Пятница, 20.10.2017, 11:37


Радио-РадиоЛюбителям
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная | Регистрация | Вход


» Форма входа


» Поиск по сайту

» Меню сайта

» Категории раздела

» Статистика сайта
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


» Калькулятор

Главная » 2015 » Апрель » 30 » Блок питания для наладки ламповых конструкций.
18:34

 

Блок питания для наладки ламповых конструкций.

 

Основная цель, которая была поставлена - сделать источник питания для макетирования и отработки ламповых конструкций.

Основные минимальные требования для пректируемого блока питания, это:

 - иметь по возможности компактный размер;
 - анодное стабилизированное напряжение +300 Вольт 0.2А, с задержкой анодного напряжения на 10-15 сек.;
 - анодное +350 Вольт 1А (не стаб.), для экспериментов с фильтрами и стабилизаторами;
 - два раздельных накала (переменка) ~6.3Вольт 3А для общих случаев;
 - один стабилизированный накал постоянным током =6.3 Вольт 1А;
 - доп. выход ~220 Вольт 1А, гальванически развязанный с сетью, для экспериментов с первичными цепями импульсных БП;
 - защита от перегрузки 0,2А (от кратковременного КЗ или ограничение тока в случае заряда мощных конденсаторов);
 - формирование стабилизированного напряжения отрицательного смещения и его регулировка независимо по 2-м каналам.

В наличии имелся неисправный ИБП (бесперебойник), поэтому блок питания было решено собрать в его корпусе.

Принципиальная схема

Конструкция выполнена по классической схеме, анодный выпрямитель к тому же имеет ещё и отводы ~220 V, гальванически развязанного от сети (разьем X5), и выход непосредственно с конденсатора фильтра без стабилизации (+350V, разьем X4). Цепи отрицательного смещения выполнены по схеме вольтодобавки. Особенности узлов будут освещены ниже.

highslide.js

Рисунок 1.
Принципиальная схема лабораторного источника питания.

Стабилизатор анодного напряжения

Выполняет две задачи: сглаживает пульсации и обеспечивает плавную подачу высокого напряжения, предотвращая аварийные режимы при включении. Стабилизатор имеет защиту от перегрузки по току.
Немного подробнее о работе защиты: при указанном номинале R9 в 3 Ома, при токе более 180 мА, падение на нем составит 0.5 Вольт и возникший ток базы через R10 начнет отпирать транзистор Q2, который, в свою очередь, соединит собой исток и затвор Q1 и будет его принудительно закрывать. Напряжение на выходе фильтра начнет соответственно понижаться со скоростью разряда выходного конденсатора C12, конденсатора опорной цепочки C5 и стекания его заряда через резистор R5. Сам силовой транзистор Q1 полностью не закрывается, а переходит в режим стабилизации тока на уровне 0.2 А. Если превышение будет долгим, транзистор может выйти из строя от перегрева из-за чрезмерной рассеиваемой на нём мощности (70 Вт), поэтому допускать длительно короткое замыкание и работу в режиме ограничения тока - крайне нежелательно. Защита призвана сгладить именно кратковременные переходные процессы, коммутацию, искрение.

Рисунок 2.
Принципиальная схема анодного фильтра.

Конденсатор C5 должен иметь как можно меньшую утечку, лучше всего применить высококачественный пленочный конденсатор (и ни в коем случае не бумажный! типа КБГ, МБГО и т.п.). На печатной плате предусмотрена возможность установки разных типоразмеров конденсаторов на выбор. Емкость конденсатора C5 в сочетании с сопротивлением R4 задает время нарастания напряжения на выходе:

