Для налаживания различных электронных устройств необходим источник питания, в котором предусмотрена регулировка не только выходного напряжения, но и порога срабатывания защиты от токовой перегрузки. Во многих простых устройствах аналогичного назначения защита лишь ограничивает максимальный ток нагрузки, причем возможность его регулирования отсутствует или затруднена. Такая защита больше предназначена для самого блока питания, чем для его нагрузки. Для безопасной работы как источника, так и подключенного к нему устройства необходима возможность регулирования уровня срабатывания токовой защиты в широких пределах. При ее срабатывании нагрузка должна быть автоматически отключена. Предлагаемое устройство удовлетворяет всем перечисленным требованиям.

Основные технические характеристики
Входное напряжение, В......26...29
Выходное напряжение, В......1...20
Ток срабатывания защиты, А......................0.03...2

Схема устройства показана на рисунке. Регулируемый стабилизатор напряжения собран на ОУ DA1.1. На его неинвертирующий вход (вывод 3) с движка переменного резистора R2 поступает образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) - напряжение отрицательной обратной связи (ООС) с эмиттера транзистора VT2 через делитель напряжения R11R7 ООС поддерживает равенство напряжений на входах ОУ, компенсируя влияние дестабилизирующих факторов. Перемещая движок переменного резистора R2, можно регулировать выходное напряжение.

Узел защиты от перегрузки по току собран на ОУ DA1.2, который включен как компаратор, сравнивающий напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. На неинвертирующий вход через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13, на инвертирующий - образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает диод VD2, выполняющий функцию стабистора с напряжением стабилизации около 0,6 В. Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю.

Если ток нагрузки превысит допустимый, напряжение на выходе ОУ DA1.2 увеличится почти до напряжения питания. Через резистор R9 потечет ток, который включит светодиод HL1 и откроет транзистор VT1. Диод VD3 открывается и через резистор R8 замыкает цепь положительной обратной связи (ПОС). Открытый транзистор VT1 подключает параллельно стабилитрону VD1 резистор малого сопротивления R12, в результате чего выходное напряжение уменьшится практически до нуля, поскольку регулирующий транзистор VT2 закроется и отключит нагрузку. Несмотря на то что напряжение на датчике тока нагрузки упадет до нуля, благодаря действию ПОС нагрузка останется отключенной, что показывает светящийся индикатор HL1. Повторно включить нагрузку можно кратковременным отключением питания или нажатием на кнопку SB1. Диод VD4 защищает эмиттерный переход транзистора VT2 от обратного напряжения с конденсатора С5 при отключении нагрузки, а также обеспечивает разрядку этого конденсатора через резистор R10 и выход ОУ DA1.1.

Детали. Транзистор КТ315А (VT1) можно заменить на КТ315Б-КТ315Е. Транзистор VT2 - любой из серий КТ827, КТ829. Стабилитрон (VD1) может быть любым с напряжением стабилизации У 3 В при токе 3...8 мА. Диоды КД521В (VD2-VD4) могут быть другими из этой серии или КД522Б Конденсаторы СЗ, С4 - любые пленочные или керамические. Оксидные конденсаторы: С1 - К50-18 или аналогичный импортный, остальные - из серии К50-35. Номинальное напряжение конденсаторов не должно быть меньше указанного на схеме. Постоянные резисторы - МЛТ, переменные - СПЗ-9а. Резистор R13 можно составить из трех параллельно соединенных МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом. Кнопка (SB1) - П2К без фиксации или аналогичная.

