Импульсный блок питания на четырех транзисторах (6В при 0,5А)

Принципиальная схема несложного импульсного блока питания, который выдает на выходе 6В при токе нагрузки 0,5А. Импульсные источники питания, в отличие от обычных, с силовым понижающим трансформатором, при одинаковой выходной мощности, отличаются меньшимигабаритами, меньшим весом и, не всегда, но, как правило, более высоким КПД.

Блоки питания с регулируемым выходным напряжением обычно изготавливают с применением силового понижающего трансформатора, работающего на частоте сети переменного тока 50 Гц и линейного или импульсного стабилизатора выходного напряжения постоянного тока.

Импульсные источники питания с регулируемым выходным напряжением, преобразователь сетевого напряжения которых работает на высокой частоте, распространены мало из-за их повышенной сложности.

Не обязательно изготавливать такой источник питания с чистого листа, для значительного упрощения и ускорения сборки можно применить уже готовый импульсный БП на фиксированное выходное напряжение, который после несложной доработки станет регулируемым.

Принципиальная схема

На рис. 1 показана схема импульсного БП от одной из «зарядок», маркированный как СТ-1В. Выходное стабилизированное напряжение этого БП около 6,2 В при токе нагрузки до 0,5 А. Принципиальная схема была составлена по монтажной плате.

Высоковольтная часть этого БП выглядит традиционно - узел преобразователя напряжения собран на популярном мощном высоковольтном транзисторе MJE13003, на транзисторе Q4 собран узел защиты от перегрузки Q1. Также, Q4 участвует в схеме стабилизации выходного напряжения.

Отличительной особенностью этого БП является наличие ещё одного узла защиты от перегрузки, реализованного на Q2, R8, R9. При увеличении тока нагрузки до 0,5...0,6 А, подключенной к выходу БП, напряжение на выводах резистора R8 достигает 0,5...0,6 В, транзистор Q2 открывается, ток через светодиод оптрона U1 увеличивается, фототранзистор оптрона открывается сильнее, что приводит к большему открывания Q4, который частично шунтирует эмиттерный переход Q1, выходное напряжение БП понижается.

При уменьшении тока нагрузки выходное напряжение БП стремится увеличиться, ток через стабилитрон ZD1 возрастает, что так же приводит к увеличению тока через светодиод оптрона U1. Зелёный кристалл сдвоенного светодиода LED1 светит при наличии выходного напряжения.

Принципиальная схема импульсного источника питания на транзисторах

Рис. 1. Принципиальная схема импульсного источника питания на транзисторах.

Красный кристалл светит в полную яркость при подключении к выходу БП нагрузки. Стабилитрон ZD2 защищает подключенную нагрузку от повышенного напряжения при неисправности преобразователя напряжения. При отключении узла защиты на транзисторе Q2 выходной ток БП ограничивают на уровне около 1 А при напряжении сети 220 В узел на Q4 и датчик тока на R10.

Схема доработки

Чтобы в этом импульсном источнике питания появилась возможность регулировать выходное напряжение, он был доработан по схеме, показанной на рис. 2. Модернизированный БП рассчитан на выходное напряжение 3,3...9 В при токе нагрузки до 0,5 А. Нумерация дополнительно установленных элементов продолжает нумерацию элементов, установленных изготовителем БП.

На входе блока питания был установлен дополнительный RC фильтр C10R3L4C11, который понижает уровень помех, как поступающих из сети питания, так и проникающих в питающую сеть от работающего импульсного преобразователя напряжения. Резистор R16 ограничивает пусковой ток БП, а также, выполняет предохранительные функции.

Пусковой ток при включении питания также ограничивается сопротивлением обмоток дросселей L3, L4. Конденсатор С1 был установлен ёмкостью 2,2 мкФ вместо 1 мкФ, а на место СЗ припаян конденсатор ёмкостью 4,7 мкФ вместо 1 мкФ. Резистор R10 установлен сопротивлением 3,9 Ом вместо 3,3 Ом.

Это снизило ток срабатывания защиты от перегрузки до 0,8 А вместо 1 А. Конденсатор С7 удалён. Конденсатор С8 установлен ёмкостью 1000 мкФ вместо 220 мкФ. Конденсатор С9 установлен на 470 мкФ вместо 220 мкФ. Параллельно этим двум конденсатором припаяно по SMD керамическому конденсатору емкостью по 10 мкФ.

На место диода D8 вместо FR103 установлен более мощный диод FR203. Поскольку размах амплитуды напряжения на обмотке III превышает 50 В, диод Шотки на место D8 было решено не устанавливать. Резистор R8 установлен сопротивлением 0,5 Ом вместо 1 Ом. Стабилитроны ZD1 и ZD2 удалены.

Выходное напряжение БП регулируют переменным резистором R20. Этот резистор используется в реостатном включении, чтобы в случае обрыва в цепи его подвижного контакта, на выходе БП было минимальное напряжение. Чем ниже по схеме положение движка R20, тем больше выходное напряжение БП. R19 и С13 устраняют самовозбуждение микросхемы регулируемого стабилитрона DA1.

Схема доработки блока питания для возможности регулировки напряжения

Рис. 2. Схема доработки блока питания для возможности регулировки напряжения.

