Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

18-10-2018

Двуполярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой. Часть 3

Журнал РАДИОЛОЦМАН, июнь 2018

Алексей Кузьминов, Москва

Часть 2

Разводка плат и фотографии устройства

Разводка платы стабилизаторов (Рисунок 8а) и платы индикации (Рисунок 8б) сделана автором с помощью программы Sprint LayOut 6.0, a технология изготовления фотошаблонов и самих плат с высоким разрешением своими силами подробно описана в статьях автора [1], [2]. Как видно из Рисунка 8, платы получились миниатюрного размера. Компоненты для поверхностного монтажа расположены на стороне дорожек и обозначены синим цветом. Компоненты навесного монтажа расположены с обратной стороны и обозначены коричневым и зеленым цветом. Файл с разводкой плат в формате *.lay6 доступен для загрузки по ссылке в конце статьи.

Разводка плат стабилизатора (а) и индикации (б). Разводка плат стабилизатора (а) и индикации (б).
а) б)
Рисунок 8. Разводка плат стабилизатора (а) и индикации (б).

На Рисунке 9 показаны фотографии платы стабилизатора с обеих сторон, а на Рисунке 10 – фотографии источника питания (в котором использован описываемый стабилизатор) со снятой верхней крышкой металлического корпуса (Рисунок 10а) и в сборе (Рисунок 10б). Плата стабилизатора не имеет крепежных отверстий, поскольку держится на достаточно прочных выводах транзисторов. Оба транзистора прикручены винтами М2.5 к радиатору через керамические изолирующие прокладки и втулки с использованием теплопроводной пасты КПТ-8. Этот радиатор закреплен на задней стенке корпуса. Выпрямительные диоды без изоляционных прокладок установлены на игольчатом радиаторе, прикрепленном к днищу корпуса уголком. Трансформатор закреплен на днище корпуса стандартным способом – с помощью чашки и болта М8 с гайкой. Чтобы корпус не прогибался от усилия прижима трансформатора, на его днище с внешней стороны (под трансформатором) установлена стальная пластина 100×100 мм толщиной 2.5 мм с отверстием в середине, через которое пропущен болт. Электролитические конденсаторы укреплены на днище корпуса. Цементные резисторы номиналом 6.8 Ом мощностью 2 Вт, через которые разряжаются электролитические конденсаторы, установлены на стеклотекстолитовой пластине, прижимающей конденсаторы к днищу. Эти резисторы соединены проводами с кнопками, расположенными на задней стенке корпуса (зеленого и красного цвета, Рисунок 11). Розетка, к которой подключается кабель с напряжением ~220 В, выключатель питания, предохранитель и выходной силовой разъем, к которому подключен силовой кабель, также расположены на задней стенке корпуса. Подключение силового кабеля к УМЗЧ хорошо видно на Рисунке 11. Оба индикаторных светодиода установлены слева на лицевой поверхности корпуса (они хорошо видны на Рисунке 10б). Плата индикации привернута к обратной стороне лицевой поверхности корпуса. Корпус снабжен четырьмя резиновыми ножками.

Плата стабилизатора: Плата стабилизатора:
а) б)
Рисунок 9. Плата стабилизатора:
а – вид со стороны дорожек,
б – вид с обратной стороны.​
 
ИП в корпусе ИП в корпусе
а) б)
Рисунок 10. ИП в корпусе:
а – без верхней крышки,
б – в сборе.
 
Фрагмент задней стенки ИП.
Рисунок 11. Фрагмент задней стенки ИП.

Испытания и параметры стабилизаторов

Испытания стабилизаторов проводились следующим образом.

На вход подавалось выпрямленное напряжение UВХ, которое измерялось стрелочным вольтметром. К выходам стабилизаторов подключались (параллельно в различных сочетаниях) мощные резисторы номиналом 10 Ом, 5 Ом, 5 Ом и 4 Ом, соответственно, которые при выходном напряжении 14 В обеспечивали, соответственно, выходной ток 1.4 А, 2.8 А, 2.8 А и 3.5 А в диапазоне от 0 (без нагрузки) до максимального 10.5 А (если их все подключить параллельно). Выходные токи каждого из стабилизаторов одновременно измерялись двумя стрелочными амперметрами с максимальным током 10 А, выходное напряжение UВЫХ каждого из стабилизаторов – цифровым тестером с двумя знаками после запятой непосредственно на нагрузке. Кроме того, UВХ и UВЫХ подключались к двухканальному цифровому осциллографу с закрытыми входами, чтобы измерить пульсации соответствующих напряжений.

Испытания стабилизаторов показали следующее.

При изменении тока нагрузки от 0 до 10.5 А выходное напряжение оставалось неизменным, то есть второй знак после запятой не изменялся. Другими словами, выходное напряжение было стабильно с точностью до 10 мВ.

