Alimentation de laboratoire avec protection intégrée. Schéma, description

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Alimentation de laboratoire avec protection intégrée. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Tout radioamateur impliqué dans le développement et la réparation d'équipements radio aimerait disposer dans son laboratoire d'une alimentation électrique universelle, comme on dit, pour toutes les occasions. Une telle source doit avoir une tension de sortie largement réglable, un courant élevé, une stabilité à haute tension, une faible ondulation, une protection fiable (contre les surintensités, les surtensions et la surchauffe), garantissant la sécurité à la fois de l'équipement alimenté et de la source elle-même. L'alimentation électrique doit être simple et ne pas contenir de composants rares, coûteux ou volumineux.

Les tentatives visant à trouver une description d'un appareil fini répondant aux exigences ci-dessus ont échoué, l'auteur a donc dû développer lui-même une unité similaire. Jugez par vous-même de ce qui en est arrivé.

Lors du développement de l'unité d'alimentation de laboratoire (PSU) proposée, l'attention principale a été accordée à l'unité de protection. Selon l'auteur, pour garantir une fiabilité maximale, les protections électroniques et électromécaniques doivent être utilisées en combinaison.

Le bloc d'alimentation décrit met en œuvre des unités de protection de courant, contre les surtensions en sortie, ainsi qu'une protection thermique.

Pour protéger les équipements radio des dommages électriques sur une large plage de courants de charge, la protection actuelle doit être réglable. Au cours du processus de développement, certaines difficultés sont apparues lors de la mise en œuvre du capteur de courant. Dans la version classique, il s'agit d'une résistance connectée au circuit de puissance dont la chute de tension aux bornes est surveillée par la centrale de protection. Pour mettre en œuvre un capteur de courant réglable, il faudrait une résistance variable de très haute puissance avec une résistance allant de l'unité au dixième et même au centième d'ohm. Ainsi, par exemple, avec une résistance de capteur de courant de 0,1 Ohm et un courant de 15 A, il dissipe plus de 20 W de puissance ! Il existe une option avec des résistances de commutation, mais dans ce cas, le commutateur doit résister au courant de charge maximum. De plus, la résistance des contacts du commutateur est instable et proportionnelle à la résistance des résistances commutées. Par conséquent, le seuil de protection sera instable et le commutateur lui-même sera très volumineux. Bien sûr, vous pouvez utiliser une résistance constante de très faible résistance et amplifier la chute de tension à ses bornes avec un amplificateur CC réglable, mais dans ce mode de réalisation, le dispositif deviendra beaucoup plus compliqué.

La solution est apparue après la lecture de l'article [1] et est la suivante : un enroulement supplémentaire est enroulé sur le boîtier du relais Reed RES-55, qui est inclus dans le circuit d'alimentation jusqu'au stabilisateur. Le sens du courant dans les enroulements principal et supplémentaire du relais est choisi de manière à résumer les champs magnétiques qu'ils créent. Ensuite, en modifiant le courant dans l'enroulement principal, vous pouvez ajuster le niveau de fonctionnement de la protection actuelle de l'alimentation.

Dans les unités de protection contre les surtensions à la sortie, on utilise généralement une puissante diode Zener ou un thyristor qui, à une tension accrue, ouvre et ferme la sortie du bloc d'alimentation. À la suite d'une forte augmentation du courant, le fusible installé dans le circuit d'alimentation se déclenche.

Dans l'unité proposée de protection contre les surtensions en sortie, un stabilisateur supplémentaire de faible puissance est introduit dans l'alimentation avec la même loi de régulation de la tension de sortie que celle du stabilisateur principal. La tension de sortie du stabilisateur supplémentaire doit être légèrement supérieure à celle du stabilisateur principal. Les deux tensions sont fournies à l'unité de comparaison la plus simple. Le dépassement de la tension à la sortie du stabilisateur principal provoque le déclenchement de la protection.

L'unité de protection thermique est montée sur des interrupteurs thermiques.

