Двухполярный маломощный регулируемый стабилизатор

Это завершение одноименной темы на форуме, которую отдаю вашей критике.

Короче, появилось желание иметь подобный источник для моделирования/макетирования. Под руки попался корпус от некоего устройства со встроеным трансформатором. Публикую в надежде, что кому-то хоть отдельные части разработки пригодятся.

Итак повторю исходные условия.
Вторичка трансформатора 11+11В на х.х., импеданс полуобмотки 0,95 ом (получен экспериментально). При нагрузке 0,5А напряжение на выходе 2х 10,53В.
Хочу сделать регулируемый БП +/-2..12В с токоограничением 0,5А.
Анализ:
1. выпрямитель + сглаживающий фильтр
холостой ход: напряжение на фильтре = 11 х 1,41 — 0,6 = 14,9 В;
нагрузка 0,5А: пиковое напряжение = 10,53 х 1,41 — 0,8 = 13,8 В
при емкости фильтра 4700 µF мин. напряжение = 12,9 В
2. Проходной регулирующий элемент
LM317: мин. разница напряжений «вход-выход» ок. 3В — 12 вольт не достичь!
PNP(NPN)-транзистор: Uнас. эмиттер-коллектор ок. 0,6 В — должно получится!

Если применить в выпрямителе диоды Шоттки с малым падением (я взял STPS340U), тогда напряжение на фильтре под макс.нагрузкой (0,5А) выглядит так: пик = 15 В, мин.= 13,4 В. Ну это без учета возможного снижения сетевого напряжения.
Короче – выбор пал на вариант с Шоттки и биполярными транзисторами. Смакетировал и получил удовлетворительные результаты. Макетировать плечи пришлось по-отдельности ввиду отсутствия счетверенного ОУ (или двух сдвоенных) в выводном корпусе. В «железе» применен LM224D в SMD-корпусе – пожертвовала некоторая списанная плата.
Теперь – окончательная схема и ее разбор. Читабельная схема во-вложении.
Двухполярный БП
Описывать буду положительное плечо, поскольку функционирование отрицательного аналогично.
Выпрямитель, фильтр и схема регулировки не представляют ничего нового, за исключением источника опорного напряжения — я не стал использовать стабилитрон с резистором или источником тока, поскольку 5-вольтовый стабилизатор все равно нужен для цифровой части прибора (здесь его описывать не буду) и его стабильности для этой цели достаточно.
Выпрямитель и опорный стабилизатор
Опорное напряжение на делителе R2/R3 составляет 1,42 В. Выбор его продиктован схемным решением и минимальным значением выходного напряжения всей схемы, а также наличием подходящих номиналов. Конденсатор С12 на выходе опорного напряжения дополнительно фильтрует возможные помехи от 5-вольтовых потребителей.
Делитель напряжения ОС

На резисторах R13/RP1/R14 собран регулируемый делитель цепи обратной связи. RP1 естественно переменный, а не подстроечный, как на схеме. Подстроечник выбран исключительно для проектирования платы и на его место впаяны штыри разъема. R13 у меня впаян на 68 ом, поскольку сопротивление переменника оказалось меньше заявленых 4,7кОм, которые заложены в расчете, и не позволяло достичь желаемых 12В. В результате этой доработки диапазон регулировки оказался 1,56 — 12 вольт.
Отрицательное плечо повторяет напряжение на положительном с точностью до наоборот (со сменой полярности) и особого описания, думаю, не требует. Это решение взято от Хоровица и Хилла.
Конденсаторы С5/С6 на плате не установлены, но место и разводка под них имеются. Они понадобились на макетке, поскольку схема возбуждалась, почему — сам толком не понял. Скорее всего от длинных связей и больших емкостей макетного монтажа.

