Бестрансформаторные блоки питания

Автор: , 31 Дек 2013

shema-bestransformatornogo-istochnika-pitanija

 

В своем классическом варианте схема бестрансформаторного источника питания включает стабилизатор, выпрямитель переменного напряжения, гасящий конденсатор и конденсаторы емкостного фильтра. Последний необходим для уменьшения пульсаций выходного напряжения. Величина постоянной составляющей в выходном напряжении напрямую зависит от ёмкостей конденсаторов фильтра: чем они больше, тем меньше амплитуда пульсаций выходного напряжения. Однако при увеличении емкости растет и размер конденсаторов, поэтому емкостной фильтр нередко представляет собой самый громоздкий узел в таких источниках питания.

Как известно, включение емкости в цепь переменного напряжения приводит к сдвигу фазы тока на 90°. Это свойство фазосдвигающих конденсаторов используется, например, когда к однофазной сети необходимо подключить трехфазный двигатель. Если фазосдвигающий конденсатор включить в схему выпрямителя, то полуволны выпрямленного напряжения будут взаимно перекрываться и, таким образом, сглаживаться. В этом случае громоздкий емкостной фильтр можно сделать значительно компактнее, а то и вовсе обойтись без него. Схема стабилизированного выпрямителя без фильтра представлена на схеме ниже.

Бестрансформаторный выпрямитель без ёмкостного фильтра

Bestransformatornyj-vyprjamitel-bez-emkostnogo-filtra

Бестрансформаторный выпрямитель без ёмкостного фильтра

На схеме обозначено:

  • D1-D6 — диоды КД105В
  • D7 — стабилитрон Д814А
  • R1 — резистор МЛТ-2, 18 кОм
  • C1 — конденсатор К73-17, 0,2 мкФ, 630 В

Здесь между 3-фазным выпрямителем D1-D6 и источником переменного напряжения подключены резистор R1 и конденсатор С1 — активное и емкостное сопротивления. Для стабилизации выходного напряжения выпрямителя служит стабилитрон D7. В данной схеме следует использовать такой фазосдвигающий конденсатор С1, который подходит для работы в сетях переменного напряжения. Например, можно взять К73-17, с рабочим напряжением не ниже 400 В. Емкость и размеры фазосдвигающего конденсатора намного меньше, чем у оксидных конденсаторов фильтра, поэтому подобный выпрямитель позволит заметно уменьшить габариты бестрансформаторного блока питания.

В момент включения блока питания с емкостным фильтром происходит заряд конденсаторов и пусковой ток намного превосходит устоявшееся значение. Подобные броски тока при переходных процессах нежелательны во многих случаях. Предложенная схема выпрямителя лишена этого недостатка, так как при постоянной нагрузке практически постоянен и потребляемый ток.

Самый простой блок питания

prostoj-blok-pitanija

Простой бестрансформаторный блок питания

На схеме обозначено:

  • D1-D4 — диоды Д7Ж или диодный мост КЦ405Б
  • D5 — стабилитрон КС650А
  • D6 — стабилитрон Д817Б
  • D7 — стабилитрон КС168
  • R1 — резистор МЛТ-2,  4,7 кОм
  • R2 — резистор МЛТ-2,  5,6 кОм
  • R3 — резистор МЛТ-2,  3,9 кОм
  • VT1 — транзистор КТ940А
  • VT2, VT3 — транзисторы КТ815
  • C1 — конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 10В

На схеме изображен простейший бестрансформаторный блок питания, который можно собрать за полчаса. При указанных номиналах компонентов схемы, блок питания дает на выходе Iвых=300 мА и Uвых=6,8 В. Подбирая стабилитроны D6 и D7 с разными техническими характеристиками, можно менять выходное напряжение в довольно широких пределах. Для увеличения тока нагрузки необходимо оснастить транзисторы радиаторами. Для диодного моста подойдут даже старые диоды Д226Б, главное, чтобы расчетное обратное напряжение моста составляло не меньше 400 В.

