带集成保护的实验室电源。方案、说明

具有集成保护的实验室电源。无线电电子电气工程百科全书

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正如他们所说，每个参与无线电设备开发和维修的无线电爱好者都希望在他的实验室中拥有一个适用于所有场合的通用电源。这种电源必须具有输出电压可调范围广、电流大、电压稳定性高、纹波小、保护可靠（过流、过压、过热）等特点，保证用电设备和电源本身的安全。电源应该简单，并且不包含稀缺、昂贵和笨重的元件。

试图找到满足上述要求的成品设备的描述没有成功，因此作者不得不自己开发这样的单元。至于结果如何，大家自己判断吧。

所提议的实验室电源（PSU）的开发主要关注保护节点。作者认为，为了确保最大的可靠性，应结合使用电子和机电保护。

在所描述的电源单元中，实现了电流保护单元、输出过压保护单元以及热保护单元。

为了保护无线电设备在较宽的负载电流范围内免受电气损坏，电流保护必须是可调的。在开发过程中，电流传感器的实现出现了一定的困难。在经典版本中，这是电源电路中包含的电阻器，其电压降由保护控制单元监控。为了实现可调电流传感器，需要一个非常高功率的可变电阻器，其电阻从个位数到十分之一甚至百分之一欧姆。因此，例如，电流传感器电阻为 0,1 欧姆，电流为 15 A，则会消耗超过 20 W 的功率！有一个带有开关电阻的选项，但在这种情况下，开关必须承受最大负载电流。另外，开关触点的阻值与开关电阻的阻值不稳定，因此保护阈值不稳定，并且开关本身体积很大。当然，您可以使用阻值非常低的固定电阻，并用可调直流放大器放大其两端的压降，但在本实施例中，设备将变得更加复杂。

阅读文章 [1] 后出现了解决方案，如下所示：在 RES-55 簧片继电器的外壳上缠绕一个附加绕组，该绕组包含在直至稳定器的电源电路中。选择继电器主绕组和附加绕组中的电流方向，以便将它们产生的磁场相加。然后，通过改变主绕组中的电流，可以调整电源电流保护的操作水平。

在输出端的过压保护节点中，通常使用强大的齐纳二极管或三极管，它们在电压升高时打开和关闭 PSU 输出。由于电流急剧增加，安装在电源电路中的保险丝被激活。

在所提出的用于防止电源单元输出处过压的单元中，引入了附加的低功率稳定器，其具有与主稳定器相同的输出电压调节规律。附加稳压器的输出电压应略高于主稳压器。两个电压都提供给最简单的比较节点。超过主稳定器输出端的电压会导致保护动作。

热保护单元安装在热敏开关上。

PSU的主要技术特点：

输出电压调节区间，V......1,2...15； 1,2...30
最大负载电流（在 1,2 ... 30 V 电压下保证 15 ... 30 V 范围内），A ...... 15
稳压系数，不小于...... 100
输出电压12V、负载电流10A时的纹波电平，mV，不大于……30
保护动作电流调节间隔，А......0,5...15
超过触发保护的输出电压V，不超过……2
冷却风扇启动温度，°С......50
热保护操作温度，°С......60

电源电路如图所示。交流电压从网络变压器T1的次级绕组提供给整流桥VD1。使用跳线 S1 切换输出电压间隔：根据图表位于左侧位置 - 1,5...15 V；右侧 - 1,2...30 V。电容器 C1-C4 减少乘性干扰。经过电容器 C6-C9 平滑的整流电压提供给主稳定器和附加稳定器的输入，这些稳定器组装在微电路 DA3 和 DA1 上，并根据标准电路 [2] 连接。为了增大主稳压器的输出电流，采用调节晶体管VT1-VT4，在其发射极电路中安装均流电阻R9-R12。二极管VD2、VD3、VD10和VD11起保护作用。主稳定器和附加稳定器的输出电压由双可变电阻器 R2 调节。电阻器 R3 设置附加稳定器电压超过主稳定器电压的最小超出量，这是保护单元正确运行所必需的。

（点击放大）

PSU 输出电压用电压表 PV1 测量，输出电流用电流表 RA1 测量。

为了提高运行的稳定性，电流保护单元由 DA2 稳定器供电。电阻器R4调节干簧继电器K1的主绕组2-1中的电流，从而改变附加绕组3-4中的工作电流。如果电源输出电流超过设定值，继电器K1动作，触点K1～1接通继电器K2，并通过二极管VD8自闭锁。继电器 K2 将工作，触点 K2.1 将断开主稳定器与整流器的连接。在这种情况下，HL1 LED 的颜色将从绿色变为红色，并且声音警报将打开（带有内置发生器的声音发射器 HA1）。可以使用 SA3 开关关闭声音警报。排除造成电流保护动作的原因后，按下SB1“Reset”按钮使PSU恢复到原来的状态。二极管VD7和VD9限制继电器绕组K1和K2的自感电压。

