Схема:


Основными условиями создания описываемого блока питания были доступность используемых компонентов, высокий выходной ток, хороший коэффициент стабилизации, защита от превышения напряжения на выходе и от превышения тока.

Характеристики:
выходное напряжение, В 14,2
максимальный ток, А 10 ток срабатывания защиты (регулируемый), А 15 напряжение срабатывания защиты, В 16

Устройство:
На операционных усилителях стабилизаторы напряжения собираются давно, но выходной ток ОУ довольно мал, поэтому приходится ставить дополнительные каскады усилителей тока. Микросхема К174УН19 разрабатывалась как усилитель мощности низкой частоты для звуковой аппаратуры, но по своей структуре это не что иное, как операционный усилитель (ОУ) с мощным выходным каскадом. Ее использование позволило отказаться от промежуточных каскадов усиления тока и управлять работой проходного транзистора непосредственно с выхода микросхемы. Таким образом, устройство содержит меньшее число деталей и обладает большей надежностью.

Опорное напряжение задается стабилитроном VD3 и подается на инвертирующий вход микросхемы см. рисунок через резистор R3. Микросхема охвачена отрицательной обратной связью через резистор R4 для исключения возбуждения по высокой частоте. Коэффициент усиления ОУ приблизительно равен 1+R4/R3, сильно изменять его не следует, поскольку увеличение этого значения может вызвать возбуждение по ВЧ, а уменьшение — снижение коэффициента стабилизации. Напряжение с коллектора VT2 (а по сути, это выходное напряжение стабилизатора) подается на неинвертирующий вход ОУ через делитель напряжения на подстроенном резисторе R9. В момент включения питания конденсатор С2 находится в разряженном состоянии и на инвертирующем входе ОУ напряжение равно практически нулю. На выходе микросхемы появляется максимальное напряжение, которое через резистор R5 подается на базу транзистора VT2. Этот транзистор остается закрытым, поскольку напряжение на базе и эмиттере практически равны. По мере зарядки конденсатора С2 через резистор R2 напряжение на выводе 2 DA1 увеличивается, на выходе ОУ напряжение уменьшается. Транзистор VT2 открывается и на его коллекторе появляется напряжение, которое также будет увеличиваться. Как только напряжение на С2 достигнет напряжения стабилизации стабилитрона VD3, его рост прекратится, тем временем на неинвертирующем входе DA1 оно тоже достигнет определенного значения. Если оно будет меньше, чем на инвертирующем входе, на выходе напряжение будет ниже максимального и транзистор VT2 будет открываться дальше, увеличивая напряжение на выходе стабилизатора. Как только напряжения на входах 1 и 2 DA1 сравняются, устройство приобретет устойчивое состояние, при котором выходное напряжение, поделенное резистором R9, и опорное напряжение будут равны. Резистором R9 можно установить выходное напряжение стабилизатора, при опускании движка вниз (по схеме) выходное напряжение увеличивается. При появлении нагрузки выходное напряжение несколько уменьшится, что уменьшит напряжение на выводе 1 DA1. Это изменение, помноженное на коэффициент усиления ОУ, уменьшит напряжение на его выходе, следовательно, протекающий через переход эмиттер-база ток увеличится, и транзистор VT2 откроется сильнее, чем компенсирует изменение выходного напряжения. При снятии нагрузки напряжение на выходе начнет увеличиваться, увеличивая напряжение на выводе 1, напряжение на выводе 4 тоже увеличится и транзистор VT2 уменьшит выходное напряжение, компенсируя изменения на выходе стабилизатора. В блоке предусмотрена защита от превышения выходного напряжения и защита от короткого замыкания. Первая выполнена на элементах VD4, VT4, R10—R12. Стабилитрон VD4 выбран на напряжение, равное выходному напряжения стабилизатора. Транзистор VT4 включен по схеме эмиттерного повторителя, и, пока напряжение на выходе стабилизатора не превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD4, на эго эмиттере напряжение будет близко