Электронный выключатель нагрузки лабораторного блока питания - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Инженерные решения

Автор : А.Л. Бутов
4885
Электронный выключатель нагрузки лабораторного блока питания

При настройке самодельной конструкции или ремонте промышленного электронного изделия приходится много раз включать и отключать их питание, поступающее на устройство с лабораторного блока питания.

Если случайно забыть это сделать, то конструкция может быть дополнительно повреждена вследствие, например, замыканий жалом паяльника, токами утечки (сетевой блок питания – руки, паяльник) или из-за нарушения режимов работы узлов при выпаивании деталей из работающего устройства. В мощном многоканальном многофункциональном самодельном лабораторном блоке питания, который автор эксплуатирует более 10 лет, основной канал однополярного стабилизированного напряжения отключается от нагрузки с помощью тумблера. Несмотря на то, что использованный тип тумблера по заявленным характеристикам допускает 1…2 млн. переключений, в его работе, приблизительно спустя всего лишь 80000 тыс. переключений, стали проявляться сбои, выражающиеся в отсутствии электрического соединения переключаемых групп контактов.

На рис.1 показана принципиальная схема электронного выключателя выходного напряжения лабораторного блока питания. Устройство имеет светодиодную индикацию на крупных и ярких светодиодных сборках производства фирмы Kingbright. Использованные светодиодные сборки недороги, очень красивы и могут украсить лицевую панель любого самодельного или промышленного устройства. В предлагаемой для повторения конструкции две таких сборки не только очень наглядно оповещают пользователя о текущем состоянии выхода блока питания, но и являются «кнопками» включения/выключения питания нагрузки. Также можно заметить, что найти тумблер с двумя группами контактов, рассчитанных на коммутацию тока более 5 А, проблематично.

принципиальная схема электронного выключателя выходного напряжения лабораторного блока питания

Рис.1 Принципиальная схема электронного выключателя выходного напряжения лабораторного блока питания

Напряжение питания на индикатор-выключатель поступает с выхода штатного мостового выпрямителя лабораторного блока питания с подходящим выходным напряжением. Оптимальное значение этого напряжения 16…24 В. Поскольку узлы управления конструкции не имеют гальванической связи с коммутируемыми цепями, можно использовать любой имеющийся в БП выпрямитель, способный обеспечить дополнительный ток 100…150 мА. Входное напряжение питания ограничивается мощным резистором R3 и поступает на линейный стабилизатор напряжения, выполненный на интегральном стабилизаторе DA1. Выходное напряжение этого стабилизатора 12 В используется для питания КМОП микросхемы DD1 и обмоток реле.

Напряжение питания на нагрузку поступает через замкнутые контакты электромагнитных реле K1, K2. Для однополярного выхода необходимо два таких реле, это нужно для того, чтобы нагрузка была полностью отключена от блока питания, что значительно уменьшает вероятность ее повреждения, например, при прикосновении к выводам ее элементов или к дорожкам жалом работающего паяльника.

Узел переключения состояниями реализован на RS-триггере, собранном на логических элементах DD1.1, DD1.2, резисторах R1, R2 и конденсаторах C1, C2. При включении лабораторного блока питания в сеть, на выходе DD1.2 будет лог. «0», а на выходе DD1.1 – лог. «1». Это произойдет из-за того, что емкость конденсатора C1 на порядок больше емкости C2. Поскольку на выходе DD1.1 будет лог. «1», полевой транзистор VT1 будет открыт, «красная» светодиодная сборка будет светить, на обмотки реле K1, K2 будет подано напряжение, что приведет к размыканию контактов этих реле, напряжение питания на нагрузку поступать не будет.

Чтобы включить питание нагрузки, нужно кратковременно замкнуть контакты кнопки SB2. Состояние на обоих выходах RS-триггера сменится на противоположное, полевой транзистор VT1 закроется, HL1 погаснет, обмотки обоих реле обесточатся, контакты этих реле замкнутся, и на нагрузку поступит напряжение питания, HL2 будет светить зеленым цветом. Для отключения питания нагрузки нужно кратковременно замкнуть контакты кнопки SB1.

Диод VD3 защищает полевые транзисторы от выбросов ЭДС обмоток реле. Диод VD1 защищает DA1 от обратного напряжения в случае, если после выключения питания БП напряжение на выходе выпрямителя будет понижаться быстрее, чем напряжение на конденсаторе C6. Диод VD2 предотвращает возможное свечение HL1 при закрытом VT1.

