통합 보호 기능이 있는 실험실 전원 공급 장치. 계획, 설명

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보호 기능이 통합된 실험실 전원 공급 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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무선 장비의 개발 및 수리에 관련된 모든 무선 아마추어는 모든 경우에 대해 실험실에서 범용 전원 공급 장치를 갖기를 원합니다. 이러한 소스는 광범위하게 조정 가능한 출력 전압, 고전류, 고전압 안정성, 낮은 리플, 신뢰할 수 있는 보호(과전류, 과전압 및 과열에 대한 보호)를 갖추어 전원이 공급되는 장비와 소스 자체의 안전을 보장해야 합니다. 전원 공급 장치는 단순해야 하며 희소하고 비싸고 부피가 큰 구성 요소를 포함하지 않아야 합니다.

위의 요구 사항을 충족하는 완성된 장치에 대한 설명을 찾으려는 시도는 성공적이지 않았으므로 저자는 그러한 단위를 스스로 개발해야 했습니다. 그것의 결과는 스스로 판단하십시오.

제안된 실험실 전원 공급 장치(PSU)의 개발에서 주된 관심은 보호 노드에 주어졌습니다. 저자에 따르면 최대의 신뢰성을 보장하기 위해 전자 및 전기 기계 보호를 조합하여 사용해야 합니다.

설명 된 전원 공급 장치에는 출력의 과전압 및 열 보호 장치에 대한 전류 보호 장치가 구현됩니다.

광범위한 부하 전류에서 무선 장비를 전기적 손상으로부터 보호하려면 전류 보호를 조정해야 합니다. 개발 과정에서 전류 센서를 구현하는 데 몇 가지 어려움이 있었습니다. 클래식 버전에서 이것은 보호 제어 장치에 의해 모니터링되는 전압 강하인 전원 회로에 포함된 저항입니다. 조정 가능한 전류 센서를 구현하려면 단위에서 0,1/15, 심지어 20/XNUMX옴의 저항을 가진 매우 높은 전력의 가변 저항이 필요합니다. 예를 들어 전류 센서 저항이 XNUMXΩ이고 전류가 XNUMXA이면 XNUMXW 이상의 전력이 소비됩니다! 스위칭 저항이 있는 옵션이 있지만 이 경우 스위치는 최대 부하 전류를 견뎌야 합니다. 또한 스위치 접점의 저항은 불안정하고 스위치 저항의 저항에 비례하므로 보호 임계 값이 불안정하고 스위치 자체가 매우 커집니다. 물론 저항이 매우 낮은 고정 저항을 사용하고 조정 가능한 DC 증폭기를 통해 전압 강하를 증폭할 수 있지만 이 실시예에서는 장치가 훨씬 더 복잡해집니다.

해결책은 기사 [1]을 읽은 후 나타 났으며 다음과 같습니다. 스태빌라이저 앞의 전원 공급 장치 회로에 포함 된 리드 릴레이 RES-55의 본체에 추가 권선이 감겨 있습니다. 릴레이의 주 권선 및 추가 권선의 전류 방향은 그에 의해 생성된 자기장이 합산되도록 선택됩니다. 그런 다음 주 권선의 전류를 변경하여 PSU 전류 보호의 작동 수준을 조정할 수 있습니다.

출력의 과전압 보호 노드에는 일반적으로 강력한 제너 다이오드 또는 트리니스터가 사용되며 전압이 증가하면 PSU 출력을 열고 닫습니다. 전류가 급격히 증가하면 전원 회로에 설치된 퓨즈가 활성화됩니다.

전원 공급 장치의 출력에서 과전압에 대한 보호를 위해 제안된 장치에는 주 스태빌라이저와 동일한 출력 전압 조정 법칙을 가진 추가 저전력 스태빌라이저가 도입되었습니다. 추가 스태빌라이저의 출력 전압은 메인 스태빌라이저보다 약간 높아야 합니다. 두 전압 모두 가장 단순한 비교 노드에 공급됩니다. 메인 스태빌라이저의 출력 전압을 초과하면 보호 기능이 작동합니다.

