Автомобильный стабилизированный блок питания ноутбука для дальнобойщика. 15V 5A с защитой от КЗ, переполюсовки, перегрузки и перегрева

Блок питания был заказан водителем-дальнобойщиком для ноутбука, который мне увидеть так и не довелось, поэтому ничего не могу сказать о модели, требующей столь нестандартного для ноутбуков напряжения питания.

Импульсные БП были сразу отвергнуты заказчиком, как источник интенсивных помех для радиостанции (по словам заказчика, импульсных БП было им опробовано не мало). Аналоговыми БП, имеющимися в продаже, заказчик так же «наелся» (без объяснения причин).
После недельного таймаута, взятого для изучения рынка подобных устройств и проектирования своего варианта БП, предложил заказчику два варианта однотипных БП, работа которых меня лично удовлетворила при испытании макетных версий. В обоих устройствах в качестве основного стабилизатора использована микросхема КР142ЕН22А (DA1 — в обеих схемах) с максимальным током 7,5А, с защитой от перегрева и КЗ. Рассеиваемая мощность микросхемы, однако, невелика, поэтому для гашения мощности применен предварительный (балластный) стабилизатор с регулирующим элементом на мощном транзисторе VT3, котрый используется и в качестве ключа защитного устройства, обесточивающего DA1, а, значит, и питаемое устройство в экстремальных ситуациях.
Выходное напряжение балластного стабилизатора 19В (определяется стабилитроном VZ2). Таким образом, максимальная мощность, рассеиваемая на микросхеме DA1, не превысит 20Вт.

↑ Схема 1

Блок питания, изображенный на схеме 1, кроме защит, интегрированных в КР142ЕН22А, содержит защиту от переполюсовки (диод VD1, включенный последовательно с БП); триггерную защиту от КЗ и токовой перегрузки, выполненную на датчике тока R3, транзисторе VT2, тринисторе VS1 и транзисторе VT5.
При этом ток отпирания транзистора VT2 зависит от сопротивления резистора R2, а резистор R4 ограничивает ток базы транзистора в случае обрыва токового датчика. Срабатывание токовой защиты происходит при токе, превышающем 5,6А, либо — при КЗ. Работа узла токовой защиты происходит следующим образом. При достижении величины падения напряжения на резисторе R3 5,5-5,7В, транзистор VT2 открывается, обеспечивая прохождение некоторого тока через делитель на резисторах R5, R8 (которым, кстати, можно регулировать чувствительность схемы).

Как только падение напряжения на резисторе R8 станет достаточным для создания отпирающего тока в управляющем переходе тринистора VS1, тринистор откроется, подав на базу транзистора VT5 некоторое напряжение смещения, необходимое для отпирания этого транзистора, который, в свою очередь, замкнет базу регулирующего транзистора (VT3) балластного стабилизатора — на общий провод, в результате чего, выход балластного стабилизатора будет обесточен, работа БП прекратится.
Т.к. схемы всех защитных узлов в схеме БП одинаковы, в пояснении работы других узлов особой нужды нет.

На элементах RT, VS2, VT7 выполнена термозащита, срабатывание которой происходит спустя 30-60 секунд после останова вентилятора, обдувающего радиатор, на котором расположены мощные регулирующие элементы VT3, DA1 и диод VD1, на котором так же рассеивается часть мощности. Термодатчик RT устанавливается в непосредственной близости от радиатора. В качестве термодатчика применен терморезистор от регулятора вращения вентилятора компьютерного БП, сопротивление которого с ростом температуры — уменьшается.

На стабилитроне VZ3, тринисторе VS3 и транзисторе VT9 организована защита от перенапряжения на выходе БП, которое возможно в случае пробоя (электрического или теплового, чего нельзя исключать) DA1. Напряжение срабатывания этого узла защиты происходит при напряжении около +17В (максимальное напряжение питания ноутбука, заявленное заказчиком) и определяется параметрами стабилитрона и суммой падения напряжений на управляющем электроде тринистора VS3, эмитерного перехода транзистора VT1. Резистор R17 ограничивает ток этой цепи.

Относительно большое количество компонентов, примененных в защитных узлах, вызвано стремлением сделать раздельную индикацию срабатывания каждого из защитных узлов. Транзисторы VT5, 7, 9 создают необходимую развязку для раздельного управления каждого из узлов ключом на VT3; транзисторы VT4, 6, 8 — расширяют сигнал от выключателя S1 для одновременного управления тринисторами всех защитных узлов, обеспечивая функцию включения-выключения БП, а так же функцию сброса защиты, шунтируя сработавшие тринисторы для возврата в исходное (закрытое) состояние после срабатывания любой из защитных схем. Конечно, не исключены варианты использования многонаправленного выключателя или реле, но мне такой вариант показался более компактным.

Транзистор VT10 инвертирует сигнал состояния кнопки, включенной относительно общего провода схемы. В нем не будет необходимости, если кнопка будет соединена между точкой соединения резисторов R7, 10, 16 и эмитером транзистора VT1, выполняющего функцию стабилизатора, питающего защитные узлы.

Схема обоих блоков питания не нуждаются в электролитических конденсаторах большой емкости. Достаточно конденсаторов малой емкости для предотвращения проникновения импульсных помех от бортовых устройств автомобиля.

↑ Схема 2

Схема содержит гораздо меньше деталей, но и аварийная индикация — общая при том, что защитный функционал не изменился.

Работа происходит следующим образом. При успешном подключении выключенного БП (контакты выключателя S1 замкнуты — рекомендуется) к бортовой сети загораются светодиоды защиты (HL1-HL3 — в схеме 1, HL1 — в схеме 2).

Перевод S1 в разомкнутое состояние включает БП и загораются диоды «ОК», индицирующие наличие выходного напряжения. При срабатывании любого из защитных узлов, загорается индикация, соответствующая аварии (для схемы 1) или общая аварийная индикация (для схемы 2). Для сброса аварии достаточно выключить-включить БП, замкнув-разомкнув контакты S1.

↑ Сборка

Т.к. заказчик выбрал схему 2, именно по этой схеме и был изготовлен окончательный вариант БП.
Блок питания собран в корпусе от компьютерного БП.

Схема управления и защиты собрана на небольшой макетной плате с металлизированной перфорацией.
Индикация наружу не выводилась, свет ярких светодиодов довольно неплохо виден внутри корпуса. В качестве разъема




Использован имеющийся штатный сетевой разъем компьютерного БП. Для хорошего отвода тепла все силовые компоненты закреплены через изолирующие теплопроводные прокладки на медной пластине, которая, в свою очередь, прикреплена к процессорному радиатору и корпусу.
Без вентилятора охлаждения будет недостаточно. Использован вентилятор от компьютерного БП, закреплен на радиаторе и запитан от выходного напряжения через резистор 33 Ома. При этом ребра радиатора, при работе БП на полную нагрузку в течении длительного времени, остаются практически холодными. Резистор R3 должен иметь мощность не менее 7-10Вт для долговременной работы.

Надеюсь, что подобный БП пригодится и для других целей.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации