При роботі любительської радіостанції виникає безліч ситуацій, коли апаратурі коротковолновіка та часом і самому коротковолновіку потрібний захист. Захист від вандалів, що спотворюють антенне господарство, захист від розлючених сусідів, з приводу наявності TVI і RFI (по приводу і без нього), захист апаратури від потопів і пожеж, злодіїв і інших “доброзичливців”, атмосферної електрики. Список можна продовжувати, але сьогодні мова піде лише про деякі способи захисту, що стосуються живлення радіоапаратури від мережі змінного струму.
Звернемося до принципової схеми блоку живлення (БП), приведеної на Мал. 1.
Мал. 1. Блок живлення 13,8 В, 30 А. Схема принципова електрична
Почнемо від “печі”, тобто, - від мережі. Змінний струм напругою 220 В протікає в ланцюзі первинної обмотки трансформатора Т1: через замкнуті контакти мережевого вимикача SA1, який вже є засобом захисту, в тому випадку, якщо Ви вирішили модернізувати БП або пристрій, що живиться від нього, а висмикнути вилку шнура живлення з мережевої розетки забули. Тут же, на вході БП, встановлений плавкий запобіжник FU1, захищаючий БП від повного руйнування і що запобігає аварії в живлячій мережі, у разі виходу з ладу, наприклад, трансформатора Т1.
Струм первинної обмотки проходить через фільтр живлення С5L1L2C6, захищаючий БП і апаратуру, що живиться через БП, від перешкод з живлячої мережі і, навпаки, - мережа від перешкод, що виникають при роботі живленої радіоапаратури. У складі БП є випрямляч і фільтр місткості, конденсатори в якому, при великих робочих струмах, на які розрахований БП, мають велику загальну місткість (100000 мкф- С9 (Мал.
1)) і вимагають для свого заряду у момент включення дуже великого імпульсу струму, який може не тільки спалити запобіжник FU1, будучи трансформованим в первинну обмотку трансформатора Т1, але і пробити діоди випрямляча (VD2,VD3), що приведе до надходження через них змінного струму на конденсатори фільтру, розігріванню останніх і вибуху. Для захисту від цієї ситуації, пусковий струм БП слід обмежити, включивши тимчасово послідовно в первинну обмотку Т1 резистор R7, який через декілька секунд закорачиваєтся за допомогою контактів реле К1. 1, розрахованих (для надійності) на струм 5.10 А.
.
У випрямлячах змінного струму дуже зручно застосовувати діодні мости, тим паче, що такі випускаються в блокового виконання і вимагають мінімум часу на монтаж.
Проте, із зниженням вихідної напруги і збільшенням струму, БП, що віддається, в навантаження, все актуальніше встає питання тієї, що “просіла” напруги живлення під навантаженням, яке збільшується з кожним новим опором, включеним в ланцюг живлення послідовно, будь то, діод, включений на вихід стабілізатора для захисту від зворотної напруги, наприклад, при паралельному включенні декількох стабілізаторів, зарядці акумуляторної батареї або живлення пристроїв через сполучні дроти малого перетину, ось і в нашому випадку, в мосту струм протікає кожен напівперіод через два діоди, забезпечуючи падіння напруги на них до 1,4 В (для кремнієвих діодів) або до 0,8В (для германієвих і діодів з бар'єром Шотки).
Небагато видозмінимо схему випрямляча, з мостовій на схему з середньою крапкою, захистивши БП від зайвого падіння напруги, оскільки, в цьому випадку, в кожен напівперіод, струм протікає через один діод, отже, падіння напруги буде всього 0,7 В - для кремнієвих діодів або 0,3.0,4 В для германієвих діодів і діодів Шотки, які і застосовані в схемі випрямляча на Мал. 1. Застосування такої схеми випрямляння і діодів Шотки виправдане ще і тому, що на діодах розсіватиметься менша потужність, що скоротить розміри радіаторів, на які слід встановлювати ці діоди при великих струмах, що випрямляються.
Зручніше стає намотування вторинної обмотки силового трансформатора, оскільки зменшується діаметр обмотувального дроту, оскільки струм, що протікає в кожній половині обмотки рівний половині загального струму на виході випрямляча (погодитеся, згинати дріт діаметром 4.6 мм при намотуванні досить важко), правда, мотати доведеться удвічі більше витків, що, втім, не утруднить, оскільки вихідна напруга - низьке, а, значить, і мотати доведеться небагато. У високовольтних же випрямлячах доцільніше застосовувати випрямні мости. Паралельно кожному діоду випрямляча включений конденсатор (С7, С8 - Мал. 1).
