Сетевые блоки питания малой мощности с гасящимконденсатором применяются в современной радиоэлектронной радиоаппаратуре [1,2]. Работа узла, содержащегоконденсатор, выпрямитель и стабилитрон (КВС) по схеме, рассмотренной нарис.1, подробно рассмотрена в [3]. Блок питания КВСпревосходит традиционный трансформаторный и импульсный с бестрансформаторнымвходомм блоки по простоте конструкции и используемой элементной базы, атакже по ремонтнопригодности. И все же, как ни прост блок питания КВС, но иего конструкция нуждается в усовершенствовании, не снижая при этом имеющихсяпреимуществ. Наоборот, можно дополнительно получить ряд полезныхэксплуатационных свойств.

    Входная часть блока питания содержит балластныйконденсатор C1 и мостовой выпрямитель из диодов VD1, VD2 и стабилитроновVD3, VD4 (рис.2а). Осциллограмма выходного напряжения диодно-стабилитронноговыпрямителя приведена на рис.2б (когда напряжение на выходе превышаетпревышает напряжение стабилизации стабилитрона; в противном случае онработает как обычный диод). От начала положительного полупериода тока черезконденсатор C1 до момента t₁ стабилитронVD3 и диод VD2 открыты, а стабилитрон VD4 и диод VD1 закрыты. В интервалевремени t₁...t₃стабилитрон VD3 и диод VD2 остаются открытыми, а через открывшийсястабилитрон VD4 проходит импульс тока стабилизации. Напряжение настабилитроне VD4 равно его напряжению стабилизации U_ст.

    Импульсный ток стабилизации, являющийся длядиодно-стабилитронного выпрямителя сквозным, минует нагрузку, котораяподключена к выходу моста. В момент t₂ токстабилизации достигает максимума, а в момент t₃ равен нулю. До окончания положительного полупериода остаются открытымистабилитрон VD3 и диод VD2. В момент t₄завершается положительный и начинается отрицательный полупериод, от началакоторого до момента t₅ уже стабилитрон VD4и диод VD1 открыты, а стабилитрон VD3 и диод VD2 закрыты. В интервалевремени t₅...t₇стабилитрон VD4 и диод VD1 продолжают оставаться открытыми, а черезстабилитрон VD3 при напряжении U_стпроходит сквозной импульс тока стабилизации, максимальный в моментt₆. Начиная от t₇ до завершения отрицательного полупериода, остаютсяоткрытыми стабилитрон VD4 и диод VD1.

    На этом цикл работы диодно-стабилитронноговыпрямителя завершается и рассмотренный процесс повторяется в течениеследующего электрического периода в сети.

    Таким образом, через стабилитроны VD3, VD4 отанода к катоду проходит выпрямленный ток, а в противополжном напрвлении -импульсный ток стабилизации. В интервалы времени t₁...t₃и t₅...t₇мгновенное значение напряжения стабилизации изменяется не более чем наединицы процентов. Значение переменного тока на входе моста VD1-VD4 в первомприближении равно отношению напряжения сети к емкостному сопротивлениюбалластного конденсатора C1.

    Работа диодно-стабилитронного выпрямителя безбалластного элемента (Конденсатора), ограничивающего значение сквозноготока, невозможна. В функциональном отношении они неразделимы и образуютединое целое - конденсаторно-стабилитронный выпрямитель (КСТВ).

    Для ограничения броска тока через диоды истабилитроны моста в момент включения в сеть последовательно с балластнымконденсатором следует включить токоограничивающий резистор сопротивлениемнесколько десятков Ом, а для разрядки конденсатора после отключения от сетипараллельно - резистор сопротивлением сотни кОм [3].

    Разброс значений U_стоднотипных стабилитронов составляет примерно 10%, что приводит квозникновению дополнительной пульсации выходного напряжения с частотойпитающей сети. Амплитуда напряжения пульсации пропорциональна различиюзначений U_ст стабилитронов VD3, VD4.

    С целью экспериментальной проверки случайнымобразом выбрана партия из восьми стабилитронов Д814Б, напряжениестабилизации которых приведено в табл.1.

