Особливість цього джерела живлення в тому, що обертанням ручки-регулятора можна не тільки змінювати вихідну напругу, але і її полярність. Практично регулюється від +12В до – 12В. Досягнуто це завдяки трохи незвичайному включенню стабілізаторів двополйрного джерела живлення, так що обидва стабілізатори регулюються за допомогою одного змінного резистора.
Принципова схема показана малюнку. Випрямляч - двополярний, виконаний за стандартною схемою на трансформаторі Т1 з вторинною обмоткою з відведенням від середини, діодний міст VD 1 і конденсаторах С1 та С2. В результаті на його виході виходить двополярна напруга +-16...20В. Ця напруга надходить на два стабілізатори на транзисторах VT 1 та VT 3 (регулювання позитивної напруги) та на транзисторах VT 2 та VT 4 (Регулювання негативного напруження). На відміну від стандартної двополярної схеми у цьому, що виходи стабілізаторів включені разом, й у тому, що з регулювання напруги використовується один загальний змінний резистор R5. Таким чином, якщо двигун цього резистора встановлений точно посередині, і напруга на ньому щодо загального дроту дорівнює нулю, то обидва стабілізатори закриті, і напруга на виході схеми також дорівнює нулю. Тепер якщо двигун почали переміщати у бік позитивної напруги (вгору за схемою) починає відкриватися стабілізатор позитивної напруги на транзисторах VT 1 та VT 3, а стабілізатор негативних напруг(VT 4 та VT 2) як і раніше, залишається закритим. Врезультаті на виході позитивна напруга. Тепер якщо двигун переміщати в строну негативних напруг (вниз за схемою), позитивна напруга на виведенні схеми зменшуватиметься і в середньому положенні R 5 напруга дорівнюватиме нулю. Стабілізатор позитивного напруження закриється. Якщо двигун переміщати далі в тому ж напрямку почне відкриватися стабілізатор негативної напруги VT 2 та VT 4 (при цьому стабілізатор позитивної напруги буде закритий) і на виході збільшуватиметься негативна напруга.
У конструкції використовується готовий трансформатор"TAIWAN", потужністю 10Вт, що видає на вторинній обмотці дві змінні напруги по 12В.
Ємності конденсаторів С1 і С2 не повинні бути меншими за 1000 мкФ, потрібно враховувати, що від них залежить рівень пульсацій на виході. Стабілітрони можуть бути будь-які малопотужні на напругу 12В. Транзистор КТ817 можна замінити КТ815, КТ807, КТ819. Транзистор КТ816 – на КТ814, КТ818. Транзистори КТ502 та КТ503 можна замінити, відповідно, на КТ361 та КТ315. Випрямний міст можна використовувати інший, наприклад, КЦ402 або зібрати його з діодів типу Д226 або КД105.
Транзистори VT 1 та VT 2 потрібно поставити на невеликі тепловідведення.
Керований джерело постійного стабілізованого струму з хорошими динамічними характеристиками дозволяє змінювати величину і полярність вихідного струму під дією вхідної керуючої напруги. Джерело може входити до складу різних приладів та систем. Точність відповідності вихідного струму вхідної керуючої напруги дозволяє використовувати джерело відповідальних застосувань. Роботу джерела струму можна пояснити з прикладу управління світлодіодним індикатором.
Застосування джерела струму для керування світлодіодами
Яскравість світіння світлодіодів зручніше змінювати, регулюючи струм, що протікає через світлодіод, а не напруга, що додається до світлодіода. За допомогою керованого джерела стабілізованого струму можна здійснити зміну та регулювання яскравості світіння звичайних або лазерних світлодіодів. Зміною полярності можна вибирати групу працюючих світлодіодів. При одній полярності струму світитимуться світлодіоди Н1-Н6, при протилежній полярності світлодіоди Н7-Н12. Якщо світлодіоди мають різний колір, наприклад, Н1-Н6 червоні, а Н7-Н12 зелені, можна здійснити індикацію нормального та критичного значення контрольованої величини.
Джерело постійного стабілізованого струму необхідне регулювання величини постійного магнітного поля. Керуюча напруга може надходити від цифроаналогового перетворювача спеціалізованого контролера або іншого пристрою.
