Рано или поздно у любого радиолюбителя возникнет надобность в мощном блоке питания как для проверки различных электронных узлов и блоков, так и для питания мощных радиолюбительских самоделок.
В схеме применяется обычная микросхема LM7812, но выходной ток может достигать предела в 30A, он усиливается с помощью специальных транзисторов Дарлингтона TIP2955, их еще называют составные. Каждый из них может выдавать на выходе до 5 ампер, а так как их шесть в результате суммарный выходной ток около 30 А. При необходимости вы можете увеличить или уменьшить количество составных транзисторов, чтобы получить нужный вам ток на выходе.
Микросхема LM7812 обеспечивает около 800 мА. Предохранитель применяется для защиты ее от высоких бросков тока. Транзисторы и микросхема необходимо разместить на больших радиаторах. Для тока 30 ампер нам понадобится очень большой радиатор. Сопротивления в эмиттерных цепях применяются для стабильности и выравнивания токов каждого плеча составного транзистора, ведь уровень их усиления будет различным для каждого конкретного экземпляра. Номинал резисторов 100 Ом.
Выпрямительные диоды, должны быть рассчитаны на ток не ниже 60 ампер, а лучше выше. Сетевой трансформатор с током вторичной обмотки 30 ампер является наиболее трудно доставаемой частью конструкции. Входное напряжение стабилизатора должно быть на несколько вольт больше выходного напряжения 12 В.
Внешний вид блока питания вы можете посмотреть на рисунке ниже, чертежа печатной платы к сожалению не сохранилось, но я рекомендую сделать его своими руками в утилите .
Настройка схемы. Сначала лучше не подключать нагрузку, а с помощью мультиметра убедится в наличии 12 Вольт на выходе схемы. Затем подключите нагрузку обычное сопротивление ом на 100 и не менее 3 Вт. Показания мультиметра не должны измениться. Если нет 12 вольт - отсоедините питание и внимательно проверьте всю коммутацию.
В предлагаемом блоке питания установлен мощный полевой транзистор IRLR2905.В открытом состоянии сопротивление канала 0,02 Ома. Мощность, рассеиваемая VT1, более 100 Вт.
Переменное сетевое напряжение следует на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее уже отфильтрованное поступает на сток полевого транзистора и через сопротивление R1 на затвор, открывая VT1. Часть выходного напряжения через делитель следует на вход микросхемы КР142ЕН19, замыкая цепь отрицательной ОС. Напряжение на выходе стабилизатора увеличивается до тех пор, пока напряжение на входе управления DA1 не достигнет порогового уровня в 2,5 В. В момент достижения микросхема открывается, снижая напряжение на затворе, таким образом, схема БП входит в режим стабилизации. Для плавной регулировку выходного напряжения сопротивление R2 меняют на потенциометр.
Наладка и регулировка: Задаем необходимое выходное напряжение R2. Проверяем стабилизатор на предмет самовозбуждения с помощью осциллографа. Если оно имеет место, то параллельно емкостям C1, С2 и С4 требуется подсоединить керамические конденсаторы номиналом 0,1 мкФ.
Сетевое напряжение следует через предохранитель на первичную обмотку силового трансформатора. С его вторичной обмотки идет уже пониженное напряжение на 20 вольт при силе токе до 25А. При желании этот трансформатор можно сделать своими руками на основе силового трансформатора от старого лампового телевизора.
Использование одного интегрального регулятора напряжения 7812 и нескольких можно собрать достаточно мощный обеспечивающий ток нагрузки до 30 ампер. Ниже приведена схема блока питания.
Описание работы мощного блока питания
Входной схемы мощного блока питания, вероятно, будет самой дорогой частью всего проекта. На регулятор входное напряжение должно поступать на несколько вольт выше, чем выходного напряжения (12 В). При использовании трансформатора, диоды должны выдерживать очень высокий максимальный прямой ток, обычно 100A или более.
Регулятор напряжения 7812 будет забирать только 1 ампер или менее выходного тока, а остальной нагрузочный ток будет проходить через составные транзисторы. для обеспечения достаточной пропускной способности в 30 ампер, шесть транзисторов TIP2955 подключены параллельно.
Рассеиваемая на каждом силовом транзисторе мощность равна одной шестой общей мощности, поэтому дополнительных радиаторов для них не нужно. Необходимо только применить небольшой вентилятор для обдува теплых транзисторов.
В следующей статье приведем описание .
