Начало»Практика»Блоки питания»Стабилизатор напряжения для низковольтного паяльника на базе электронного трансформатора

 
 

Стабилизатор напряжения для низковольтного паяльника на базе электронного трансформатора

19.07.19   if33   7 876   8  
При проведении электромонтажных работ обычно используют паяльники, которые питаются переменным током и напряжением не более 42 В. Допускается постоянное использование электрических паяльников 220 В, если их питание происходит от разделительного трансформатора.

Появилась идея создать очень маленький и легкий блок питания для низковольтного паяльника. При этом очень просто реализуется разделение питания паяльника и электрической сети, что значительно повышает безопасность.

После ознакомления со статьей «Dimmer (регулятор яркости)» от igRoman [1], в которой управление аналогом однопереходного транзистора было реализовано на полевом транзисторе, появилась идея применения принципа управления, изложенного в этой статье, для создания стабилизатора напряжения для низковольтного паяльника на базе схемы электронного трансформатора.



Технические характеристики БП

● Выходное напряжение регулируется в пределах 15 — 38 Вольт, ток переменный.
● Наличие выходов для паяльника с напряжением 12, 24 или 36 Вольт.
● Ток нагрузки до 1,2 А.
● Выход для питания микродрели, примерно 30 — 50 Вольт, ток 0,2 А. Ток постоянный.
● Выход для питания обжигалки для проводов 4 — 6 Вольт, ток до 5 А. Ток переменный.
● При изменении напряжения сети в пределах 180 — 240 Вольт, напряжение на паяльнике изменятся не более чем на 1,5%.


Принципиальная схема


Электронным трансформатором называют схему импульсного источника питания на основе трансформатора и высокочастотного генератора на полупроводниковых ключах. Его особенностью является то, что переключение транзисторов происходят в результате напряжений, наводимых на обмотках импульсного трансформатора и положительной обратной связи.

Началом возникновения генерации можно управлять с помощью RC цепи, работающей на однопереходной транзистор или его аналог, который выдает короткий импульс для первоначального запуска автогенератора в начале каждого полупериода сети. При этом на выходе образуются пакеты высокочастотных импульсов, длительность которых и определяет выходное напряжение автогенератора.

Применение аналога однопереходного транзистора связано с тем, что с нагрузкой или без нее программируемый однопереходный транзистор (ПОПТ) выдает только один импульс в течение полупериода и переходит в режим удержания.

Оптоэлектрический преобразователь

К сожалению, однопереходной транзистор КТ117 выдает серию импульсов при работе без нагрузки, которые плохо влияют на работу выходного каскада электронного трансформатора.

После ряда экспериментов в качестве преобразователя импульсного выходного напряжения в значение эффективного для регулирования был применен оптоэлектрический преобразователь, состоящий из лампы накаливания, двуханодного стабилитрона, регулировочного резистора и фоторезистора. При этом, благодаря инерционности нити накала лампы, получилось прекрасное интегрирование значения выходного напряжения для цепей управления.

В первом варианте схемы, была сделана попытка применить TL431 для стабилизации выходного напряжения, но попытка потерпела неудачу (паразитные колебания, которые я не смог устранить).

Стабилизация

При увеличении выходного напряжения зажигается лампа Л1, и напряжение на затворе VT1 снижается, что увеличивает время заряда конденсатора C3 и выходное напряжение снижается. При уменьшении напряжения процесс протекает в обратном порядке.

Для нормальной работы преобразователь должен быть нагружен, иначе прерывается обратная связь по току нагрузки, протекающему через трансформатор T1, и генерация может не возникнуть или будет неустойчивой.

Токовый трансформатор T1 работает в режиме насыщения и определяет частоту генерации. Поэтому число витков катушки связи подбирается по замедлению роста напряжения на базовой обмотке. После этого рассчитывается число витков базовой обмотки так, чтобы на ней было напряжение около 2 — 3 Вольт. Затем рассчитывается сопротивления в базовых цепях из расчета величины базового тока 0,1 — 0,3А.

Описание работы схемы

Питание осуществляется от сети 220 Вольт.
На входе стоит помехоподавляющий конденсатор C1 и защитный резистор R1, который работает как предохранитель.

Транзистор VT1 управляет током заряда времязадающего конденсатора C3. Управление происходит с помощью фоторезистивной пары Л1 и R11.

Аналог однопереходного транзистора собран на VT2 и VT3. Короткие импульсы запуска с аналога через резистор R18 поступают на базу нижнего плеча силового ключа VT5 и VT4 и вызывают начало генерации в каждом полупериоде сети.

К силовым ключам, через обмотку обратной связи трансформатора Т1, подключен выходной трансформатор Т2.
Трансформатор T1 работает в режиме насыщения и от его параметров зависит частота генерации.
Трансформатор T2 работает без захода в режим насыщения.

Диоды D6 и D11 служат для обеспечения полного разряда конденсатора C3 при прохождении напряжения питающей сети через ноль. При этом гарантируется стабильное время заряда C3 с начала следующего полупериода.

Двуханодный стабилитрон D10 делает регулировочную характеристику более жесткой, чем повышает стабильность выходного напряжения.