Застосування джерела струму для керування електродвигунами
За допомогою джерела постійного струму, що має можливість змінювати напрям струму, досить просто здійснити регулювання швидкості обертання і зміну напрямку обертання ротора електродвигуна. Для передачі команди, що встановлює параметри обертання, достатньо однієї двопровідної лінії. Обертання в прямому напрямку відбувається при позитивній полярності струму на контакті 1 і негативної полярності на контакті вихідного 2 роз'єму джерела струму U1.
Реверс двигуна відбувається при зміні полярності керуючого напруги та викликаного цією зміною полярності вихідного струму. За допомогою одного джерела змінного напряму струму можна керувати двома електродвигунами. При позитивній полярності вихідного струму на контакті 1 протікає струм через діод VD2 та працює електродвигун М2, при негативній полярності струму на контакті 1 протікає струм через діод VD1 та працює електродвигун М1. Реверс двигунів за такої схеми підключення відсутня.
Джерело струму керований напругою знаходить застосування під час передачі аналогових сигналів. За такого способу організації зв'язку величина струму пропорційна аналогової величини. Спотворення електромагнітними перешкодами сигналу, що передається струмом, значно менше в порівнянні зі звичайним способом передачі сигналу напругою.
Використання струмового сигналу вимагає установки в передавальній та приймальній апаратурі спеціальних модулів передачі та прийому струму. При цьому можна виключити цифрове кодування даних, що передаються. Джерело струму керований напругою застосовується для плавного керування електромагнітними регуляторами на основі соленоїдів у гідравлічних системах. На основі керованого джерела струму легко побудувати універсальний пристрій заряджання акумуляторів різних типів.
Робота джерела струму
Струм, що генерується ідеальним джерелом, стабільний при зміні опору підключеного навантаження. Для підтримки величини постійного струму змінюється значення ЕРС джерела. Зміна опору навантаження викликає зміну ЕРС джерела струму в такий спосіб, що значення струму залишається незмінним.
Реальні джерела струму підтримують струм на необхідному рівні в обмеженому діапазоні напруги, створюваного на опорі навантаження, що змінюється. Цей діапазон обмежений потужністю електроживлення джерела струму. Якщо необхідно підтримувати струм 1 ампер на навантаженні 20 ом, це означає, що на навантаженні буде напруга 20 вольт. При зниженні опору навантаження або короткому замиканні вихідна напруга знижуватиметься, а при збільшенні опору навантаження електроживлення має забезпечити можливість роботи при напругах вище 20 вольт.
Робота джерела струму вимагає джерела живлення. Послідовно з джерелом живлення включається стабілізатор струму. Вихід такого приладу сприймається як джерело струму. Параметри електроживлення джерела струму є кінцевими, що обмежує максимальний опір навантаження, яке можна підключити до джерела струму. Для забезпечення надійної роботи електроживлення повинно мати запас перевантаження. Обмежена потужність електроживлення обмежує максимальний струм, який може віддати у навантаження джерело струму.
Джерело струму може працювати при опорі навантаження близько до нуля. Замикання виходу джерела струму не призводить до аварії пристрою або спрацьовування захисту. Якщо сталося замикання виходу джерела струму, викликане підвищеною вологістю, неакуратним поводженням з обладнанням обслуговуючого персоналу після ліквідації причин замикання прилад миттєво повертається до нормального режиму роботи.
Схема керованого джерела струму
- Напруга живлення………….100…260 В, 47…440 Гц
- Вхідна напруга………….±10 В
- Вихідний струм………………….± 100 мА
- Опір навантаження……..0,1…120 Ом
- Температурний діапазон……-50…+75 ±С
- Точність перетворення……0,5 %
Спрощена схема джерела струму
В основі роботи схеми знаходиться властивість операційного підсилювача змінювати вихідну напругу операційного підсилювача так, щоб зрівняти напругу на входах завдяки ланцюгам зворотного зв'язку. Керуюча напруга через резистор R1 надходить на вхід, що інвертує, операційного підсилювача і викликає зміну напруга на його виході.
Зміна напруги на виході підсилювача викликає протікання струму через резистор R5 та навантаження. Вихідна напруга через ланцюги зворотний зв'язок надходить на входи операційного підсилювача. Опори резисторів мають величини, що забезпечують потрібну пропорційність між впливом на напругу, що управляє, і струмом через навантаження.
При позитивному керуючому напрузі, що надходить на інвертуючий вхід операційного підсилювача, на його виході формується негативна напруга. Через резистор і навантаження тече струм, що створює напругу на резисторі R5. Потенціал у точці з'єднання резисторів R3 та R5 нижче, ніж у точці з'єднання резисторів R4, R5 та навантаження.
