Схема релейного стабилизатора напряжения на транзисторах
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 mhoimx видов бытовой электронной аппаратуры предпочтителен стабилизатор, не вносящий искажений синусоидальной формы выходного напряжения Стабилизатор имеет четыре ступени регулирования выходного напряжения. Это позволило существенно расширить зону стабилизации — 160.. 250 В. При этом выходное напряжение остается в пределах нормативов на напряжение питания телевизионных приемников цветного изображения.
Схема стабилизатора представлена на рис. 9.4. В электронный блок прибора входят два ключа на транзисторах VT1 и VT2, коммутирующие реле К1 и К2 и три пороювых устройства, каждое из которых представляет собой делитель напряжения из резисторов и стабилитрона. Первое пороговое устройство — R2, VD3, R3, второе — VD5, R4, R6, третье — R5, VD6, R6 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 закрывании транзисторного ключа
В случае идеальной работы пороговых устройств и трансформатора каждая из четырех ступеней регулирования обеспечивала бы интервал значений напряжения 198...231 В, а допустимое сетевое напряжение могло бы быть в пределах от 140 до 260 В. 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 зауженными — по выходному напряжению 215 ±10 В (в идеальном случае 215 ±15 В), из-за этого, соответственно, сужается и интервал изменения сетевого напряжения до 160...250 В (рис. 9 5)
При сетевом напряжении менее 185 В напряжения с выпрямителя на диодах VD1 и VD2 недостаточно, чтобы открылось хотя бы одно пороговое устройство — все три стабилитрона закрыты, а положение контактов реле соответствует показанному на схеме.
При входном сетевом напряжении 160 В выходное напряжение будет равно 198 В. Напряжение на нагрузке равно напряжению сети плюс напряжение вольтодобавки, снимаемое с обмоток II и III трансформатора Т1. В интервале сетевого напряжения 185...205 В 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 II. При сетевом напряжении в пределах 205...225 В 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...225 В.
В интервале сетевого напряжения 225...245 В 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 про-тивофазе с сетевым напряжением («минусовая» вольтодобавка). На нагрузке в этом случае также будет напряжение в пределах 205...225 В. При сетевом напряжении 250 В выходное напряжение стабилизатора увеличится до 230 В, не превышая допустимого предела 220 В +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 стабилитрон КС220Ж. Этот стабилитрон обязательно должен быть двуханодным. Дело в том, что в интервале сетевого напряжения 225...245 В, когда открывается стабилитрон VD6 и оказываются открытыми оба транзисторных ключа, цепь R4, VD5 шунтирует резистор R6 порогового устройства R5, VD6, R6.
Для устранения шунтирующего действия стабилитрон VD5 должен быть двуханодным. Напряжение стабилизации стабилитрона VD5 не должно превышать 20 В. 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 24 В — 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 OJ150/80-25 из стали Э350 (или Э360), толщина ленты — 0,08 мм. Обмотка I (для номинального напряжения 220 В) должна содержать 2400 витков провода ПЭТВ-2-0,355. Обмотки II и III — одинаковый, 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 обмотки II коэффициент передачи будет меньше, чем на холостом ходу, и еще меньше, когда работают обмотки II и III одновременно. Когда работает только обмотка III, коэффициент передачи близок к режиму холостого хода, так как при этом происходит компенсация 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.