t ~= 2...3 x (R4 x C5),

и при указанных номиналах С5=1µF и R4=4,7 МОм составляет около 10-15 секунд. Эту особенность можно использовать для организации задержки подачи анодного напряжения мощных радиоламп.
Следует помнить, что чем больше сопротивление R4 - тем выше требования к утечке и качеству самого конденсатора!
Стабилитроны ZD3-ZD7 набраны из нескольких последовательно включенных стабилитронов так, чтобы в сумме было получено нужное выходное напряжение. В случае требуемого выходного напряжения 300 Вольт суммарное напряжения на стабилитронах должно составлять 305 Вольт, для этого потребуется 4 стабилитрона на 68 Вольт и один на 33 Вольт, включенные последовательно. Ток через стабилитроны ZD3-ZD7 задается сопротивлением R4 и крайне мал. Можно вообще отказаться от них (не устанавливать), в таком случае стабилизатор перейдет в режим "электронного дросселя" и будет просто сглаживать пульсации, но напряжение на выходе будет зависеть от нагрузки (в довольно больших пределах). Фактически, в таком режиме напряжение на выходе схемы будет примерно соответствовать минимальному пику пульсаций напряжения на входе. Это предпочтительнее в сильноточном (более 300 мА) режиме, потому что нагрев транзистора Q1 будет заметно меньшим; иначе, возможно, придется позаботиться о более эффективном радиаторе для Q1. В любом случае, лучше всего отрегулировать защиту по максимально допустимому для конкретного стабилизатора тепловому режиму и выходному току, соответственно пересчитав номинал R9.

Стабилизатор накала

Выполнен на линейном интегральном стабилизаторе. На выходе выпрямителя в идеале имеем всего около 7.7 вольт, поэтому были выбраны выпрямительные диоды 1N5821 с минимальным прямым падением на номинальном токе (0.50V-3A) и применен стабилизатор типа LT1084IT-ADJ (можно ставить и 1083 и 1085, так-же LM1084IT-ADJ, 1085, 1086), с минимальной разницей между входом и выходом порядка 1 Вольт на токе 1А. Нужное выходное напряжение задается делителем R8, R7, R6 и RP1 в цепи ADJ микросхемы LT1084. Подстроечный резистор RP1 позволяет более точно задать требуемое напряжение на выходе.

Рисунок 3.
Принципиальная схема стабилизатора накала.

Емкость C6 набрана из двенадцати конденсаторов 1000µF x 10V. Если позволяет высота - можно набрать C6 из более высоких 2200µF x 10V, что уменьшит пульсации и увеличит максимальный допустимый выходной ток накального стабилизатора до 2 Ампер (LM1086 здесь тогда не подойдёт).
В любом случае, если есть возможность домотать несколько витков на накальный трансформатор, имеет смысл увеличить переменное напряжение на входе с 6.3 до 7,5...7,7 Вольт, что даст запас по нагрузочной способности.

Блок отрицательного смещения

Рисунок 4.
Принципиальная схема блока отрицательного смещения.

У применяемого в БП трансформатора, нет "лишней" обмотки для напряжения смещения отрицательной полярности, поэтому пришлось использовать метод "вольтодобавки" на однополупериодном выпрямителе VD4 C3, обеспечив развязку конденсатором C1. Полученное напряжение стабилизируется стабилизатором на R2, C4, ZD1-ZD2. Ток, потребляемый узлами исследуемого аппарата от подобного источника смещения, обычно очень мал, поэтому ток для стабилизатора задан около 3 мА - чтобы исключить ненужный нагрев и стабилитронов ZD1, ZD2 и гасящего резистора R2.
C выхода стабилизатора, напряжение подается на потенциометры RP2 и RP3, которыми задается нужное напряжение смещения в исследуемых схемах.
Ток, текущий через потенциометры, составляет около 2,8 мА и его тоже нужно учитывать в расчете балластного сопротивления R2 и требуемого тока через стабилитроны.
Так, как такой выпрямитель может оказывать влияние на выходное напряжение анодного выпрямителя без подключенной нагрузки, в схему был установлен нагрузочный резистор R load,составленный из пяти последовательно соединённых резисторов 4,7 кОм 2 вт.

Конечно, лучше будет использовать отдельную обмотку для напряжения смещения, а можно поставить дополнительный маломощный трансформатор, даже вольт на 24-36, и сделать выпрямитель с удвоением.

 

 

Рисунок 5.
Принципиальная схема блока регуляторов отрицательного смещения.