Для питания встроенного вольтметра сделана отдельная обмотка, которая питает вольтметр, и с нее же снимается значение выходного напряжения и после интегрирования поступает на измерительный вход вольтметра.

С диодного моста Br1 выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на гнезда 50 Вольт для питания микродрели.

Отдельная обмотка на 5 Вольт (эффективного значения) и ток до 5А предназначена для питания «обжигалки» для снятия изоляции проводов.

Конструкция и детали


Конструктивно все элементы схемы расположены на печатной плате, а выходные гнезда, выключатель, вольтметр и регулятор напряжения расположены на передней панели. Передняя панель и плата скреплены между собой стойками длиной 35 мм с резьбой М3.





Корпус сделан из тонкой жести.

Оптоэлектрический преобразователь

представляет собой черную трубку от кабеля, в которую с одной стороны вставлена и закреплена миниатюрная лампочка, а с другой фоторезистор. Расстояние между ними примерно 3 мм (разделены маленьким отрезком трубки ПХВ). Черная трубка не пропускает внешнего света и на концах прошита нитками.
Стабилизатор напряжения для низковольтного паяльника на базе электронного трансформатора

Лампочка Л1 — миниатюрная с гибкими выводами от подсветки в автомобильных магнитолах.


Фоторезистор применен с темновым сопротивлением 1М или больше.

К силовым транзисторам прикручен небольшой радиатор (2,5×4 см), который практически не греется при работе (температура около 40 градусов).

Конденсаторы C8 и C9 на напряжение 250 Вольт, а C7 на напряжение 63 вольта.
Резистор R2 МЛТ-2, 62 ком 2 вт.
Резистор R13 — ППБ-2А 680 ом.

Двуханодный стабилитрон D10 может быть заменен двумя одинаковыми встречно включенными стабилитронами.

Моточные изделия

Моточные данные трансформаторов указаны на принципиальной схеме.
Сердечник трансформатора T1 взят от энергосберегающей лампы. Обмотки 2×2 витков и 3 витка.
Число витков зависит от сердечника трансформатора T1 и уточняется при настройке.

Встроенный вольтметр

Для измерения выходного напряжения применен миниатюрный вольтметр на семисегментном LED индикаторе и PIC16F684 [2], который плотно вставлен в лицевую панель.

Налаживание

Число витков трансформатора T1 уточняется при настройке, чтобы получить частоту генерации примерно 35 — 55 кГц при работе блока на нагрузку мощностью не менее 10 Вт.
R5 — определяет минимальное выходное напряжение.

Осциллограммы выходных напряжений:

Напряжение 12 Вольт, развертка 2 мс/дел.




Напряжение 24 Вольт, развертка 2 мс/дел.




Напряжение 38 Вольт, развертка 2 мс/дел.




Высокочастотное заполнение, развертка 20 мксек/дел.




Файлы

Плата БП, плата вольтметра, лицевая панель.7z  23,57 Kb ⇣ 26

Итоги

Получился прибор легкий, стабилизированный, обеспечивающий безопасную работу.
Из замеченных недостатков следует отметить, что из-за своей простоты электронные трансформаторы являются источниками высокочастотных помех и наводок.

Ссылки

При разработке использованы следующие материалы:
1. igRoman, «Dimmer (регулятор яркости)»
2. И. Внуковский, «Миниатюрный вольтметр на семисегментном LED индикаторе и PIC16F684»

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

 

Читательское голосование

Нравится

Статью одобрили 33 читателя.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
 

Поделись с друзьями!

 

 

Связанные материалы

 

Схема на Датагоре. Новая статья Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675... В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи...
Схема на Датагоре. Новая статья Транзисторный фильтр питания с высоким КПД для аудиоаппаратуры... При создании прибора для ремонта телевизоров мне потребовался регулируемый источник питания 30-300...
Схема на Датагоре. Новая статья Вольтметр-амперметр переменного тока с вычислением мощности на PIC16F690 [Обновлено]... Довольно простой прибор измеряющий напряжение, ток и показывающий полную мощность потребляемую...
Схема на Датагоре. Новая статья Релейный стабилизатор напряжения 220V без разрыва цепи... В статье рассматривается возможность безразрывного переключения цепей переменного тока с помощью...
Схема на Датагоре. Новая статья Моделирование линейного блока питания в программе «PSU Designer II»... Многие радиолюбители используют трансформаторы в качестве основы блоков питания, в том числе для...
Схема на Датагоре. Новая статья Реинкарнация компьютерных БП. Часть 2... Если уж брать от убитого компьютерного БП, то - по максимуму. А это значит, что кроме перечисленных...
Схема на Датагоре. Новая статья Реинкарнация компьютерных БП. Часть 3.... Из все тех же деталей компьютерного БП, используя абсолютный их минимум и не меняя практически...
Схема на Датагоре. Новая статья Однофазный привод постоянного тока... В основе разработки электропривода лежит принцип работы следящего привода с одноконтурной системой...
Схема на Датагоре. Новая статья Лабораторный импульсный блок питания. Часть 5. Миниатюрный лабораторный ИБП... Несмотря на простоту схем импульсных блоков питания, описанных в предыдущих частях серии,...
Схема на Датагоре. Новая статья Прибор для наладки и тестирования импульсных блоков питания и сварочников... Я занят ремонтом инверторного сварочного оборудования, стабилизаторов переменного напряжения, и т....
Схема на Датагоре. Новая статья Простой модульный вольтметр переменного напряжения на PIC16F676... Простой вольтметр переменного напряжения с частотой 50 Гц, выполнен в виде встраиваемого модуля,...
Схема на Датагоре. Новая статья Микрофонный ламповый предусилитель на 6Ж32П (EF86) и трансформаторах Tesla, с повышающим преобразователем анодного напряжения... Добрый день, уважаемые датагорцы и все любители электроники! Сегодня я представляю вам конструкцию...
 