열 보호 장치는 열 스위치에 조립됩니다.

PSU의 주요 기술적 특성:

출력 전압 조정 간격, V......1,2...15; 1,2...30
최대 부하 전류(1,2 ~ 30V 범위는 15 ~ 30V 전압에서 보장됨), A ...... 15
전압 안정화 계수, 이상 ..... 100
출력 전압 12V 및 부하 전류 10A, mV의 리플 레벨, ......30 이하
보호 작동 전류 조절 간격, А.......0,5...15
보호가 트리거되는 출력 전압 초과, V, ...... 2 이하
냉각 팬 활성화 온도, °С......50
열 보호 작동 온도, °С.......60

전원 회로는 그림에 나와 있습니다. 네트워크 변압기 T1의 1차 권선에서 교류 전압이 정류기 브리지 VD1에 공급됩니다. 출력 전압 간격은 점퍼 S1,5에 의해 전환됩니다. 다이어그램에 따라 왼쪽 위치 - 15 ... 1,2 V; 오른쪽 - 30 ... 1 V. 커패시터 C4-C6는 곱셈 간섭을 줄입니다. 커패시터 C9-C3에 의해 평활화 된 정류 전압은 일반적인 회로 [1]에 따라 연결된 DA2 및 DA1 마이크로 회로에 조립되는 주 및 추가 스태빌라이저의 입력에 공급됩니다. 메인 스태빌라이저의 출력 전류를 높이기 위해 전류 레벨링 저항 R4-R9가 설치된 이미 터 회로에 제어 트랜지스터 VT12-VT2가 사용됩니다. 다이오드 VD3, VD10, VD11 및 VD2은 보호용입니다. 메인 및 추가 스태빌라이저의 출력 전압은 이중 가변 저항 R3에 의해 조절됩니다. 저항 RXNUMX은 보호 장치의 올바른 작동에 필요한 기본 안정기의 전압에 대한 추가 안정기의 최소 초과 전압을 설정합니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

PSU 출력의 전압은 전압계 PV1로 측정되고 출력 전류는 전류계 PA1로 측정됩니다.

작동 안정성을 높이기 위해 전류 보호 장치는 DA2 스태빌라이저에서 공급됩니다. 저항 R4는 리드 릴레이 K1의 주 권선 2-1의 전류를 조절하여 추가 권선 3-4의 작동 전류가 변경됩니다. PSU의 출력 전류가 설정 값을 초과하면 릴레이 K1이 작동하고 접점 K1 1이 릴레이 K2를 켜고 다이오드 VD8을 통해 자체 차단됩니다. 릴레이 K2가 작동하고 접점 K2.1이 정류기에서 주 스태빌라이저를 분리합니다. 이 경우 HL1 LED의 색상이 녹색에서 빨간색으로 바뀌고 사운드 알람이 켜집니다(발생기가 내장된 사운드 이미터 HA1). 경보음은 SA3 스위치로 끌 수 있습니다. 현재 보호 동작의 원인을 제거한 후 PSU는 SB1 "재설정" 버튼을 눌러 원래 상태로 돌아갑니다. 다이오드 VD7 및 VD9는 릴레이 권선 K1 및 K2의 자기 유도 전압을 제한합니다.

주 안정 장치와 추가 안정 장치의 전압을 비교하는 노드에는 사이리스터 옵토 커플러 U1이 사용됩니다. 안정기 전압은 초기 상태에서 닫힌 광 커플러의 방출 다이오드에 적용됩니다. 어떤 이유로든 메인 스태빌라이저의 출력 전압이 증가하면 옵토커플러의 사이리스터가 열리고 위에서 설명한 대로 보호 기능이 트리거됩니다. 다이오드 VD4-VD6은 광 커플러의 발광 다이오드를 과부하로부터 보호하고 저항 R8은 전류를 제한합니다.

열 스위치 SF1 및 SF2에는 열 보호 기능이 제공됩니다. 방열판 온도가 1°C에 도달하면 SF50 스위치가 활성화되고 M1 팬 모터가 켜집니다. 방열판의 온도가 60°C에서 계속 상승하면 SF2 스위치가 작동하여 보호 기능이 켜집니다. 팬 모터 M1은 스위치 SA2에 의해 강제로 켜질 수 있습니다.

