Лабораторный источник питания YIHUA YH-305D.

Блок питания разработан для использования в научно-исследовательской деятельности, при разработке новых изделий, в лабораториях, университетах, при ремонте электронных изделий. Номинальные величины Напряжения / Силы тока плавно регулируются в процессе работы прибора. Данный прибор обладает высокой точностью, высокой надежностью и представляет собой оптимальный прибор для использования в промышленной сфере (предложение взято с паспорта прибора).

Технические характеристики источника:

Диапазон напряжений на выходе	0-30В
Диапазон тока на выходе	0-5А/0-999мА
Выходная мощность	150Вт
Напряжение питания	220В ±10% 50Гц/60Гц
Стабилизация напряжения
Стабильность напряжения	≤0.01%+2мВ	Устойчивая нагрузка	≤0.01%+2мВ
Время восстановления	≤100мкс
Уровень пульсаций	≤1мВ скз (эффективное значение)
Температурный коэффициент	≤200мг/°С
Стабилизация тока
Стабильность тока	≤0.1%+3мА	Устойчивая нагрузка	≤0.1%+3мА
Уровень пульсаций	2мА скз (эффективное значение)
Условия хранения	-10°С-40°С
Рабочая среда	-10°С-40°С
Вольтамперное отображение	LED 3-цифровая индикация
Точность отображения	Цифровой дисплей 1% ±1 знак

 

Принцип работы источника:

Первичная обмотка трансформатора через предохранитель, выключатель ON-OFF подключается к сетевому напряжению сети. На вторичной стороне трансформатора расположены три силовых обмотки соединенные последовательно с напряжениями 10, 22 и 39 Вольта. Через блок реле коммутаций переменное напряжение выпрямляется диодным мостом DN2, где пульсирующие постоянное напряжение сглаживается конденсатором C10. Сглаживаемое напряжение поступает на силовые транзисторы регулятора. Резистор R68 является нагрузкой для DC звена. Две обмотки со средней точкой по 18 Вольт каждая, используется  для вспомогательного источника питания, где оно выпрямляется мостовой схемой состоящих из диодов D8, D16, D17, D18 и сглаживается конденсаторами C4, C32. И обмоткой в 10 Вольт, где оно также выпрямляется диодами D9, D10, D13, D14, сглаживается конденсаторами C24, C3 для схемы цифровой индикации тока и напряжения.

Вспомогательный источник представляет из себя двухполярный  блок питания +12 , -12 Вольт со средней точкой выполненный на интегральном стабилизаторе LM7812 и параметрическом стабилизаторе R91, D25. С него поступает напряжения на плату управления регулятора в состав которой входит:

• источник опорного напряжения состоящий из схемы на U8, Q6, R42, R44 формирующее задание напряжения 2.5 Вольта для регулировки выходного напряжения источника с помощью делителя V16, R77, R-coarse, R-fine и делителя V17, R78, R-coarse, R-fine для регулировки выходного тока;
• усилитель ошибки на операционном усилителе LM2904;
• схемы индикации режима источника питания;
• схемы блока реле коммутаций вторичных силовых обмоток трансформатора.

 

Регулятор состоит из двух силовых транзисторов Q1, Q2 выравнивающих резисторов R1, R2, усилителя тока на транзисторе U11. Резистора R55, с которого снимается падение напряжение для усилителя ошибки по току. Резистора R75, с которого снимается соответственно падение напряжения для схемы цифровой индикации по току. Защитного диода D6 от обратной полярности. Конденсаторов фильтра C11, C12 и нагрузочном резистором R59. В регуляторе используется два параллельных контура обратной связи по току и напряжению. Реализованных на операционных усилителях U7A и U7B.

