При сборке, настройке и ремонте различных электронных устройств часто используют лабораторные блоки питания (БП), имеющие различные дополнительные сервисные функции. Нередко они оснащены встроенным вольтметром, который измеряет выходное напряжение БП. Однако его можно приспособить и для измерения напряжения в различных цепях подключённой к БП конструкции, что повысит комфорт рабочего места, поскольку станет возможным в ряде случаев отказаться от использования отдельного мультиметра.
Схема компактного лабораторного БП с регулируемым выходным напряжением и защитой от перегрузки, оснащённого встроенным цифровым вольтметром, представлена на рис. 1. Выходное напряжение устройства можно регулировать от 2,5 до 12 В при токе нагрузки соответственно 1,6 А...0,3 А. При выходном напряжении 10 В и токе нагрузки 0,5 А амплитуда напряжения пульсаций и шумов на выходе БП - менее 1 мВ.
Рис. 1. Схема компактного лабораторного БП с регулируемым выходным напряжением и защитой от перегрузки, оснащённого встроенным цифровым вольтметром
Напряжение сети 230 В поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора T1 через плавкую вставку FU1 и защитный резистор R1. С вторичных обмоток II и III напряжение переменного тока через плавкую вставку FU2 и замкнутые контакты переключателя SB2.1 поступает на выпрямительный мост, составленный из диодов VD6-VD9. В верхнем (по схеме) положении переключателя выходное напряжение БП можно установить в интервале 2,5...12 В, в нижнем - 2,5...5,2 В, что повышает КПД и уменьшает нагрев устройства при его работе с выходным напряжением ниже 5,2 В. В выпрямителе применены диоды Шотки (со значительно меньшим прямым падением напряжения, чем у обычных выпрямительных кремниевых диодов), что также повышает КПД устройства, поскольку позволяет полнее использовать напряжение вторичных обмоток трансформатора. Варистор RU1 защищает трансформатор и диоды Шотки от всплесков напряжения сети.
Конденсатор C11 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. В зависимости отрешаемой задачи переключателем SA1 выбирают, какой из самовосстанавливающихся предохранителей FU3, FU4 следует включить в цепь питания налаживаемого или ремонтируемого устройства. Если будет включён предохранитель FU3 (номинальный рабочий ток - 0,3 А), то БП можно использовать для настройки различных маломощных устройств, а также для предварительной проверки работоспособности УМЗЧ или импульсных источников питания, когда больший ток в течение непродолжительного времени может повредить, например, выходные, силовые каскады подключённой нагрузки. При включении в цепь предохранителя FU4 (номинальный рабочий ток - 1,6 А) применённый экземпляр при токе нагрузки 1,8 А срабатывал через 4 мин. Необходимо помнить, что с повышением температуры в корпусе БП самовосстанавливающиеся предохранители будут срабатывать при меньшем токе. В момент срабатывания любого из предохранителей FU3, FU4 начинает светиться светодиод HL2.
Для регулирования выходного напряжения применена интегральная микросхема TL431CLP (DA1). Выходное напряжение устанавливают переменным резистором R12. Чем меньше его введённое сопротивление, тем меньше выходное напряжение. На мощном полевом транзисторе VT1 реализован истоковый повторитель напряжения. Стабилитрон VD10 защищает изолятор затвора полевого транзистора от пробоя. Чтобы получить минимально возможную разницу между входным и выходным напряжением узла стабилизатора, применён умножитель напряжения (C2, C3, C10, VD2- VD5), благодаря которому напряжение на затворе транзистора VT1 может быть больше, чем на стоке. Резистор R2 - защитный.
Конденсатор С14 и резистор R7 предотвращают самовозбуждение микросхемы DA1. Резисторы R8, R9 - защитные. При наличии напряжения на выходе стабилизатора светится светодиод HL3. Диод VD11 защищает элементы устройства при подключении в обратной полярности к выходу БП, например, заряженного конденсатора, аккумуляторной батареи. Для подключения БП к питаемой аппаратуре предусмотрены кабель со стандартным штекером XP2 диаметром 5,5 мм и два отдельных провода с зажимами "крокодил" на концах, что повышает удобство пользования устройством. На провод со штекером ХР2 надета подвижная термоусаживаемая трубка, которая отформована таким образом, что её можно использовать как защитный чехол.
Цифровой вольтметр PV1 (рис. 2) - импортный, именуемый на сайтах интернет-магазинов как "Voltmeter 3-Digital Mini DC 0-100V Blue LED Display Voltage Panel Motor 0.28" (миниатюрный вольтметр постоянного тока для измерения напряжения до 100 В с трёхразрядным светодиодным дисплеем синего цвета свечения и размером цифр 0,28 дюй ма). Измеряемое напряжение - 0...99,9 В, входное сопротивление - 110 кОм, напряжение питания - 3,3.24 В, потребляемый ток - 6,2 мА размеры прибора - 30x11x9 мм. Вольтметр защищён от подачи напряжения питания в неправильной полярности, предусмотрена ручная корректировка показаний измеряемого напряжения подстроечным резистором.
