилизаторах напряжения

Стабилизатор тока состоит из источника образцового напряжения (транзистора VT3 и стабилитрона VD7), датчика тока нагрузки (резистора R6), управляющего элементом (ОУ DA1). Регулирующим элементом стабилизатора тока служит тот же транзистор VT4. На транзисторе VT1, диодах DV5, VD6 и светодиоде HL1 собран узел индикации блока. Стабилизируемый ток регулируется переменным резистором R8. В режиме стабилизации напряжения транзистор VT2 работает в линейном режиме, а ОУ DA1 насыщен и в работе не участвует.

Работает стабилизатор так, когда ток нагрузки меньше установленного значения — блок находится в режиме стабилизации напряжения. На входы ОУ DA1 поступает напряжение, которое складывается из напряжения на резисторе R6 и на нижней по схеме части резистора R8. При этом относительно инвертирующего входа ОУ напряжение на резисторе R6 отрицательное, а на R8 — положительное. Пока ток нагрузки меньше установленного, падение напряжения на резисторе R6 меньше (по модулю), чем на R8, поэтому из-за большого коэффициента усиления ОУ на его выходе будет положительное напряжение, близкое к напряжению на плюсовом выводе питания, т. е. примерно 40 вольт относительно минусового вывода блока.

Регулирующим транзистором VT4 управляет транзистор VT2, поддерживая на заданном уровне выходное напряжение. Напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 будет недостаточным для его открывания, поэтому светодиод HL1 выключен. При увеличении тока нагрузки суммарное напряжение на входах ОУ DA1 уменьшается и, когда оно станет близким к нулю, ОУ выйдет из состояния насыщения и при дальнейшем уменьшении сопротивление нагрузки начнет управлять транзистором VT4, поддерживая постоянным установленное значение выходного тока, выходное напряжение при этом уменьшается, транзистор VT2 закрывается. Транзистор VT1 открывается и включается светодиод, сигнализируя о переходе в режим стабилизации тока.

Блок позволяет получать и меньшее, чем 0,05 Ампер, значение стабилизируемого тока, но в этом случае необходимо обеспечить более плавное регулирование напряжения на не инвертирующем входе ОУ DA1. Это можно, например, сделать включением переменного резистора сопротивлением 470 Ом между нижним по схеме выводом резистора R8 и точкой соединения резистора R6, стабилитрона V07 и стока транзистора VT4. Почти все детали устройства размещают на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Транзистор VT4 смонтирован вне платы на алюминиевом ребристом радиаторе с площадью рассеяния 180. 200 кв.см.

Кроме указанных на схеме, в блоке можно использовать транзисторы КТ361А, КТ361В — КТ361Е, КТ208А—КТ208М, КТ209А—КТ209М (VT1); КТ3102Б (VT2); КП103Г (VT3, VT5). Транзистор VT4 при токе нагрузки до 1. 1.5 Ампер можно заменить на КП901Б. Если же понадобится ток 2. 3 Ампера, то надо или установить «в параллель» второй транзистора КП901А (КП901Б), или же применить один КП904А. Но в последнем случае нижний предел регулировки выходного напряжения поднимется до 5. 6 Вольт.
Диоды VD1, VD2, VD5, VD6 могут быть любыми из серии КД105, а также из серий КД521, КД522, Д220. Диоды VD3. VD4 — КД201А, КД201Б, КД202Б—КД202Р, Д214, Д215, Д242, Д243. Конденсаторы С2 — К50-24, К50-35, С1, СЗ, С4 — К50-20, К50-24, К50-35. Светодиод может быть любым с рабочим током 5. 20 мА. В качестве сетевого можно использовать унифицированный трансформатор ТПП266 или ТПП267, ТПП278. Подойдёт и любой другой трансформатор с магнитопроводом сечением от 5 кв.см и вторичной обмоткой, каждая половина которой выдаёт переменное напряжение 12,5. 14,5 Вольт при токе нагрузки 2 Ампер.