Les principales caractéristiques techniques du bloc d'alimentation :

Intervalles de régulation de la tension de sortie, V......1,2...15 ; 1,2...30
Courant de charge maximum (dans la plage de 1,2...30 V est garanti à une tension de 15...30 V), A......15
Facteur de stabilisation de tension, pas moins de ..... 100
Niveau d'ondulation à une tension de sortie de 12 V et un courant de charge de 10 A, mV, pas plus......30
Intervalle de régulation du courant d'actionnement de la protection, À......0,5...15
Excès de tension de sortie à laquelle la protection se déclenche, V, pas plus......2
Température d'activation du ventilateur de refroidissement, °С......50
Température de fonctionnement de la protection thermique, °С......60

Le circuit d'alimentation est représenté sur la figure. Depuis l'enroulement secondaire du transformateur de réseau T1, une tension alternative est fournie au pont redresseur VD1. Les intervalles de tension de sortie sont commutés à l'aide du cavalier S1 : en position gauche selon le schéma - 1,5... 15 V ; à droite - 1,2...30 V. Les condensateurs C1-C4 réduisent les interférences multiplicatives. La tension redressée, lissée par les condensateurs C6-C9, est fournie aux entrées des stabilisateurs principaux et supplémentaires, qui sont assemblés sur les microcircuits DA3 et DA1, connectés selon un circuit standard [2]. Pour augmenter le courant de sortie du stabilisateur principal, des transistors de régulation VT1-VT4 sont utilisés, dans les circuits émetteurs desquels sont installées des résistances d'égalisation de courant R9-R12. Les diodes VD2, VD3, VD10 et VD11 sont protectrices. La tension de sortie des stabilisateurs principal et supplémentaire est régulée par une double résistance variable R2. La résistance R3 fixe l'excédent minimum de la tension du stabilisateur supplémentaire par rapport à la tension du principal, nécessaire au bon fonctionnement de l'unité de protection.

(cliquez pour agrandir)

La tension à la sortie de l'alimentation est mesurée avec un voltmètre PV1, et le courant de sortie avec un ampèremètre PA1.

Pour augmenter la stabilité de fonctionnement, l'unité de protection actuelle est alimentée par le stabilisateur DA2. La résistance R4 régule le courant dans l'enroulement principal 1-2 du relais Reed K1, ce qui modifie le courant de fonctionnement dans l'enroulement supplémentaire 3-4. Si le courant de sortie de l'alimentation dépasse la valeur définie, le relais K1 est activé, les contacts K1 1 activent le relais K2 et s'auto-bloquant via la diode VD8. Le relais K2 fonctionnera et les contacts K2.1 déconnecteront le stabilisateur principal du redresseur. Dans ce cas, la couleur de la LED HL1 passera du vert au rouge et l'alarme sonore s'allumera (émetteur sonore HA1 avec générateur intégré). L'alarme sonore peut être désactivée à l'aide de l'interrupteur SA3. Après avoir éliminé la cause de la protection actuelle, le bloc d'alimentation revient à son état d'origine en appuyant sur le bouton SB1 « Reset ». Les diodes VD7 et VD9 limitent la tension d'auto-induction des enroulements de relais K1 et K2.

Dans le nœud de comparaison des tensions des stabilisateurs principal et supplémentaire, un optocoupleur à thyristors U1 est utilisé. Les tensions des stabilisateurs sont fournies à la diode électroluminescente de l'optocoupleur, qui est fermée à l'état initial. Si la tension à la sortie du stabilisateur principal augmente pour une raison quelconque, le thyristor optocoupleur s'ouvrira, ce qui déclenchera la protection comme décrit ci-dessus. Les diodes VD4-VD6 protègent la diode électroluminescente de l'optocoupleur contre les surcharges et la résistance R8 limite le courant.

Une protection thermique est assurée sur les interrupteurs thermiques SF1 et SF2. L'interrupteur SF1 est activé si la température du dissipateur thermique atteint 50 °C et met en marche le moteur du ventilateur M1. Si la température du dissipateur thermique continue d'augmenter, à 60°C l'interrupteur SF2 se déclenchera, ce qui activera la protection. Le moteur du ventilateur M1 peut être allumé de force à l'aide de l'interrupteur SA2.