Ці конденсатори захищають БП від виробництва, так званого “мультиплікативного” фону, коли діоди випрямляча починають реагувати на ВЧ наведення, підключення мережі як антени з частотою 50/100 Гц, ефект найбільш яркопроявляєтся, наприклад, на прийом, при настройці на радіостанції ДВ-СВ мовних діапазонів, причому не тільки в приймачах, що живляться від БП з незахищеними діодами, але і що знаходяться недалеко від такого БП. У передавальній апаратурі йде накладка мультиплікативного фону на видаваний сигнал.
.
Діоди виконали свою функцію, - випрямили змінний струм, обернувши його в струм постійного напряму, пульсуючий. Завдання конденсатора С9 згладити ці пульсації (тут: 100 Гц), захистити живлену апаратуру, експлуатація якої, при їх наявності, просто неможлива. Повне придушення пульсацій випрямленої напруги можливе тільки при повністю зарядженому блоці конденсаторів (великі місткості зручніше набирати з окремих конденсаторів, сполучаючи їх паралельно - С9 - Мал.
1) у весь час живлення навантаження, такій ситуації, в реальних умовах можна умовно добитися, мабуть, лише при повному відключенні навантаження, на практиці, порціями енергія від випрямляча, що поступає, і імпульсне навантаження, споживаюче енергію з “місткості” конденсатора створюють деякий рівень пульсацій на фільтрі місткості, залежний як від можливостей випрямляча (опори переходів діодів в прямому напрямі, діаметру проводів обмоток і сполучних, габаритній потужності трансформатора і здатності навантаження живлячої мережі), так і від величини споживаного навантаженням струму і місткості конденсатора фільтру (С9- Мал. 1).
Чим більше споживаний навантаженням струм, тим сильніше розряджається С9, напруга на якому знижується. Для роботи регулюючого транзистора послідовного лінійного стабілізатора, наступного за фільтром потрібна деяка мінімальна різниця напруги колектор - емітер у біполярних (БТ) або стік - витік у польових транзисторів (ПТ), при яких вони ще працюють, наприклад, 3.5 В - у разі могутніх БТ і 0,5.3 В - у разі могутніх ПТ (Мал. 1). Звідси витікає, що при максимальному струмі навантаження в 30 А і вихідній напрузі стабілізатора 13,8 В, напруга на витоку транзистора VT2 не повинна опускатися нижче 13,8 + 0,5 =14,3 У -входное напругу стабілізатора.
Таким чином можна і підібрати мінімально необхідну місткість конденсатора С9 в готовому БП, навантаживши його вихід до отримання максимального струму (наприклад, 30 А) і вимірюючи падіння напруги на регулюючому транзисторі. Запас цієї напруги, звичайно ж, не пошкодить в сенсі компенсації зменшення напруги в мережі, але чреватий збільшенням розсіюваною на транзисторі VT2 потужності, що приведе до необхідності збільшення розмірів радіатора, на якому встановлений цей транзистор або (и) застосування обдування, також знизиться ккд стабілізатора.
Дійсно, при струмі 30 А і падінні напруги в 0,5 В на VT2 розсіватиметься 0,5 В х 30 А = 15 Вт, а, при тому ж струмі, але падінні в 3 В, - 3 В х 30 А = 90 Вт - різниця вельми істотна!
.
Схема описуваного стабілізатора (без защит) запозичена з [ 1 ] (позиційні позначення деталей повторюють позначення з оригіналу, додаткові, - продовжують їх),высокие якісні характеристики, приведеного там, стабілізатора обумовлені застосуванням могутнього n -канального польового транзистора IRL2505, який здатний витримати струм в каналі до 74 А при температурі 100є З (природно, при ефективному теплоотводе), має опір відкритого каналу - 0,008 Ом, крутизну характеристики - 59 А/В, гранична напруга стік - витік - 55 В, затвор - витік - ± 16 В, розсіювана транзистором потужність на теплоотводе може досягати 200 Вт.
Для управління транзистором потрібна невисока напруга (2,5.3 В). Для захисту від зайвого фону змінного струму і істотного збільшення коефіцієнта стабілізації в стабілізаторі застосований “регульований стабілітрон” - мікросхема TL431 (вітчизняний аналогКР142ЕН19) DA1 - Мал. 1. Транзистор VT1 - що погоджує, стабілітрон VD1 стабілізує напруга в його базовому ланцюзі. Вихідну напругу стабілізатора можна розрахувати як: Uвых = 2,5(1 + R5/R6).
