Блок питания 20А с защитой, это стабилизатор с токовой защитой, до 21А в зависимости от используемых транзисторов. Хотя опытному инженеру и радиолюбителю понятно, мы опишем их более подробно, чтобы даже новички могли понять его действия и в будущем они могли бы сами проектировать схемы.
Это стандартное соединение (также принадлежит рекомендованному производителем) и в соответствии с потребностями отличаются только значения компонентов и их мощностью. Если требование возрастает примерно до 1 А, ток, протекающий в стабилизаторе, генерирует падение напряжения на резисторе R4, который открывает силовые транзисторы PNP T1 и T2. Часть тока затем вытекает из стабилизатора в зависимости от степени открытия транзисторов. Значение резистора R4 задается законом Ома: R = U / I, где U — напряжение, необходимое для открытия транзистора (обычно 0,65–0,75 В), т.е. падение напряжения на резисторе и ток I, протекающий через резистор, при котором силовые транзисторы открыты. Потеря мощности резистора определяется как произведение напряжения и тока: P = U × I.
Транзистор T3 и резисторы R1 — R3 образуют ограничитель тока. Если ток на эмиттерах T1 и T2 создает потерю более чем около 0,8В на R1 — R3, T3 открывает и уменьшает напряжение на переходе E-B силовых транзисторов, закрывая их, так что значение тока не превышает установленный параметр. Здесь также используется закон Ома R = U / I, но здесь крайне важна формула для расчета потерь мощности резистора. Полученное значение затем определяется как: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + ……1 / Rx.
В нашем случае значение параллельно включенных резисторов R1 — R3 должно составлять 0,0337 Ом для тока 20 А. Поскольку общая мощность нагрузки этих резисторов значительна (до 14 Вт), мы использовали три резистора — два 0,1 Ом и один 0,15 Ом, все мощностью 5 Вт. Однако при непрерывной работе в предельных условиях напряжение E-B сдвигается из-за повышения градиентной температуры, и транзистор открывается при более низком напряжении, то есть при более низком токе. При нормальном использовании, когда пиковый ток короткого замыкания не является неисправностью, для приложений с постоянной нагрузкой значения резистора должны быть изменены. Резистор R4 и транзистор T3 должны быть рассчитаны на максимальный ток стабилизатора.
Входные фильтрующие конденсаторы (всего 10мФ) представляют собой фильтрацию 0,5мФ/А вместо обычной 1мФ/А. Таким образом, фильтрация была выбрана из-за относительно высокой стоимости электролитических конденсаторов и опыта использования трансформаторов с высоким запасом напряжения для питания радиостанций. Существующей фильтрации достаточно, если выпрямленное напряжение трансформатора выше 19 В (трансформатор с вторичным напряжением около 21В). Кому потребуется большая фильтрующая ёмкость, может добавить конденсаторы за пределы печатной платы. Вся схема блок питания 20А с защитой собрана на одной двухсторонней печатной плате.
Поскольку требуемый ток 20А требует очень хорошего сечения проводников, то плата имеет медный слой толщиной 0,70 мкм. Однако, если вы используете максимальную мощность постоянно, желательно использовать провода, или по крайней мере можно нанести слой олова на печатные проводники. Чем проще электрическое подключение источника питания, тем сложнее его механическая конструкция и монтаж. Площадь поперечного сечения не важна из-за их короткой длины. Затем мы устанавливаем силовые резисторы R1 и R4. Чтобы обеспечить их охлаждение, они не должны прилегать к печатной плате, а должны располагаться на расстоянии примерно 5 мм друг от друга. Чтобы не повредить соединения при случайном нажатии на резисторы, желательно сделать небольшой выступ на их выходах (изгиб выхода, капля олова и т. д.), которая будет опираться на плату со стороны компонентов, защищая соединения от разрывов. Затем мы можем подключить электролитические конденсаторы, но внимательно соблюдаем правильную полярность, чтобы избежать изменения полярности и последующего взрыва.
Если все выполнено, то сначала прикрутите к радиаторам, а затем вставьте весь блок в печатную плату и подключите его. Это предотвращает механическое повреждение выводов компонентов из-за нагрузок. Теперь прикрутите к плате транзисторный радиатор, вставьте в плату транзисторы T1 и T2, присоедините их к радиатору (шаг транзисторов 37,5 мм) и, наконец, припаяйте. Необходимо выбрать размер радиатора в соответствии с предполагаемым потреблением тока и падением напряжения на транзисторах (разница напряжения трансформатора и выходной величины), возможно, с вентилятором. Таким образом, блок питания 20А с защитой собран и готов к работе. Если вы можете проверить правильность работы текущей защиты (прибор на 20 А — активная нагрузка, мощное сопротивление и т. д.).
Вы можете использовать амперметр для проверки точного значения отключения. Однако при тщательной подгонке разница между фактическим срабатыванием защиты и теоретическим значением будет определяться только допуском значений резистора и вышеупомянутой рабочей точки транзистора T3, что на практике может незначительно отличатся. Хотя каждый из силовых транзисторов имеет ток коллектора до 25 ампер, в зависимости от производителя, их использование в паре является целесообразным в основном для распределения потерь мощности. Снятие с блок питания 20А с защитой тока больше чем 21A, не целесообразно, поскольку может возникнуть падение напряжения на соединениях и их перегрев.
Конечно, блок питания 20А с защитой можно использовать и для других целей, помимо питания радиостанций. Его можно использовать, например, для питания дрелей постоянного тока, инверторов, усилителей и многих других приборов, которым требуется стабилизированное напряжение. Кто нуждается в других параметрах блок питания 20А с защитой, получил все необходимые данные для расчета токовых резисторов в этом статье. Выходное напряжение можно очень легко изменить, заменив стабилизатор IO1 на другой с требуемым значением напряжения.