Николай Петрушов

Электронный коммутатор обмоток трансформатора лабораторных источников питания.

В первой части нашего повествования, была рассмотрена схема коммутатора вторичной обмотки силового трансформатора, выполненная на электромагнитных реле. Для тех, кто мало работает с блоком питания в режиме стабилизации тока, и не изменяет выходное напряжение под нагрузкой - схема вполне подойдёт и прослужит очень долго, но и у неё имеются определённые недостатки.
При регулировке выходного напряжения БП слышны щелчки срабатываемых реле. Так как коммутация обмоток происходит с прерыванием тока, контакты реле могут обгорать, особенно в режиме стабилизации  тока с подключенной нагрузкой.
Всех этих недостатков не имеет электронный вариант коммутатора вторичных обмоток трансформатора ЛБП, рассматриваемый ниже.

Схема электронного коммутатора выполнена на симисторах и работает в режиме вольт добавки. Ей абсолютно всё равно, в какой момент полупериода переменного напряжения включится или выключится симистор, и сколько включится симисторов. Она просто добавляет или уменьшает (но не прерывает) входное напряжение на блок питания, которое зависит от количества включенных симисторов и соответственно выходного напряжения блока питания.
Идея использования вольт добавки, предложенная kotosob-ом с форума сайта "Паяльник", я здесь лишь предлагаю свой вариант её исполнения.

Схема этого варианта коммутатора, так же, как и в первой части, собрана на микросхеме К555ИВ3. Без неё было бы трудно реализовать алгоритм переключения симисторов, да и увеличилось бы количество отводов вторичной обмотки силового трансформатора и используемых в схеме диодов и симисторов, при аналогичных пределах переключений и используемых напряжений.
В силовой части коммутатора используются четыре симистора (соответственно четыре симисторных оптрона) и три диодных моста, которые при применении симисторов в изолированных корпусах, можно установить на общий радиатор.

Схема блока переключения обмоток трансформатора.

Как видно из схемы, она похожа на релейный вариант коммутатора, рассмотренного в первой части.
Для задания порогов переключения, здесь так же используются стабилитроны на рабочее напряжение 6,2 - 6,8 вольт. Лучше конечно использовать стабилитроны на рабочее напряжение 6,8 вольт, тогда пороги переключений будут следующие - 6,8 v; 13,6 v; 20,4 v; 27,2 v; 34 v; 40,8 v.

В электронном коммутаторе используются четыре симистора, которые коммутируют вторичные обмотки силового трансформатора таким образом, что выходное напряжение с моста, подаваемое на вход блока питания (на электролитические конденсаторы фильтра), изменяется от 8-ми до 44 вольт, с пределом изменения в 6 вольт, в зависимости от выходного напряжения блока питания, то есть равняется 8, 14, 20, 26, 32, 38, 44. Необходимое напряжение вторичных обмоток силового трансформатора для данного варианта блока питания, указано на схеме силовой части коммутатора.
С таким коммутатором можно построить блок питания с выходным напряжением, изменяемым от 0 и до 40-45 вольт, с током нагрузки 5-10 ампер с хорошим КПД во всём диапазоне выходных напряжений.

Схема силовой части.

Если в фильтре блока питания применить электролитические конденсаторы на рабочее напряжение 80 вольт, то можно построить блок питания, максимальное выходное напряжение которого, может достигать 55-65 вольт.
Для этого необходимо будет намотать силовой трансформатор, первые три секции которого (I, II, III) имеют выходное напряжение по 8 вольт, две последующие (IV, V) по 16 вольт, соответственно проводом, рассчитанным на необходимый ток нагрузки. Напряжения, подаваемые на вход блока питания в этом случае будут следующие - 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56 вольт. Так же все стабилитроны необходимо будет заменить на стабилитроны с напряжением стабилизации 7,5 - 8,2 вольта, для расширения порогов переключения электронного коммутатора.

Работа электронной схемы, аналогична схеме релейного коммутатора, описанного в первой части, а силовая часть работает следующим образом.
Если выходное напряжение БП не превышает 6,2-6,8 вольт (рабочее напряжение стабилитрона), то все симисторы закрыты, и на вход БП поступает напряжение 8 вольт с III-части вторичной обмотки силового трансформатора. При повышении выходного напряжения, открывается первый стабилитрон, на выходе 1 (вывод 9) микросхемы К555ИВ3 появляется логический ноль, загорается светодиод оптрона U3, открывается симистор VS3.
К диодам второго моста VD9-VD10 подключается II-часть вторичной обмотки и к 8-ми вольтовой обмотке добавляется 6 вольт. В итоге выходное напряжение повышается на 6 вольт (8+6).
Выпрямительные диоды VD7-VD8 при этом запираются поступающим на них повышенным обратным напряжением с диодов VD9-VD10 и исключаются из работы.
В дальнейшем при повышении выходного напряжения БП, открывается второй стабилитрон. На выходе 2 (вывод 7) микросхемы К555ИВ3 - появляется логический ноль, на выходе 1 (вывод 9) - логическая единица.
Загорается светодиод оптрона U2, симистор VS2 открывается, а светодиод  оптрона U3 гаснет и симистор VS3 - закрывается.
В работу вступают диоды VD3-VD4 (и VD7-VD8), которые запирают диоды VD5-VD6. К 8-ми вольтовой обмотке добавляется 12 вольт, а 6 вольт (VS3, VD9-VD10) отключается. Итоговое напряжение на входе БП повышается ещё на 6 вольт (8+12).

В дальнейшем при повышении выходного напряжения БП - симисторы VS1-VS3 (точнее будет VS3-VS1), срабатывают в двоичном коде и напряжение ступенями по 6 вольт повышается до максимума. Последним открывается симистор VS4. При уменьшении выходного напряжения блока питания, всё происходит в обратном порядке.

Переключатель обмоток собран на печатной плате, размером 56х77 мм.

Печатная плата коммутатора.

Печатную плату для коммутатора любезно предоставил пользователь нашего сайта Анатолий Соколов (anatolurew). Печатная плата в формате Sprint-Layout от Анатолия Соколова добавлена к статье в прикреплении (архиве) для скачивания.

Зарубежные аналоги для микросхемы К555ИВ3, как указывалось в первой части - 74LS/HC/HCT 147.
В качестве диодных мостов (VD1-VD4, VD5-VD8, VD9-VD12) и силовых симисторов, можно применить любые симисторы и диодные мосты, а так же отдельные диоды, рассчитанные на требуемый ток и соответствующее напряжение. В качестве транзисторов - любые маломощные транзисторы. Оптроны так же можно применять любые из имеющихся, но только симисторные. транзисторные и диодные не подойдут. Можно вместо них в крайнем случае поставить и маломощные электромагнитные (герконовые) реле. Резисторы по 330 ом, которые включены последовательно со светодиодами оптронов в этом случае исключаются, а контакты реле подключаются вместо симисторов оптронов.


Приложение:

Скачать архив.