Налаживание устройства начинают с измерения напряжения питания на выводах конденсатора С1, которое, с учетом пульсаций, должно находиться в пределах, указанных на схеме. После этого перемещают движок переменного резистора R2 в верхнее по схеме положение и, измеряя максимальное выходное напряжение, устанавливают его равным 20 В, подбирая резистор R11. Затем подключают к выходу эквивалент нагрузки, например, такой, как описан в статье И. Нечаева "Универсальный эквивалент нагрузки" в "Радио", 2005, № 1, с. 35. Измеряют минимальный и максимальный ток срабатывания защиты. Чтобы снизить минимальный уровень срабатывания защиты, необходимо уменьшить сопротивление резистора R6. Для увеличения максимального уровня срабатывания защиты нужно уменьшить сопротивление резистора R13 - датчика тока нагрузки.


П. ВЫСОЧАНСКИЙ, г. Рыбница, Приднестровье, Молдавия
"Радио" №9 2006г.

При настройке всевозможных радиоэлектронных устройств зачастую бывает, необходим блок питания, в котором реализована функция плавной регулировки, как выходного напряжения, так и значения тока по перегрузке.

Защита блока питания от перегрузки

В большинстве простых блоков, реализована защита блока питания от перегрузки только по превышению максимального тока нагрузки. Подобная электронная защита, главным образом, предназначается для самого блока питания, а не для подключенной к нему нагрузки.

Для надежного функционирования, как блока питания, так и подсоединенного к нему электронного устройства, желательно иметь возможность изменения порога срабатывания защиты по току в больших пределах, причем при срабатывании защиты подключенная нагрузка должна быть обесточена.

Приведенная в данной статье схема является еще одним вариантом , позволяющая производить плавную регулировку всех перечисленных выше параметров.

Описание работы регулируемого блока питания

(DA1.1) построен регулируемый стабилизатор напряжения. С вывода R2 на его прямой вход (вывод 3) идет опорное напряжение, величина которого устанавливается стабилитроном VD1, а на инверсный вход (вывод 2) поступает потенциал ООС с эмиттера транзистора VT1 через резисторный делитель напряжения R10 и R7.

Отрицательно обратная связь создает баланс напряжений на обоих входах ОУ LM358, возмещая воздействие дестабилизирующих причин. Путем вращения ручки потенциометра R2 осуществляется изменение выходного напряжения блока питания.

Блок защиты от перегрузки по току построен на втором операционном усилителе DA1.2, входящем в состав микросхемы LM358 , который используется в данной схеме в качестве компаратора. На его прямой вход через сопротивление R14 идет напряжение с датчика тока нагрузки (сопротивление R13), а на инверсный вход поступает опорное напряжение, постоянство которого обеспечивает диод VD2.

До тех пор пока падение напряжения, формируемое током нагрузки на сопротивлении R13, ниже опорного, потенциал на выходе 7 операционного усилителя DA1.2 практически равен нулю. В том случае, если ток нагрузки превзойдет допустимый, потенциал на выходе DA1.2 возрастет до напряжения питания. В результате этого через сопротивление R9 пойдет ток, который откроет транзистор VT2 и зажжет светодиод HL1. Диод VD3 начинает пропускать ток и сквозь сопротивление R11 шунтирует электрическую цепь ПОС. Транзистор VT2 подсоединяет сопротивление R12 параллельно стабилитрону VD1, и как следствие этого напряжение на выходе блока питания снижается фактически до нуля из-за закрытия транзистора VT1.

Заново подключить нагрузку возможно непродолжительным выключением сетевого питания или путем нажатия на кнопку SA1. Для защиты транзистора VT1 от обратного напряжения, идущего с емкости С5, которое возникает при отсоединении нагрузки от блока питания, в схему добавлен диод VD4.

Детали блока питания

Транзистор VT2 возможно поменять на . Транзистор VT1 можно заменить на произвольный из серий КТ827, КТ829. Диоды VD2 — VD4 возможно применить КД522Б. Сопротивление R13 возможно собрать из трех впараллель соединенных резисторов МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом каждый. Стабилитрон VD1 любой с напряжением стабилизации 7…8 вольт и током от 3 до 8 мА. Емкости СЗ, С4 произвольные пленочные или керамические. Электролитические конденсаторы: С1 — К50-18 или аналогичный зарубежный, другие — марки К50-35. Кнопка SA1 без фиксации.