Вольтметр был доработан - на входе применённого в нём стабилизатора напряжения HT7133-1 установлен отсутствовавший в состоянии поставки керамический конденсатор ёмкостью 1,5 мкФ (хотя место для него на монтажной плате предусмотрено - на рис. 2 внизу слева, и на рекламных магазинных фото он есть).
Рис. 2. Цифровой вольтметр PV1
Вольтметр питается через развязывающий фильтр R6C13. Режим работы - измерение напряжения на выходе БП или в цепях питаемого от него устройства - выбирают кнопочным переключателем SB1. В последнем случае включается мигающий светодиод HL1. Терморезистор RK1 и разрядник FV1 защищают вольтметр от высокого напряжения на его входе.
Большинство деталей устройства установлены на монтажной плате размерами 59x48 мм из стеклотекстолита, монтаж - двухсторонний навесной (рис. 3). Резистор R1 - импортный невозгораемый (или разрывной), установлен на отдельной плате размерами 45x22 мм. Остальные постоянные резисторы - любые общего применения (МЛТ, РПМ, С1-4, С2-23 и т. п.) указанной на схеме мощности рассеяния. Переменный резистор R12 - СП3-4аМ. Варистор RU1 - MYG-20K471, перед монтажом он обёрнут тонкой асбестовой бумагой, после чего на него надета термоусаживаемая трубка. Возможная замена варистора - FNR-20K471, FNR-14K471, GNR20D471K, LF14K471U, TVR14471. Терморезистор RK1 - сопротивлением до 2 кОм, с положительным ТКС извлечён из ЭПРА компактной люминесцентной лампы.
Рис. 3. Монтажная плата
Конденсаторы С2, С3, С10-С13, С15 - оксидные импортные, C4-C7 - плёночные, установлены под диодами Шотки VD6-VD9. Остальные неполярные конденсаторы - керамические. Конденсаторы С8, C9 и С16 установлены между выводами соответствующих оксидных конденсаторов (С11 и С15).
Диоды PMLL4446 (VD2-VD5) заменимы на PMLL4148 (4150, 4151, 4153, 4448), 1N4148, КД521 (с любым буквенным индексом). Вместо диодов Шотки 1N5822 подойдут SR340-SR360, SR504-SR506, MBR340-MBR360, SB340-SB360, MBRD340-MBRD360. Диод SRP300A можно заменить любым из этой серии, а также серий 1 N5400- 1 N5408, PR3001-PR3007, FR301 - FR307, КД226. Вместо стабилитрона BZV55C-5V6 подойдут 1N4734A, TZMC-5V6, КС456А, 2С456А, КС156А, 2С156А, а вместо BZV55C-12 - BZV55C-13, TZMC-12, TZMC-13, Д814Д1, 2С213А, 2С213Б. Мигающий светодиод L-796BGD заменим любым из серий L-796B, L-816B, L-36B, L-56B, SB2 (SB2G6SDECY), SB3 (SB3RB6SCECY), DFB3b, DFB5, DK5 (DK5R3SSC), а светодиоды RL30N-DR314S и RL52-SR113 - любыми непрерывного свечения без встроенных резисторов, например, из серий КИПД21, RL50.
Транзистор VT1 установлен на теплоотвод из листового алюминиевого сплава толщиной 3 мм с площадью охлаждающей поверхности (одной стороны) 86 см2 (форма пластины повторяет контуры нижней стенки корпуса). Теплоотводящий фланец транзистора изолирован от теплоотвода слюдяной прокладкой. Вместо SMM40N03P в БП можно применить любой из транзисторов UT40N03L-TN3-R, IRL3705N, IRLZ44, IRFZ40, IRFZ42, 50N06A, 50N06AF, HUF76137P3, 76137S3S, HUFA75307P3, CEB603AL, CEP603AL, CEP6030AL, CEB6030AL, STB3020L, STP3020L, BUZ11, STVHD90FI. Микросхема TL431CLP заменима любой аналогичной в трёхвыводном корпусе TO-92, содержащей в буквенно-цифровом обозначении числа буквенные индексы), например, AZ431, LM431, L5431, LT1431.
При отсутствии подходящего для переделки тороидального трансформатора можно применить и намотанный на Ш-образном магнитопроводе с площадью центрального керна 6,5 см2. Первичная обмотка должна содержать 1770 витков медного обмоточного провода диаметром 0,2 мм, вторичная - 64+35 витков провода диаметром 0,8 мм. С таким трансформатором потребуется корпус большего размера, но максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку, увеличится примерно на 4 Вт, что также потребует более эффективного теплоотвода для транзистора VT1.
Рис. 4. Монтажная плата
Вместо вольтметра, применённого автором, в БП можно установить любой другой подходящий встраиваемый, например, SVH0001R (с цифровым индикатором красного цвета свечения), SVH0001UY-100 (жёлтого). Не забудьте снять с индикатора защитную плёнку. С вольтметром, в котором применён индикатор синего цвета свечения, были затруднения с подбором светофильтра (подошёл только зеркально-серый светофильтр от DVD-проигрывателя), подобрать светофильтр для красного, жёлтого, зелёного и белого цветов свечения будет значительно проще.
Рис. 5. Вид на компоновку узлов устройства в корпусе
Рис. 6. Внешний видблока питания
Автор: А. Бутов, с. Курба Ярославской обл.