Теперь об ограничении тока.
Токоограничитель
Для снижения влияния на проходное напряжение шунт выбран довольно низкоомным и реализован параллельным включением 4-х одноомных резисторов. Замечу, что вся конструкция разрабатывалась по-принципу «как можно меньше покупать», отсюда же и наборной шунт.
ОУ IC1A работает в режиме компаратора и для задания начального смещения на диф.входах выбран такой резистивно-диодный измерительный мост (во придумал название!). В момент срабатывания IC1A «фальсифицирует» напряжение ОС и заставляет регулирующий ОУ IC1B снижать базовый ток проходного транзистора Т1, что приводит к снижению тока коллектора и нагрузки вплоть до отключения. Диоды D5/D6 служат для развязки выходов ОУ.
Как же работает этот измерительный мост? Диод D7 создает начальное отрицательное смещение на входах ОУ IC1A через делитель на R6/R8 и удерживает его в «ждущем» режиме, пока напряжение на шунте не достигнет порогового значения, которое устанавливается подбором R6. Кроме того это схемное решение обеспечивает обратный наклон нагрузочной характеристики, поскольку чем меньше выходное напряжение, тем меньше и падение на D7, а значит и начальный сдвиг на входах IC1A.
Вот так выглядит зависимость вых.напряжения при указанном номинале R6:
Нагр. характеристика полож. плеча
Заметна разница реакции на различных напряжениях, вызваная изменяющимся смещением на D7. В приведенном графике отсутствует информация о поведении схемы при токах >0,6А. Выход «обваливался» уже при незначительном превышении этой границы. По-хорошему, надо было бы снимать значения чаще, чем через 100мА, но снимать их «вручную» — равносильно самоистязанию. Нет у меня возможности это автоматизировать (пока)! Прошу довольствоваться и этими данными :)
При превышении выходного тока напряжение на выходе просто скатывается до нуля. Ток нагрузки при этом снижается до прим. 0,2 А. Светодиод (индикатор перегрузки) и гасящий резистор R4 опциональны и имеют некоторые особенности: стандартный СД не светится, как ожидалось, — на макетке был применен сверхяркий и индицирует перегрузку приемлемо, однако при перегрузке отрицательного плеча светится слабее почему-то. Для меня это пока не составляет неудобства, когда надоест — доработаю схему и, возможно, поделюсь решением.
Поскольку перегрузка положительного плеча приведет к снижению и отрицательного напряжения, решил спроектировать так, что бы и перегрузка отрицательного плеча влияла одинаково на оба выхода.
Нагрузочная характеристика (предварительная) отрицательного плеча с указанным в схеме 5К6 для R7:
Отрицательное плечо с R7=5К6
Как видно диод D8 создает смещение, отличное от D7, поэтому реальный резистор R7 у меня 6,8 кОм — «подогнан по месту». Окончательную характеристику отриц. плеча не привожу (есть во вложении) с целью экономии места в топике; она похожа на положительную.
Вместо BD140 у меня стоит BD138 — собственно на него-то и был расчет (дешевле!), но в моей библиотеке Орла его не оказалось, а лишние телодвижения делать было лень. И какя разница? Уверен, если кто будет повторять, то вряд ли будет слепо ставить элементы один-в-один. В конце-концов можно и КТ815/816 поставить, а операционники — хоть одинарные. Добавлю к вышесказанному, что для хорошей работы транзисторов (достижения глубокого насыщения) выход ОУ должен обеспечивать ток порядка 20мА.
Разводку печатной платы не предлагаю, она разработывалась под конкретный корпус и радиатор, да не очень-то удачно получилась, даже фото стыдно выкладывать :)

Надеюсь изложил доступно. Если что — спрашивайте :)
  • +1
  • 08 мая 2012, 23:49
  • Fahivec
  • 4
Файлы в топике: Dual-PS.png, Positive.png, Negative5K6.png, Negative6K8.png

Комментарии (27)

RSS свернуть / развернуть
А фотки?
+1
см. предпоследнне предложение :)
0
Ну не жадничай, дай потешить своё самолюбие :)
0
Чье самолюбие имелось ввиду? Если мое, то оно должно еще потерпеть до завершения устройства.
А если твое, то вот — тешься полуфабрикатом :)
Нижняя сторона платы
Вид сверху
0
И что, хватает такого радиатора?
0
Он прямо на шасси прикручен, так что площадь охлаждения прилична.
0
А говорил ужас…
*ушел рыдать в подушку