Общаемся по статье 💬

Стабилизатор напряжения для низковольтного паяльника на базе электронного трансформатора

Комментарии, вопросы, ответы, дополнения, отзывы

 

<
Читатель Датагора

Datagor

Комментарий # 1 от 19-07-19, 22:56.
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 399 комментариев
  • 275 публикаций
 
Иван, привет!
Благодарим за новую статью!
thumbup
Как выглядит упомянутая "обжигалка для проводов"? Это некая петля нихрома для снятия изоляции?

<
Читатель Датагора

if33

Комментарий # 2 от 20-07-19, 10:16.
  • С нами с 2.03.2010
  • 95 комментариев
  • 16 публикаций
 
Игорь, спасибо за обработку статьи!
Обжигалка для проводов

<
Читатель Датагора

Datagor

Комментарий # 3 от 20-07-19, 12:16.
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 399 комментариев
  • 275 публикаций
 
Выглядит очень добротно, как железяка из времен СССР. helmet
Угадал?

<
Читатель Датагора

if33

Комментарий # 4 от 20-07-19, 17:18.
  • С нами с 2.03.2010
  • 95 комментариев
  • 16 публикаций
 
Все правильно!

<
Читатель Датагора

Yamazaki

Комментарий # 5 от 21-07-19, 13:52.
  • С нами с 2.07.2009
  • 203 комментария
  • 14 публикаций
 
  При увеличении выходного напряжения зажигается лампа Л1, и напряжение на затворе VT1 снижается, что увеличивает время заряда конденсатора C3 и выходное напряжение снижается. При уменьшении напряжения процесс протекает в обратном порядке.

Иван, обратная связь через лампу накаливания - решение оригинальное, но потенциально опасное.
Как известно, ресурс лампочек ограничен, со временем они выходят из строя. Смоделируем этот сценарий:
При увеличении выходного напряжения лампа не зажигается, время заряда конденсатора C3 не увеличивается, напряжение увеличивается, увеличивается, увеличивается...
Воткнуть светодиодик ничего не стоит, а спать будете спокойно.

<
Читатель Датагора

Datagor

Комментарий # 6 от 21-07-19, 17:01.
  • С нами с 26.02.2006
  • 2 399 комментариев
  • 275 публикаций
 
Цитата: Yamazaki
  Воткнуть светодиодик ничего не стоит
Светодиодик вместо лампы накаливания? Не всегда и не везде возможна просто прямая замена. sun

Цитата: Yamazaki
  Как известно, ресурс лампочек ограничен...
Как указал Иван, лампочка Л1 — миниатюрная с гибкими выводами от подсветки в автомобильных магнитолах — это очень надежная и вибростойкая лампа с особой конструкцией спирали.

<
Читатель Датагора

if33

Комментарий # 7 от 21-07-19, 20:55.
  • С нами с 2.03.2010
  • 95 комментариев
  • 16 публикаций
 
Я в статье указал:
  При этом, благодаря инерционности нити накала лампы, получилось прекрасное интегрирование значения выходного напряжения для цепей управления

В данном случае светодиод, не подходит из-за малой инерционности. А на лампочке во время работы поступает весьма малое напряжение, около 3 -5 Вольт.
Этот стабилизатор работает у меня больше года и показал себя только с хорошей стороны.

<
Читатель Датагора

error

Комментарий # 8 от 23-07-19, 12:01.
  • С нами с 3.01.2009
  • 48 комментариев
  • 4 публикации
 
Yamazaki, напрямую заменить лампочку на светоиод, конечно, не получится хотя бы потому, что на выходе - переменка. Основная проблема будет в том, что для такого БП светодиодная ООС будет слишком быстрая и блок уйдёт в разнос (как это и случилось при экспериментах автора с ТЛ431).
Можно было бы его подключить через RC, или на выпрямленное напряжение повесить... или проц добавить...

Однако, как автор упомянул в статье, "благодаря инерционности нити накала лампы, получилось прекрасное интегрирование...", как говорится "с коробки". Да, решение "в лоб", но вполне достаточно. Плюс лампа ещё и выполняет роль небольшой начальной нагрузки.

А ухудшение отклика сталилизатора из-за инерционности лампы (десятки-сотни миллисекунд) абсолютно приемлемо: нагрузка ведь - паяльник thumbup

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.