Из осциллограмм напряжений, снятых современным двухканальным цифровым осциллографом (Рисунок 12), можно почерпнуть следующую информацию. Вертикальное разрешение 1-го канала с закрытым входом (AC) составляет 0.5 В/деление (надпись желтого цвета в левой нижней части картинки «CH1 ~ F 500 mV»), 2-го канала – 2 мВ/деление (надпись цвета морской волны «CH2 ~ F 2.00 mV»), горизонтальное разрешение составляет 2 мс/деление (надпись серого цвета «Time 2.000 ms»).  Осциллограммы сняты при токе нагрузки в районе 9.5 А, о чем косвенно свидетельствуют достаточно высокий размах пульсаций (от пика до пика) входного напряжения стабилизатора положительного напряжения +14 В, составляющий 1.32 В (надпись желтого цвета «Vpp(1)= 1.32V» в левой нижней части осциллограммы Рисунок 12а) и такой же высокий размах пульсаций входного напряжения стабилизатора отрицательного напряжения –14 В, составляющий 1.34 В (надпись желтого цвета «Vpp(1)= 1.34V» в левой нижней части осциллограммы Рисунок 12б).

Осциллограммы пульсаций входных Осциллограммы пульсаций входных
а) б)
Рисунок 12. Осциллограммы пульсаций входных (канал 1, желтый) и выходных (канал 2,
цвет морской волны) напряжений стабилизаторов:
a – +14 В («–14 В» выходного разъема ИП),
б  – -14 В («+14 В» выходного разъема ИП).

Размах пульсаций выходного напряжения стабилизаторов получился настолько низким и измеряемым уже в микровольтах, что вначале автору даже не удалось синхронизировать его сигнал, в связи с чем синхронизация была осуществлена по относительно высокому размаху входного напряжения, то есть по 1-му каналу. И только после этого были получены четкие осциллограммы пульсаций выходного напряжения стабилизаторов, размах которых от пика до пика, соответственно, составил: для UВЫХ = +14 В – 320 мкВ (надпись цвета морской волны «Vpp(2)= 320 uV» в середине нижней части осциллограммы Рисунок 12а) и для UВЫХ = –14 В – чуть больше – 480 мкВ (надпись цвета морской волны «Vpp(2)= 480 uV» в середине нижней части осциллограммы Рисунок 12б). Вначале автор не поверил своим глазам, поскольку такой ультранизкий размах пульсаций выходного напряжения стабилизаторов при токе 9.5 А автору никогда не удавалось получить. На всякий случай автор поменял щупы осциллографа местами, а также проверил, не установлен ли аттенюатор щупов на «×10» вместо «×1». Но нет, все осталось по-прежнему, и осциллограммы показали то же самое. Значит, так оно и есть.

Подсчитаем, во сколько раз размах пульсаций выходного напряжения ниже размаха пульсаций входного. Для этого возьмем минимум размаха пульсаций входного напряжения из 1.32 В (Рисунок 12а) и 1.34 В (Рисунок 12б), то есть 1.32 В и разделим его на заведомо больший максимум размаха пульсаций выходного напряжения, то есть 0.5 мВ. Получим: 1320 мВ/0.5 мВ = 2640 раз или 68.4 дБ. Другими словами, подавление стабилизаторами пульсаций входного напряжения составляет не менее 68 дБ. На взгляд автора, это достаточно высокий показатель.

Здесь необходимо добавить, что для получения таких низких пульсаций выходного напряжения при больших токах входное напряжение не должно опускаться ниже выходного (14 В) плюс падение напряжения на транзисторе (около 0.2 – 0.3 В), плюс амплитуда пульсаций входного напряжения (не менее 0.7 В, судя по осциллограммам), что в сумме составляет не менее 15 В. Для надежности (с запасом 0.5 В) входное напряжение не должно опускаться ниже 15.5 В, то есть быть на 1.5 В выше выходного (по абсолютному значению).

Итак, подытожим параметры стабилизаторов:

  • Выходные напряжения двуполярного стабилизатора – ±14 В;
  • Максимальный выходной ток стабилизаторов 9.5 А;
  • Размах пульсаций выходных напряжений при максимальном токе – не более 0.5 мВ;
  • Ток срабатывания защиты – 10 А;
  • Входное напряжение (абсолютное значение) стабилизаторов – не менее 15.5 В.

Заключение

Представленные в статье схемные решения и их реализация вплоть до источника питания позволяют по-новому решить извечную проблему подавления высокого значения размаха пульсаций выходных напряжений стабилизаторов при относительно больших токах. Подключение таких стабилизаторов к самым различным приборам существенно повысит качество их работы и защитит от разрушения большими токами при коротком замыкании.

