Нередко для питания, например, телевизоров, особенно в сельской местности, необходим стабилизатор, который обеспечивает номинальное выходное напряжение при глубоком снижении напряжения в сети. Кроме этого, для питания многих видов бытовой электронной аппаратуры предпочтителен стабилизатор, не вносящий искажений синусоидальной формы выходного напряжения.
Подобные стабилизаторы уже были описаны [1]. Описываемый ниже стабилизатор, на мой взгляд, более совершенен. По принципу работы он не отличается от упомянутого, он имеет четыре ступени регулирования выходного напряжения. Это позволило существенно расширить зону стабилизации — 160...250 В. При этом выходное напряжение остается в пределах Uном +/- 5/10 %, что соответствует нормам на напряжение питания телевизионных приемников цветного изображения.
Рис.1.
Схема стабилизатора представлена на рис. 1. В электронный блок прибора входят два ключа на транзисторах VT1 и VT2, коммутирующие реле К1 и К2 и три пороговых устройства, каждое из которых представляет собой делитель напряжения из резисторов и стабилитрона. Первое пороговое устройство — R2VD3R3, второе — VD5R4R6, третье — R5VD6R6.
Блок управления питается от выпрямителя на диодах VD1 и VD2 с фильтрующим конденсатором С2.
Конденсаторы СЗ и С4 устраняют кратковременные изменения (выбросы) сетевого напряжения. Резистор R1 и конденсатор С1 - “искрогасительная” цепь. Диоды VD4 и VD7 защищают транзисторы от напряжения самоиндукции обмоток реле, которое возникает при резком закрывании транзисторного ключа.
В случае идеальной работы пороговых устройств и трансформатора каждая из четырех ступеней регулирования обеспечивала бы интервал значений напряжения 198...231В, а допустимое сетевое напряжение могло бы быть в пределах от 140 до 260 В (рис. 2, а).
Рис.2.
Однако на практике необходимо учитывать разброс параметров деталей и узлов и изменение коэффициента передачи трансформатора при изменении его нагрузочного режима. Поэтому у всех трех пороговых устройств интервалы выходного напряжения выбраны суженными — по выходному напряжению 215±10В (в идеальном случае 215±15 В), из-за этого соответственно суживается и интервал изменения сетевого напряжения до 160...250 В (рис. 2,6).
При сетевом напряжении менее 185В напряжения с выпрямителя на диодах VDI и VD2 недостаточно, чтобы открылось хотя бы одно пороговое устройство - все три стабилитрона закрыты. Положение контактов реле соответствует показанному на схеме. При этом при сетевом напряжении 160В
выходное напряжение равно 198В. Напряжение на нагрузке равно напряжению сети плюс напряжение вольтодобавки, снимаемое с обмоток II и III трансформатора Т1.
В интервале сетевого напряжения 185...205В открыт стабилитрон VD5. При этом вступает в работу второе пороговое устройство. Ток протекает через обмотку реле К1, стабилитрон VD5 и резисторы R4 и R6. Этот ток недостаточен для срабатывания реле К1. Падение напряжения на резисторе R6 открывает транзистор VT2. В результате этого срабатывает реле К2 и контактами К2.1 переключает обмотки трансформатора так, что теперь источником вольтодобавки служит только обмотка П.
При сетевом напряжении в пределах 205...225В открывается стабилитрон VD3, то есть ток протекает через первое пороговое устройство. Открывается транзистор VT1, вследствие чего закрывается второе пороговое устройство, а значит, и транзистор VT2, реле К2 отпускает якорь. Срабатывает реле К1 и переключает контакты К1.1. При таком состоянии контактов реле ток нагрузки минует обмотки II и III трансформатора, то есть вольтодобавка равна нулю. На нагрузке повторяется сетевое напряжение — 205...225В.
В интервале сетевого напряжения 225...245В открывается стабилитрон VD6. Это означает, что вступает в работу третье пороговое устройство и оказываются открытыми оба транзисторных ключа; включены оба реле - К1 и К2. Теперь в цепь тока нагрузки оказывается включенной обмотка III трансформатора Т1, но в противофазе с сетевым напряжением (“минусовая” вольтодобавка). На нагрузке в этом случае также будет напряжение в пределах 205...225 В. При сетевом напряжении 250В выходное напряжение стабилизатора увеличится до 230В, не превышая допустимого предела 220B + 5 %.
Из предыдущего описания видно, что границы напряжения ступеней регулирования определяет напряжение стабилизации стабилитронов, входящих в пороговые устройства. При налаживании границы ступеней регулирования необходимо устанавливать подборкой стабилитронов, которые, как известно, отличаются значительным разбросом напряжения стабилизации. Если окажется, что подходящего экземпляра подобрать не удается, можно использовать последовательное включение стабилитрона с одним-двумя диодами (в прямом включении).
Вместо КС218Ж (VD5) можно использовать стабилитроны КС220Ж. Этот стабилитрон обязательно должен быть двуханодным. Дело в том, что в интервале сетевого напряжения 225...245В, когда открывается стабилитрон VD6 и оказываются открытыми оба транзисторных ключа, цепь R4VD5 шунтирует резистор R6 порогового устройства R5VD7R6. Для устранения шунтирующего действия стабилитрон VD5 должен быть двуханодным. Напряжение стабилизации стабилитрона VD5 не должно превышать 20В.
Стабилитрон VD3 следует подбирать из серии КС220Ж (напряжение стабилизации равно 22 В); можно использовать цепь из двух стабилитронов — Д810 и Д811. Стабилитрон КС222Ж (VD6) — на 24В — можно заменить цепью из стабилитронов Д810 и Д813.
Транзисторы в стабилизаторе могут быть любыми из серии КТ3102. Диоды — также любые из указанных серий. Реле К1 и К2 — РЭН34, паспорт ХП4.500.000-01.
Трансформатор выполнен на магнитопроводе ОЛ50/80-25 из стали Э350 (или Э360), толщина ленты - 0,08 мм. Обмотка I (для номинального напряжения 220В) должна содержать 2400 витков провода ПЭТВ-2 0,355. Обмотки II и III — одинаковые, по 300 витков провода ПЭТВ-2 0,9 (13,9 В).
Налаживать стабилизатор нужно при включенной реальной нагрузке, чтобы была учтена реакция трансформатора Т1 на нагрузку, поскольку коэффициент передачи незначительно уменьшается при переходе от режима холостого хода к режиму полной нагрузки. При работе только одной
потерь из-за “встречного” тока в ней в интервале значений сетевого напряжения 225...250 В.
Изменение коэффициента передачи вызывает незначительное — на доли вольта — изменение напряжения включения пороговых устройств. Это небольшое изменение, умноженное на коэффициент трансформации трансформатора Т1, сдвигает пределы выходного напряжения уже на несколько вольт. Вот почему необходимо установку границ ступеней регулирования проводить только с нагрузкой.
Большинство деталей стабилизатора смонтировано на монтажной панели из гетинакса толщиной 1,5 мм. Чертежа монтажной схемы в статье не показано, поскольку нет сомнения, что для читателей не представит трудности выполнить ее самостоятельно.
А. Каган
Литература:
1. О. Ященко "Стабилизатор переменного напряжения" - Радио, 1981, № 1, с. 10—12.