Рассмотрим принцип работы обратной связи по току. Предположим, блок находится в режиме стабилизации по напряжению (constant voltage) на выходе усилителя ошибки по напряжению U7A первая нога положительный потенциал, поступающий на базу транзистора U11 ток, который зависит от резисторов R80, R89 — открывает транзистор. Открывшийся транзистор U11 задает ток базы транзисторов Q1 и Q2, создавая условие для их открытия. Открывшиеся транзисторы Q1 и Q2 формируют выходное напряжения на выходе источника, которое задается превалирующим на данный момент усилителем ошибки по напряжению U7A. Пока ток нагрузки не превышает заданное значение которое регулируется делителем напряжения на резисторах V17, R78, R-coarse — грубая и R-fine — точная  регулировка, поступающие на не инвертирующий вход операционного усилителя U7B  напряжение больше, чем напряжение на его инвертирующим входе, поступающее с резистора R55 и ограничивающего  ток резистора R37 на выходе U7B седьмая нога положительное напряжение не влияет на выходное напряжение источника благодаря блокирующему диоду D24. Этим же напряжением через резистор R88 и открывшемся стабилитроном D33, открывается транзистор Q10 и через резистор R92 загорается светодиод LED2 информируя, что блок находится в режиме стабилизации по напряжению. Напряжение насыщения транзистора Q10 равное 0.1 Вольт и падение напряжения на светодиоде LED2 равное около 1.6 Вольтам мало для открытия стабилитрона D32, ток базы транзистора Q8 отсутствует, транзистор Q8 закрыт, светодиод LED1 не горит. При увеличение нагрузки на блок питания падение напряжение на резисторе R55 поступающее на инвертирующий вход U7B увеличивается и как оно станет больше напряжения задания на не инвертирующим входе U7B, выход  усилителя ошибки примет отрицательное значение, в этот момент происходит «передача» управляющих функций от усилителя U7A к усилителю U7B. Напряжение через открывшийся диод D24,R81 уменьшает ток базы транзистора U11, транзистор призакрывается, уменьшая тем самым ток баз Q1, Q2 они в свою очередь увеличивают свое внутреннее сопротивление, напряжения на выходе блока уменьшается, сохраняя постоянный ток нагрузки (constant current). При дальнейшем увеличение нагрузки, напряжение на выходе будет уменьшатся вплоть до нуля, сохраняя постоянный ток. В таком режиме блок будет сохранятся пока мы не уменьшим нагрузку или не увеличим напряжения задания тока. Одновременно с выхода усилителя ошибки  U7B отрицательное напряжение закрывает стабилитрон D33, транзистор Q10 закрывается, светодиод LED2 гаснет. Появляется условие для открытия стабилитрона D32 и через резистор R92, D32 протекает ток базы транзистора Q18. Транзистор Q18 открывается  и через резистор R90 загорается светодиод  LED1 информируя о переходе блока в режим постоянный ток нагрузки. Делитель напряжения из резисторов R43 и R37 подаёт определенное напряжение смещение на инвертирующий вход U7B, для того когда резисторы задания тока и напряжения установлены в минимум, усилитель принял устойчивое отрицательное напряжение на выходе, оставляя источник в режиме ограничения по току. Резисторы R1,R2 с переключателем S1 шунтируют резисторы задания, переводя регулятор в режим пониженного тока на выходе равного около 1 Ампер. Это функция удобна для высокоомных нагрузок, для проверки светодиодов, стабилитронов. Конденсатор C36 замедляет реакцию цепи обратной связи для предотвращения перерегулирования. Диоды D20, D21 — защитные.

Рассмотрим принцип работы обратной связи по напряжению. Предположим, ток нагрузки меньше заданного значения тем самым усилитель U7B не влияет на работу регулятора. При включение источника в сеть некое положительное напряжение, заданное с делителя задания V16, R77, R-coarse, R-fine поступает на не инвертирующий вход через резистор R46 и фильтрующий конденсатор C32 на усилитель U7A. Инвертирующий вход  имеет нулевой потенциал через резистор R76. Положительное напряжения на не инвертирующем входе переводит выход усилителя в состояние высокого потенциала и через резистор R80,R89 открывает транзистор U11. Транзистор U11 током  коллектор-эмиттер, открывает силовые транзисторы Q1,Q2. Открытые транзисторы формируют выходное напряжение. При появление выходного напряжения, потенциал на не инвертирующем входе U7A постепенно уменьшается, благодаря включению нижнего конца делителя к минусовой шине источника. И как только напряжение на не инвертирующем входе станет ниже нулевого потенциала, оно в свою очередь зависит от положения регуляторов задания, выходное напряжение усилителя примет отрицательное напряжение, транзистор U11 призакрывается. Силовые транзисторы Q1, Q2 увеличивают свое сопротивление, рост выходного напряжения прекращается. Наступает установившийся процесс. После этого усилитель  постоянно контролирует напряжение на не инвертирующем входе, тем самым контролируя  выходное напряжение, уменьшением или увеличением внутреннего сопротивления выходных транзисторов Q1,Q2. Усилитель U7A является превалирующим до тех пор, пока ток нагрузки не превысит ток задания. Конденсатор C35 предназначен для устойчивой работы петли обратной связи. Диоды D22, D23 защищают входа операционного усилителя.

На операционном усилителе U9 собранна схема блока реле коммутаций вторичных силовых обмоток трансформатора. Благодаря этому решению уменьшается мощность, выделяемая на силовых транзисторах Q1, Q2 увеличивая КПД источника. Схема имеет три режима переключения при выходном напряжении источника 7, 15 и 23 Вольта. Переключение при 15 Вольтах осуществляется компаратором U9A, задаваемым делителем  R100, R98. При 7 и 23 Вольтах,  компаратором U9B  и делителем на  R86, R85, R83, транзистором  Q13. Транзисторы Q11, Q12 включают реле блока  коммутаций. Резисторы R93, R95 и R96, R97 обеспечивают гистерезис при переключениях компараторов для устранения «дребезга» контактов реле.