Стабілізатор працює таким чином: уявимо, що при підключенні навантаження вихідна напруга стабілізатора на мить впала, зменшиться напруга і на середній точці дільника R5/R6, мікросхема DA1 (як паралельний стабілізатор) стане споживати менший струм, при цьому, на її навантаженні - резисторі R2 зменшиться падіння напруги. Оскільки цей же резистор стоїть в емітерному ланцюзі транзистора VT2, то при стабілізованій напрузі на його базі, транзистор більш відкриється, забезпечивши збільшення напруги на затворі транзистора VT2, який сильніше відкриється і компенсує падіння напруги на виході стабілізатора, забезпечивши, таким чином, його стабілізацію.
Резистором R6 встановлюється вихідна напруга. Пам'ятаєте, при незмінній вхідній напрузі стабілізатора і зменшенні вихідного, при незмінному струмі навантаження, розсіювана потужність на регулюючому транзисторі збільшується. При падінні напруги в мережі до рівня недостатнього для роботи стабілізатора, при максимально необхідному струмі навантаження (падіння напруги на VT2 менше 0,5 В), деколи достатньо на декілька десятих вольта зменшити вихідну напругу стабілізатора за допомогою R6, щоб увійти до режиму стабілізації Конденсатори в схемі стабілізатора сприяють підвищенню стійкості його роботи.
.
Всім хороший стабілізатор [ 1], але що відбудеться, якщо струм навантаження перевищить граничні значення для регулюючого транзистора, іншими словами, відбудеться коротке замикання. Покоряючись алгоритму своєї роботи, згаданому вище, VT2 повністю відкриється, спробувати обмежити максимальний струм через ПТ можна, підібравши режим роботи транзистора VT1,но надійніше, все-таки, застосувати захист на оптопарі, як, наприклад, в [2 ]. Декілька в зміненому вигляді цей захист представлений і на Мал. 1.
Оскільки регулюючий ПТ VT2, для забезпечення неізольованої установки на радіатор, розміщений в мінусовому ланцюзі стабілізатора, то для поняття принципу дії захисту, краще представити плюсову шину загальною, прийнявши її потенціал за 0 В, а мінусову, в розрив якої включений ПТ, з негативним потенціалом відносне 0 В (плюсової шини).
Параметричний стабілізатор на стабілітроні VD4 - КС162А забезпечує напругу -6,2 У, для забезпечення більшої стабільності цієї напруги, -ограничения струму через стабілітрон в черговому режимі, за допомогою резистора навантаження R9, його робоча крапка виведена ближче до середини ВАХ (його характеристики), швидкі зміни напруги і шуми блоковані конденсатором C10. З отриманою опорною напругою порівнюється вихідна напруга стабілізатора (негативній полярності, наприклад -13,8 У) через ланцюжок світлодіод оптопари - діод VD5 і обмежувальний резистор R10. Вихідна напруга стабілізатора -выше опорного, отже, воно зміщує перехід діода VD5, замикаючи його.
Струм через світлодіод не йде. Стуїт замкнути вихідні клеми стабілізатора, як на правому (по схемі Мал. 1) виведенні резистора R10 негативна напруга зникне, опорноє відкриє діод VD5, світлодіод оптопари запалиться, спрацює фотосимістор оптопари, який замкне накоротко затвор з витоком VT2, забезпечивши закривання транзистора, цим вихідний струм стабілізатора буде обмежений. Для приведення в робочий режим, БП вимикають за допомогою мережевого вимикача SA1, усувають до. з. і знову включають, при цьому, система захисту встане в початковий черговий стан.
.
Застосування подібних стабілізаторів на ПТ робить деколи непотрібною схему захисту живленої апаратури від перевищення напруги, що виникає унаслідок пробою регулюючого транзистора, оскільки, в цьому випадку, ця напруга збільшиться всього на 0,5.1 В, що, зазвичай, входить в норми допуску для живленої апаратури, збільшиться лише фон змінного струму, по якому і можна відмітити несправність. Для критичнішої до цього параметра техніки можна запропонувати схему “жорсткого” обмежувача, що іменується на Заході “crow bar”.
Суть системи полягає в спалюванні плавкого запобіжника, включеного послідовно з навантаженням за допомогою могутнього тиристора при перевищенні встановленої порогової напруги на виході стабілізатора. При бажанні такий захист можна ввести і в інші стабілізатори.
.