Для налаживания различных электронных устройств необходим источник питания, в котором предусмотрена регулировка не только выходного напряжения, но и порога срабатывания защиты от токовой перегрузки. Во многих простых устройствах аналогичного назначения защита лишь ограничивает максимальный ток нагрузки, причем возможность его регулирования отсутствует или затруднена. Такая защита больше предназначена для самого блока питания, чем для его нагрузки. Для безопасной работы как источника, так и подключенного к нему устройства необходима возможность регулирования уровня срабатывания токовой защиты в широких пределах. При ее срабатывании нагрузка должна быть автоматически отключена. Предлагаемое устройство удовлетворяет всем перечисленным требованиям.

Основные технические характеристики
Входное напряжение, В......26...29
Выходное напряжение, В......1...20
Ток срабатывания защиты, А......................0.03...2

Схема устройства показана на рисунке. Регулируемый стабилизатор напряжения собран на ОУ DA1.1. На его неинвертирующий вход (вывод 3) с движка переменного резистора R2 поступает образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает стабилитрон VD1, а на инвертирующий вход (вывод 2) - напряжение отрицательной обратной связи (ООС) с эмиттера транзистора VT2 через делитель напряжения R11R7 ООС поддерживает равенство напряжений на входах ОУ, компенсируя влияние дестабилизирующих факторов. Перемещая движок переменного резистора R2, можно регулировать выходное напряжение.

Узел защиты от перегрузки по току собран на ОУ DA1.2, который включен как компаратор, сравнивающий напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. На неинвертирующий вход через резистор R14 поступает напряжение с датчика тока нагрузки - резистора R13, на инвертирующий - образцовое напряжение, стабильность которого обеспечивает диод VD2, выполняющий функцию стабистора с напряжением стабилизации около 0,6 В. Пока падение напряжения, создаваемое током нагрузки на резисторе R13, меньше образцового, напряжение на выходе (вывод 7) ОУ DA1.2 близко к нулю.

Если ток нагрузки превысит допустимый, напряжение на выходе ОУ DA1.2 увеличится почти до напряжения питания. Через резистор R9 потечет ток, который включит светодиод HL1 и откроет транзистор VT1. Диод VD3 открывается и через резистор R8 замыкает цепь положительной обратной связи (ПОС). Открытый транзистор VT1 подключает параллельно стабилитрону VD1 резистор малого сопротивления R12, в результате чего выходное напряжение уменьшится практически до нуля, поскольку регулирующий транзистор VT2 закроется и отключит нагрузку. Несмотря на то что напряжение на датчике тока нагрузки упадет до нуля, благодаря действию ПОС нагрузка останется отключенной, что показывает светящийся индикатор HL1. Повторно включить нагрузку можно кратковременным отключением питания или нажатием на кнопку SB1. Диод VD4 защищает эмиттерный переход транзистора VT2 от обратного напряжения с конденсатора С5 при отключении нагрузки, а также обеспечивает разрядку этого конденсатора через резистор R10 и выход ОУ DA1.1.

Детали. Транзистор КТ315А (VT1) можно заменить на КТ315Б-КТ315Е. Транзистор VT2 - любой из серий КТ827, КТ829. Стабилитрон (VD1) может быть любым с напряжением стабилизации У 3 В при токе 3...8 мА. Диоды КД521В (VD2-VD4) могут быть другими из этой серии или КД522Б Конденсаторы СЗ, С4 - любые пленочные или керамические. Оксидные конденсаторы: С1 - К50-18 или аналогичный импортный, остальные - из серии К50-35. Номинальное напряжение конденсаторов не должно быть меньше указанного на схеме. Постоянные резисторы - МЛТ, переменные - СПЗ-9а. Резистор R13 можно составить из трех параллельно соединенных МЛТ-1 сопротивлением по 1 Ом. Кнопка (SB1) - П2К без фиксации или аналогичная.

