Два источника питания

В последнее время среди радиолюбителей широкое распространение получило изготовление персональных компьютеров. Несколько лет назад наиболее популярным был Радио-86РК, сейчас — ZX-Spectrum. Собственно компьютер — это обычно одна печатная плата и клавиатура, в то же время блок питания, собранный по традиционным схемам с низкочастотным трансформатором, получается довольно громоздким и тяжелым.

В [1] описана удачная конструкция блока питания с преобразованием напряжения на частоте около 30 кГц для Радио-86РК. На основе этого блока разработаны два источника питания: один — для компьютера ZX-Spectrum с установленными в нем буферной платой и контроллером дисковода, второй — для дисковода 5,25". Блоки питания собраны практически по одинаковым функциональным и принципиальным схемам: выпрямитель напряжения сети — емкостный фильтр — полумостовой преобразователь постоянного напряжения в переменное с понижающим трансформатором — выпрямители — фильтры — стабилизаторьт. Так же, как и в [1], в блоках питания применено внешнее возбуждение транзисторов преобразователя. Внешнее возбуждение позволяет оптимально сформировать базовые токи ключевых транзисторов, что полностью исключает их сквозные токи, в результате чего снижаются потери в транзисторах и. выпрямительных диодах и уменьшаются излучаемые преобразователем помехи. Внешнее возбуждение преобразователя также существенно упрощает его настройку и поиск дефектов.

Принципиальная схема первого блока питания приведена на рис. 1. Первичная обмотка трансформатора Т2 основного преобразователя включена в диагональ моста, образованного транзисторами VT1, VT2 и конденсаторами С9, СЮ. Базовые цепи транзисторов VT1, VT2 получают возбуждение от вторичных обмоток трансформатора Т1, на первичную обмотку которого поступает ступенчатое напряжение с формирователя на КМОП-микросхемах DD1, DD2. Рассмотрим его работу.

Задающий генератор формирователя собран на инверторах DD1.1 и DD1.2 и работает на частоте около 120 кГц. Триггерами DD2.1 и DD2.2 эта частота Делится до 60 и 30 кГц соответственно (рис. 2). Импульсы с выходов триггеров DD2.1 и DD2.2 поступают на входы элементов ИЛИ-НЕ DD1.3 и DD1.4, в результате чего на их выходах формируются импульсы положительной полярности со скважностью 4 (диаграммы DD1.3 и DD1.4 на рис. 2). Разность этих двух напряжений имеет вид импульсов чередующейся.полярности длительностью около 8 мкс с такими же паузами между ними.

Эти импульсы через трансформатор Т1 прикладываются к базам ключевых транзисторов VT1 и VT2 преобразователя и поочередно открывают их. Наличие интервала между импульсами гарантирует полное открывание каждого из транзисторов перед открыванием другого.

Микросхемы формирователя получают питание 15 В от бестрансформаторного источника, состоящего из конденсатора СЗ, выпрямительного моста VD2 и стабилитрона VD3. Резистор R3 ограничивает бросок тока через мост VD2 в момент включения, резистор R2 служит для разрядки конденсатора СЗ после выключения питания, конденсаторы С7 и С8 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения.

Выбор напряжения питания 15 В для микросхем DD1 и DD2, несколько большего, чем в [1], позволяет использовать максимально возможный коэффициент трансформации трансформатора Т1 10:1, что уменьшает токовую нагрузку на элементы DD 1.3, DD 1.4 и позволяет обойтись без специальных транзисторных ключей на выходе этих элементов.

Линейный стабилизатор на напряжение +5 В собран на микросхеме КР142ЕН5А (DA1) с использованием П-образного LC-фильтра СП, С12, L3, С13. Поскольку входное напряжение фильтра имеет вид импульсов с интервалами между ними, фильтр начинается с.оксидного конденсатора СП типа К52-1 небольшой емкости, удовлетворительно работающего на высокой частоте.

Стабилизатор напряжения +12 В и его фильтр выполнены по аналогичной схеме, но без дросселя в связи с малым значением тока по этой цепи.