在比较主稳压器和附加稳压器电压的节点中，使用晶闸管光耦合器U1。稳定器电压施加到光耦合器的发射二极管上，该二极管在初始状态下是闭合的。如果主稳定器输出端的电压因任何原因升高，光耦合器的晶闸管将打开，从而触发保护，如上所述。二极管VD4-VD6保护光耦发射二极管过载，电阻R8限流。

热开关 SF1 和 SF2 提供热保护。如果散热器温度达到 1 °C，则会激活 SF50 开关并打开 M1 风扇电机。如果散热器温度继续升高，达到60℃时，SF2开关将跳闸，从而开启保护。风扇电机M1可以通过开关SA2强制开启。

决定PSU电气参数和尺寸的主要元件是网络变压器T1。笔者使用现成的棒式变压器，总功率约为600W，次级绕组输出电压为30V，平均输出。在 PSU 中，您可以使用任何具有必要特性的变压器。

二极管桥 MB351 (VD1) 可以用 MB 或 KVRS 系列的任何整流器代替。在极端情况下，电桥可以由提供所需负载电流的单独二极管组装而成。

输出电压间隔开关S1由三个仪表端子通过跳线连接而成。

KR142EN22A稳定器可以用SD1083、DV1083、LT1083、SD1084、DV1084、LT1084系列的任何一个系列或进口类似物代替，KR142EN8B稳定器可以用进口类似物7812代替。

继电器 K1 - RES-55B 版本 RS4.569.600-00（通行证 RS4.569.626）。继电器版本 RS4.569.600-05（通行证 RS4.569.631）、RS4.569.600-01（通行证 RS4.569.627）和 RS4.569.600-06（通行证 RS4.569.632）也适用。如果继电器不能在 12 V 电压下工作，则必须通过在 DA2 稳定器之间连接一个或两个低功率硅二极管来增加 DA1,5 稳定器的电压，直到继电器可靠工作（余量为 2 ... 2 V）。微电路的输出10和公共线。继电器外壳的输出被拆除。附加绕组用 PETV (PEV) 线缠绕在继电器外壳上。选择线径时应重点考虑电流密度为16A/mm，在笔者的版本中，附加绕组包含1,4匝直径为0,006mm的导线。绕组用热缩管固定。计算出的绕组电阻为15欧姆，0,09A电流下的压降为1,35V，最大功耗为2W。继电器 K90.3747 - 汽车 01-30，能够切换高达 1 A 的电流。热敏开关 SF2 和 SF5 - RB2-60，响应温度为 50°C，以前广泛用于 EC 计算机。将一个开关调节至 1009 °C 的响应温度。热敏开关可更换为进口B1以获得合适的温度，但由于其触点为常闭触点，因此必须通过变频器来接通。 MXNUMX 电动机是用于冷却 IBM 计算机电源的风扇。

ALC331A（HL1）LED可替换为进口二色一种或任意两种单色LED（分别为红色和绿色）。晶体管 KT818GM (VT1-VT4) 可替换为最大功耗至少为 100 W 的强大 p-n-p 晶体管，例如 KT825、KT865、KT8102 系列。

电阻R9-R12-C5-16MV，功率2瓦。可以用自制的直径为 0,8 ... 1 毫米的镍铬合金丝代替。如果您根据相等的基极-发射极电压下集电极电流的相等性来选择晶体管，则可以不用这些电阻。

出于可靠性原因，使用了线绕可变电阻器 PPZ-45（R2、R4）和微调多匝电阻器 SP5-ZV（R3、R5、R13、R17），但可以用任何电阻器代替。二极管 KD522A（VD3-VD8、VD11）可替换为任何硅低功耗二极管，二极管 KD258A（VD2、VD9、VD10）可替换为最大电流至少为 1 A 的任何二极管。

为了测量电压和电流，使用电阻为4203Ω、总偏差电流为500mA的M1测量头。使用其他测量头需要重新计算电阻器R13、R16、R17的阻值。

电容器C6-C9 - K50-37，但也可以使用其他电容器。应该记住，对于每安培的负载电流，它们的总电容必须至少为2000微法，并且额定电压必须超过整流器在最大市电供电电压下的输出电压。

电容器 C5、C10-C12、C14 - 钽 K52-1、K52-2 和 K53-1A。如果使用氧化铝电容器，则其电容量应增加数倍。其余的电容器都是陶瓷电容器。

开关 SA1 - T2 或其他，额定电流至少为 3 A。开关 SA2、SA3 - MT1，按钮 SB1 - KM-1，但可以用任何其他开关替换。

允许使用 AOU103 系列的任何光耦合器来代替晶闸管光耦合器 AOU115A。

PSU 组装在尺寸为 230x120x300 mm 的矩形金属外壳中。机箱的顶部、底部和侧板上均钻有通风孔。前面板装有测量装置、输出端子、输出电压间隔开关端子、电源开关、风扇电机开关和声音报警器、输出电压调节器R2和保护跳闸电流R4，以及保护器跳闸报警 LED。