24.06.2015Представляем мощный стабилизированный блок питания на 12 В. Он построен на микросхеме стабилизатора LM7812 и транзисторах TIP2955, что обеспечивает ток до 30 А. Каждый транзистор может давать ток до 5 А, соответственно 6 транзисторов обеспечат ток до 30 А. Можно изменением количества транзисторов и получить желаемое значение тока. Микросхема выдает ток около 800 мА.
На его выходе установлен предохранитель в 1 А для защиты от больших переходных токов. Нужно обеспечить хороший теплоотвод от транзисторов и микросхемы. Когда ток через нагрузку большой, мощность рассеиваемая каждым транзистором также увеличивается, так что избыточное тепло может привести к пробою транзистора.
В этом случае для охлаждения потребуется очень большой радиатор или вентилятор. Резисторы 100 Ом используются для стабильности и предотвращения насыщения, т.к. коэффициенты усиления имеют некоторый разброс у одного и того же типа транзисторов. Диоды моста рассчитаны не менее, чем на 100 А.
Примечания
Наиболее затратным элементом всей конструкции, пожалуй, является входной трансформатор, Вместо него возможно использование двух последовательно соединенных батарей автомобиля. Напряжение на входе стабилизатора должно быть на несколько вольт выше требуемого на выходе (12В), чтобы он мог поддерживать стабильный выход. Если используется трансформатор, то диоды должны выдерживать достаточно большой пиковый прямой ток, обычно, 100А или более.
Через LM 7812 будет проходить не более 1 А, остальная часть обеспечивается транзисторами.Так как схема рассчитана на нагрузку до 30А, то шесть транзисторов соединены параллельно. Рассеиваемая каждым из них мощность – это 1/6 часть общей нагрузки, но все же необходимо обеспечить достаточный теплоотвод. Максимальный ток нагрузки приведет к максимальному рассеиванию, при этом потребуется крупногабаритный радиатор.
Для эффективного отвода тепла от радиатора, может быть хорошей идеей применение вентилятора или радиатора с водяным охлаждением. Если блок питания нагружен на максимальную нагрузку, а силовые транзисторы вышли из строя, то весь ток пройдет через микросхему, что приведет к катастрофическому результату. Для предотвращения пробоя микросхемы на ее выходе стоит предохранитель в 1 А. Нагрузка 400 МОм только для тестирования и не входит в окончательную схему.
Вычисления
Данная схема отличная демонстрация законов Кирхгофа. Входящая в узел сумма токов, должна быть равна сумме токов выходящих из этого узла, а сумма падений напряжений на всех ветвях, любого замкнутого контура цепи должна быть равна нулю. В нашей схеме, входное напряжение 24 вольт, из них 4В падения на R7 и 20 В на входе LM 7812, т.е 24 -4 -20 = 0. На выходе суммарный ток нагрузки 30А, регулятор поставляет 0.866А и 4.855А каждый из 6 транзисторов: 30 = 6 * 4.855 + 0.866.
Ток базы составляет около 138 мА на транзистор, чтобы получить ток коллектора около 4.86А коэффициент усиления по постоянному току для каждого транзистора должен быть не менее 35.
TIP2955 удовлетворяет этим требованиям. Падение напряжения на R7 = 100 Ом при максимальной нагрузке будет 4В. Рассеиваемая на нем мощность, вычисляется по формуле P= (4 * 4) / 100, т.е 0.16 Вт. Желательно, чтобы этот резистор был мощностью 0.5 Вт.
Входной ток микросхемы поступает через резистор в цепи эмиттера и переход Б-Э транзисторов. Еще раз применим законы Кирхгофа. Входной ток регулятора состоит из тока 871 мА, протекающего по цепи базы, и 40.3мА через R = 100 Ом.
871,18 = 40,3 + 830. 88. Входной ток стабилизатора всегда должен быть больше выходного. Мы видим, что он потребляет только около 5 мА и практически не должен греться.
Тестирование и ошибки
Во время первого испытании, не надо подключать нагрузку. Вначале измеряем вольтметром напряжение на выходе, оно должно быть 12 вольт, или не сильно отличающаяся величина. Затем подключаем сопротивление около100 Ом, 3 Вт в качестве нагрузки.Показания вольтметра не должны измениться. Если вы не видите 12 В, то, предварительно выключив питание, следует проверить корректность монтажа и качество пайки.
Один из читателей, получил на выходе 35 В, вместо стабилизированных 12 В. Это было вызвано коротким замыканием силового транзистора. Если есть КЗ любого из транзисторов, придется отпаять все 6 для проверки мультиметром переходов коллектор-эмиттер.