Литература

  1. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разрешением в домашних условиях. – Технологии в электронной промышленности, 2010, №8, с. 18 – 25; 2011, № 1, с. 9 – 13; № 2, с. 18 – 25.
  2. Кузьминов А. Технология изготовления печатных плат с высоким разрешением в любительских условиях. – Радио, 2017, № 10, с. 24 – 28.

Файл разводки в формате Sprint-Layout v6

Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • За такую плату - руки поотрывать! И не стыдно показывать свою безрукость?
  • А как безрукому можно "руки поотрывать"?
  • Какие-то людоедские предложения, господа. А нельзя ли проще, - выложить образцы своих разработок, чтобы было с чем сравнивать? Давайте порадуемся вместе! С уважением...
  • Плата как плата, не хуже многих. Вполне красивая и качественная. Просто смысла в такой маленькой плате нет. Это лабораторный прибор, на плечах его не носить. Я бы сделал эту плату раза в два больше и спокойно, без ненужной миниатюризации все бы на ней разместил. А здесь одно на другом напаяно. В ремонте неудобно, в сборке, а про трудности в отводе тепла от такой маленькой платы я вообще молчу ...
  • Схема толковая. Описание отличное. А все эти "замечания" от "экспертов" самозванцев чушь собачья. От зависти такое, или может еще какие мотивы хрен его знает. Шли бы вы торовый трансформатор на 250 ватт мотать. Платку сделать по своему усмотрению пара пустяков и даже выкладывать её не стоило. Трудности нужно сначала заиметь. И что же её так греет? А здоровенные конденсаторы - радиаторы учтены?
  • Хороший аппарат, но как и у всех стабилизаторов компенсационного типа не решает проблему отвода тепла и низкого КПД. Если задать напряжение сети 198 - 242 В и ток нагрузки 10 А при падении напряжения на регулирующем транзисторе 0,5 В, то мощность потерь для одного канала составит 38 вт. А, если выходное напряжение установить вдвое ниже, то при том же токе нагрузки мощность потерь удвоится. Утилизировать такую мощность весьма непросто. Достоинством этого стабилизатора является низкий уровень помех и высокий Кст. Однако, есть комбинированные стабилизаторы, состоящие из импульсного стабилизатора и компенсационного. Импульсный обеспечивает высокий КПД и малую мощность потерь. За ним идёт компенсационный, который обеспечивает высокое качество выходного напряжения. Импульсный стабилизирует напряжение на 0,5 - 1,5 В больше выходного и всё время поддерживает его на этом уровне. Преимущество очевидно - даже при низких выходных напряжениях и больших токах КПД остаётся высоким.
  • Само собой, но думаю что автор то же считать умеет и меры принял. В данной конструкции ручка регулировки из корпуса не торчит. Значит и вдвое ниже ничего устанавливаться не будет. Зачем же придумывать обьекту несуществующие свойства? Это как у моего дежурного Советского Б5-29 выпуска 1982г. Но есть и еще один метод. Это обмотки на трансформаторе переключать что бы греющий перепад напряжения уменьшить. Технологическое обоснование слабо. "плата стабилизаторов получилась просто огромной (175×80 мм), да еще с двусторонней разводкой, изготовить которую своими силами весьма проблематично" Корпус там не маленький и такая плата поместиться, а неумение делать двухсторонние платы личный пробел в технологических возможностях. И еще пюбопытно для каких целей такое чудо понадобилось?
  • А как можно приговорить к двум пожизненным срокам? Вот так и руки: безрукому сначала приделать, а потом оторвать, и всё это на площади, публично, в назидание другим "безруким". (шутка).
  • Какие высочайшие познания в двуполярных стабилизаторах на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой.
Полный вариант обсуждения »
Рекомендуемые публикации по теме:
Схемы  »
Двуполярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой. Часть 2
Схемы  »
Двуполярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой. Часть 1
Схемы  »
Усовершенствованный двуполярный стабилизатор на ОУ и мощных полевых транзисторах с токовой защитой и ультранизким уровнем пульсаций
Форум  »
Двуполярный БП для УМЗЧ
Форум  »
Обсуждение: Эффективный двуполярный преобразователь напряжения шины USB

При перепечатке материалов с сайта прямая ссылка на РадиоЛоцман обязательна.

Приглашаем авторов статей и переводов к публикации материалов на страницах сайта.

Гетероструктурные транзисторы CoolGaN – преимущества и особенности управления
Пассивные компоненты для передовых разработок
Срезы ↓
Новая Инженерная Школа
Новая Инженерная Школа
Курсы и семинары для инженеров, технологов, разработчиков и конструкторов предприятий приборостроения.
Рейтинг@Mail.ru