Приобретение дорогого импортного трансивера, как правило, связано со значительными материальными затратами. Часто средств на покупку блока питания совсем нс остается. И тут перед счастливым радиолюбителем встает проблема самостоятельного изготовления питающего устройства. Каким требованиям она должна отвечать?
В первую очередь, наряду с необходимой мощностью самодельный блок питания должен иметь хорошую надежность, чтобы вероятность повреждения подключенного приемника было минимальным. Надежность, как известно, зависит от совокупной надежности всех элементов конструкции и их функциональной важности. В сетевом блоке питания важнейшую роль играет узел стабилизатора напряжения. В этой статье приведено описание самодельного сетевого устройства питания, главной «изюминкой» которого и есть схема стабилизатора. Блок работает без замечаний уже около полугода совместно с трансивером KENWOOD TS-570D. Недавно во время летней жары он прошел дополнительные испытания, работая около суток на эквивалент нагрузки при номинальном токе. Кстати, блок питания 13.8 в для трансивера вы можете приобрести на страницах нашего специализированного сайта.
Параметры блока питания:
- Выходное напряжение — 13,8 (регулируется)
- Номинальный ток нагрузки — 25 А
- Ток защиты от короткого замыкания — 27
- Просадка выходного напряжения при номинальном токе нагрузки — не более 0,5 В
- Габариты — 130 х 140 х 350 мм
Не менее важной проблемой, чем выбор схемы стабилизатора, является расчет и изготовление силового трансформатора. Это задание почти всегда сопряжена с массой трудностей — надо доставать нужную по размеру железо, провода необходимого сечения и, главное, произвести трудоемкую намотку. Все эти моменты вызывают у радиолюбителей глухое отвращение к самостоятельного изготовления трансформатора и желание достать уже готовый. Что, в свою очередь, отодвигает момент выхода в эфир на новеньком трансивере в «долгий ящик».
На самом деле, самодельный трансформатор — не такая уж трудная вещь. Глаза боятся, руки делают! Из своего опыта в качестве сердечника я предпочитаю использовать Ш-образные пластины. Несмотря на то, что необходимые габариты трансформатора при этом несколько больше, чем с торроидальным сердечником, технологические удобства берут верх.
В первую очередь необходимо оценить пригодность имеющегося сердечника или прикинуть, какой искать. Затем рассчитать диаметры проволоки и число витков обмоток и, наконец, правильно оценить полученные результаты. Заглянув в старый справочник, можно найти там такие примерные формулы:
Следует иметь в виду, что число витков первичной обмотки на практике оказывается несколько меньшим, а вторичной — большим, в сравнении с расчетным. Тем не менее, сначала следует намотать первичную обмотку с запасом в 20 — 30 процентов. Запас пригодится при дальнейшей подгонке числа витков для оптимального режима работы трансформатора. При намотке желательно подсчитывать число витков для дальнейшей коррекции расчетного параметра «N».
После завершения черновой намотки сетевой обмотки следует закрепить се витка, собрать магнитопровод и измерить ток первичной обмотки на холостом ходу. Это измерение даст достаточно полную информацию о качестве проделанной работы На данном этапе. Величина измеряемого тока зависит от габаритной мощности трансформатора или, проще говоря, от размера его сердечника. Для трансформаторов с мощностью 200 — 1000 Вт ток холостого хода может иметь величину около 100 — 150 мА. Если измеряемый ток будет меньше этой величины, это означает, что КПД трансформатора будет ниже нормы и от него нс удастся получить ожидаемой мощности. В этом случае от обмотки надо отмотать часть витков и снова повторить измерение тока.
Чтобы избежать неожиданных неприятностей, связанных со случайными межвитковыми замыканиями, первый замер желательно производить, включив последовательно с обмоткой сетевую лампочку мощностью не менее 100 Вт. Если построить график зависимости тока холостого хода от числа витков, то на этом графике можно будет увидеть довольно резкий перелом, который показывает, что при определенном числе витков даже незначительное их уменьшение приводит к резкому увеличению тока. Так вот, оптимальным можно считать число витков, когда график тока чуть нс доходит до места перелома вверх. Общим критерием качества выполненной первичной обмотки можно считать отсутствие заметного нагрева сердечника трансформатора при работе без нагрузки в течение нескольких часов.