Інформацію по монтажу ПТ на радіаторі і інших деталей на платі можна узяти з [ 1 ], додаткові деталі захисту можна змонтувати навісним монтажем, застосувавши як стійки, наприклад, п'ятачки, вирізані з фольгированного склотекстоліту, приклеєні до радіатора VT2. Стабілітрон VD6, включений між витоком і затвором VT2, служить для захисту ПТ від перевищення допустимої напруги затвор-витік і є обов'язковим елементом в стабілізаторах з підвищеною вхідною напругою (від 15 В і вище).
В якості К1 в БП можна застосувати, наприклад, реле РЕС-9 з обмоткою на 12 В, включивши паралельно його контактні групи. Опір резистора R11 і місткість конденсатора С11 підбираються по необхідному часу затримки включення БП в робочий режим (десятки Ом, десятки мкф). Випрямлена діодами напруга, після включення БП в мережу, поступово поповнюватиме місткість конденсатора С9. Швидкість зарядки С9 обмежена, включеним в ланцюг первинної обмотки резистором R7. Разом з С9 заряджає і конденсатор С11, швидкість зарядки якого залежить як від напруги на С9, так і опори резистора R11.
Заряджає до напруги спрацьовування реле К1, конденсатор С11 забезпечує струм в його обмотці, реле спрацьовує і контактами К1. 1 шунтує резистор R7, забезпечуючи робочий струм в первинній обмотці трансформатора Т1. Діод VD7 призначений для придушення сплесків напруги на обмотці реле, при його спрацьовуванні, що захищає контакти К1. 1 від можливого “брязкоту”.
.
Мережевий фільтр С5L1L2C6 складається з двох конденсаторів місткістю 0,01 мкф на робочу напругу 630 В і двох котушок, включених між ними. Котушки намотані плоским мережевим шнуром на феритовому стрижні діаметром 8.10 мм і завдовжки 140.. 160 мм від магнітної антени радіомовного приймача. Можливе таке ж одночасне намотування котушок на феритовому кільці з проникністю 2000.10000 і діаметром 32.60 мм до заповнення. Трансформатор для такого достатньо могутнього БП повинен мати габаритну потужність близько 500 Вт. Насправді, давайте порахуємо: Вихідна напруга стабілізатора рівна 13,8 В, максимальний струм - 30 А.
Падіння напруги на регулюючому транзисторі діодах і сполучних проводах, в сумі, складе близько 1 В. Мощность по вторинній обмотці трансформатора Т1 складе: 14, 8 В х 30 А = 444 Вт. Врахуємо втрати на перемагнічування сердечника Т1 10% - 44,4 Вт. 444 + 44,4 Вт = 488,4 Вт. Інше, до 500 Вт, залишимо із запасом для власного споживання БП. Перетин керна, наприклад, для Ш-образного сердечника Т1, буде приблизно (корінь квадратний з потужності) рівне 22, 36 кв. див. Струм в ланцюзі первинної обмотки, при цьому, складе: 500 Вт : 220 В = 2,27 А. Диаметр дроти первинної обмотки: d1 = 0,8 @ I,A = 0,8 х 1,5 = 1,2 мм.
Аналогічно рахуємо діаметр дроту вторинної обмотки, враховуючи, що в схемі випрямляння з середньою крапкою струм в проводах вторинних обмоток буде удвічі менший, не 30 А, а 15 А, плюс невеликий запас, у тому числі і на “власні потреби” БП, вважатимемо, що у вторинних обмотках “гуляє” струм в 16 А. Значить, діаметр дроту вторинних обмоток буде: d2 = 0,8 B16 А = 3,2 мм. Застосування проводів меншого перетину приведе до збільшення тієї, що “просіла” напруги на вході стабілізатора, що або не дозволить отримати від БП максимального струму, на який він розрахований, або зменшить його ккд, оскільки, доведеться збільшувати напругу, що подається на стабілізатор.
Розрахунок кількості витків трансформатора для нашого випадку також не представляє утруднення: W1 = 50/S,кв. см, де w1 - кількість витків в обмотках Т1на 1 В, S - перетин керна сердечника Т1, кв. див. 50 : 22,36 = 2,24. I = 2,24 х220 В = 493 витки, II = 2,24 х 14,8 В = 33 витки(вторинних однакових обмотки - дві). Одна умова, для поліпшення параметрів БП, слід обов'язково виконати: після намотування вторинної(вторинних) обмотки, слід обов'язково збалансувати вихідну напругу Т1, знайти середню крапку, при якій обидві половини вторинної обмотки (обидві вторинні обмотки) давали б строго однакову напругу.
.