L'élément principal qui détermine les paramètres électriques et les dimensions de l'alimentation est le transformateur réseau T1. L'auteur a utilisé un transformateur à noyau prêt à l'emploi d'une puissance globale d'environ 600 W, doté d'un enroulement secondaire avec une tension de sortie de 30 V avec une puissance moyenne. Tout transformateur présentant les caractéristiques requises peut être utilisé dans l’alimentation électrique.

Le pont de diodes MB351 (VD1) peut être remplacé par n'importe quel redresseur de la série MB ou KVRS. En dernier recours, le pont peut être assemblé à partir de diodes individuelles fournissant le courant de charge requis.

Le commutateur d'intervalle de tension de sortie S1 est composé de trois bornes de périphérique reliées par un cavalier.

Les stabilisateurs KR142EN22A sont remplaçables par n'importe lequel de cette série ou des analogues importés des séries SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, et le stabilisateur KR142EN8B peut être remplacé par un analogue importé 7812.

Relais K1 - RES-55B version RS4.569.600-00 (passeport RS4.569.626). Les versions de relais RS4.569.600-05 (passeport RS4.569.631), RS4.569.600-01 (passeport RS4.569.627) et RS4.569.600-06 (passeport RS4.569.632) conviennent également. Si le relais ne fonctionne pas à une tension de 12 V, la tension du stabilisateur DA2 doit être augmentée jusqu'à ce que le relais fonctionne de manière fiable (avec une marge de 1,5...2 V) en connectant une ou deux diodes au silicium de faible puissance entre broche 2 du microcircuit et fil commun. La broche du corps du relais est retirée . Un enroulement supplémentaire avec du fil PETV (PEV) est enroulé sur le corps du relais. Lors du choix d'un diamètre de fil, vous devez vous concentrer sur une densité de courant de 10 A/mm. Dans la version de l'auteur, l'enroulement supplémentaire contient 16 tours de fil d'un diamètre de 1,4 mm. L'enroulement est fixé avec une gaine thermorétractable. La résistance d'enroulement calculée est de 0,006 Ohm, la chute de tension à un courant de 15 A est de 0,09 V, la dissipation de puissance maximale est de 1,35 W. Relais K2 - automobile 90.3747-01, capable de commuter un courant jusqu'à 30 A. Interrupteurs thermiques SF1 et SF2 - RB5-2 avec une température de fonctionnement de 60°C, auparavant largement utilisés dans les ordinateurs de l'UE. Un interrupteur est réglé à une température de fonctionnement de 50 °C. Les interrupteurs thermiques peuvent être remplacés par du B1009 importé pour la température appropriée, mais comme leurs contacts sont normalement fermés, ils doivent être activés via des onduleurs. Le moteur électrique M1 est un ventilateur utilisé pour refroidir les alimentations des ordinateurs IBM.

La LED ALC331A (HL1) peut être remplacée par une LED bicolore importée ou par deux LED unicolores (rouge et vert, respectivement). Les transistors KT818GM (VT1-VT4) sont interchangeables avec de puissants transistors pnp avec une dissipation de puissance maximale d'au moins 100 W, par exemple des séries KT825, KT865, KT8102.

Résistances R9-R12 - C5-16MV d'une puissance de 2 W. Ils peuvent être remplacés par des fils faits maison en nichrome d'un diamètre de 0,8... 1 mm. Vous pouvez vous passer de ces résistances si vous sélectionnez des transistors basés sur des courants de collecteur égaux à des tensions base-émetteur égales.

Pour des raisons de fiabilité, des résistances variables bobinées PPZ-45 (R2, R4) et des résistances multitours de réglage SP5-ZV (R3, R5, R13, R17) ont été utilisées, mais elles peuvent être remplacées par n'importe laquelle. Les diodes KD522A (VD3-VD8, VD11) sont remplaçables par n'importe quelle diode au silicium de faible puissance, et les diodes KD258A (VD2, VD9, VD10) sont remplaçables par n'importe quelle diode avec un courant maximum d'au moins 1 A.