 

Печатная плата

Так как будущий корпус весьма компактен, пришлось принять меры для того, чтобы "вписать" все узлы в существующий конструктив и при этом обеспечить нужный режим охлаждения. Для этого, например, как было сказано выше, емкость C5 представляет собой 12 включенных параллельно конденсаторов 1000µF x 10V (D=10mm, h=12mm), чтобы получился "плоский" конденсатор на 12.000µF x 10V. В качестве радиаторов для Q1 и IC1 использованы отрезки уголка 40х20х2мм длиной 58мм. Площадь рассеяния радиаторов составляет примерно 50кв.см, что позволяет рассеять на них по 10W тепла, что для IC1 более чем достаточно, а для Q1 потребуется уточнить при эксплуатации. Для придания необходимой жесткости, плата по длинной стороне усиливается дюралевым уголком 10х10х1мм, являющимся также и верхней частью каркаса корпуса.

highslide.js

Рисунок 6.
Монтажный чертеж.

 

highslide.js

Рисунок 7.
Вид на плату со стороны деталей.

 

highslide.js

Рисунок 8.
Вид на плату со стороны пайки.

Конструкция

Корпус

Корпусом будущей конструкции послужил добротный металлический корпус отслужившего своё блока бесперебойного питания APS BackUPS BK500, одна из первых модификаций, без светодиодов на передней панели, ориентировочно 2003 года выпуска (впоследствии в "квадратик" в верхней части передней панели был врезан стрелочный индикатор, на фото его нет).

highslide.js

Рисунок 9.
Вид получившегося шасси без каркаса.

Внутренности полностью удалены; так как печатная плата представляла собой часть конструкции, то с помощью двух уголков восстановлена рама и жесткость корпуса.  Вместо аккумулятора прекрасно встал анодный  трансформатор ТА262-127/220-50 (он же используется как трансформатор гальванической развязки). Накальный трансформатор ТН44-127/220-50 размещен на штатном месте, все элементы выпрямителей и стабилизаторы смонтированы на образовавшемся "шасси" из уголков.

highslide.js

Рисунок 10.
Вид на заднюю панель с клеммами нагрузок.

Шесть пар выходных винтовых клемм: ~220V, =350, =300Vстаб,~6.3V/3A, ~6.3V/3A и =6.35V/1A смонтированы на стеклотекстолитовой планке, установленной вместо счетверенного гнезда выходных клемм UPS типа IEC320.

Два резистора регулировки напряжения смещения установлены слева вверху, клеммы подключения цепи отрицательного смещения - ниже, между предохранителем и сетевым разъемом. Оригинальный механический предохранитель на 4.5А сохранен.

Плата стабилизаторов

Плата стабилизаторов выполнена в виде единого модуля - части конструктива рамы корпуса. Два радиатора заполняют свободные щели вокруг силового анодного трансформатора. Балластное сопротивление R4 (четыре резистора 47кОм на 1 W каждый, включенные параллельно-последовательно) пока ещё не смонтированы. Отверстия в плате необходимы для отвода тепла от них. Все подключения к плате выполняются через клеммные колодки.

highslide.js

Рисунок 11.
Плата стабилизаторов в сборе.

highslide.js

Рисунок 12.
Устройство в сборе со снятым кожухом.

Общие замечания о конструкции и технологии

Общий вид собранного устройства.  Монтаж, как видно, выполнен очень компактно, свободного места осталось совсем немного.

Провода уложены в жгуты с разделением на три категории:

 - жгуты с силовыми проводами первичной цепи,
 - жгуты с высоковольтными проводами вторичных цепей,
 - жгуты с низковольтными проводами цепей накалов.

Все цепи выполнены проводом, сечением 0.5 или 0.75 кв.мм, кроме цепей накала, где применены жилы сечением около 2.2 кв.мм.
Печатная плата покрыта лаком. Покрытие платы лаком желательно, так как в плате имеется высокое напряжение, кроме того, в электронном фильтре есть высокоомные участки, где утечки по монтажу через влагу или загрязнения недопустимы, так как неизбежно приведут к нарушению нормального режима работы всего электронного фильтра. В крайнем случае, плату можно покрыть тонким слоем нейтральной канифоли, хотя это не лучший выбор, так как канифоль гигроскопична.

highslide.js

Рисунок 13.
Общий вид собранного устройства.

 
Vadim Limar

Скачать архив с печатной платой;
Архив

Источник; https://sites.google.com/a/lvsystem.ru/lab/praktika/istocniki-pitania/tubepowersuply

 


Категория: Источники питания

Всего комментариев: 0


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться или войти на сайт под своим именем.
Copyright MyCorp © 2017