к нулю. В случае пробоя транзистора VT2 напряжение на выходе стабилизатора станет равно входному, следовательно, через стабилитрон VD4 начнет протекать ток, открывая VT4, и, как только на его эмиттере появится напряжение, достаточное для открывания VS1, он включится. Как только тиристор VS1 откроется, перегорит предохранитель FU2. Подобный способ защиты несколько жестковат и требует использования очень мощного тиристора, но его эффективность и актуальность весьма оправданы — выходная микросхема автомобильной аудиоаппаратуры недешева, и это далеко не все, что придется поменять в магнитоле в случае подачи на нее напряжения 18...20 В. Защита от перегрузки по току выполнена на триггере DD1.1—DD1.3, управляющее напряжение берется с коллектора VT3. При включении блока питания конденсатор С7 разряжен и формирует уровень лог. 0 на нижних входах DD1.1 и DD1.3, что повлечет появление лог. 1 на их выходах. Поскольку на обоих входах элемента DD1.2 будут присутствовать высокие уровни, на его выходе появится лог. 0, который «удержит» лог. 1 на выходе DD1.3. Таким образом, триггер будет установлен в исходное состояние, при котором на выходе DD1.2 присутствует лог. 0, а на выходе DD1.3—лог. 1. При увеличении потребляемого тока увеличивается падение напряжения на резисторе R8, что, в свою очередь, увеличивает протекающий через базу VT3 ток. При достижении током определенного значения (регулируется порог срабатывания резистором R7) транзистор VT3 откроется и на верхнем выводе DD1.1 появится напряжение высокого уровня. Поскольку теперь на обоих входах элемента DD1.1 присутствует лог. 1, на его выходе появится лог. 0, следовательно, появится лог. 1 на выходе DD1.2, а на выходе DD1.3 — лог. 0. Протекающий через резистор R19 ток откроет транзистор VT1 и опорное напряжение стабилизатора стремительно начнет уменьшаться (измениться мгновенно не даст конденсатор С2), соответственно начнет уменьшаться и напряжение на выходе стабилизатора, что в свою очередь убережет транзистор VT2 от теплового пробоя. В результате напряжение на выходе блока питания не превысит 0,5... 1,5 В (в зависимости от нагрузки), о том, что произошло превышение максимального тока, будет свидетельствовать свечение светодиода VD6. Для перевода блока питания в рабочее состояние необходимо нажать кнопку SB1, разряженный конденсатор С8 переведет триггер в исходное состояние. В случае повторного превышения тока нагрузки триггер снова сработает. Поскольку С8 уже будет заряжен, то удержание кнопки SA2 не повлечет выхода из строя силового транзистора VT2. После отпускания кнопки конденсатор С8 будет разряжаться через резистор R16, а поскольку его номинал достаточно велик, повторный сброс защиты станет, возможен не менее чем через 3...5 с. На элементе DD1.4 собран термовыключатель, который при достижении определенной температуры (устанавливается резистором R17 желательно в пределах 45...55 °С) включает вентилятор принудительного охлаждения теплоотвода транзистора VT2. Введение принудительного охлаждения обосновано желанием снизить размеры теплоотвода, поскольку выделяемое транзистором VT2 тепло требует использования очень большой охлаждающей площади. Приблизительно тепловую мощность можно рассчитать по формуле: РI = UI, где РI — тепловая мощность, U — разность напряжений на эмиттере и коллекторе VT2, I — протекающий через транзистор ток. Кстати сказать, эта формула действительна для расчета тепловой мощности любого линейного стабилизатора напряжения. Как видно из формулы, большое количество тепла выделяется при больших токах нагрузки, следовательно, при малых мощностях вентилятор включаться не будет, тем самым, увеличивая ресурс самого вентилятора. В качестве трансформатора используется трансформатор ТС-180 от лампового телевизора. После разборки с катушек сматывают все обмотки до экрана (полоса алюминиевой фольги между слоями бумаги). Затем на каждой катушке наматывают 50 витков медным обмоточным проводом диаметром 