Pour mesurer la tension et le courant, des têtes de mesure M4203 avec une résistance de 500 Ohms et un courant de déviation total de 1 mA ont été utilisées. L'utilisation d'autres têtes de mesure nécessitera un recalcul de la résistance des résistances R13, R16, R17.

Condensateurs C6-C9 - K50-37, mais il est acceptable d'en utiliser d'autres. Il ne faut pas oublier que leur capacité totale doit être d'au moins 2000 XNUMX μF pour chaque ampère de courant de charge et que la tension nominale doit dépasser la tension de sortie du redresseur à la tension d'alimentation maximale.

Condensateurs C5, C10-C12, C14 - tantale K52-1, K52-2 et K53-1A. Si des condensateurs à l'oxyde d'aluminium sont utilisés, leur capacité doit être augmentée plusieurs fois. Les condensateurs restants sont des condensateurs en céramique.

Interrupteur SA1 - T2 ou autre, conçu pour un courant d'au moins 3 A. Interrupteurs SA2, SA3 - MT1, bouton SB1 - KM-1, mais ils peuvent être remplacés par n'importe quel autre.

Au lieu de l'optocoupleur à thyristors AOU103A, il est permis d'utiliser n'importe quel optocoupleur de la série AOU115.

L'alimentation est assemblée dans un boîtier métallique rectangulaire de dimensions 230x120x300 mm. Des trous de ventilation sont percés dans les panneaux supérieur, inférieur et latéral du boîtier. Le panneau avant contient des instruments de mesure, des bornes de sortie, des bornes de commutation d'intervalle de tension de sortie, un interrupteur d'alimentation, des interrupteurs pour le moteur du ventilateur et l'alarme sonore, des régulateurs pour la tension de sortie R2 et le courant de déclenchement de protection R4, ainsi qu'une LED pour signaler le voyage de protection.

Le panneau arrière est en aluminium de 3 mm d'épaisseur. Les transistors VT8-VT1, les microcircuits DA4-DA1, le pont redresseur VD3 et les interrupteurs thermiques y sont fixés via des entretoises en mica enduites des deux côtés de pâte KPT-1. Le ventilateur est installé sur le panneau arrière au dessus des transistors VT1-VT4 sur racks. Des trous de ventilation sont percés dans les espaces libres en dessous. Les fusibles FU1 et FU2 sont également situés sur le panneau arrière.

L'installation de l'appareil est principalement articulée, sur bornes et racks isolants. L'installation des circuits de puissance est réalisée avec un fil toronné d'une section de 2,5 mm2 de longueur minimale. Les condensateurs C6-C9 sont vissés avec des vis de contact sur un panneau en feuille de fibre de verre, qui est fixé au panneau latéral à l'aide de supports. Un fil de cuivre d'un diamètre de 1,4 mm est soudé sur les conducteurs imprimés entre les bornes des condensateurs sur toute la longueur. Le transformateur est fixé au panneau inférieur à l'aide de coins.

La mise en place d'une alimentation électrique se résume au réglage du boîtier de protection et au calibrage de l'ampèremètre et du voltmètre. Cela nécessitera un voltmètre avec une limite de mesure de 35 V, un ampèremètre avec une limite de mesure de 20 A, une alimentation auxiliaire régulée avec une tension de sortie maximale de 35 V et des résistances de charge variables (rhéostats) avec une résistance de 10 et 100 ohms ou charge équivalente. L'unité de protection est réglée dans l'ordre suivant.

1. Réglez d'abord l'unité de protection contre les surtensions.

1.1. La résistance variable R4 est réglée sur la position de résistance maximale.

1.2 Connectez le voltmètre avec la borne positive à la sortie du stabilisateur DA1 et la borne négative à la sortie du stabilisateur DA3.

1.3. En modifiant la tension de sortie du bloc d'alimentation dans les intervalles de 1 2... 15 et 1,2... 30 V, à l'aide de la résistance R3, assurez-vous que la tension mesurée est toujours positive et que sa valeur est minimale et ne dépasse pas 1,5 V. S'il n'était pas possible de le faire, vous devez échanger les résistances R2.1 et R2.2 ou sélectionner la résistance R2 avec un décalage plus petit.