Завдяки тому, що сумарний опір резисторів R4 і R5 дорівнює опору R3, на виході підсилювача присутній потенціал, що компенсує напругу керування на входах операційного підсилювача через резистори зворотного зв'язку. Потенціал на виході підсилювача знизиться настільки, наскільки це необхідно для компенсації дії позитивної напруги, що управляє, на інвертуючий вхід операційного підсилювача.
Компенсація дії керуючого напруги на входи операційного підсилювача відбувається в залежності від напруги на резисторі R5, викликаного струмом, що протікає. Якщо керуюча напруга фіксована, вплив зворотного зв'язку на входи операційного підсилювача відбувається в залежності від напруги на резисторі R5.
Зміна опору навантаження призводить до зміни потенціалу на вході, що не інвертує, операційного підсилювача через резистор R4. При зниженні опору навантаження знижується потенціал на вході, що не інвертує, операційного підсилювача і збільшується напруга між входами операційного підсилювача, що викликає зниження потенціалу на виході підсилювача. При цьому на опорі навантаження, що зменшився, зменшується прикладена напруга, не дозволяючи зрости струму.
Пропорційність між керуючою напругою та вихідним струмом встановлюється опорами резисторів. Опір резистора R5 має бути малим, через нього тече вихідний струм, що викликає нагрівання. Зменшення опору R5, розширює діапазон опору навантажень, що підключаються. Опори резисторів R1 і R2 рівні, значення їх обрані такими, що виключають перевантаження джерела напруги, що управляє. Опори резисторів обчислюються за такими формулами:
I = (U * R3) / (R1 * R5)
- U - керуюча напруга
- I - вихідний струм
Одним з важливих параметрів будь-якого джерела струму, а в нашому випадку перетворювача напруга струм, є діапазон опору навантажень, що підключаються. Ідеалізована модель пристрою забезпечує необхідний струм діапазону зміни опору навантаження від 0 до нескінченності.
У реальних пристроях це неможливо і непотрібно, тому що до опору навантаження додається опір проводів, контактів роз'ємів та елементів інших ланцюгів. Властивість джерела струму забезпечити роботу системи незалежно від опору навантаження є дуже корисним. Завдяки цій властивості підвищує надійність системи, у якій бере участь джерело струму.
Недоліком джерела струму є потужність, що виділяється на вихідному підсилювачі. У кожному випадку потрібно вибрати компроміс між запасом по опору навантаження і теплом, що виділяється на вихідному підсилювачі. Для забезпечення широкого діапазону опорів навантаження доводиться використовувати електроживлення пристрою із достатнім запасом за величиною напруги.
зі зміною напряму струму
Практична реалізація джерела зображена на електричній принципової схеми. Для точної відповідності схеми розрахункам опору зібрані з резисторів, включених послідовно або паралельно. Вихідний підсилювач складається з транзисторів VT1 та VT2. При вихідному струмі сто міліампер на навантаженні двадцять ом напруга складе два вольти, на регулювальному транзисторі падіння напруга приблизно 0,6 вольт, на резисторі R5 падіння напруги 0,1 вольт. При живленні 15 вольт напруга одному з двох транзисторів підсилювача складе 15В-2,7В=12,3В, а потужність близько 12,3В*100мА=1,23 Вт виділиться як тепла.
Конденсатор С4 необхідний для придушення наведень наведених на лінію, підключену до керуючого входу пристрою, конденсатор С5 запобігає збудженню схеми. Конденсатор С1 зменшує перешкоди у мережі. Живлення здійснюється від мережі 220 вольт, 50 гц.
Завдяки імпульсному перетворювачу напруги DA1 до живлення не висувається вимог щодо стабільності напруги. Автоматичний вимикач Q1 виконує функції тумблера живлення та захищає від перевантаження мережу 220 вольт при аварії пристрою. Н1 – індикатор наявності живлення. Трансіл-діод VD1 захищає джерело живлення від перевищення напруги мережі вище критичного значення. Перетворювач напруги забезпечує схему пристрою двополярним живленням, необхідним для роботи операційного підсилювача та формування вихідного струму двох полярностей.