Блок питания собран на печатной плате размером 155X67,5 мм из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На стороне установки элементов фольга сохранена и выполняет роль общего провода и экрана. Расположение проводников на противоположной стороне платы показано на рис. 3. Отверстия, кроме трех, помеченных крестиками, означающими пайку к фольге общего провода, на стороне установки элементов раззенкованы. Участок фольги на стороне элементов на месте установки микросхем DD1 и DD2 отделен от остальной фольги и соединен с общим проводом микросхем у вывода 8 микросхемы DD2. Крестиками также помечены места .пайки выводов элементов блока к фольге общего провода.

Транзисторы VT1 и VT2 закреплены на плате при помощи латунных стоек (рис. 4, а) и винтов М 2,5. Выводы.- базы и эмиттера этих транзисторов впаяны непосредственно в печатную плату. Вокруг стоек фольга общего провода на печатной плате удалена.

Для подключения к компьютеру, в котором- используется блок питания, и к сети в. печатную плату впаяны штырьки диаметром 1 _мм от разъема ШР. Два штырька, обозначенные на рис. 1 и .3 латинской буквой I, предназначены для контроля тока, потребляемого преобразователем при настройке, а после настройки между ними устанавливают перемычку.

Плату крепят с зазором 5 мм к задней стенке компьютера винтами через дистанционные втулки. Его задняя стенка, являющаяся теплоотводом для микросхемы DA1, снабжена ребрами по всей площади, за исключением мест установки разъемов для подключения внешних устройств компьютера. Микросхема DA1 через отверстие диаметром ,8 мм в печатной плате закреплена винтами МЗ на задней . стенке компьютера и подпаяна своими выводами к плате (рис. 4,6).

Проходные конденсаторы С1 и.С2 закрепляют на одной из боковых стенок блока гайками.

В блоке питания использованы резисторы МТ, конденсаторы КТП-2а (С1, С2), К50-27 (С4, С5), К73-17 на номинальное напряжение 400 В (СЗ) и 250 В (С9, СЮ), К52-1 (С7, СИ, С15), КМ-5 (С6), КМ-6 (остальные). Дроссели L1 —L3 типа ДМ-2,4. Конденсаторы С4 и С5 могут быть несколько больших размеров, например К50-29, для чего в печатной плате предусмотрены дополнительные монтажные отверстия.

Транзисторы КТ812 (VT1, VT2) можно заменить на КТ826, КТ828, КТ832, КТ838, КТ839, КТ840, КТ841, КТ845, КТ846, КТ847, КТ848, КТ856 в металлических корпусах с любыми буквенными индексами, а также транзисторами КТ854, КТ.858, КТ859, КТ872, КТ884 -в пластмассовых корпусах, снабдив их небольшими пластинчатыми теплоотводами.

Перед установкой транзисторов следует проверить • их коэффициент передачи тока базы. При напряжении на коллекторе 3...5 В и токе базы 13 мА ток коллектора должен быть не менее 130 мА. Этому условию обычно соответствует большинство транзисторов. Такой же проверке следует подвергать и транзисторы, устанавливаемые в блок питания для Радио-86РК [1].

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе из феррита 3000НМ типоразмера КЮХ6Х5. Первичная обмотка содержит 150 витков провода ПЭЛШО-0,1, вторичные —по 15 витков ПЭЛШО-0,27. Трансформатор Т2 намотан на кольцевом магнитопро-воде из феррита 2000НМ1 типоразмера К28Х16Х9. Обмотка I содержит 105 витков провода ПЭЛШО-0,27, обмотка II — 2X7 витков провода ПЭВ-2-0,7, обмотка III— 14 витков ПДДШО,-0,27. Витки обмоток равномерно распределяют по магнитопроводу (для обмотки II—каждую половину).

Для настройки блока питания к контактам 1 подключают миллиамперметр на ток 100 мА, а к выходу стабилизатора +5 В — резистор сопротивлением 5 Ом на мощность рассеяния 5 Вт. Далее к выводам конденсатора С7 через резистор сопротивлением 510 Ом на мощность 0,5 Вт подключают источник постоянного напряжения 20 В и проверяют работу формирователя импульсов в соответствии с диаграммами рис. 2, проверяют форму напряжения на базах транзисторов VT1 и VT2 относительно их эмиттеров — она должна соответствовать нижней диаграмме на рис. 2. При необходимости надо подобрать резистор R4 или конденсатор С6 для получения Необходимой частоты.

