ИСТОЧНИК В ТРИ «РУЧЬЯ»

Для подключения различных электронных и бытовых устройств, рассчитанных на постоянное напряжение 9, 12 или 15 В, требуется адаптер (переходник от сети 220 В). Обычно с каждым устройством он и продаётся.
Между тем есть много приборов без адаптеров, но в отдельный момент последний может оказаться востребованным, например, для питания переносной электродрели (шуруповёрта), у которой потерял энергоёмкость аккумулятор, или для приёмника, у которого «сели батарейки», или в другом подобном случае.
Это должен быть достаточно мощный и надёжный источник питания, с автоматической защитой по выходу (срабатывает при коротком замыкании в нагрузке), обладающий универсальностью (выдающий разное постоянное напряжение) для использования в быту.

Выбор среди многочисленных опубликованных в литературе схем источников питания (адаптеров) позволяет решить эту проблему, что называется, на любой «вкус и цвет». На мой же взгляд, многие из опубликованных схем сильно усложнены, хотя и выдают, как правило, какое-то одно из указанных выше напряжение.

Между тем пользователям зачастую нужен универсальный источник питания, выдающий два (а лучше — три) различных по величине тока. К тому же радиолюбителям, особенно с небольшим опытом в электротехнике, требуется более простой вариант такого устройства с минимумом деталей.

Принципиальная электрическая схема мощного стабилизированного «трёхручьевого» (выдающего напряжения 9,12, и 15 В) источника питания.

Такая схема, отображающая стандартное включение интегральных стабилизаторов из серии КР142ЕН8, представлена на рисунке.

Рекомендованный производителем диапазон входного напряжения для микросхем КР142ЕН8А—КР142ЕН8В находится в пределах от 14,5 до 18 В при значениях выходного стабилизированного напряжения соответственно от 9 В, 14 В, до 15 В, и 36 В. Ток на выходе одного интегрального стабилизатора при выходном напряжении 12 В на практике не превышает 0,9 А.

Дополнительное увеличение выходного тока

Параллельное включение стабилизаторов КР142ЕН8 позволяет увеличить полезный ток в нагрузке кратно количеству стабилизаторов. Если возникает необходимость увеличить мощность источника питания, достаточно подключить параллельно (аналогично схеме) ещё несколько микросхем КР142ЕН8 в соответствии с необходимым полезным выходным током.

При разработке схемы авторский выбор пал на стабилизаторы КР142ЕН8Б (КРЕН8Б) по причине их дешевизны и распространённости. Их можно практически без отрицательных последствий заменить на КР142ЕН18А — КР142ЕН18Б (предусматривающие возможность регулировки выходного напряжения до 26,5 В при входном 5 — 30 В). В последнем варианте выходную полезную мощность можно ещё более повысить, т.к максимальный выходной ток интегрального стабилизатора КР142ЕН18Б достигает 1,5 А при напряжении 12 В.

Из-за наличия внутренней защиты от короткого замыкания в самих интегральных стабилизаторах КР142ЕН8 отпадает необходимость устанавливать дополнительные плавкие предохранители в устройстве. Практикой доказано, что если ток потребления в нагрузке увеличится и достигнет значения 5,5 А и более, в ней произойдёт автоматическое уменьшение напряжения до 2…3 В, что окажется безопасным для устройства «нагрузки» и самого источника питания. При автоматическом уменьшении тока в нагрузке (ниже предела срабатывания автоматической защиты) выходное напряжение стабилизаторов DА1 — DАЗ восстанавливается до номинального в течение 10… 12 мс. В редких случаях срабатывания защиты необходимо будет выключить и снова включить источник питания.

Проверить максимально возможную мощность стабилизатора и его «поведение» при увеличении-уменьшении мощности в нагрузке можно опытным путём. Для этого перед включением (мощной нагрузки), необходимо на выход источника питания в качестве нагрузки (как её активный эквивалент) подключить мощный проволочный резистор с мощностью рассеяния 5 —25 Вт и сопротивлением 9 — 15 Ома. В качестве такого эквивалента удобно использовать переменный проволочный резистор СП5-30-1-25В, который позволяет плавно (линейно) регулировать сопротивление от 0 до 18 Ом, создавая различные эквиваленты нагрузки.

Микросхемы-стабилизаторы устанавливаются на один общий радиатор с площадью охлаждения 140 — 200 см2. При работе с мощной нагрузкой в течение длительного времени происходит нагрев радиатора до температуры 50°С. Это можно считать допустимым.

О деталях

Цоколевка микросхем показана также на рисунке.

В качестве трансформатора Т1, кроме указанного на схеме, можно использовать и другие (например ТПП-1204/220/12), выдающие мощность не менее 30 Вт. Желательно, чтобы трансформаторы были в «залитом» исполнении. По этой причине самостоятельное их изготовление не рекомендуется — это занимает много времени, а цена промышленного образца сегодня невысока. На вторичной обмотке трансформатора между контактами 11 и 16 в холостом режиме (без нагрузки) переменное напряжение составит 18,5 В.

Хорошие результаты получают также, если в качестве Т1 использовать любое готовое автомобильное зарядное устройство промышленного изготовления, которыми буквально напичкана торговая сеть, для аккумуляторов с номинальным напряжением 12 В. В этом случае вся последующая схема (включая выпрямительный мост) подключается к выходу зарядного устройства. При этом никакой дополнительной переделки самого зарядного устройства для рассматриваемого случая не требуется. Правда, при желании можно вскрыть его корпус и установить в разрыв провода питания от сети 220 В выключатель типа «тумблер» (ТВ-1-2, ТВ-ЗС, ПТ-57, П2К с фиксацией) или аналогичный, рассчитанный на коммутацию тока не менее 2 А. В таком варианте полезная мощность автомобильного зарядного устройства такова, что при нагрузке, рассмотренной выше, падения напряжения не происходит вообще.

Параметры выпрямительных диодов должны обеспечивать средний прямой ток при частоте 50 Гц не менее 5 А. Вместо VD1—VD4 подойдут также кремниевые диффузионные диоды Д242, Д231 — Д234, Д242, Д243, Д245, Д246, Д248 с любым буквенным индексом. Диоды устанавливаются на изолированные друг от друга радиаторы с небольшой площадью охлаждения: 20 — 30 см². Установка их на радиаторы рекомендуется лишь для надёжности работы устройства, обеспечивая тем самым ему «запас мощности», так как даже относительно большой ток не является для данных диодов критическим. Если не предполагается вести активную работу при выходном токе 1 А более 3 часов подряд, диоды можно на радиаторы и не устанавливать.

Одним из важнейших элементов в источнике питания является фильтр пульсаций. Эту задачу успешно выполняют оксидные конденсаторы С1—С4 (К50-24, К50-29, К50-35) рассчитанные на рабочее напряжение не менее 25 В. Параллельное включение двух (и более) однотипных оксидных конденсаторов позволяет получить вдвое большую общую ёмкость (что повысит качество фильтрации пульсаций напряжения), а также обеспечивает защиту устройства в том случае, если один из конденсаторов выйдет из строя.

Элементы устройства закрепляются в любом подходящем корпусе, в торец которого выводится разъём (РП-10-5, РШ-2Н, DIN5 или аналогичный) для оперативного отсоединения источника питания от устройства нагрузки. Полезная выходная мощность источника питания может варьироваться в зависимости от количества параллельно включённых интегральных стабилизаторов, параметров трансформатора и выпрямительного моста. Ограничений по количеству параллельно включённых микросхем КР142ЕН8 нет.