Все детали устройства отечественные, но могут быть заменены импортными ближайшими аналогами:
FU1 — плавкий предохранитель на 0,5 Ампер
SA1 — выключатель сетевой на 220 вольт 3 ампер
T1 — понижающий трансформатор с переменным напряжением на вторичной обмотке 25 — 29 вольт с отводом с середины, Мощность 60 — 100 Ватт.
VT1 — КТ361Б
VT2 — КТ3102Е
VT3 — КП103Б
VT4 — КП901А
VT5 — КП103Б
HL1 — АЛ307Б
DA1 — К140УД6
VD1, VD2, VD5, VD6 — КД105Б
VD7, VD8 — КС133А
C1 — 470 мкФ х 25 вольт
C2 — 4000 мкФ х 25 вольт
C3 — 5 мкФ х 10 вольт
C4 — 10 мкФ х 10 вольт
R1, R9 — 1 кОм
R2, R3, R4 — 10 кОм
R5 — 510 кОм
R6 — 1 Ом
R7 — 15 кОм
R8 — 20 кОм — переменный
R10 — 10 кОм — переменный
R11 — 3,9 кОм

Читайте так же:
Работа стабилизатора переменного тока зависит от

Стабилизатор тока для лабораторного блока питания

Ещё один «кубик» для лабораторного блока питания, на этор раз речь пойдёт о линейном стабилизаторе.

Итак техническое задание:

  1. Стабилизация тока или напряжения.
  2. Минимальные потери на управление.
  3. Легкое масштабирование схемы по мощности.
  4. Минимально возможное падение напряжения на регулирующем транзисторе.
  5. Возможность управления от микроконтроллера.
  6. Питание всей схемы от однополярного источника питания 12в.

Посему быть так:

  1. Мощный проходной транзистор — полевой, Р-канальный.
  2. Источник опорного напряжения — 2,5в.
  3. Питание ОУ через отдельный повышающий преобразователь напряжения иинвертирующий преобразователь.
  4. Сопротивление шунта датчика тока максимум 0.05 ом.

Схема из разряда «проще не бывает» всё прямолинейно и без выкрутасов (по клику — увеличивается):

Чуточку пояснений для тех кто не понял:

Четыре операционных усилителя, A,B,C и D. U1:A и U1:B соответственно сравнивают напряжение и ток между текущими и заданными значениями и обеспечивают непосредственно стабилизацию нужного параметра, U1:D смещает нижнюю точку выходного делителя на напряжение, падающее на шунте датчика тока, т.е. если на шунте падает 150мВ, то нижняя точка делителя выходного напряжения оказывается не на потенциале общего провода, а на потенциале -150мВ, т.е. U1:D это просто инвертор, что позволяет нам скомпенсировтаь напряжение, падающее на шунте. Ну а U1:C — это обычный усилитель напряжения с шунта — датчика тока. Как видите всё просто, понятно и логично.

Силовой проходной транзистор P-канальный IRF4905 согласно даташиту при температуре корпуса 100°С допускает ток 50а (более 70а при 25°С), что при добавлении предварительного ограничителя, ограничивающего падение напряжения сток-исток, позволяет строить практически любые лабораторные источники питания, которые могут понадобиться дома. Кроме этого полевые транзисторы очень хорошо работают в параллельном включениии. На управление таким ключём нужна мизерная мощность в отличие от биполярных транзисторов.ИОН представляет из себя всего три детали: R3, U2 и С8. Управляющий электрод U2 соединён с катодом, соответственно этот источник обеспечивает напряжение 2,5в. Вместо U2 можно применить обычный стабилитрон на 2,5в, но: во-первых, TL431 термостабилизирована, а во-вторых, имеет точность 2% (версия TL431A 1%, версия TL431B 0,5%). C8 уменьшает пульсации, чем больше его ёмкость, тем меньше пульсаций, но тем больше требуется времени, чтобы ИОНвышел на рабочий режим. Номинал резистора R3 зависит от разницы между 2,5в и значением напряжения источника, от которого питается ИОН, в моём случае это 240ом, т.к. я запитал ИОНот дополнительного стабилизатора на . ОУ применён один из самых дешёвых и распространённых TL084DIP14 корпусе), запитан ассиметричным напряжением +15в/-5в. Для правильной работы U1:D необходимо, чтобы R7 и R8 были одинаковы. RV3 позволяет немного подстроить выходной делитель (R5, R6). U1:C это простой усилитель, коэффициент усиления зависит от соотношения номиналов резисторов R9/(R10+RV4) так что сопротивление шунта ограничивается только вашей фантазией. Конденсатор C3 очень важен, он не даёт пойти схеме на расколбас и обеспечивает общую стабильность ОС т.к. скорость реакции ОС то току и напряжению искуственно ничем больше не ограничена.

Немножко математики по схеме:

Усилитель шунта: ИОН имеет значение 2,5в, значит на выходе усилителя шунта при максимальном выходном токе ЛБП должно быть 2,5в, соответственно считаем: Допустим шунт имеет сопротивление 0,05ом (два паралельно по 0,1ом), максимальный ток ЛБП пусть у нас будет , значит при токе на шунте падает (3а*0.05ом)=0,15в, на выходе усилителя (8я ногаОУ) при этом должно быть 2,5в, значит 0.15в надо усилить в 2,5в/0,15в=16,7раз, соответственно соотношение R9/(R10+RV4) должно быть таким же. Если R9=9,1кОм, R10=430ом, RV4=200ом, тоКу будет от 14 до 21 раз (при крайних положениях RV4). При выходном токе и шунте 0.05омнаши потери составят 0,45Вт.

