В статье предложен лабораторный блок питания с выходным напряжением 2,8...15 В на микросхеме L200C с функцией ограничения тока нагрузки 12...600 мА. Это устройство также можно применять для зарядки аккумуляторов и аккумуляторных батарей.
Споры о том, какой стабилизатор напряжения, импульсный или линейный, лучше применить в лабораторном блоке питания (БП), наверное, не стихнут никогда. И тот и другой имеют свои преимущества, и ответ зачастую зависит от конкретных условий применения. Но кроме стабильного выходного напряжения, лабораторный БП должен обязательно иметь защиту по току или ограничитель тока нагрузки. Плавная установка тока ограничения в широком интервале имеет важное значение при налаживании маломощных устройств, например, на основе микроконтроллеров, и позволит предотвратить их выход из строя в аварийной ситуации.
Для построения несложного БП с ограничением выходного тока можно применить микросхему L200C, которая представляет собой управляемый комбинированный стабилизатор напряжения и тока [1]. В её состав входят элементы стабилизации выходного напряжения и тока, а также узлы защиты от превышения входного напряжения, выходного тока и перегрева. Максимальное входное напряжение микросхемы - 40 В, допустима подача напряжения 60 В в течение не более 10 мс. Максимальное напряжение между входом и выходом - 32 В. Минимальное напряжение между входом и выходом - 2...2,5 В. Максимальный выходной ток - 2 А, ток замыкания выхода - 3,6 А. Собственный потребляемый ток - 4,2...9,2 мА.
Стандартная схема включения микросхемы L200C показана на рис. 1. Выходное напряжение Uвых можно установить подборкой резисторов R1 и R2: Uвых = 2,8(1+R2/R1). В режиме стабилизации тока его значение 1ст можно установить подборкой резистора R3: Iст = 0,45/R3.
Рис. 1. Схема включения микросхемы L200C
Эту микросхему можно с успехом применить в простом лабораторном БП, который к тому же будет выполнять функции зарядного устройства различных аккумуляторов и аккумуляторных батарей. Схема БП показана на рис. 2. Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора Т1 через выключатель питания SA1 и плавкую вставку FU1. Варистор RU1 совместно с плавкой вставкой FU1 защищают трансформатор и остальные элементы БП от повышенного сетевого напряжения. Напряжение вторичной обмотки выпрямляет диодный мост VD1, конденсаторы С1, С2 и С4 подавляют высокочастотные помехи, поступающие из сети. Конденсатор Сз сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
Рис. 2. Схема БП
Схемавключения микросхемы DA2 - стандартная. Переменными резисторами R5 и R6 устанавливают ток стабилизации (или ток ограничения) в интервале от 12 до 600 мА. В данном случае этот ток ограничен возможностями сетевого понижающего трансформатора. Оси этих резисторов выведены на переднюю панель и снабжены ручками со шкалами, с помощью которых можно приближённо установить ток стабилизации. Точное значение индицирует цифровой амперметр.
Поскольку сопротивления переменных резисторов R5 и R6 отличаются в десять раз, преимуществом в задании тока обладает резистор R6, поэтому установку тока ограничения проводят в следующей последовательности. Переместив движок резистора R5 в положение "120 мА", резистором R6 можно проводить установку тока в интервале 12...120 мА. Если же движок переменного резистора R6 переместить в положение "120 мА", резистором R5 можно задать ток ограничения в интервале 120...600 мА.
Выходное напряжение устанавливают переменным резистором R3. От его сопротивления зависит максимальное выходное напряжение. Минимальное выходное напряжение определяется встроенным в микросхему источником образцового напряжения, оно приблизительно равно 2,8 В. Резистор R3 размещен на передней панели устройства и шкалой не снабжен, поскольку выходное напряжение индицирует встроенный цифровой вольтметр.
На микросхеме DA1 и светодиодах HL1, HL2 собран индикатор режима работы БП. В режиме стабилизации напряжения на входе VR (вывод 4) микросхемы DA2 поддерживается постоянное напряжение около 2,8 В. При этом напряжение на движке подстроечного резистора R2 оказывается немногим более 2,5 В, поэтому микросхема DA1 открыта и через неё протекает ток, приводящий к свечению зелёного светодиода HL1 "Напряжение".