Рассмотрим принцип работы. При напряжение на выходе источника меньше 7 Вольт на выходах компараторов низкий потенциал, транзисторы Q11, Q12 закрыты, реле K1, K2 отключены, выпрямитель DN2 подключен  к обмотке II. Конденсатор фильтра C10 заряжается до амплитудного значения, около 15 Вольт, минус падение напряжения на диодах входного выпрямителя. Как только выходное напряжение источника становится выше 7 Вольт, напряжение на инвертирующем входе компаратора U9B  подключенный к делителю напряжения R86, R85, R83  становится  отрицательнее относительно не инвертирующего входа, положительный потенциал с выхода  компаратора  открывает транзистор Q12, открытый транзистор включает реле K2. Контакты реле подключают обмотку I к выпрямителю. Включенные последовательно соединенные обмотки заряжают входной фильтр до амплитудного значения около 29 Вольт. При напряжение на выходе источника 15 Вольт, контролируемые делителем R100,R98 напряжения на инвертирующем входе компаратора U9A приобретает более отрицательнее напряжение относительно не инвертирующего входа U9A происходит переключение компаратора. Положительный потенциал которого, открывает транзистор Q11. Открывшийся транзистор Q11 включает реле К1, а также транзистор Q13, которой в свою очередь шунтирует делитель напряжения компаратора U9B. Благодаря этому происходит отключение реле K2, образуя новый порог для переключения компаратора U9B равному 23 Вольта. Включенное реле K1 подключает обмотку III к выпрямителю, заряжая конденсатор около 40 Вольт. Как напряжения на выходе источника увеличивается до 23 Вольт, компаратор U9B, включает реле K2, она своими контактами подключает к выпрямителю обмотку I трансформатора. Три последовательно соединенные обмотки заряжают входной фильтр, минус падения напряжения на выпрямителе, до амплитудного значения около 52 Вольта. Таким образом переключением вторичных обмоток трансформатора формируется входное напряжение, зависящая в свою очередь от выставленного выходного напряжения источника.

В данном источнике используется цифровая индикация тока и напряжения. Контроллер S3F94C4EZZ-DK94  управляет двумя трехразрядными светодиодными индикаторами тока и напряжения. Питание схемы осуществляется от отдельной обмотки трансформатора, выпрямителя D9, D10, D13, D14 и стабилизатора U4 на 5 Вольт. Измерение тока осуществляется операционном усилителем LM2904 с датчике тока R75. Инвертирующий усилитель на U6A с коэффициентом усиления определяемый резисторами R100, V11, R59, R54 усиливает падение напряжение с датчика тока R75 которое прямо пропорционально току источника. Далее усиливаемый сигнал поступает на масштабирующий усилитель U6B включенный в режиме повышенного тока источника, как повторитель напряжения. В режиме пониженного тока источника, как не инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления задаваемый резисторами R72, V11. Переключение режима тока источника и измерения происходит за счет переключателя S1. Одна группа контактов, как описано ранее шунтирует делитель задания тока, вторая группа контактов коммутирует напряжение на 4 ноге контроллера. При положительном потенциале на 4 ноге контроллера, нулевое напряжение с выхода 2 ноги закрывает транзистор Q9 переводя схему в режим повышенного тока. При нулевом потенциале на 4 ноге контроллера, напряжение равное 5 Вольтам поступающее с 2 ноги контроллера открывает транзистор Q9, переводя схему измерения в режим пониженного тока. Где сигнал выхода усилителя U6B обрабатывается контроллером. На управляемом стабилитроне U1 и резисторах R3, R47, R50, V10 выполнена схема компенсации напряжения сдвига операционного усилителя (так как в LM2902 нет внутренней схемы регулировки сдвига). Потенциометром V10 компенсируется входное напряжение смещения. Выходное напряжения источника измеряется контроллером  на 15 ноге с помощью делителя V11, R48, R17 подключенного к выходным клеммам источника.

В источнике применено активное охлаждение, осуществляемое вентилятором на 24 Вольта в цепи  которого включен термодатчик, который включает вентилятор при достижении температуры радиатора силовых транзисторов выше 50°С.

В данной статье я попробовал описать принцип работы случайно попавшего мне лабораторного источника питания. Надеюсь, моя статья поможет людям в ремонте данного прибора и не только этого, думаю остальные источники данного типа строятся по схожей схемотехнике. А также почерпнуть радиолюбителю для себя, при конструирование собственного лабораторного блока питания.

Автор: Ойгензихт Андрей Андреевич

Ленинградская область, г.Кировск