PSU의 전기적 매개변수와 치수를 결정하는 주요 요소는 네트워크 변압기 T1입니다. 저자는 전체 전력이 약 600W이고 평균 출력이 30V인 출력 전압의 XNUMX차 권선이 있는 기성 로드 변압기를 사용했습니다. PSU에서는 필요한 특성을 가진 모든 변압기를 사용할 수 있습니다.

다이오드 브리지 MB351(VD1)은 MB 또는 KVRS 시리즈의 모든 정류기로 교체할 수 있습니다. 극단적인 경우 필요한 부하 전류를 제공하는 개별 다이오드에서 브리지를 조립할 수 있습니다.

출력 전압 간격 스위치 S1은 점퍼로 연결된 XNUMX개의 계측기 단자로 구성됩니다.

KR142EN22A 스태빌라이저는 이 시리즈 또는 SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084 시리즈의 수입 아날로그로 교체할 수 있으며 KR142EN8B 스태빌라이저는 수입 아날로그 7812로 교체할 수 있습니다.

릴레이 K1 - RES-55B 버전 RS4.569.600-00(여권 RS4.569.626). 릴레이 버전 RS4.569.600-05(여권 RS4.569.631), RS4.569.600-01(여권 RS4.569.627) 및 RS4.569.600-06(여권 RS4.569.632)도 적합합니다. 릴레이가 12V의 전압에서 작동하지 않는 경우 사이에 하나 또는 두 개의 저전력 실리콘 다이오드를 연결하여 릴레이가 안정적으로 작동할 때까지(2 ... 1,5V의 마진으로) DA2 스태빌라이저의 전압을 높여야 합니다. 마이크로 회로 및 공통 와이어의 출력 2. 릴레이 하우징의 출력이 제거됩니다. PETV (PEV) 와이어로 릴레이 케이스에 추가 권선이 감겨 있습니다. 와이어 직경을 선택할 때 전류 밀도 10A/mm에 초점을 맞춰야 하며 저자 버전에서는 추가 권선에 직경 16mm의 와이어 1,4회가 포함됩니다. 권선은 열 수축 튜브로 고정됩니다. 계산된 권선 저항은 0,006옴이고, 15A 전류에서의 전압 강하는 0,09V이며, 최대 전력 손실은 1,35W입니다. 릴레이 K2 - 자동차 90.3747-01, 최대 30A의 전류 스위칭 가능. 반응 온도가 1°C인 열 스위치 SF2 및 SF5 - RB2-60, 이전에 EC 컴퓨터에서 널리 사용됨. 하나의 스위치는 50°C의 응답 온도로 조정됩니다. 열 스위치는 적절한 온도에 맞게 수입 B1009로 교체할 수 있지만 접점이 NC이기 때문에 인버터를 통해 켜야 합니다. M1 전기 모터는 IBM 컴퓨터의 전원 공급 장치를 냉각하는 데 사용되는 팬입니다.

ALC331A(HL1) LED는 가져온 818색 1개 또는 4개의 단일 색상(각각 빨간색과 녹색)으로 교체할 수 있습니다. 트랜지스터 KT100GM(VT825-VT865)은 예를 들어 KT8102, KTXNUMX, KTXNUMX 시리즈에서 최대 전력 손실이 XNUMXW 이상인 강력한 p-n-p 트랜지스터로 교체할 수 있습니다.

9 와트의 저항 R12-R5 - C16-2MV. 직경 0,8 ~ 1mm의 니크롬 와이어로 만든 집에서 만든 것으로 교체 할 수 있습니다. 동일한베이스 이미 터 전압에서 콜렉터 전류의 동등성에 따라 트랜지스터를 선택하면 이러한 저항 없이도 할 수 있습니다.