# 1 2 3 4 5 6 7 8 Uст,В 8.5 8.5 8.8 8.8 8.9 9.1 9.1 9.2

Таблица 1

Для сборки КВС применен стабилитрон #8, а для сборки КСТВ - парастабилитронов #6 и #7. В КСТВ можно также использовать пары стабилитронов #1и #2 или #3 и #4. К выходу КВС и КСТВ подключают оксидный конденсаторфильтра емкостью 2000 мкФ на номинальное напряжение не менее 10В. Врезультате получаются функционально законченные блоки питания. Для измеренияих параметров и снятия внешних характеристик к выходу подключают нагрузочныйрезистор и измерительные приборы: миллиамперметр и вольтметр.

    Результаты эксперимента, приведеные в табл. 2,свидетельствуют о преимуществе КСТВ перед КВС по уровню пульсаций выходногонапряжения при соизмеримых значениях тока нагрузки.

Блок питания Ток нагрузки, мА Выходное напряжение, В Амплитуда наряжения пульсаций, мВ КВС (C1=0.5 мкФ) 3 15 30 9.2 9.1 9 70 70 70 КСТВ (C1=0.5 мкФ) 3 15 30 8.8 8.7 8.5 10 25 40 КВС (C1=1 мкФ) 3 30 60 8.9 8.8 8.6 15(20) 70(150) 100(250)

Таблица 2

Причина этого заключена в том, в КСТВ конденсатор фильтра, заряженный дозначения напряжения U_ст, разряжается винтервале времени t₃...t₅только через нагрузку. В КВС конденсатор в этот период разряжается черезсоединенные параллельно нагрузку и стабилитрон, имеющий малоедифференциальное сопротивление. Снижение амплитуды напряжения пульсаций навыходе КСТВ при уменьшении тока нагрузки положительно влияет на качествоработы питаемой аппаратуры. Например, уровень фона питающего напряжения навыходе звуковоспроизводящей аппаратуры снижается в звуковых паузах.

    Влияние неравенства значений U_стстабилитронов VD3,VD4 на амплитуду пульсации выходного напряженияиллюстрируют значения в скобках из табл.2, которые получены в результатезамены стабилитрона #7 (VD3) на #1 (см. табл. 1). Так как значениянапряжения стабилизации экземпляров стабилитронов отличаются на 0.6 В (около7% от U_ст), амплитуда пульсаций выходногонапряжения возросла, однако осталась меньше, чем у КВС при малых токахнагрузки. При максимальном токе в напряжении пульсации наряду с частотой 100Гц появилась составляющая 50 Гц. По мере уменьшения тока нагрузки амплитудапульсаций также уменьшается, доля составляющей частотой 50 Гц растет, ачастотой 100 Гц - уменьшается. Под нагрузкой не более 10% от номинальнойсоставляющая 100 Гц отсутсвует, частота напряжения пульсации -50 Гц.

    По значениям из табл.2 рассчитано внутреннеесопротивление блоков питания: КВС - 7 Ом, КСТВ (C1= 0.5 мкФ) - 10 Ом, КСТВ(C1=1 мкФ) - 5 Ом. Примерно такие же значения внутреннего сопротивленияхарактерны для батареи, составленной из шести свежих гальваническихэлементов 316 или частично разряженных гальванических элементов большейемкости.

    При использовании мощных стабилитронов(Д815А...Д817ГП), имеющих на корпусе шпильку крепления, их можно установитьна общий радиатор, если в обозначении их типа присутсвует буква П. Впротивном случае диоды и стабилитроны необходимо поменять местами.

    Гальваническая связь сети с выходом блокапитания, а значит, и с питаемой аппаратурой, создает реальную опастностьпоражения электрическим током. Об этом следует помнить при конструировании иналаживании блоков с конденсаторно-стабилитронным выпрямителем.Предотвращение электротравматизма возможно путем применения двойнойизоляции, а также быстродействующего автоматического устройства защитногоотключения [4,5].

Литература