Узел индикации тока подключенной нагрузки был модернизирован. Вместо кремниевого р-п-р транзистора типа SS9015 установлен германиевый МП25Б и изменена схема его включения. Теперь для этого узла на Q5 не требуется отдельный датчик протекающего тока, роль которого ранее выполнял кремниевый диод D3.

В новой схеме резистор R8 является датчиком тока как для кремниевого Q2, так и для германиевого Q5. При выходном напряжении 5 В свечение красного кристалла светодиода становится хорошо заметным при токе подключенной нагрузки около 60 мА.

При токе нагрузки 0,35 А свечение красного кристалла полностью перекрывает свечение зелёного кристалла светодиода, при токе 0,45 А яркость свечения красного кристалла светодиода достигает максимума.

На выход блока питания установлен дополнительный LC фильтр L5C15. Амплитуда напряжения пульсаций и шумов на выходе БП 20...40 мВ. Резистор R13 установлен сопротивлением 1 кОм вместо 560 Ом, а R1 680 Ом вместо 470 Ом.

Продолжение доработанной схемы блока питания (выходная часть)

Рис. 3. Продолжение доработанной схемы блока питания (выходная часть).

Микросхема KIA431 установлена на место, где раньше был припаян светодиод. Вместо такой микросхемы можно применить TL431, AZ431, LM431, выполненную в трёхвыводном корпусе ТО-92. Вместо неисправного транзистора MJE13003 можно применить MJE13005.

К высоковольтному транзистору нужно прикрепить дюралюминиевый теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности около 8 см.кв, это значительно повысит надёжность устройства. Теплоотвод с помощью тонкой слюдяной прокладки и ПВХ трубки или втулки должен быть надёжно электрически изолирован от коллектора Q1, иначе он станет эффективной излучающей антенной.

Детали

Вместо транзистора ВС847 подойдёт любой из серий 2SC1815, 2SC945, ВС548, SS9014, КТ315, КТ3102, КТ645, КТ6111. Транзистор 2SA733 можно заменить на SS9012, SS9015, ВС557, ВС558, 2SA708, КТ361, КТ209, КТ3107, КТ6112, КТ6115.

Вместо германиевого транзистора МП25Б подойдёт любой из серий МП20, МП21, МП25, МП26, МП39 - МП42. Рекомендованные в вариантах замен транзисторы имеют отличия в типах корпусов и цоколёвке выводов. Диоды 1N4007 можно заменить на 1 N4005, 1 N4007, UF4005 -UF4007, 1N4937GP, 11DF4, КД 209Б, КД243Д, КД247Г.

Вместо диода FR107 может работать любой из UF4007, 1N4937GP, 1 N5399, RG2M, КД247Д. Диод FR203 можно заменить на любой из FR202 - FR207, FR302 -FR307, SRP300D SRP300K, КД226А -КД226Е. Вместо диода 1N4148 можно установить 1SS176S, 1SS244, 1 N914, КД510А,

Дроссели L3, L4 малогабаритные промышленного изготовления, намотанные на Н-образных ферритовых сердечниках. Подойдут любые индуктивностью от 100 мкГн и сопротивлением обмоток 10...

100 Ом. Дроссель L5 двухобмоточный, содержит несколько витков сложенного вдвое многожильного монтажного провода на кольце из низкочастотного феррита или пермаллоя, чем больше индуктивность и чем меньше сопротивление обмоток этого дросселя, тем лучше. Конденсаторы СЮ, С11 керамические высоковольтные.

Переменный резистор R20 подключают к схеме экранированным проводом минимальной длины, металлический экран переменного резистора должен быть соединён с минусом С9. Резистор R16 желательно применить невозгораемый или разрывной. Светодиод любой двухкристальный с общим катодом, например, серий L-119, L-293.

Вместо такого светодиода можно применить и два обычных светодиода непрерывного свечения. Оптрон РС817 можно заменить на любой из PS817, LTV817, EL817, SFH617A-2, PS2501-1, РС814, РС120, РС123, выполненный в стандартном четырёхвыводном корпусе.

Все детали модернизированного блока питания размещены в коробке из полистирола размером 80x50x44 мм от сетевого адаптера для игровой приставки «Денди». Контактные штыри для подключения к сетевой розетке удалены с корпуса, вместо них используется гибкий сетевой шнур с вилкой, что гораздо удобнее. Вес устройства в сборе 110 грамм.

Узел на германиевом транзисторе Q5 смонтирован на отдельной небольшой плате. Дроссель L5 приклеен к корпусу полимерным клеем «Квинтол». При сборке следите за тем, чтобы провода «горячей» высоковольтной части схемы не перехлёствывались с проводами и узлами её низковольтной части. В режиме холостого хода БП потребляет от сети ток 2 мА при напряжении сети 240 В переменного тока и 24 мА при выходном напряжении 9 В при токе нагрузки 0,5 А. Таким образом, КПД этого источника питания составляет около 78 %.

Бутов А. Л. РК-2015-08.

Литература:

  1. Бутов А.Л. Доработка зарядного устройства STA-U12RD. РК-2013-03.
  2. Бутов А.Л. Импульсный блок питания из старого видеоплеера. РК-2014-12.
  3. Бутов А.Л. Высоковольтный стабилизатор напряжения постоянного тока. РК-2010-11.
1 67 Блок питания
импульсный блок питания блок питания
кэшбек