Детали и конструкция

Все элементы конструкции смонтированы на двух монтажных платах размерами 63х29 мм и 75х55 мм (см. фото). Для плат использован двусторонний фольгированный перфорированный отверстиями стеклотекстолит толщиной 1,5 мм. Все резисторы можно использовать типов МЛТ, С1-4, С2-23 соответствующей мощности. Оксидные конденсаторы – импортные аналоги К50-35, неполярные К10-17 или малогабаритные импортные аналоги. Диоды 1N4005 можно заменить любыми из серий КД243, КД247, КД208. Полевые транзисторы КП501В заменимы любыми из этой серии или ZVN2120. Стабилизатор напряжения MC7812C можно заменить отечественным КР142ЕН8Б. Вместо К561ЛА7 подойдут КР1561ЛА7, 564ЛА7, CD4011A. На месте реле K1, K2 применены популярные реле типа RAS-12-15 с одной переключаемой группой контактов на коммутируемый ток до 15 А. Сопротивление обмотки такого реле около 390 Ом. Шаг их выводов не попадает в сетку 2,54 мм, поэтому в монтажной плате потребуется просверлить дополнительные отверстия. Диодные сборки можно применить любые из серии DLA/6. Все они имеют диаметр корпуса 23 мм, диаметр линзы 20 мм.

Чтобы светодиодные сборки кроме сигнальных функций также выполняли функцию светящихся толкателей кнопок, необходимо сделать следующее. Диаметр отверстий под выводы сборок увеличивают до 1 мм и смазывают каждое отверстие смазкой «Литол» или «Циатим-201». Под каждой сборкой в центре просверливают отверстие диаметром около 3,2 мм, в которое выводят толкатель миниатюрной мембранной кнопки. Обе кнопки приклеивают и припаивают к монтажной плате. SB1 устанавливают под HL1 – «красный» – выключить/выключено, а SB2 под HL2 – «зеленый» – включить/включено. В подготовленные отверстия вставляют выводы светодиодных сборок, необходимые схемные соединения светодиодов выполняют монтажным проводом, распаянным на кончиках выводах. Питание к сборкам подводят двумя тонкими и гибкими многожильными проводками. Чтобы сборки не «залипали» после нажатия, под ними приклеивают три маленьких кусочка микропористого материала толщиной 1,5 мм, вырезанного из шайб, которые можно найти в упаковках от CD, DVD дисков. Свободный ход светодиодных сборок должен быть около 1,5 мм. В качестве мембранных кнопок использованы типовые миниатюрные кнопки, например, из серии TDX, устанавливаемых на панелях управления бытовой радиоаппаратуры. Старайтесь не использовать в конструкции аналогичные миниатюрные кнопки производства фирмы LG (применяются в автомагнитолах, DVD проигрывателях и т.п.), отличающиеся низкой надежностью. Возможный вариант конструкции показан на рис.2. Чтобы монтажная плата с кнопками не прогибалась при их нажатии, по всей ее длине припаивают поперечную «балку» из фольгированного стеклотекстолита 63х10х2,5 мм.

принципиальная схема электронного выключателя выходного напряжения лабораторного блока питания

Рис.2

Собранное устройство нуждается в небольшом налаживании. Резистор R3 устанавливают такого сопротивления, чтобы при отключенном питании нагрузки (контакты реле разомкнуты), напряжение на входе стабилизатора DA1 было 16…20 В. В этом случае не потребуется устанавливать DA1 на теплоотвод. Кроме того, подобрав сопротивление этого резистора в сторону увеличения, можно подключать устройство к выходу выпрямителя с большим напряжением. Резисторами R4, R5 можно установить желаемую яркость свечения светодиодов из расчета того, что ток через последовательно включенные светодиоды одной сборки не должен превышать 10 мА.

Созданное устройство, благодаря существенным различиям в механике отечественных тумблеров и конструкции использованных импортных электромагнитных реле, обеспечит значительно большее количество коммутаций тока нагрузки, особенно в случае, если нагрузка сильноточная.

Понравилась статья? Расскажите друзьям!
ПОХОЖИЕ СТАТЬИ
comments powered by Disqus