Конденсаторної-стабілітрони випрямляч

Безтрансформаторні малопотужні мережеві блоки живлення з гасять конденсатором отримали широке поширення в радіоаматорських конструкціях завдяки простоті своїй конструкції, незважаючи на такий серйозний недолік, як наявність гальванічного зв'язку блоку живлення з мережею.

Вхідна частина блоку живлення (рис. 6.2) містить баластний конденсатор С1 і мостовий випрямляч з діодів VD1, VD2 і стабілітронів VD3, VD4. Для обмеження кидка струму через діоди і стабілітрони мосту в момент включення в мережу послідовно з баластними конденсатором слід включити струмообмежуючі резистор опором 50 ... 100 Ом, а для розрядки конденсатора після відключення блоку від мережі, паралельно йому - резистор опором 150 ... 300 кОм. До виходу блоку підключають оксидний конденсатор фільтра ємністю 2000 мкФ на номінальну напругу не менше 10 В. В результаті виходять функціонально закінчені блоки живлення.
При використанні потужних стабілітронів (Д815А ... Д817Г), їх можна встановити на загальний радіатор, якщо в позначенні їх типу присутні букви ПП (стабілітрони Д815АПП ... Д817ГПП мають зворотну полярність висновків). В іншому випадку діоди і стабілітрони необхідно поміняти місцями. Гальванічна зв'язок мережі з виходом блоку живлення, а значить, і з живиться апаратурою, створює реальну небезпеку ураження електричним струмом. Про це слід пам'ятати при конструюванні та налагодженні блоків з конденсаторної-стабілітрони випрямлячем.

Два бестрансформаторних блоку живлення
Незважаючи на те, що теоретично конденсатори в ланцюзі змінного струму потужності не споживають, реально в них через наявність втрат може виділятися певна кількість тепла. Перевірити заздалегідь придатність конденсатора для використання в джерелі можна, просто підключивши його до електромережі і оцінивши температуру корпусу через півгодини. Якщо конденсатор встигає помітно розігрітися, його слід вважати непридатним для використання в джерелі. Практично не нагріваються спеціальні конденсатори для промислових електроустановок - вони розраховані на велику реактивну потужність. Такі конденсатори використовують в люмінесцентних світильниках, в пускорегулирующих пристроях асинхронних електродвигунів і т.п.

Нижче представлені дві практичні схеми джерел живлення з конденсаторним дільником: пятівольтовий загального призначення на струм навантаження до 0,3 А (рис. 6.3) і джерело безперебійного живлення для кварцованних електронно-механічних годинників (рис. 6.4). Дільник напруги пятівольтового джерела складається з паперового конденсатора С1 і двох оксидних С2 і СЗ, що утворюють нижнє за схемою неполярні плече ємністю 100 мкФ. Поляризуючими діодами для оксидної пари служать ліві за схемою діоди моста. При номіналах елементів, зображених на схемі, струм короткого замикання на виході блоку живлення дорівнює 600 мА, напруга на конденсаторі С4 за відсутності навантаження - 27 В.

Широко розповсюджені електронно-механічний годинник-будильники китайського виробництва зазвичай живлять від одного гальванічного елемента напругою 1,5 В. Пропонований джерело виробляє напругу 1,4 В при середньому струмі навантаження 1 мА.
Напруга знята з дільника CI, С2, випрямляє вузол на елементах VD1, VD2. СЗ. Без навантаження напруга на конденсаторі СЗ не перевищує 12 В.

Малопотужний конденсаторний випрямляч з ШІМ стабілізатором
Пропонований вашій увазі безтрансформаторний конденсаторний випрямляч працює з автостабілізаціей вихідної напруги у всіх можливих режимах роботи (від холостого ходу до номінального навантаження). Це досягнуто за рахунок кардинальної зміни принципу формування вихідної напруги - не за рахунок падіння напруги від імпульсів струму випрямлених напівхвиль мережевої напруги на опорі стабілітрона, як в інших подібних пристроях, а за рахунок зміни часу підключення діодного моста до накопичувального конденсатору.
Схема стабілізованого конденсаторного випрямляча наведена на рис. 6.12. Паралельно виходу діодного моста включений транзистор VT1, що працює в ключовому режимі. База ключового транзистора VT1 через пороговий елемент (стабілітрон VD3) з'єднана з накопичувальним конденсатором С2, відокремленим по постійному струму від виходу моста діодом VD2 для виключення швидкого розряду при відкритому VT1. Поки напруга на С2 менше напруги стабілізації VD3, випрямляч працює відомим чином. При збільшенні напруги на С2 і відкриванні VD3 транзистор VT1 також відривається і шунтирует вихід випрямного моста. Внаслідок цього напруга на виході моста стрибкоподібно зменшується практично до нуля, що призводить до зменшення напруги на С2 і подальшого виключення стабілітрона і ключового транзистора.