Практичний приклад реалізації описуваного БП без защит [ 1 ]: UA9LX - Геннадій Коробейников застосував його для живлення трансивера ICOM - 730. Як Т1 застосований трансформатор ТС-630 з перемотаною дротом діаметром 3 мм вторинною обмоткою. Трансивер, при гучному “а-а-а.” у мікрофон, споживає струм 23 А, при тій, що “просіла” в 0,02 В. Фона змінного струму не відмічено. При зміні БП, менш могутнього на описуваний тут, збільшилася потужність, що віддавалася трансивером, з 60.80 до 120.
До збірки БП слід обов'язково перевірити номінали всіх деталей і їх справність. Після монтажу БП, резистором R6 встановити вихідну напругу 13,8 В або інше потрібне. При використанні БП як лабораторний, слід вивести вісь R6 на передню панель пристрою, забезпечити БП вимірювальними головками для вимірювання напруги і струму. З'єднання всередині БП слід проводити товстими проводами мінімальної довжини. Паралельно всім оксидним конденсаторам, прямо на їх висновки слід припаяти неполярні місткістю 0,1.0,22 мкф, встановлювати такі в безпосередній близькості від активних елементів, при щонайменшому натяку на нестабільну роботу стабілізатора.
При роботі з радіопередавальною апаратурою, слід виключити наведення на деталі стабілізатора, дроти, що підводять і відвідні. У вихідних затисків БП слід включити фільтр, подібний мережевому (Мал. 1), з тією лише різницею, що котушки повинні бути намотані на феритовому кільці або феритовій трубці, вживаних в старих моніторах і телевізорах зарубіжного виробництва і містити всього два, - три витки ізольованим дротом великого перетину (не менше, чим відвідні дроти), а конденсатори можуть бути розраховані на меншу робочу напругу.
.
Отже, описуваний БП використовує максимум можливостей для отримання джерела живлення з мінімальним вихідним опором (внутрішнім опором джерела): могутній силовий трансформатор з товстими проводами обмоток, схема двонапівперіодного випрямляча з середньою крапкою, що дозволяє зменшити втрати на діодах і самі діоди застосовані з бар'єром Шотки, могутній польовий транзистор має низький опір каналу у відкритому стані. Застосовані захисту від до. з. і перенапруження, а також система пуску підвищують надійність пристрою.
Стабілізатор можна застосовувати і в менш могутніх БП, наприклад, в союзі з уніфікованими трансформаторами ТН-60, ТН-61 на струм до 10 А, де його надійність буде ще вища. На Мал. 2 приведений ескіз друкарської плати (розмірами 52,5 х 55 мм) вузла стабілізатора із захистом від до. з. На схемі Мал. 1этот вузла обведений пунктирною лінією. На Мал. 3 - ескіз розташування деталей на цій платі. Плата виконана з фольгированного з двох боків склотекстоліту завтовшки 1.1,5 мм, фольга на нижній стороні плати сполучена з мінусовою вихідною шиною стабілізатора (“заземленою” на схемі Мал. 1) або окремим дротом або паянням безпосередньо до мідної пластини, до якої припаюється стік транзистора VT2.
Таке паяння можна провести, просвердливши декілька отворів в матеріалі плати (наприклад, фрезою діаметром 4 мм), з таким розрахунком, щоб висвердлився тільки склотекстоліт, а фольга з нижнього боку плати залишилася цілою (якщо вона трісне - не біда), потім свердлом діаметром 1.1, 5 мм у фользі просвердлюють отвори і розплавляють в цьому місці шматочок легкоплавкого припою з нейтральним флюсом, який, розплавляючись, з'єднується з лудою мідної пластини, припаюючи плату. Подробиці монтажу можна дізнатися в [ 1 ]. Плата розроблена в тому ж стилі, що використовується там. Вільні висновки оптопари OP1 можна нікуди не припаювати.
На платі умовно в місцях паяння деталей позначені отвори, але такі є тільки для паяння до фольги з нижнього боку плати (“заземляемой”фольге з нижнього боку плати), решта монтажу ведеться зверху, з боку друкарських провідників без свердлення отворів. Слідує при монтажі,
.
Мал. 2. Ескіз друкарської плати стабілізатора. Розміри 52,5 х 55 мм
Мал. 3. Ескіз розташування деталей на монтажній платі стабілізатора
відводити від плати великі струми, не використовувати фольгу як шину, припаювати дроти поблизу висновків транзистора VT2. Вразливих місць у даного блоку живлення можна ще пошукати, але, все ж таки, їх менше, ніж у багатьох інших. А захист не перешкодить. Захищаємося.
0 Відгуків на “Захищаємося”
Залишити відгук