Мощный экономичный блок питания низковольтной аппаратуры
Да, именно так - и мощный и экономичный, как бы это странно не выглядело на первый взгляд. Не для кого не секрет, что мощные полевые транзисторы (они же - mosfet) могут работать даже при очень малом падении напряжения на них. Очень заманчивым показалось применить это их свойство в сильноточном стабилизаторе напряжения. Мною была разработана конструкция блока питания для низковольтной аппаратуры с максимальным током до 50А.
Принципы работы.
Особенностью данной конструкции является функция отключения нагрузки при возникновении КЗ или перегрузки по току. Согласитесь - очень ценное качество для блока питания...
Так как пусковой ток такого устройства может быть очень велик,то никакой, даже весьма мощный механический сетевой выключатель долго не протянет. Пришлось вводить схему плавного запуска блока питания и то,что в комповых БП называют "дежуркой". Небольшой блок питания на трансформаторе Tr2 включён в сеть постоянно, его задача - управление включением/выключением мощной части блока и формирование повышенного напряжения для питания опорного стабилизатора. При включении в сеть на выходе выпрямителя появляется постоянное напряжение около 24х вольт. Наличие напряжения "дежурки" индицируется светодиодом LED2 (Ready) жёлтого цвета. При нажатии на кнопку S1 (Power ON) постоянное напряжение через её контакты поступает на затвор транзистора Т4,он мгновенно открывается,срабатывает реле P2,которое своими контактами подключает к сети первичную обмотку трансформатора Tr1. Для предотвращения обгорания контактов реле P2 и выхода из строя выпрямительных диодов применено устройство "плавного запуска" - первоначально сетевое напряжение подаётся через последовательно соединённый резистор R1, который ограничивает пусковой ток и шунтируется контактами реле P1 лишь после того,как напряжение на конденсаторе C7 достигнет уровня срабатывания реле. (12 вольт примерно) . Далее выпрямленное напряжение поступает на собственно стабилизатор. Схема его позаимствована из datasheet на микросхему TL431, которая и является источником опорного напряжения для применённого стабилизатора. Теперь - одна тонкость,которая отличает данную схему от стандартной, рекомендованной производителем - для увеличения экономичности стабилизатора, то есть для снижения падения напряжения на регулирующем элементе, применено отдельное питание опорного источника от "дежурки". При этом разница входных и выходных напряжений стабилизатора может составлять 2-3 вольта (может и меньше вообще-то, но лучше не рисковать) при этом уровень пульсаций остаётся очень и очень малым. Теперь вернёмся снова к дежурке,где мы нажали кнопку "Power ON", транзистор Т4 открыт,что приводит к открыванию транзистора Т5,через который поступает питание на источник опорного напряжения, регулирующие транзисторы Т1,Т2 также открываются,стабилизатор входит в рабочий режим, то есть на выходе устанавливается стабильное напряжение 13.8 вольт... Светодиод LED1 (красный) загорается, и часть выходного напряжения через подстроечный резистор и диод D7 поступает на затвор Т4... Всё,теперь кнопку S1 можно отпустить - транзистор Т4 будет удерживаться в открытом состоянии за счёт выходного напряжения стабилизатора. Может показаться,что это долгий процесс,но нет - вся процедура запуска занимает примерно одну секунду времени. Кстати,это очень хорошая защита от случайного включения,так работает большинство бытовых электронных устройств. Для отключения блока питания достаточно кратковременно нажать кнопку S2 (Power OFF). При этом транзистор Т4 закроется,реле P2 отключит от сети силовую часть БП,одновременно закроется транзистор Т5,что приведёт к пропаданию питания на источник опорного напряжения и соответственно - к отключению стабилизатора. При отпускании кнопки S2 устройство останется в дежурном режиме,так как напряжение на затворе Т4 будет отсуствовать... Аналогичная процедура происходит при КЗ (даже очень кратковременном) на выходе БП или при срабатывании защиты по току. Результат всегда один - устройство переходит в дежурный режим. Для облегчения теплового режима и снижения площади радиаторов было применено принудительное воздушное охлаждение блока. Скорость вращения двигателя вентилятора и соответственно - эффективность обдува регулируются простой схемой на транзисторе Т6 в зависимости от температуры радиатора.
Детали,конструкция и настройка.
Параметры определяются в первую очередь применёнными трансформаторами и конструктивом всего устройства. Мною были применены три трансформатора ТПП318 в параллель в качестве силового и трансформатор от_чего_не_знаю мощностью 20 ватт для "дежурки". Три ТПП318 обеспечивали выпрямленное и отфильтрованное напряжение (до стабилизатора) 20 вольт на холостом ходу и 16 вольт при токе 50А. Простой расчёт показывает,что даже при максимальном токе мощность, рассеиваемая на регулирующих транзисторах не превышает 100 ватт,что меньше максимальной рассеиваемой мощности даже для одного транзистора... Мощные регулирующие транзисторы можно применить типов IRF150 или IRF250, а также и другие в металлических корпусах ТО-3 и с максимальным током более 30А. Трансформатор "дежурки" должен давать 24 вольта выпрямленного напряжения с током не менее 0.5А.
Для улучшения и ускорения срабатывания защиты отвод провода контроля напряжения на выходе (к LED1) должен быть сделан непосредственно от плюсовых клемм БП.
Реле P1 - РЭН34 и Р-2 - РЭН33. Напряжение срабатывания Р-1 должно быть 12в.,а Р-2 - 24в. Можно применить и другие реле с соответствующими рабочими напряжениями и достаточно мощными контактами. Выпрямительный мост в дежурке - любой на ток не менее 1А, диоды в мощном выпрямителе - КД2999А. Диоды D5 и D7 - любые маломощные, у меня были применены 1N4001. Сетевой фильтр выполнен на кольце из феррита 2000НН диаметром 40мм,на нём намотано 12 витков двойного сетевого провода. Конденсаторы фильтров и С8 - керамические,на напряжение не менее 1КВ. Остальные блокировочные конденсаторы - smd, электролиты - на рабочее напряжение не ниже 25 вольт. R3 и R4 представляют собой отрезки толстого провода из высокоомного сплава длиной 50мм.
Ни в какой особой наладке правильно собранный БП не нуждается. Необходимо только выставить при помощи R14 точное выходное напряжение, а при помощи R16 выставляется такое минимальное напряжение на затворе Т4, которое удерживает его в открытом состоянии. Это ускоряет срабатывание защиты. Для обдува применён компьютерный венилятор с рабочим напряжением 12 вольт. При помощи подстроечного резистора выставляется небольшая скорость вращения его в "холодном" состоянии,при росте температуры сопротивление терморезистора уменьшается,что приводит к росту напряжения на базе Т6 и к росту скорости обдува.Кнопки S1 и S2 - любые,без фиксации, их контакты могут быть очень маломощными.
При изготовлении БП должны быть учтены все известные рекомендации по такого рода устройствам - монтаж должен быть выполнен возможно более толстыми и короткими проводами,выходные клеммы должны "держать" ток в десятки ампер. Измерительный прибор - любой стрелочный с соответствующим шунтом. UA1ZH
