Источник питания для трехвольтовых аудиоплейеров

Проблема питания трехвольтовых устройств является актуальной по следующим причинам:

- довольно большой потребляемый ток, особенно при работе на громкоговорители, доходящий у некоторых недорогих моделей до 0,4...0,45 А ("Artech" производство Китай). Поэтому питание от гальванических элементов в стационарных условиях довольно накладно, тем более, что применение дешевых гальванических элементов производства того же Китая или Гонконга чревато крайне неприятными последствиями-разгерметизацией элементов и выделением в объем плейера разъедающей "слизи", если они не будут своевременно извлечены после потери емкости;

- о недостатках недорогих импортных блоков питания и их устранении известно всем, обычно они представляют собой сочетание недостаточно качественных трансформаторов, вторичная обмотка которых выполнена с отводами, переключателя отводов, диодного моста и сглаживающего оксидного конденсатора емкостью 470...1000 мкФ. Отводы выполнены так, чтобы на выходе блока образовывался ряд напряжений от 3 до 12 В, причем эти напряжения соответствуют номиналу только при определенной постоянной нагрузке (обычно 0,3 А). Таким образом, кроме больших пульсаций, эти блоки являются нестабилизированными, что вызывает резкое изменение напряжения при изменении нагрузки;

- отечественные блоки обычно являются универсальными, стабилизированными, с малым уровнем пульсаций (например, блок питания универсальный БПУС-6 черкасского завода "Фотоприбор" и др.). При выходном напряжении 3 В блок обеспечивает выходной ток не более 0,1 А, что явно недостаточно. Попытка увеличить выходной ток путем модернизации схемы окончилась неудачей. Ток нагрузки 0,4 А был получен, но вследствие большого падения напряжения на регулирующем транзисторе КТ814А (около 12 В) и малой площади охлаждающего радиатора транзистор сильно нагревался и отказывал. В данном случае возможны два решения:

1) перемотка силового трансформатора для снижения напряжения вторичной обмотки (что проблематично - трансформатор неразборный);

2) применение импульсного стабилизатора, что так же проблематично по причине высокого уровня помех.

Аналогичная ситуация наблюдается и в других промышленных блоках питания. Поэтому предлагаю "суперпростую" компенсационную схему стабилизированного источника питания (см. рис.), обеспечивающую следующие параметры:

• выходной ток 0..Д5А;
• выходное напряжение 2,7...3,3 В;
•  напряжение пульсаций < 40 мВ.

Принцип работы стабилизатора прост. При подаче напряжения регулирующий транзистор VT1 открывается путем подачи на его базу тока через резистор R1. На выходе блока появляется напряжение, и, как только оно достигает 3 В, достаточного для открывания светодиода VD5 и светодиода транзисторной оптопары VT2, транзистор VT1 начнет закрываться.

После быстрого окончания переходного процесса, обусловленного неизбежной задержкой сигнала в цепи обратной связи системы автоматического регулирования, стабилизатор переходит в устойчивое состояние, при котором в цепи светодиодов VD5 и оптопары VT2 протекает определенный ток, а в оптопаре проходит определенный световой поток, которые зависят от конкретных параметров применяемых элементов схемы, а также от величины нагрузки.

При этом светодиод VD5, кроме функции источника опорного напряжения, играет роль индикатора включения блока. Конденсатор С2 необходим для высокочастотной коррекции схемы с цепью устранения высокочастотного возбуждения.

Необычно в данной схеме нетрадиционное применение транзисторной оптопары для гальванической развязки. В данном случае применение оптопары позволило упростить приложение управляющего напряжения с выхода стабилизатора между базой и эмиттером регулирующего транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Применение схемы с ОЭ позволило уменьшить минимально необходимое рабочее напряжение коллектор-эмиттер регулирующего транзистора до 1 В, что при соответствующем выборе минимального напряжения вторичной обмотки силового трансформатора Т1 и максимально возможном сопротивлении R1 позволяет данному стабилизатору спокойно "переносить" короткие замыкания выхода без лишних схемных ухищрений.

Действительно в авторском варианте ток короткого замыкания составляет около 0,8 А, а падение напряжения на регулирующем транзисторе около 0,5 В, что соответствует мощности рассеяния на коллекторном переходе VT1 1,2 Вт и позволяет блоку выдерживать длительное время КЗ выхода при установке VT1 на небольшом по площади теплоотводящем радиаторе.

Необходимую площадь теплоотводящего радиатора можно рассчитать исходя из простого практического правила: 1 см2 площади радиатора отводит через воздушную среду примерно 0,25 Вт (для усредненных условий эксплуатации), поэтому площадь равна S = 1,2/0,25 = 5 см2. Для повышения надежности работы блока в условиях повышенной температуры можно увеличить площадь до 9-12 м2, что практически не увеличит габариты блока.

Налаживание стабилизатора заключается в подборе оптимального сопротивления резистора R1. До этого в схему вместо R1 включают наладочную цепочку, состоящую из последовательно соединенных постоянного резистора сопротивлением 100 Ом, мощностью 0,25 Вт и подстроечного резистора любого типа сопротивлением 2,2 кОм. К выходу схемы подключают эквивалент нагрузки - резистор сопротивлением 6,2 кОм, мощностью 2 Вт (или два параллельно соединенных резистора по 12 Ом мощностью 1 Вт).

Устанавливают подстроечный резистор в среднее положение и выключают питание. Вращая ось подстроечного резистора, добиваются на выходе стабилизатора напряжения 2,7...2,8 В при максимально возможном сопротивлении подстроечного резистора. Затем отключают питание, отсоединяют наладочную цепочку от схемы и замеряют тестером ее сопротивление. Полученное сопротивление уменьшают на 10...15% и впаивают в схему мощный резистор ближайшего номинала. Отключают нагрузку блока питания, подключают питание и убеждаются в том, что напряжение холостого хода блока не превышает 3,3 В. На этом налаживание блока заканчивается.

Детали. В качестве трансформатора Т1 можно применить любой маломощный, обеспечивающий таксе напряжение на вторичной обмотке, при котором на плюсовом выводе конденсатора С1 при полной нагрузке блока током 0.5.А присутствует напряжение 4...6 В. При малой нагрузке или режиме холостого хода блока вследствие большого внутреннего сопротивления малогабаритных трансформаторов напряжение в данной точке может повышаться до 10...12 В.

Вместо транзистора КТ837Ф можно применить КТ814, КТ818 с любым буквенным индексом и коэффициентом усиления по току 50... 150. Конденсатор С2 типа Ш-5, КМ-6 или К10- 17 (К10-7 нежелателен по причине частых отказов), С1 типа К50-24, К50-35 (К50-6 нежелателен по той же причине). Возможна замена диодов КД208 на КД212, оптопары АОТ128Б на любую импортную или отечественную с выходным напряжением 1,5... 1,6 В, выходным остаточным напряжением не более 0,3... 0,4 В, выходным током не менее 20 мА и любым напряжением изоляции.

Для расширения температурного диапазона работы блока возможно подключение резистора сопротивлением 820 кОм...1 МОм между выводами базы и эмиттера транзистора оптопары.

Светодиод любой, имеющий падение напряжения около 1,5 В при токе 10...20 мА.

Автор:  А.В.Гилис, г.Черкассы

Литература:

1. Стабилизатор напряжения //Радюаматор.-1995.-№8.-С.18.

2. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Кн.1,2.-М.:Радио и связь, 1985.