Когда ток нагрузки достигнет значения, установленного резисторами R5 и R6, устройство перейдёт в режим стабилизации тока. При этом напряжение на резисторе R2 уменьшится, на его движке напряжение станет менее 2,5 В, поэтому микросхема DA1 станет закрываться, а светодиод HL1 - гаснуть. В этом случае станет светить красный светодиод HL2 "Ток".
Для работы в режиме зарядного устройства необходимо сначала установить конечное напряжение Ua, до которого следует зарядить аккумулятор, а затем - ток зарядки Iз. При подключении разряженного аккумулятора устройство должно перейти в режим стабилизации тока, а амперметр - индицировать ток зарядки. Резисторами R5 и R6 устанавливают его точное значение. По мере зарядки аккумулятора (или батареи аккумуляторов) напряжение на нём увеличивается, а зарядный ток постепенно уменьшается. Когда напряжение на аккумуляторе приблизится к напряжению Ua, устройство перейдёт в режим стабилизации напряжения, светодиод HL2 погаснет, а светодиод HL1 загорится. Переключение светодиодов происходит не скачком, а плавно, поэтому некоторое время они могут светить вместе.
Для индикации выходных напряжения и тока можно применить самые различные встраиваемые вольтметры- амперметры как с жидкокристаллическим, так и со светодиодными индикаторами, которые можно недорого приобрести через Интернет. Поскольку в наличии оказалось такое доработанное устройство [2], оно и встроено в этот БП. Схема его подключения к стабилизатору на микросхеме L200C показана на рис. 2 цветом. Преимуществами этого вольтметра-амперметра является то, что датчик тока включён в плюсовую линию питания, а его сопротивление мало, и кроме того, можно скорректировать показания амперметра, устранив индикацию тока, потребляемого самим стабилизатором. Для других индикаторов схема включения может быть другой, обычно её приводят в описании конкретного вольтметра-амперметра.
Рис. 3. Печатная плата блока питания и размещение элементов на ней
Часть элементов размещена на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 3. В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, Р1-4, переменный R3 - СП4-1, СПО, переменные R5 и R6 - проволочные ППБ, подстроечный R2 - СП3-19. Оксидные конденсаторы - импортные, остальные - плёночные импортные или отечественные серии К73. Стабилитрон КС156А можно заменить любым маломощным с напряжением стабилизации 3,3...6,2 В. Светодиоды - маломощные любых, но разных цветов свечения с диаметром корпуса 3...5 мм. Интервал выходных напряжений и максимальный выходной ток зависят от применённого трансформатора, но при этом следует учесть предельные параметры микросхемы L200C и возможности теплоотвода. В авторском варианте применён сетевой трансформатор от импортного блока питания с напряжением холостого хода на вторичной обмотке 15 В и максимальным током нагрузки 600 мА. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид смонтированной платы
Устройство размещено в металлическом корпусе размерами 150x90x55 мм
от переключателя цифровых данных Data Switch. На задней панели установлены ребристый теплоотвод размерами 57x52x33 мм от процессора персонального компьютера и держатель плавкой вставки. На передней панели размещены переменные резисторы, переключатель, выключатель питания, светодиоды и выходные гнёзда. Внешний вид устройства показан на рис. 5.
Рис.5. Внешний вид устройства
Рис. 6. Вариант совмещённой шкалы для резисторов R5 и R6
Налаживание сводится к установке максимального выходного тока подборкой резистора R4, максимальное значение выходного напряжения зависит от сопротивления резистора R3. Вариант совмещённой шкалы для резисторов R5 и R6 показан на рис. 6 в натуральную величину. Яркость свечения светодиодов можно изменить подборкой резистора R1.
Литература
1. L200 ADJUSTABLE VOLTAGE AND CURRENT REGULATOR. - URL: http:// www.datasheet-pdf.com/PDF/L200CV-Datasheet-STMicroelectronics-69525 (25.10.19).
2. Нечаев И. Встраиваемый вольтметр- амперметр для регулируемого БП. - Радио, 2019, №3, с. 37-39.
Автор: И. Нечаев, г. Москва