Налаживание устройства начинают с измерения напряжения питания на выводах конденсатора С1, которое, с учетом пульсаций, должно находиться в пределах, указанных на схеме. После этого перемещают движок переменного резистора R2 в верхнее по схеме положение и, измеряя максимальное выходное напряжение, устанавливают его равным 20 В, подбирая резистор R11. Затем подключают к выходу эквивалент нагрузки, например, такой, как описан в статье И. Нечаева "Универсальный эквивалент нагрузки" в "Радио", 2005, № 1, с. 35. Измеряют минимальный и максимальный ток срабатывания защиты. Чтобы снизить минимальный уровень срабатывания защиты, необходимо уменьшить сопротивление резистора R6. Для увеличения максимального уровня срабатывания защиты нужно уменьшить сопротивление резистора R13 - датчика тока нагрузки.


П. ВЫСОЧАНСКИЙ, г. Рыбница, Приднестровье, Молдавия
"Радио" №9 2006г.

Чтобы собрать даже самый простой стабилизатор напряжения к зарядному устройству необходимо обладать хоть маломальскими знаниями по физике. Иначе сложно будет понять зависимость физических величин, например, то, как по мере заряда сопротивление аккумулятора увеличивается, ток заряда падает и напряжение растет.

Простое зарядное устройство стабилизатор тока из подручных материалов

Существует огромное число готовых схем и конструкций, позволяющих заряжать автомобильный аккумулятор. Эта статья на тему переделки компьютерного блока питания под автоматическое зарядное устройство автомобильного аккумулятора. В ней рассказывается о том, как собрать автоматический стабилизатор тока с возможностью регулировки выходного тока.

Схема стабилизатора, используемая в нашем собираемом зарядном устройстве, довольно проста и основана на базе операционного усилителя (ОУ) без обратной связи с большим коэффициентом усиления.

В качестве такого операционного усилителя, или правильнее будет его назвать компаратором, используется микросхема LM358. На изображении видно, что она имеет:

• два входа (инвертирующий и неинвертирующий);
• один выход.

Задача LM358 состоит в том, чтобы сбалансировать параметры на выходе путём увеличения или уменьшения напряжения на входах.

Зарядное устройство или простой стабилизатор – это прибор, который:

• сглаживает пульсации сети;
• поддерживает прямую линию графика тока на одном уровне.

Как это осуществляется? В нашем случае на один вход подаётся опорное напряжение, задаваемое с помощью стабилитрона. Второй вход подключен после шунта, предназначенного для роли датчика тока. Когда подключается к выходу разряженный аккумулятор, в цепи возрастает ток и соответственно возникает падение напряжения на низкоомном резисторе. На микросхеме LM358 появляется разность напряжений между двумя входами. Устройство стремится сбалансировать эту разность, тем самым увеличивая параметры на выходе.

Глядя на схему мы видим, что на выход подключен полевой транзистор, который управляет нагрузкой. По мере заряда аккумулятора на клеммах устройства начинает повышаться напряжение, следовательно, начинает расти оно и на одном из входов ОУ. Возникает разность напряжений между входами, которую ОУ пытается выровнять путём уменьшения напряжения на выходе, тем самым уменьшая ток в основной цепи.

В итоге, аккумулятор заряжается до нужного напряжения, то есть выставленного значения на клеммах зарядного устройства. Падение напряжения на резисторе R3 становится минимальным, либо его не будет вообще. При выравнивании напряжения на входах транзистор закрывается, тем самым отключая нагрузку от зарядного устройства.

Особенностью данной схемы является то, что она позволяет ограничивать ток заряда. Делается это с помощью переменного резистора, который включён последовательно в делитель. И собственно поворачивая ручку этого резистора можно изменять параметры на одном из входов. Возникающую разность опять же выравнивают путём увеличения либо уменьшения параметров.