Хочу отметить, что пытаться наматывать трансформатор методом «виток к витку» весьма трудоемкое дело. Первичную обмотку вполне можно мотать «навал». Современные обмоточные провода с их надежной лаковой изоляцией допускают такой метод намотки. Надо только следить за равномерностью распределения витков по поверхности обмотки, чтобы не создавать участки с повышенной межвитковой разностью потенциалов. Итак, первичная обмотка закончена. Витки закреплены, сделанные гибкие выводы и поверх витков проложена изоляция нелегкоплавкого материала, в качестве которого можно использовать ленту из фторопласта, взятую от конденсаторов ФТ-3.
Теперь надо выполнить экранирование сетевой обмотки. Лучше это делать тонкой медной фольгой, обмотав ей в один слой поверхность вновь изготовленной сетевой обмотки. Экранирующая обмотка имеет только один вывод. который затем присоединяется к общей (земляной) шине питания. Экранирующая обмотка ни в коем случае не должна быть замкнутой, иначе это привело бы к гибели вашего трансформатора. Между перехлестывающимися концами фольги обязательно надо проложить надежную изоляцию. После изоляции экранирующей обмотки можно приступить к не менее ответственному делу — намотке вторичной, сильнотоковой обмотки. Ее конструкция зависит от выбора схемы выпрямителя. Если планируется применить мостовой выпрямитель, то мотается простая безотводная обмотка. Если в окне трансформатора имеется достаточно свободного места, желательно использовать парафазную двухполупериодную схему выпрямителя с двумя диодами и соответственно двойную вторичную обмотку со средним выводом. Потери в обмотке и на выпрямители в этом случае будут меньшими, чем в первом случае.
Для мощной вторичной обмотки обычно используется толстый медный провод диаметром несколько миллиметров или медная шинка. Это усложняет производство ручной намотки и может привести к повреждению изоляции низлежащих витков. В своей конструкции я использовал своеобразный «литцендрат»- жгут из нескольких, сложенных вместе, проводов диаметром около 0,8 мм. При таком способе намотки важно следить за параллельностью расположения отдельных проводов этого жгута, чтобы не вызвать появления тока рассогласования между отдельными проводами обмотки.
Важный вопрос — на какое напряжение рассчитывать вторичную обмотку? Ответ на него зависит от многих факторов. Таких, как свойства магнитопровода, емкость конденсатора фильтра выпрямителя, пределы возможных колебаний напряжения сети, свойства стабилизатора напряжения. На многие из этих вопросов легче получить ответ, поставив соответствующий эксперимент, чем пытаться рассчитать теоретически. В любом случае надо ориентироваться на величину выпрямленного напряжения около 20 Вольт. Увеличение этой цифры полезно для увеличения стабильности выходного напряжения за счет большего запаса для стабилизации напряжения. Однако, это, в свою очередь, приводит к усилению теплового режима работы трансформатора и стабилизатора, к необходимости применять электролитические конденсаторы фильтра на большее напряжение, то есть более дорогие и габаритные.
Одним словом, здесь нужно придерживаться правила «золотой середины» и не допускать для достижения неоправданно высоких нагрузочных параметров форсирования режимов узлов блока питания. После пробной намотки вторичной обмотки надо не забыть снова проверить ток холостого хода сетевой обмотки. Он не должен вырасти более, чем на 5 — 10 мА. Далее, качество исполнения каждого этапа сборки устройства питания желательно проверять, нагружая его на эквивалент, которым может служить гирлянда соответствующим образом соединенных ламп накаливания. Я использовал старые 12-ти вольт автомобильные лампы от фар дальнего света, соединив параллельно обе спирали. Одна лампа в таком включении «ест» около 6А.