신뢰성을 위해 권선 가변 저항 PPZ-45 (R2, R4) 및 트리머 다중 회전 저항 SP5-ZV (R3, R5, R13, R17)가 사용되었지만 다른 것으로 교체 할 수 있습니다. 다이오드 KD522A(VD3-VD8, VD11)는 실리콘 저전력 다이오드로 교체할 수 있으며 다이오드 KD258A(VD2, VD9, VD10)는 최대 전류가 1A 이상인 모든 것으로 교체할 수 있습니다.

전압과 전류를 측정하기 위해 저항이 4203Ω이고 총 편차 전류가 500mA인 M1 측정 헤드를 사용했습니다. 다른 측정 헤드를 사용하려면 저항 R13, R16, R17의 저항을 다시 계산해야 합니다.

커패시터 C6-C9 - K50-37, 그러나 다른 것을 사용할 수 있습니다. 총 커패시턴스는 각 부하 전류 암페어에 대해 최소 2000마이크로패럿이어야 하며 정격 전압은 최대 주전원 공급 전압에서 정류기의 출력 전압을 초과해야 한다는 점을 기억해야 합니다.

커패시터 C5, C10-C12, C14 - 탄탈륨 K52-1, K52-2 및 K53-1A. 산화알루미늄 커패시터를 사용하는 경우 정전 용량을 몇 배로 늘려야 합니다. 나머지 커패시터는 세라믹 커패시터입니다.

스위치 SA1 - T2 또는 다른 스위치, 최소 3A의 전류 정격. 스위치 SA2, SA3 - MT1, 버튼 SB1 - KM-1이지만 다른 스위치로 교체할 수 있습니다.

사이리스터 옵토커플러 AOU103A 대신 AOU115 시리즈의 옵토커플러를 사용할 수 있습니다.

PSU는 230x120x300mm 크기의 직사각형 금속 케이스에 조립됩니다. 케이스의 상단, 하단 및 측면 패널에 통풍구가 뚫려 있습니다. 전면 패널에는 측정 장치, 출력 단자, 출력 전압 간격 스위치 단자, 전원 스위치, 팬 모터 및 소리 경보용 스위치, 출력 전압 R2 및 보호 트립 전류 R4용 조절기 및 보호 장치가 장착되어 있습니다. 트립 알람 LED.

후면 패널은 3mm 알루미늄으로 제작되었습니다. 그 위에 KPT-8 페이스트로 양면에 코팅 된 운모 개스킷을 통해 트랜지스터 VT1-VT4, 미세 회로 DA1-DA3, 정류기 브리지 VD1 및 열 스위치가 고정됩니다. 팬은 랙의 VT1-VT4 트랜지스터 위 후면 패널에 장착됩니다. 통풍구는 그 아래의 빈 공간에 뚫려 있습니다. 퓨즈 FU1 및 FU2도 후면 패널에 있습니다.

장치의 장착은 주로 단자 및 절연 랙에 경첩이 달려 있습니다. 전원 회로의 설치는 최소 길이 2,5mm2의 단면적을 가진 연선으로 이루어집니다. 커패시터 C6-C9는 브래킷으로 측면 패널에 부착된 호일 유리 섬유 보드에 나사로 고정됩니다. 직경 1,4mm의 구리선이 전체 길이를 따라 커패시터 단자 사이의 인쇄 도체에 납땜됩니다. 변압기는 모서리를 사용하여 하단 패널에 고정됩니다.

PSU 설정은 보호 장치를 조정하고 전류계와 전압계를 보정하는 것으로 귀결됩니다. 여기에는 35V 전압계, 20A 전류계, 최대 출력 전압이 35V인 보조 조정 전원 공급 장치, 저항이 10 및 100옴인 가변 부하 저항기(가변 저항기) 또는 이에 상응하는 부하가 필요합니다. 보호 장치는 다음 순서로 조정됩니다.

1. 먼저 과전압 보호 장치를 조정합니다.

1.1. 가변 저항 슬라이더 R4는 최대 저항 위치로 설정됩니다.

1.2 안정기 DA1의 출력에 양극 리드가 있는 전압계를 연결하고 안정기 DA3의 출력에 음극 리드가 있는 전압계를 연결합니다.