Блок питания для радиоприемника

bestransformatornyj-blok-pitanija-dlja-radiopriemnika

Блок питания для радиоприёмника

На схеме обозначено:

  • R1, R2 — резистор МЛТ-0,5,  1 МОм
  • R3 — резистор МЛТ-0,5,  1 кОм
  • R4 — резистор МЛТ-0,5,  510 Ом
  • R5 — резистор МЛТ-0,5,  10 кОм
  • C1, C2 — конденсаторы КБГ, 2.2 мкФ, 400 В
  • C3 — конденсатор КБГ, 0,1 мкФ, 200 В
  • C4 — конденсатор К50-35,  470 мкФ,  6,3 В
  • D1-D4 — диодный мост КЦ407А
  • D5 — стабилитрон КС147А
  • D6 — светодиод АЛ307В
  • VT1 —  транзистор КТ816А или КТ209А

 

 На схеме представлен источник питания (на 5В) для портативного приемника, который легко умещается в его отсеке для батарей. Характеристики моста D1-D4 рассчитываются исходя из величины рабочего тока и предельного напряжения, значение которого определяется стабилитроном D5. Компоненты R3, D5 и VT1 в сумме представляют собой аналог мощного стабилитрона, у которого величина максимального тока и мощности рассеяния зависит от характеристик транзистора VT1. Максимальный ток VT1 должен быть больше тока нагрузки. Возможно, этот транзистор придется устанавливать на радиатор.

Наличие выходного напряжения индицируется цепью из резистора R4 и светодиода D6. Если токи нагрузки невелики, то следует учитывать и ток, который потребляет цепь индикации. Резистор R5 служит для стабилизации работы цепи питания.

Блок питания с управляемым выходным напряжением

bestransformatornyj-blok-pitanija-s-upravljaemym-vyhodnym-naprjazheniem

Блок питания с управляемым выходным сопротивлением

На схеме обозначено:

  • R1 — резистор МЛТ-0,5,  51 Ом
  • R2 — резистор МЛТ-0,5,  100 Ом
  • R3 — резистор МЛТ-0,25,  51 кОм
  • R4 — резистор МЛТ-0,25,  100 Ом
  • R5 — резистор МЛТ-0,25,  15 кОм
  • R6 — резистор МЛТ-0,25,  3,6 кОм
  • R7 — переменный резистор СП-1,  3,3 кОм
  • R8 — резистор МЛТ-0,25,  47 кОм
  • R9 — резистор МЛТ-1,  330 Ом
  • C1 — конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
  • C2 — конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 50 В
  • D1-D4 — диодный мост КЦ402А
  • D5 — диод Д237А
  • D6, D7 — диоды Д220
  • VT1 — транзистор КТ972А
  • VT2 — транзистор КТ203Б

В этом блоке питания реализована регулируемая отрицательная ОС (обратная связь) между выходом источника и транзисторным каскадом VT1. Каскад VT1 представляет собой регулирующий элемент, управляемый выходным сигналом от однокаскадного усилителя VT2. А величина выходного сигнала VT2 определяется разностью напряжений между переменным резистором-потенциометром R7 и источником опорного напряжения (диоды D6 и D7). Описанный блок питания, в сущности, представляет собой вариант регулируемого параллельного стабилизатора. Гасящий конденсатор С1 здесь функционирует как балластный резистор, а транзистор VТ1 — как параллельный управляемый элемент.

Работа блока питания происходит следующим образом: после включения в сеть накопительный конденсатор С1 разряжается через диод D5, а транзисторы VT2 и VT1 находятся в режиме отсечки (заперты). Они отпираются в тот момент, когда напряжение на базе VT2 сравняется с опорным на диодах D6 и D7. Выходное напряжение диодного моста при этом падает (поскольку его шунтирует транзистор VT1), снижается напряжение на С1, а транзисторы запираются. Как только они переходят в режим отсечки, напряжение на конденсаторе С2 снова возрастает, VT1 и VT2 открываются и весь цикл повторяется.