后面板由 3 毫米铝制成。其上通过两面涂有KPT-8浆料的云母垫片固定有晶体管VT1-VT4、微电路DA1-DA3、整流桥VD1和热敏开关。风扇安装在机架上 VT1-VT4 晶体管上方的后面板上。其下方空闲处钻有通风孔。保险丝 FU1 和 FU2 也位于后面板上。

该设备的安装主要通过铰链安装在端子和绝缘架上。电源电路的安装采用最小长度横截面为 2,5 mm2 的绞合线。电容器 C6-C9 用螺钉固定在由箔玻璃纤维制成的板上，该板通过支架固定在侧板上。将直径为 1,4 mm 的铜线沿整个长度焊接到电容器端子之间的印刷导体上。变压器借助角件固定在底板上。

建立 PSU 归结为调整保护单元并校准电流表和电压表。这将需要一个 35 V 电压表、一个 20 A 电流表、一个最大输出电压为 35 V 的辅助稳压电源，以及电阻为 10 和 100 欧姆或等效负载的可变负载电阻（变阻器）。保护单元按以下顺序进行调整。

1、首先调整过压保护单元。

1.1. 可变电阻滑块R4被设置到最大电阻位置。

1.2 将电压表的正极连接到DA1稳定器的输出，负极连接到DA3稳定器的输出。

1.3. 通过使用电阻器 R1 在 2 15 ... 1,2 和 30 ... 3 V 范围内更改 PSU 的输出电压，可确保测量的电压始终为正，且其值最小且不超过 1,5 V如果无法做到这一点，则应交换电阻器R2.1和R2.2，或者选择失配较小的电阻器R2。

1.4. 将 PSU 输出电压设置为 30 V

1.5. 根据该方案，电阻器 R8 的输出与 PSU 输出断开，并从辅助电源向其施加电压（略小于 30 V）。

1.6. 通过平滑地增加辅助电源的电压，通过改变LED发光的颜色来固定保护动作的时刻。此时辅助电源的输出电压不应超过32V。

1.7. 恢复电阻 R8 与 PSU 输出的连接。

还可以在运行过程中检查过压保护的可用性。主稳定器DA12的电容器C3的电容大于附加稳定器DA5中的类似电容器C1的电容。增加的电容有助于降低主稳定器输出端的纹波水平，但同时增加了调节PSU输出电压的惯性。如果将电阻R2的滑块朝降低电压的方向急剧转动，则由于电容较大，PSU的输出电压将短暂超过稳压器DA1的输出电压，从而触发保护。

2、然后调整电流保护单元。

2.1. 电阻器 R4 和 R5 之间、继电器 K4 附加绕组的端子 1 和继电器 K2.1 的触点 K2 之间的电路断开。

2.2. 继电器K4附加绕组的端子1与公共线之间串接一个阻值为10欧姆的负载电阻和一个电流表。

2.3. 通过减小负载电阻的阻值，测量保护电流，该电流应在 16 ... 18 A 范围内。这是通过改变继电器 K3 的附加绕组 4-1 的匝数来实现的。

2.4. 恢复电阻器R4和R5的连接。将10欧姆的负载电阻改为100欧姆。

2.5. 引擎中的可变电阻R4设置为最小阻值的位置，微调电阻R5设置为最大阻值。

2.6. 通过改变负载电阻的阻值，电流设置为 0,5 A。

2.7. 通过移动调谐电阻R5的引擎，保护被激活。

2.8. 100欧姆负载电阻被替换为10欧姆。可变电阻滑块R4被设置到最大电阻位置。

2.9. 通过改变负载电阻的阻值，测量保护动作电流。如果其值不同于 15 A，则需要选择电阻器 R4。

2.10. 通过设置负载电流的几个值，校准可变电阻R4的刻度。

2.11. 断开负载电阻和电流表。恢复继电器K4端子1与触点K2.1之间的连接。

电流表和电压表按照普遍接受的方法进行校准。请注意，电流表刻度是非线性的。

总之，应该指出的是，几乎所有 PSU 都可以配备这样的保护单元或其单个元件。

文学

Nechaev I. 紧凑型强大的电压转换器。 - 广播，2003 年，第 2 期，第 29 页30、XNUMX。
Shcherbina A.、Blagiy S、Ivanov V. 142、K142 和 KR142 系列微电路稳定器的应用。- 无线电，1991 年，第 3 期，第 47 页。 51-5；第 68 页，第 70 页。 XNUMX-XNUMX。

作者：E. Kolomoets，伊尔库茨克

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