1.3. 저항 R1을 사용하여 간격 2 15 ... 1,2 및 30 ... 3 V 내에서 PSU의 출력 전압을 변경하여 측정된 전압이 항상 양수이고 그 값이 최소이며 1,5 V를 초과하지 않도록 합니다. 이 작업을 수행할 수 없는 경우 저항 R2.1 및 R2.2를 교체하거나 저항 R2를 더 작은 불일치로 선택해야 합니다.

1.4. PSU 출력 전압을 30V로 설정

1.5. 구성표에 따라 저항 R8의 출력은 PSU 출력에서 분리되고 보조 소스에서 전압 (약간 30V 미만)이 적용됩니다.

1.6. 보조 전원의 전압을 부드럽게 높여 LED 글로우의 색상을 변경하여 보호 동작 순간을 고정합니다. 이 경우 보조 소스의 출력 전압은 32V를 초과해서는 안됩니다.

1.7. 저항 R8과 PSU 출력의 연결을 복원합니다.

과전압 보호의 서비스 가능성은 작동 중에도 확인할 수 있습니다. 주 스태빌라이저 DA12의 커패시터 C3의 커패시턴스는 추가 스태빌라이저 DA5의 유사한 커패시터 C1의 커패시턴스보다 큽니다. 커패시턴스가 증가하면 주 스태빌라이저의 출력에서 리플 수준을 줄이는 데 도움이 되지만 동시에 PSU 출력 전압 조정의 관성이 증가합니다. 저항 R2의 슬라이더가 전압을 낮추는 방향으로 급격하게 돌리면 더 큰 커패시턴스로 인해 PSU의 출력 전압이 스태빌라이저 DA1의 출력 전압을 잠시 초과하여 보호가 트리거됩니다.

2. 그런 다음 현재 보호 장치를 조정합니다.

2.1. 회로는 릴레이 K4의 추가 권선 단자 5와 릴레이 K4의 접점 K1 사이의 저항 R2.1와 R2 사이에서 끊어집니다.

2.2. 계전기 K4의 추가 권선 단자 1와 공통선 사이에 저항이 10ohm 인 부하 저항과 직렬로 연결된 전류계가 연결됩니다.

2.3. 부하 저항의 저항을 줄임으로써 16 ... 18 A 이내 여야하는 보호 전류를 측정하십시오. 이것은 계전기 K3의 추가 권선 4-1의 권선 수를 변경하여 달성됩니다.

2.4. 저항 R4와 R5의 연결을 복원하십시오. 저항이 10옴인 부하 저항은 100옴으로 대체됩니다.

2.5. 가변 저항 R4의 슬라이더는 최소 저항 위치로 설정되고 트리머 저항 R5는 최대 저항 위치로 설정됩니다.

2.6. 부하 저항의 저항을 변경하면 전류가 0,5A로 설정됩니다.

2.7. 튜닝 저항 R5의 엔진을 움직이면 보호 기능이 활성화됩니다.

2.8. 100옴 부하 저항이 10옴으로 교체되었습니다. 가변 저항 슬라이더 R4는 최대 저항 위치로 설정됩니다.

2.9. 부하 저항의 저항을 변경하여 보호 동작 전류를 측정합니다. 값이 15A와 다른 경우 저항 R4를 선택해야 합니다.

2.10. 부하 전류의 여러 값을 설정하여 가변 저항 R4의 스케일을 보정하십시오.

2.11. 부하 저항과 전류계를 분리하십시오. 릴레이 K4의 단자 1와 접점 K2.1 사이의 연결을 복원하십시오.

전류계와 전압계는 일반적으로 허용되는 방법에 따라 보정됩니다. 전류계 눈금은 비선형입니다.

결론적으로 거의 모든 PSU에 이러한 보호 장치 또는 개별 요소를 장착할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

문학

Nechaev I. 소형의 강력한 전압 변환기. - 라디오, 2003, No. 2, p. 29, 30.
Shcherbina A., Blagiy S, Ivanov V. 시리즈 142, K142 및 KR142의 미세 회로 안정기 적용.- Radio, 1991, No. 3, p. 47-51; 5, p. 68-70.

저자: E. Kolomoets, 이르쿠츠크

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