Таким образом, отрицательная ОС стабилизирует напряжение на выходе и оно остается постоянным как при подключенной нагрузке (сопротивление R9), так и на холостом ходу. Величину выходного напряжения можно регулировать положением движка переменника R7: нижнему (по схеме) положению соответствует выход 16 В, верхнему — 26 В. Если закоротить диод D6, то пределы регулировки составят 15-19,5 В. Максимальная выходная мощность блока питания равна 2 Вт, уровень пульсаций не превышает 70 мВ (на нагрузке).

Режим работы транзистора VT1 зависит от наличия нагрузки: линейный режим при работе с нагрузкой и режим ШИМ (широтно-импульсной модуляции) при холостом ходе. В последнем случае частота пульсаций напряжения на С2 составляет 100 Гц.

Для того, чтобы правильно подобрать емкость конденсатора С1, следует ориентироваться на два критерия. Во-первых, это максимальное напряжение при номинальной нагрузке, которое достигается только при соответствующей величине емкости. Выходное напряжение будет меньше требуемого при недостаточной емкости гасящего конденсатора. Во-вторых, на выходе выпрямительного моста вид осциллограммы напряжения должен оставаться неизменным. При правильно подобранной емкости С1 осциллограмма напряжения представляет собой последовательность положительных полуволн напряжения с усеченными вершинами. При этом каждая полуволна обязательно доходит до нулевой отметки, то есть постоянная составляющая отсутствует, иначе нарушится режим стабилизации. Амплитуда полуволн зависит от позиции движка R7 и при его вращении меняется по линейному закону.

При работе в линейном режиме транзистор VT1 почти не нагревается и может работать без теплоотвода. В режиме ШИМ (на холостом ходу) транзистор греется при максимальном выходном напряжении, когда движок R7 установлен в верхнее положение. Во избежание перегрева транзистора рекомендуется установить его на алюминиевый радиатор-«флажок». Например, это может быть квадратная пластинка 30х30х2 мм.

При подборе регулирующего транзистора VT1 нужно учитывать следующие параметры: большой коэффициент передачи; средняя по величине мощность (0,1-1 Вт); максимальное напряжение эмиттер-коллектор не превышает наибольшего выходного напряжения; величина тока коллектора в 2 раза больше значения тока нагрузки (макс.). В качестве регулирующего транзистора подходят приборы КТ972А, КТ829А, КТ827А или их аналоги. На место VT2 можно взять какой-либо маломощный компонент, например, КТ203 или КТ361.

Назначение резисторов R1 и R2 — защита регулирующего транзистора от бросков напряжения при включении устройства.

Конденсаторный выпрямитель

bestransformatornyj-kondensatornyj-vyprjamitel

Конденсаторный выпрямитель

На схеме обозначено:

  • R1 — резистор МЛТ-0,5,  51 Ом
  • R2 — резистор МЛТ-0,5,  100 Ом
  • R3 — резистор МЛТ-0,25,  1 кОм
  • C1 — конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
  • C2 — конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 25 В
  • D1-D4 — диодный мост КЦ402А
  • D5 — диод Д327Б
  • D6 — стабилитрон Д814Г
  • VT1 — транзистор КТ972А

В конденсаторном бестрансформаторном выпрямителе реализована автостабилизация выходного напряжения (11,6 В) за счет того, что выпрямительный мост подключается к конденсатору в другие моменты времени. Транзистор VT1, включенный параллельно мосту, работает в режиме ключа. Его база соединена (через стабилитрон D6) с конденсатором С2. Диод D5 отделяет емкость С2 от выхода диодного моста по постоянному току, чтобы исключить быстрый разряд накопительного конденсатора при отпирании VT1. Пока напряжение стабилизации на D6 больше, чем на С2, выпрямитель работает в обычном режиме. Когда напряжение на С2 повышается, то открывается VT1, шунтирует выход моста и напряжение на нем скачкообразно падает до нуля. В результате падает напряжение и на С2 и стабилитрон с ключевым транзистором выключаются.

Далее весь цикл повторяется: повышение напряжения на С2, включение D6 и VT1 и т.д. Подобная автостабилизация напоминает процесс ШИ-регулировки в импульсных стабилизаторах напряжения. Только здесь частота следования импульсов и частота пульсаций выходного напряжения на C2 равны. Чтобы минимизировать потери, у ключевого транзистора должен быть достаточно большой коэффициент усиления.