Универсальных схем не бывает. Кого-то интересует вопрос увеличения тока нагрузки. Например, что нужно поменять в схеме для 15 А? Необходимо будет поставить переменник не 5, а 10 кОм. Так же сделав предварительный расчёт и заменив соответствующие элементы, можно запросто настроить схему под свои нужды.

Сборка устройства

Конечно, интересно посмотреть на готовое самодельное изделие, тогда приступим к сборке устройства. В интернет-магазинах существует много компактных плат под эту схему. Стоимость деталей для сборки данного стабилизатора напряжения обойдётся менее двухсот рублей. Если покупать готовый стабилизатор напряжения, придется заплатить в несколько раз больше.

Все стандартные действия сборки не будем описывать, отметим лишь основные моменты. Транзистор надо размещать на теплоотвод. Почему? Потому что схема линейная и при больших токах транзистор будет сильно нагреваться. Из чего изготовить радиатор? Его можно сделать из обычного алюминиевого уголка и закрепить непосредственно на вентилятор блока питания. И, несмотря на то, что по размерам радиатор достаточно небольшой, благодаря интенсивному обдуву он прекрасно справится со своей задачей.

К радиатору прикручивается через термопасту транзистор, в этой схеме он используется полевой, N-канальный IRFZ44 с максимальным током 49 А. Так как радиатор изолирован от основной платы и корпуса, то транзистор приворачивается напрямую без изоляционных прокладок.

Плату стабилизатора через латунную стойку закрепляется на этот же алюминиевый уголок. Для регулировки выходного тока используется переменный резистор на 5 кОМ. Провода, чтобы не болтались, фиксируются пластиковыми стяжками.

В результате, должна получиться следующая схема подключения данного стабилизатора для зарядного устройства.

Блок питания может быть абсолютно любым, как компьютерным блоком питания, так и обычным трансформатором. Шнур для подключения в розетку используется обычный компьютерный.

Всё готово. Можно теперь использовать такой регулируемый стабилизатор напряжения для зарядного устройства. Надо отметить схема простая и недорогая: одновременно выполняет и зарядного устройства.

Говоря операционный усилитель, я зачастую подразумеваю LM358. Так как если нету каких-то особых требований к быстродействию, очень широкому диапазону напряжений или большой рассеиваемой мощности, то LM358 хороший выбор.

Какие же характеристики LM358 принесли ему такую популярность:

• низкая стоимость;
• никаких дополнительных цепей компенсации;
• одно или двуполярное питание;
• широкий диапазон напряжений питания от 3 до 32 В;
• Максимальная скорость нарастания выходного сигнала: 0,6 В/мкс;
• Ток потребления: 0,7 мА;
• Низкое входное напряжение смещения: 0,2 мВ.

LM358 цоколевка

Так как LM358 имеет в своем составе два операционных усилителя, у каждого по два входа и один выход (6 — выводов) и два контакта нужны для питания, то всего получается 8 контактов.

LM358 корпусируются как в корпуса для объемного монтажа (LM358N — DIP8), так и в корпуса для поверхностного монтажа (LM358D — SO8). Есть и металлокерамическое исполнение для особо тяжелых условий работы.
Я применял LM358 только для поверхностного монтажа – просто и удобно паять.

Аналоги LM358

Полные аналоги LM358 от разных производителей NE532, OP04, OP221, OP290, OP295, OPA2237, TA75358P, UPC358C.
Для LM358D — KIA358F, NE532D, TA75358CF, UPC358G.

Вместе с LM358 выпускается большое количество похожих операционных усилителей. Например LM158, LM258, LM2409 имеют аналогичные характеристики, но разный температурный диапазон работы.