P.S.: последнее предложение из поста куда-то пропало…
0
Ну про ужас я не говорил… Что касается качества печати: полигоны-то кривые, местами перетрав — нечеткая фотка это скрывает, да и олово лягло срамно! А электролиты слишком близко к радиатору стали, между ними еще LM7805 стать должен. Там пока 78L05 стоит. Короче — поторопился.
к P.S. — какое предложение?
0
и флюс не смыт…
У меня платы ещё хуже выглядили первый год. не скажу что сейчас лучше :)

— А фотки?
— см. предпоследнне предложение :)
смотрим: Если что — спрашивайте :)
0
Аааа...! увидел! надо пред-предпоследнее читать! :)
0
Фух, разорвал рекурсию, а то я чуть было не завис: А фотки? -> Если что — спрашивайте -> А фотки? -> Если что — спрашивайте -> А фотки? -> Если что — спрашивайте ->…
Вовремя по ветке «где последнее предложение» успел соскачить :)
0
Покорнейше извиняюсь, что с таким огромным опозданием!!!

Внутренности девайса с описываемым БП
0
Внешний вид готового устройства
0
Во, как раз я хотел почитать про одинаковость двухполярного напряжения при неравномерной нагрузке плеч))
0
Увы, не смогу ответить насколько одинаковыми (по модулю, конечно) остаются напряжения.
В пределах 300мА (абсолютно) заметной разницы не видел, полагаясь на показания встроенного вольтметра.
Специальных исследований не проводил — пока не было надобности.

Кстати, о разбросе напряжений имеет смысл говорить, когда нагрузка минусового плеча значительно приближается к порогу ограничения. В остальном же отрицательное плечо просто повторяет с инверсией значение на выходе положительного плеча (см. схему).
0
Как обычно косяки с форматированием картинок.
Во первых, убери у них align, если есть, а во вторых размещай каждую картинку в собственной строке, без текста или других картинок в этой же строке.

У тебя операционники без ОС на них, питальник норм работает? Мой по подобной схеме упорно возбуждался, пока не подрезал усиление опера.
0
  • avatar
  • Vga
  • 09 мая 2012, 02:42
А как же регулировка максимального выходного тока?
0
Ок, подправлю. Хотя раньне я не «косячил», т.е. вставлял без align. В этот раз решил использовать, раз есть такая опция :)

Моя ошибка, что поторопился публиковать без детальных испытаний. Насчет возбуждения пока сказать ничего не могу — нужен осциллограф. Возбуждение можно подавить конденсатором в пару сотен пФ между выходом и инв.входом ОУ.
А что за схема у тебя, откуда?
0
Собственной разработки. Аналогичная твоей, она же совершенно типовая. Впрочем, из-за возбуждения я отказался от опера в положительном плече и сделал на TL431 (ИОН, усилитель ошибки и управляющий транзистор в одном корпусе ТО92, да еще и дешевле чем LM358). А отрицательное плечо по схеме ХиХ, и вот оно-то возбуждалось так, что видно было невооруженным ухом. Задавил усиление и добавил кондер в ОС — помогло.
По току у меня ОС проще — на одном транзисторе (в каждом плече, ессно). Регулировка тока дискретная — 6 кнопочек и бинарный набор резисторов, итого ток до 1А с шагом 15мА (примерно, я забил на точность шага и поставил обычные резюки E24).
Девайс вроде более-менее отладил, но нужно еще корпусировать и погонять на полной нагрузке.
0
оффтоп конечно, но ваш ник означает то что он с виду означает (фахівець) или есть какой то сакральный смысл?
+1
угадал! это был мой первый серьезный проект, причем сразу же с доработками в железе и софте. Давно это было…
0
А что это такое?
0
Какой вариант? Сколько ПЗУ, ОЗУ? Писал-ли сам программы для него? Сохранился ли аппарат?
0
Для любопытных: Ответ пришёл мне в привате. Кратко — это был собственный вариант, основанный на оригинальной схеме Волкова.
0
Скажу честно — не нравятся мне характеристики блока.
Из графиков следует, что в положительном плече при напряжении 12 В и токе 0,4 А падение напряжения составляет 3%.
В отрицательном плече при 12 В немного лучше, но при 2 В и токе 0,4 А падение больше 8%.
Это совсем плохо. В чем причина?
0
  • avatar
  • mzw
  • 09 мая 2012, 11:17
Так сразу и не отвечу, надо разбираться.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.