Для увеличения выходного напряжения можно использовать последовательную цепь из двух низковольтных стабилитронов. Например, при двух Д814В (или Д814Д), емкости С1=2 мкФ и нагрузке R=250 Ом напряжение на выходе U=23-24 В.

Однополупериодный диодно-конденсаторный бестрансформаторный выпрямитель

odnopoluperiodnyj-diodno-kondensatornyj-bestransformatornyj-vyprjamitel

Однополупериодный диодно-конденсаторный бестрансформаторный выпрямитель

 

На схеме обозначено:

  • R1 — резистор МЛТ-0,5,  51 Ом
  • R2 — резистор МЛТ-0,5,  100 Ом
  • R3 — резистор МЛТ-0,25,  1 кОм
  • C1 — конденсатор КБГ, 1,5 мкФ, 400 В
  • C2 — конденсатор К50-35, 1000 мкФ, 25 В
  • D1 — диод Д237Б
  • D2 — диод Д327Б
  • D3 — стабилитрон Д814Г
  • VT1 — транзистор КТ972А

В таком выпрямителе выходное напряжение (11,6 В) стабилизируется аналогично. Транзистор VT1 соединен параллельно с диодом D1 и управляется обратной связью выход-стабилитрон D3. Повышение напряжения на накопительном конденсаторе С2 приводит к открыванию D3 и VT1. В этот момент амплитуда полуволны напряжения, проходящей через диод D2 на накопительный конденсатор, падает почти до нуля. Напряжение на С2 понижается, транзистор VT1 снова закрывается и выходное напряжение повышается. Поскольку длительность импульсов на входе диода D2 регулируется, напряжение на накопительном конденсаторе С2 остается стабилизированным.

В зависимости от того, какое выходное напряжение требуется (положительное или отрицательное), регулирующий транзистор VT1 выбирают типа p-n-p (-) или n-p-n (+). В обоих случаях D3 работает в импульсном режиме, потери в нем минимальны и теплоотвод для него не требуется.

Функция резисторов R1 и R2 в обоих схемах заключается в ограничении входного тока при включениях источника питания в сеть.

Внимание! Будьте осторожны при настройке и эксплуатации всех бестрансформаторных устройств, поскольку в них отсутствует гальваническая развязка от сети 220В.

Будет интересно почитать:
Если Вам понравилась статья, то вы можете рассказать друзьям:

Комментарии

4 комментария на Бестрансформаторные блоки питания”

  1. василий:

    При таком блоке питания уместны только малые токи, так как счетчик насчитает в 10 раз больше электроэнергии.Например 10в 1а =10вт ,потребляемый ток от сети тоже 1А , 1А 220В =220Вт, так что делать такие источники есть смысл на милливаттных мощностях .

  2. admin:

    Неверно. Ток потребляемый от сети будет меньше, т.к. в цепи стоит последовательно сопротивление в виде конденсатора или резистора. Конечно потери неизбежны, но они есть в любом блоке питания.

  3. Уважаемый админ! Эта статья также размещена на сайте (ссылка удалена) и напоминает телевизионное шоу «Точь в точь». Жаль, что у вас схемы не пронумерованы,- вот рекомендуется в мостовой схеме сетевого выпрямителя использовать германиевые диоды Д7Ж, выпускавшиеся в прошлом веке (точнее, в прошлом тысячелетии). Вы бы ещё посоветовали использовать диоды ДГЦ27 из запасников Политехнического музея. С уважением, старый радиолюбитель.

  4. admin:

    К сожалению статьи воруют, на указанном вами сайте статья опубликована в 2015г, моя в 2013, так что плагиатор, возможно, ещё поплатится баном от поисковых систем.
    Насчет старых радиодеталей — так их куча у меня и у других зачастую валяется, поэтому собираем схемы из того, что под рукой, а кому надо, тот в инете найдёт современные аналоги.

Ваш комментарий

Обратите внимание: Комментарии модерируются, и это может вызвать задержку их публикации. Отправлять комментарий заново не требуется.