1.4. Réglez la tension de sortie du bloc d'alimentation sur 30 V

1.5. Déconnectez la sortie droite de la résistance R8 de la sortie d'alimentation et appliquez-y une tension (légèrement inférieure à 30 V) provenant d'une source auxiliaire.

1.6. En augmentant progressivement la tension de la source auxiliaire, le moment où la protection se déclenche est enregistré par le changement de couleur de la LED. Dans ce cas, la tension de sortie de la source auxiliaire ne doit pas dépasser 32 V.

1.7. Rétablir la connexion de la résistance R8 avec la sortie PSU.

Le bon fonctionnement de la protection contre les surtensions peut également être vérifié pendant le fonctionnement. La capacité du condensateur C12 du stabilisateur principal DA3 est supérieure à la capacité du condensateur C5, dont l'objectif est similaire, dans le stabilisateur supplémentaire DA1. La capacité accrue contribue à réduire le niveau d'ondulation à la sortie du stabilisateur principal, mais augmente en même temps l'inertie du réglage de la tension de sortie du bloc d'alimentation. Si le curseur de la résistance R2 est fortement tourné dans le sens d'une tension décroissante, alors en raison de la capacité plus grande, la tension de sortie de l'alimentation dépassera brièvement la tension de sortie du stabilisateur DA1, ce qui déclenchera la protection.

2. Réglez ensuite l'unité de protection actuelle.

2.1. Les circuits sont coupés entre les résistances R4 et R5, entre la borne 4 du bobinage supplémentaire du relais K1 et les contacts K2.1 du relais K2.

2.2. Entre la borne 4 de l'enroulement supplémentaire du relais K1 et le fil commun, une résistance de charge d'une résistance de 10 Ohms et un ampèremètre sont connectés en série.

2.3. En réduisant la résistance de la résistance de charge, le courant de fonctionnement de la protection est mesuré, qui doit être compris entre 16... 18 A. Ceci est obtenu en modifiant le nombre de tours de l'enroulement supplémentaire 3-4 du relais K1.

2.4. Rétablissez la connexion entre les résistances R4 et R5. La résistance de charge de 10 ohms est remplacée par 100 ohms.

2.5. La résistance variable R4 est réglée sur la position de résistance minimale et la résistance d'accord R5 est réglée sur la résistance maximale.

2.6. En changeant la résistance de la résistance de charge, le courant est réglé sur 0,5 A.

2.7. En déplaçant le curseur de la résistance d'accord R5, la protection est activée.

2.8. La résistance de charge de 100 Ohm est remplacée par une résistance de 10 Ohm. La résistance variable R4 est réglée sur la position de résistance maximale.

2.9. En modifiant la résistance de la résistance de charge, le courant de fonctionnement de la protection est mesuré. Si sa valeur diffère de 15 A, vous devrez sélectionner la résistance R4.

2.10. En réglant plusieurs valeurs du courant de charge, l'échelle de la résistance variable R4 est calibrée.

2.11. Débranchez la résistance de charge et l'ampèremètre. Rétablissez la connexion entre la broche 4 du relais K1 et les contacts K2.1.

L'ampèremètre et le voltmètre sont calibrés selon les méthodes généralement acceptées. Veuillez noter que l'échelle de l'ampèremètre n'est pas linéaire.

En conclusion, il convient de noter que presque tous les blocs d'alimentation peuvent être équipés d'un bloc de protection similaire ou de ses éléments individuels.

littérature

Nechaev I. Convertisseur de tension puissant de petite taille. - Radio, 2003, n°2, p. 29, 30.
Shcherbina A., Blagiy S, Ivanov V. Application des stabilisateurs de microcircuits des séries 142, K142 et KR142. - Radio, 1991, n° 3, p. 47-51 ; N° 5, p. 68-70.

Auteur : E. Kolomoets, Irkoutsk

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