Компоненти схеми
| Позиційне позначення |
Найменування |
| Конденсатори | |
| C1 | K73-16 0,01 мкФ ± 20%, 630 В |
| C2, C3 | C4 | 100 пФ-J-1H-H5 50 Вольт, ф. Hitano | C5 | 0,47 мкФ-К-1Н-Н5 50 Вольт, ф. Hitano |
| Резистори | |
| R1, R2 | C2-29B-0,125-101 Ом ±0.05% | R3 | C2-23-0,25-33 Ом ± 5% | R4 | C2-29B-0,125-101 Ом ±0.05% | R5 | 1 Ом ± 0.01% Astro 2000 axial ф. Megatron Electronic | R6, R7 | C2-29B-0,125-200 Ом ± 0.05% | R8, R9 | C2-29B-0,125-10 ком ± 0.05 % |
| Транзистори та діоди | VT1 | TIP3055 ф. Motorola |
| VT2 | TIP2955 ф. Motorola |
| VD1 | Трансіл-діод двонаправлений 1.5KE350CA ф. STMicroelectronics |
| Схеми та модулі | H1 | Світлодіодна комутаторна лампа СКЛ-14БЛ-220П "Протон" | DA1 | Перетворювач напруги TML40215 ф. TRACO POWER | DA2 | Мікросхема операційного підсилювача OP2177AR | Q1 | Автоматичний вимикач УкрЕМ ВА-2010-S 2p 4А "Аско" |
Конденсатор C1 може бути будь-якого типу. Важлива вимога, що пред'являється до цього компонента, це рівень робочої напруги не нижче 630 вольт. Конденсатори С2…С5 можна використовувати керамічні чи багатошарові. Усі резистори крім R3 повинні мати максимально можливу точність. Резистор R5 краще зробити складним із чотирьох резисторів опором 1 ом.
Два ланцюги, що складаються з двох послідовно включених резисторів по 1 ом, з'єднуються паралельно. В результаті загальний опір становить 1 ом, а потужність, що розсіюється, збільшується в чотири рази. Резистор R5 дротяного типу застосовувати не можна. Імпульсний перетворювач напруги DA1 можна замінити двополярним блоком живлення, що забезпечує вихідний струм у кожному плечі 500 міліампер та рівень пульсацій не більше 50 мілівольт.
Для досягнення високої точності перетворення керуючого напруги у вихідний струм операційний підсилювач повинен мати малу напругу зміщення нуля. Особливо це важливо для зниження вихідного струму до нуля під дією напруги, що управляє. При деякому зниженні точності як заміна DA1 підійдуть мікросхеми OP213 або OP177. Використання на виході схеми потужних транзисторів збільшує надійність пристрою. Транзистори обов'язково встановлюються на радіатори.
Схему можна використовувати для інших вихідних струмів та керуючих напруг. Для цього потрібно зробити розрахунки за наведеними формулами раніше у статті. При виконанні розрахунків слід зважати на можливість застосування резисторів зі стандартного ряду опорів.
При перевірці роботи схеми необхідно у всьому діапазоні напруг, струмів та опору навантаження перевірити осцилографом відсутність коливань на виході схеми. У разі коливань збільшити ємність C4 або С5.
Платон Костянтинович Денисов, м. Сімферополь
[email protected]
Особливість цієї схеми полягає в тому, що поворотом регулюючої ручки можна змінювати не тільки напругу на виході, але і його полярність. Регулювання проводиться у діапазоні від +12V до -12V.
Схема джерела живлення з регулюванням полярності
По суті це два роздільні стабілізатори напруги - по "плюсу" і "мінусу" із загальним регулюючим резистором R5.
Трансформатор для джерела також потрібний з подвійною обмоткою.
Коли двигун резистора R5 знаходиться в середньому положенні, то обидва стабілізатори закриті і напруга на виході дорівнює нулю. При переміщенні двигуна в той чи інший бік відкриватиметься один з регульованих стабілізаторів - або "плюсовий" або "мінусовий" і, відповідно, напруга на виході буде змінюватися.
Ємності конденсаторів С1 і С2 не повинні бути меншими за 1000 мкФ. Замість транзисторів КТ816 і КТ817 можна застосувати більш потужні - наприклад, КТ818 і КТ819. Потужність самого джерела живлення залежить від потужності застосовуваного трансформатора.
Трансформатор повинен мати дві вихідні обмотки щонайменше ніж по 12 Вольт кожна.
Замість діодного складання КЦ405 можна використовувати чотири простих діоди включених мостом.