Если диапазона 0..70 градусов не хватает, то стоит применить LM2409, однако следует учитывать что у неё диапазон питания уже:

Кстати если нужен только один операционный усилитель в компактном 5 выводном корпусе SOT23-5 то вполне можно применить LM321, LMV321 (аналоги AD8541, OP191, OPA337).
Наоборот, если нужно большое количество рядом расположенных операционных усилителей, то можно применить счетверенные LM324 в 14 выводном корпусе. Можно вполне сэкономить пространство и конденсаторы по цепям питания.

LM358 схема включения: неинвертирующий усилитель

Коэффициент усиления этой схемы равен (1+R2/R1).
Зная сопротивления резисторов и входное напряжение можно посчитать выходное:
Uвых=Uвх*(1+R2/R1).
При следующих значениях резисторов коэффициент усиления будет равен 101.

• DA1 – LM358;
• R1 – 10 кОм;
• R2 – 1 MОм.

LM358 схема включения: мощный неинвертирующий усилитель

• DA1 – LM358;
• R1 – 910 кОм;
• R2 – 100 кОм;
• R3 – 91 кОм.

Для этой схемы коэффициент усиления по напряжению равен 10, в общем случае коэффициент усиления этой схемы равен (1+R1/R2).
Коэффициент усиления по току определяется соответствующим коэффициентом транзистора VT1.

LM358 схема включения: преобразователь напряжение — ток

Выходной ток этой схемы будет прямо пропорционален входному напряжению и обратно пропорционален значению сопротивления R1.
I=Uвх/R, [А]=[В]/[Ом].
Для сопротивления резистора R1 равного 1 Ом, каждый Вольт входного напряжения будет давать, один Ампер выходного напряжения.

LM358 схема включения: преобразователь ток — напряжение

А эта схема нужна для преобразования малых токов в напряжение.
Uвых = I * R1, [В]= [А]*[Ом].
Например при R1 = 1 МОм, ток через 1 мкА, превратиться в напряжение 1В на выходе DA1.

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель

Эта схема дифференциального усилителя с высоким входным сопротивление, может применятся для измерения напряжении источников с высоким внутренним сопротивлением.
При условии, что R1/R2=R4/R3, выходное напряжение можно рассчитать как:
Uвых = (1+R4/R3)(Uвх1 – Uвх2).
Коэффициент усиления соответственно будет равен: (1+R4/R3).
Для R1 = R2 = R3 = R4 = 100 кОм, коэффициент усиления будет равен 2.

LM358 схема включения: дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления

Стоит отметить, что предыдущая схема не позволяет подстраивать коэффициент усиления, так как требует одновременного изменения двух резисторов. Если необходимо иметь возможность регулировки коэффициента усиления в дифференциальном усилителе, то можно воспользоваться схемой на трех операционных усилителях.
В данной схеме подстройка коэффициента усиления осуществляется за счет регулировки резистора R2.
Для этой схемы нужно соблюсти условия равенства значений сопротивлений резисторов: R1 = R3 и R4 = R5 = R6 = R7.
Тогда коэффициент усиления будет равен: (1+2*R1/R2).
Uвых = (1+2*R1/R2)(Uвх1 – Uвх2).

LM358 схема включения: монитор тока

Еще одна интересная схема позволяющая измерять ток в питающем проводе и состоящая из шунта R1, операционного усилителя npn – транзистора и двух резисторов.

• DA1 – LM358;
• R1 – 0,1 Ом;
• R2 – 100 Ом;
• R3 – 1 кОм.

Напряжение питания операционного усилителя должно быть минимум на 2 В, выше напряжения нагрузки.

LM358 схема включения: преобразователь напряжение – частота

И напоследок схема которую можно использовать в качестве аналого-цифрового преобразователя. Нужно только подсчитать период или частоту выходных сигналов.

• C1 – 0,047 мкФ;
• DA1 – LM358;
• R1 – 100 кОм;
• R2 – 50 кОм;
• R3,R4,R5 – 51 кОм;
• R6 — 100 кОм;
• R7 — 10 кОм.