Собрав схему выпрямителя вместе с конденсатором фильтра, проводим замеры нагрузочной способности, среднего напряжения и напряжения пульсации при номинальном токе нагрузки. Наибольший интерес вызывает величина напряжения в минимуме периода пульсации. Замеренное осциллографом, оно должно быть нс менее чем на три вольта (мин. запас на стабилизацию) больше выходного напряжения стабилизатора и, в нашем случае составит 13,8+3=16,8 Ст.
Важно правильно выбрать емкость конденсатора фильтра. Обычно ее выбирают около 100000 мкФ. Я испытывал трудности с приобретением такого конденсатора и набрал необходимую емкость, соединяя параллельно имеющиеся конденсаторы. Мне удалось разместить их во всех уголках корпуса блока, приклеивая конденсаторы клеем «расплав». Выводы одноименных полюсов надо соединить проводами в одной точке, в непосредственной близости от выходного разъема. Можно использовать конденсатор и меньшей емкости, но при этом необходимо несколько увеличить напряжение вторичных обмоток, контролируя напряжение пульсации под нагрузкой, как было описано выше.
Когда сборка трансформатора и выпрямителя была окончательно завершена, передо мной встал соврем непростой вопрос выбора схемы стабилизатора напряжения. С одной стороны, существует много схем с транзисторами в качестве регулирующего элемента, с другой стороны, соблазнительно было бы использовать стабилизатор полностью в интегральном исполнении. Последний вариант был бы лучший и своей технологичностью, и качественными параметрами, гарантируемыми микросхемой, если бы не цена.
Ранее и сейчас я широко применяю в своих конструкциях микросхемы КР142ЕН12. Всем они хороши — ценой, доступностью и своими параметрами, не боятся короткого замыкания. Только вот ток маловат. Всего около двух с небольшим ампер. Импортные аналоги наших микросхем LM317T -дешевле, стабильнее и мощнее, держат три ампера, но все равно это далеко от того, что необходимо. Еще ранее, для увеличения мощности стабилизаторов я соединял выводы двух таких микросхем параллельно. Максимальный ток увеличивался так же ровно в два раза.
В данном же случае я пошел на эксперимент и соединил параллельно целых девять микросхем, равномерно разместив их на общем радиаторе. По стандартной схеме присоединил два резистора к общему управляющему выводу и включил немудреную схему. Результаты испытаний под нагрузкой полностью оправдали мои предположения — отличные стабилизирующие свойства схемы сохранились такими же, как в отдельной микросхемы, а максимальный ток увеличился пропорционально их числу.
(нажмите для увеличения)
Используемые в стабилизаторе микросхемы перед монтажом следует испытать отдельно. Выходные напряжения каждой микросхемы могут отличаться на небольшую величину. Но я намеренно не стремился выбирать экземпляры с одинаковыми параметрами, рассуждая таким образом — пусть, при токе, допустим, два ампера работает лишь одна из девяти микросхем. Зато когда ток увеличится до величины больше трех ампер, нагруженный чип почувствует перегрузки. В нем начнет срабатывать внутренняя схема защиты от короткого замыкания, то есть плавно увеличится его внутреннее сопротивление и протекающий ток перераспределится на такую микросхему. Так будет продолжаться, пока все микросхемы не включатся в процесс стабилизации напряжения.
При дальнейшем увеличении тока выше номинального будет наблюдаться быстрое уменьшение выходного напряжения — окончательно сработает функция защиты от перегрузки. Такая схема, кроме предельной простоты и минимума используемых элементов, имеет еще одно преимущество — лучшую теплоотдачу распределенных по радиатору микросхем.
В моей конструкции использовались три игольчатых радиатора от строчной развертки телевизоров «Электроника 401», укрепленные на общем алюминиевом основании. Под радиаторами на всякий случай смонтирован охлаждающий вентилятор, правда, включать его не приходится — температура теплоотвода даже при интенсивной работе на передачу невысокая. Регулировка выходного напряжения такой схемы может осуществляться в очень широком диапазоне — от двух до нескольких десятков вольт. В табл.1 приведены усредненные величины сопротивления регулировочного резистора (переменный резистор 3,3 кОм), в зависимости от необходимого выходного напряжения.