1,8...2 мм. Трансформатор собирают, предварительно пропитав сердечник и катушки клеящим веществом. Опыт показал, что наиболее удачным материалом для этого может служить автомобильный антигравий. Он очень хорошо пропитывает катушки и при засыхании приобретает свойства плотной резины. После пропитки трансформатор незамедлительно собирают, поскольку антигравий сохнет довольно быстро. Транзистор VT2 и диоды VD1, VD2 устанавливают на одном теплоотводе через слюдяные прокладки, причем теплоотвод лучше использовать от промышленной аппаратуры. Площадь теплоотвода должна быть не менее 800 см2. Со стороны ребер крепится вентилятор от компьютерного блока питания так, чтобы поток воздуха был направлен внутрь радиатора Микросхемы DA1 и DA2 лучше установить на отдельном теплоотводе, можно без слюдяных прокладок, поскольку у обеих микросхем на теплоотводящих фланцах минусовой вывод питания. Площадь этого теплоотвода должна быть не менее 100 см2. Резистор R8 изготавливается из медного обмоточного провода диаметром 1,2... 1,3 мм. Необходимо отмерить кусок длиной 1,3... 1,4 м и намотать его на оправку диаметром 35...40 мм и длиной 50...55 мм. Наматывать следует виток к витку, после намотки первого слоя витки скрепляются небольшим количеством «Суперклея» и наматывается второй, а затем третий и т. д. слои. Концы проводов должны быть длиной 20...25 мм. После полной намотки оправку следует удалить и хорошо пропитать получившуюся катушку эпоксидным клеем. Разброс параметров резистора R8 компенсируется возможностью в широких пределах регулировать порог срабатывания защиты. При его регулировке следует учесть, что максимальный ток коллектора используемого транзистора составляет 20 А, следовательно, порог срабатывания не должен превышать 15 А. Конструкция резистора R8 имеет некоторый недостаток — при протекании большого тока резистор начинает нагреваться, следовательно, его сопротивление увеличивается, соответственно начнет увеличиваться падение напряжения на нем и несколько уменьшится порог срабатывания защиты по току. Однако этот недостаток можно интерпретировать и как достоинство — при долгой работе с максимальным током произойдет существенный нагрев всех элементов, следовательно, снижение порога срабатывания защиты по току позволит отключить блок питания от нагрузки, не доводя его до критических режимов. Следует отметить, что провод от верхнего (по схеме) вывода резистора R9 надо припаивать непосредственно к выходной клемме блока питания, поскольку даже на коротких проводниках при больших токах падает 0,3..0.8 В. Разводку силовой части блока питания следует производить проводом сечением не менее 2,5 мм2. Остается только добавить, что эта конструкция может использоваться для решения еще одной задачи. На некоторых грузовых автомобилях применяется бортовое напряжение 24 В, не позволяющее использовать теле- и аудиоаппаратуру на 12 В. Отвод от середины аккумулятора при больших токах потребления быстро выводит из строя АКБ. Если исключить сетевой трансформатор и на анод VD1 подать бортовое напряжение 24 В, то получится мощный конвертор напряжения 24 В -> 12 В. в котором диод VD1 будет выполнять роль защиты от переполюсовки. Следует обратить внимание на то, что время срабатывания защиты от перегрузки следует уменьшить, поскольку мощность АКБ достаточно высока. Для этого R8 следует наматывать не на оправке, а на ферритовом кольце с внешним диаметром 32...40 мм. Получившаяся индуктивность не даст току мгновенно достичь своего максимального значения, соответственно появится больше времени на закрывание транзистора VT2. Кстати сказать, подобная конструкция R8 будет уместна при использовании силового трансформатора от лампового цветного телевизора (ТС-270). В этом случае стационарный блок питания сможет обеспечить выходной ток до 15 А. а площадь теплоотвода для VT2 должна быть не менее 1000 см2. На рис. 2 приведен чертеж печатной платы, а на рис. 3 — расположение деталей на ней.