Читайте так же:
Подключение таймера оттайки холодильника индезит по цвету проводов

Выходной делитель R5 и R6 рассчитываем, как обычный делитель, соответственно коэффициент деления (Кд) равен R6/(R5+R6), при номиналах 5,6кОм и 1,5кОм Кд= 1,5кОм/(1,5кОм+5,6кОм)=0,211, т.е. выходное напряжение ЛБП будет почти в пять раз меньше заданного опорного. Или так: допустим, максимальное выходное напряжение ЛБП у нас 12в, возмём ток делителя равным 2мА, тогда R6=2,5в/0,002а=1,25кОм, R5=(12в-2,5в)/0.002а=4,75кОм.

ИОН: Его основная задача — формировать опорное напряжение 2,5в. В моём случае ИОНзапитан от отдельного стабилизатора на +5в, соответственно, на R3 падают лишние 2,5в при токе 2,5в/240ом=10,4мА напрасно рассеиваемая мощность (на R3) = 10,4мА*2,5в=26мВт. На U2напряжение и ток такие же, соответственно на нём тоже безвозвратно теряются 26мВт, общие потери ИОН = 52мВт. Это, конечно, без учёта тока, потребляемого RV1 и RV2, номиналы которых можно смело выбирать в диапазоне 10кОм. 100кОм. И напоследок: ёмкость конденсатора С8напрямую влияет на пульсации ИОН, тот самый случай когда кашу маслом не испортишь, чем больше емкость С8, тем качественнее будет напряжение выдаваемое ИОН, но тем больше времени потребуется ИОН, чтобы выйти на рабочее напряжение после подачи питания. При питаниии ИОНа от источника на и ёмкости С8 100мкФ (это малая ёмкость) до достижения2,5в придётся подождать 18мсек, при ёмкости 470мкФ потребуется уже 79мсек. Рекомундую С8ставить минимум 470мкФ, а лучше побольше.

Вариант печатной платы:

В формате SL5 лежит в архиве.

Разъёмыточки на плате:

  1. J1 — Входное однополярное питание
  2. J2 — Выход ЛБП
  3. J3 — общий провод для RV1, RV2
  4. J4 — Питание ИОН +5в или выход источника +5в (если имеется)
  5. J5 — ИОН +2,5в для питания RV1, RV2
  6. J6 — Управление выходным электролитом
  7. J7 — Контроль падения напряжения на Q2 (для предварительного преобразователя)
  8. J8 — резерв
  9. J9 — Контроль точности корректора падения на шунте
  10. J10 — RV2, задание ограничениястабилизации тока
  11. J11 — RV1, задание ограничениястабилизации напряжения
  12. J12 — Контроль падения на шунте

Разводка платы довольно плотная и «тестовая», если решите повторить — тщательно продумайте разположение реальных компонентов. Плата делалать только для проверки работоспособности такого стабилизатора, при этом выявились следующие недостатки (в моём варианте разводки используются три отдельных преобразователя напряжения на +15в, +5в и-5в):

  1. Не хватает места для С1 нормальной ёмкости/размера (упирается в преобразователь+15в, -5в)
  2. Не хватает места для С10 нормальной ёмкости/размера (упирается в RV3)
  3. Не хватает места для С8 нормааьной ёмкости/размера (упирается в преобразователь +5ви в U2)

Резистор шунта я применил в smd исполнении типоразмера 2512, две штуки по 0,1ом.

ОУ U1 применил в DIP14 корпусе только потому что шаг выводов 2,54мм и между выводов можно пропускать дорожки.

US5MSQ

Радио — это очень просто!

Main navigation

Небольшая доработка лабораторного БП на LM317. Регулировка величины ограничения тока.

  • 17 мая, 2020
  • US5MSQ
  • Источники питания
  • 4 877 просмотров
  • Блок питания, Доработка, Начинающему, Принципиальные схемы

Всем хорош мой лабораторный блок питания на LM317, описанный здесь.

удобен в работе, надёжен, т.к. имеет хорошую защиту, как от перегрева, так и от перегрузки по току и короткого замыкания в нагрузке. И не сосчитать уж сейчас сколько раз реально это выручало меня в практической работе. Но порог срабатывания штатной защиты от перегрузки по току, как и ток короткого замыкания, у LM317 достаточно большой и достигает 2…3А – в зависимости от падения напряжения на стабилизаторе и никак не регулируется, так что эффективно защищая себя, LM317 никак не защищает слаботочную схему (нагрузку) от перегрузки по току.