Далі напруга на конденсаторі С2 знову збільшується до моменту включення стабілітрона і транзистора і т.д. Процес автостабілізаціі вихідної напруги дуже схожий на функціонування імпульсного стабілізатора напруги з широтно-імпульсним регулюванням. Тільки в пропонованому пристрої частота проходження імпульсів дорівнює частоті пульсації напруги на С2. Ключовий транзистор VT1 для зменшення втрат повинен бути з великим коефіцієнтом посилення, наприклад, складовою КТ972А, КТ829А, КТ827А і ін. Збільшити вихідна напруга випрямляча можна, застосувавши більш високовольтний стабілітрон або два низьковольтних, з'єднаних послідовно. При двох стабілітронах Д814У і Д814Д і ємності конденсатора С1 2 мкФ вихідна напруга на навантаженні опором 250 Ом може становити 23 ... 24 В. За запропонованою методикою можна стабілізувати вихідну напругу одно-полупериодного діод-конденсаторного випрямляча, виконаного, наприклад, за схемою рис . 6.13. Для випрямляча з плюсовим вихідним напругою паралельно діоду VD1 включений np-п транзистор КТ972А або КТ829А, керований з виходу випрямляча через стабілітрон VD3. При досягненні на конденсаторі С2 напруги, відповідного моменту відкривання стабілітрона, транзистор VT1 теж відкривається. В результаті амплітуда позитивної напівхвилі напруги, що надходить на С2 через діод VD2, зменшується майже до нуля. При зменшенні ж напруги на С2 транзистор VT1, завдяки стабілітрону, закривається, що призводить до збільшення вихідної напруги. Процес супроводжується широтно-імпульсним регулюванням тривалості імпульсів на вході VD2, отже, напруга на конденсаторі С2 залишається стабілізованою як на холостому ходу, так і під навантаженням.
У випрямлячі з негативним вихідним напругою паралельно діоду VD1 потрібно включити pn-р транзистор КТ973А або КТ825А. Вихідна стабілізована напруга на навантаженні опором 470 Ом - близько 11 В, напруга пульсації - 0,3 ... 0,4 В.
В обох запропонованих варіантах бестрансформаторного випрямляча стабілітрон працює в імпульсному режимі при струмі в одиниці міліампер, який ніяк не пов'язаний зі струмом навантаження випрямляча, з розкидом ємності гасить конденсатора і коливаннями напруги мережі. Тому втрати в ньому істотно зменшені, і тепловідвід йому не потрібно. Ключовому транзистору радіатор також не потрібно.
Резистори Rl, R2 в цих схемах обмежують вхідний струм при перехідних процесах в момент включення пристрою в мережу. Через неминучого «коливання» контактів мережевих вилки і розетки, процес включення супроводжується серією короткочасних замикань і розривів ланцюга. При одному з таких замикань гасить конденсатор С1 може зарядитися до повного амплітудного значення напруги мережі, тобто приблизно до 300 В. Після розриву і подальшого замикання ланцюга через «коливання» це і мережеве напруги можуть скластися і скласти в сумі близько 600 В. Це найгірший випадок, який необхідно враховувати для забезпечення надійної роботи пристрою. Конкретний приклад: максимальний колекторний струм транзистора КТ972А дорівнює 4 А, тому сумарний опір обмежувальних резисторів має становити 600 В / 4 А = 150 Ом. З метою зменшення втрат опір резистора R1 можна вибрати 51 Ом, а резистора R2 - 100 Ом. Їх потужність розсіювання - не менше 0,5 Вт. Допустимий колекторний струм транзистора КТ827А становить 20 А, тому для нього резистор R2 необов'язковий.