Схема:
Особливість цього джерела живлення в тому, що обертанням ручки-регулятора можна не тільки змінювати вихідну напругу, але і її полярність. Фактично можна регулювати від +12В до -12В. Досягнуто це завдяки незвичайному включенню стабілізаторів двополярного джерела живлення, тому обидва стабілізатори регулюються за допомогою одного змінного резистора.
Пристрій:
Принципова схема показана малюнку вище. Випрямляч - двополярний, виконаний за стандартною схемою на трансформаторі Т1 з вторинною обмоткою з відведенням від середини, діодному мосту VD1 і конденсаторах С1 і С2 У результаті його виході виходить двополярна напруга + - 16...20В. Ця напруга надходить на два стабілізатори на транзисторах VT1 та VT3 (регулювання позитивної напруги) та на транзисторах VT2 та VT4 (регулювання негативної напруги). На відміну від стандартної двополярної схеми у цьому, що виходи стабілізаторів включені разом, й у тому, що з регулювання напруги використовується один загальний змінний резистор R5. Таким чином, якщо двигун цього резистора встановлений точно посередині, і напруга на ньому щодо загального дроту дорівнює нулю, то обидва стабілізатори закриті, і напруга на виході схеми також дорівнює нулю. Тепер якщо двигун почали переміщувати у бік позитивних напруг (вгору за схемою) починає відкриватися стабілізатор позитивної напруги на транзисторах VT1 і VT3, а стабілізатор негативних напруг (VT4 і VT2), як і раніше, залишається закритим. В результаті на виході позитивна напруга. Тепер якщо двигун переміщати в строну негативних напруг (вниз за схемою), позитивна напруга на виведенні схеми буде зменшуватися і в середньому положенні R5 напруга дорівнює нулю. Стабілізатор позитивного напруження закриється. Якщо двигун переміщати далі в тому ж напрямку почне відкриватися стабілізатор негативної напруги на VT2 і VT4 (при цьому стабілізатор позитивної напруги буде закритий) і на виході збільшуватиметься негативна напруга.
Деталі:
У конструкції використовується готовий трансформатор TAIWAN", потужністю 10Вт, що видає на вторинній обмотці дві змінні напруги по 12В. Ємності конденсаторів С1 і С2 не повинні бути менше 1000 мкФ, потрібно враховувати, що від них залежить рівень пульсацій на виході. на напругу 12 В. Транзистор КТ817 можна замінити на KT315, КТ807, КТ819. Транзистор КТ816 - на КТ814, КТ818. типу Д226 або КД105 Транзистори VT1 і VT2 потрібно поставити на невеликі тепловідводи.На основі цієї схеми можна зробити більш потужне джерело, що видає більш високу максимальну напругу. випрямний міст, як для звичайного джерела живлення.
Радіоконструктор №1 2000г стор. 25
Як змінити полярність блоку живлення?
УП-08
У більшості високовольтних блоків живлення для створення необхідної вихідної напруги застосовують так звані помножувачі напруги. Основна схема помножувача показана нижче на спрощеній принциповій схемі блоку живлення:
Схема помножувача складається з конденсаторів та діодів, розташованих у певному порядку. Полярність на виході блоку визначається орієнтацією діодів. У наведеному вище прикладі діоди повинні створювати на виході позитивну полярність щодо землі. Якщо змінити орієнтацію всіх діодів, помножувач видаватиме негативне напруження щодо землі.
У наведеному прикладі показаний двоступінчастий однополуперіодний помножувач, в якому використовуються чотири діоди. Двонапівперіодні каскади помножувачів більш ефективні, в них використовуються додаткові конденсатори і вдвічі більше діодів. Для створення високих напруг, Таких як в блоках живлення Spellman, послідовно з'єднують велику кількість каскадів множення. 12-каскадний двонапівперіодний помножувач міститиме 48 діодів.
Як правило, конденсатори і діоди, що використовуються для складання помножувачів, впаяні прямо в одну, а іноді в кілька друкованих плат. Часто з метою ізоляції від високої напруги такі плати полягають в оболонку – заливаються компаундом.
Для спрощення процедури зміни полярності на протилежну (як в екземплярі серії SL) при напругах вище 8 кВ передбачений другий помножувач - протилежної полярності. Процес заміни помножувача не становить труднощів, необхідні лише викрутка та кілька хвилин часу. Через спрощену конструкцію блоків у модульному виконанні вони, як правило, не допускають зміни полярності прямо на місці експлуатації.