Не отключая источника -4-20 В, подключить сетевой вход блока питания к вторичной обмотке регулировочного автотрансформатора ЛАТР, включенного в сеть. Плавно повышая от нуля напряжение, необходимо следить за током преобразователя — он должен плавно повышаться, но быть не более 35 мА при напряжении 220 В. Вели ток существенно больше или очень мал, необходимо найти ошибку в монтаже и исправить ее.

Далее можно отключить источник 20 В и проверить работу стабилизатора +12 В, нагрузив его на резистор сопротивлением 470 Ом на мощность рассеяния 0,5 Вт.

.В процессе регулировки после отключения блока от сети следует разряжать конденсаторы С4 и С5, замыкая их резистором 300 Ом на 1 Вт.

Блок питания обеспечивает по цепи 5 В ток 1,2 А, по цепи +12. В —25 мА. В то же время использованные в нем радиоэлементы позволяют собрать источник питания по крайней мере с втрое большей мощностью для питания дисковода 5,25". Такой источник отличается от выполненного по схеме рис. 1 только выпрямителем и фильтром канала +12 В, собранным полностью по схеме канала +5 В с заменой микросхемного стабилизатора КР142ЕН5А на КР142ЕН8Б. Трансформатор Т1 имеет данные, аналогичные описанному выше источнику питания. Трансформатор Т2 намотан на таком же магнитопроводе, обмотка I содержит 100 витков провода ПЭЛШО 0,27, обмотка II — 2X7 витков ПЭВ-2-0,7, обмотка III — 2Х13 витков ПЭВ-2-0,7.

В блоке использованы те же радиоэлементы, что и, в описанном выше (С4 и С5 — К50-29), однако транзисторы VT1 и VT2 требуют подбора. При токе базы 13 мА и напряжении на коллекторе 3...5 В их ток коллектора должен быть не менее 400 мА.

Детали этого блока смонтированы на двух печатных платах размерами. 97,5X62,5 мм каждая. Так же, как и в предыдущей конструкции, фольга на стороне установки радиоэлементов сохранена почти полностью и соединена с общим проводом. На первой плате (рис. 5) установлены все радиоэлементы, расположенные на схеме рис. 1 левее трансформатора Т2, на второй (рис. 6) — трансформатор Т2, выпрямители и стабилизаторы, а также резисторы R7 и R8 для подключения двух светодиодов, индицирующих включение дисковода и наличие обоих питающих напряжений. Дроссели L3 и L4 смонтированы над конденсаторами С11 и С15.

Вторая плата через Дистанционные втулки с зазором 5 мм закреплена на задней стенке корпуса дисковода, являющейся тепло отводом с дополнительными ребрами на ширине 100 мм. На свободной от ребер части стенки установлены разъемы, выключатель и предохранитель. Первая плата при помощи резьбовых втулок установлена на расстоянии 22 мм от второй, а на расстоянии 26 мм от нее — коробчатый латунный экран, отделяющий блок питания от дисковода. Экран имеет вентиляционные отверстия в верхней горизонтальной части. Снизу блока питания экрана нет, он защищен Дном кожуха дисковода. На экране установлены конденсаторы С1 и С2.

Платы соединены между собой электрически; в одну из них впаяны два штырька диаметром 1 мм от разъема ШР, в другую — два гнезда от того же разъема.

В этом источнике питания использованы выпрямительные диоды КД212А, установленные на общем тепло отводе через слюдяные прокладки (рис. 7). Они прижаты к нему печатной платой и пятью винтами М2,5 через стеклотекстолитовую прокладку толщиной 1 мм. Для диодов КД21 ЗА теплоотвод не требуется, но плату следует слегка переработать.

Блок питания обеспечивает ток: 1,2 А по цепи +5 В, 0,8 А по цепи +12 В и кратковременный (пусковой ток электродвигателя) 1,9 А по этой же цепи. Конструкция второго блока позволяет, доработав одну из плат, собрать необходимые источники питания на другие напряжения и токи. Учитывая большой запас по мощности в источнике по схеме рис. 1, можно уменьшить емкости конденсаторов С4, С5, С9, СЮ в 2...3 раза.