Читайте так же:
Как сделать стабилизатор тока для зарядного устройства

Предлагаю вашему вниманию очень простой и надёжно работающий вариант защиты от перегрузки по току (далее – просто схемы защиты) с возможностью ступенчатой регулировки в широких пределах величины ограничения тока нагрузки LM317.

Упрощенная схема защиты для типового включения стабилизатора напряжения на LM317 представлена на рис.1. Вновь вводимые детали схемы защиты показаны красным цветом. Она состоит из датчика тока на резисторе R3 и регулирующего кремниевого транзистора VT1, включённых в отрицательный провод цепи питания стабилизатора. Резисторы R1 и R2 защищают транзистор от перегрузки по току соответственно по цепи базы и коллектора. При работе стабилизатора в штатном режиме по резистору R3 протекает ток нагрузки. Как только падение на нём достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 (примерно 0,6 В), он откроется и через коллектор начнёт «притягивать» вывод 1 микросхемы к отрицательному (по отношению к общему проводу) потенциалу эмиттера, величина которого равна напряжению база/эмиттер за вычетом напряжения насыщения коллектор/эмиттер (т.е. 0.6В-0.1В)=0.5В. Схема переходит в режим стабилизации выходного тока на заданном уровне. Поскольку для полного запирания LM317 на её управляющий вывод 1 нужно подать отрицательное напряжение 1,25В, перед схемой защиты включен прямосмещённый кремниевый диод VD3, обеспечивающий дополнительный сдвиг уровня отрицательного напряжения на 0.7…0.8В.

Величина сопротивления резистора R3 задаёт порог срабатывания защиты и переход в режим стабилизации тока и может быть выбрана по формуле R[Ом]=0,6/I[А]. Для большей точности при выборе малых пределов срабатывания не забываем учесть ток потребления самой LM317 (примерно 5-6 мА), также протекающий через датчик тока. Например, показанный на схеме резистор 1.2 Ом задаёт порог 500 мА.

Полная принципиальная схема доработанного лабораторного блока питания представлена на рис.2. Схема защиты показана отдельно и имеет нумерацию деталей со знаком апострофа. В исходную схему БП она включается в разрыв отрицательно провода питания (точки. А и В) и к выводу 1 LM317 (точка С). Как видно, дополнительно к описанному выше введён переключатель пределов, обеспечивающий ступенчатую регулировку величины ограничения тока нагрузки LM317. В данном случае применён малогабаритный галетный переключатель на 6 положений и 2 направления. Пределы по току выбраны 20,50,100, 200, 500мА и 2А. Токовый датчик наименьшего предела 20 мА (резистор R3) во избежание скачкой выходного напряжения при переключении пределов подключён постоянно, а остальные резисторы-датчики тока подключаются параллельно нему. Поэтому расчёт их сопротивлений под свои требования должен учитывать эту особенность.

Номинал R3 рассчитываем так же как, как показано выше R3=0,6/(0,02+0,005)=24 Ома, а для остальных пределов сначала определяем требуемое сопротивление шунта Rтр[Ом]=0,6/I[А], а затем вычисляем номинал реального резистора Rn с учётом параллельно включённого R3:

Диод должен быть кремниевый, рассчитанный на максимальный прямой ток не менее 3А, кроме указанного на схеме подойдут 1N5404, КД202, Д242 и т.п. В принципе можно поставить и Шоттки, но только 2 штуки последовательно. Транзистор любой с с усилением по току не менее 100 и допустимым током коллектора не менее 500 мА 2N2222, 2N5551 и т.п.

Всё детали схемы защиты смонтированы на галетном переключателе. Для большей надёжности обе группы контактов переключателя соединены параллельно.

Вид на монтаж сбоку

Вид на монтаж сзади

В качестве примера на фото показа реакция БП с установленным выходным напряжением +12.6В на замыкание выхода пинцетом на пределах защиты по току 200

Короткое замыкание на пределе 200 мА

Короткое замыкание на пределе 500 мА

Как видим, сопротивление пинцета примерно 0,3 Ома. Таким же образом теперь можно очень просто измерять номинал низкоомных резисторов. Да и вообще теперь, при наличии режима стабилизации тока, многие виды измерений существенно упрощаются: при токе 20 мА можно тестировать стабилитроны напряжением стабилизации до 24 В, заряжать аккумуляторы и многое другое.

.Беленецкий, US5MSQ май 2020г. г.Киев, Украина

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию