Повышающий регулятор напряжения

С. ЛУСТА Радио №5/2006 ст.39

Известно множество конструкций регуляторов действующего значения напряжения, поступающего на подключенную к сети нагрузку (обычно их называют регулятора­ми мощности). Но все они лишь уменьшают напряжение. Автор предлагаемой статьи нашел способ повысить его

Поводом к разработке и изготовле­нию этого устройства послужили регулярные (особенно в зимний пери­од) снижения напряжения в сети 220 В до 150… 170 В. В результате ста­новилась невозможной работа, напри­мер, с паяльником, мощность которого уменьшалась более чем в два раза — пропорционально квадрату напряже­ния Конечно, повысить напряжение можно с помощью регулируемого авто­трансформатора, но его не сделаешь малогабаритным и легким. Известные по многочисленным публикациям регу­ляторы на тиристорах тоже не годятся, так как способны только уменьшать действующее значение напряжения.

Было решено подключить паяльник к сети через мостовой выпрямитель с конденсатором фильтра. Постоянное хорошо сглаженное напряжение на вы­ходе выпрямителя (310 В при номи­нальном напряжении в сети) при сниже­нии сетевого до 160 В составляет как раз 220 В. Уменьшая емкость конденса­тора фильтра, можно добиться равенст­ва действующего значения пульсирую­щего выпрямленного напряжения но­минальному сетевому и при фактичес­ком напряжении в сети 170…180 В.

Однако подключение к сети выпря­мителя с разряженным конденсатором фильтра значительной емкости приво­дит к большой токовой перегрузке в момент включения. При неудачном стечении обстоятельств, например, при включении в момент максимума переменного напряжения, практичес­ки ничем не ограниченный ток зарядки способен вывести из строя как диоды выпрямителя, так и сам конденсатор. Чтобы ограничить пусковой ток, после­довательно в цепь зарядки конденса­тора обычно включают ограничитель­ный резистор или терморезистор.

Но при небольшом номинале огра­ничительный резистор неэффективен, а при большом на нем рассеивается значительная мощность в рабочем ре­жиме, что ведет к перегреву самого ре­зистора и устройства, в котором он ус­тановлен. С этой точки зрения значи­тельно лучше терморезистор, облада­ющий большим сопротивлением в хо­лодном состоянии и резко его умень­шающий с разогревом. К сожалению, терморезистор довольно долго осты­вает и при повторном после кратковре­менного отключения пуске практически не ограничивает ток. Этим объясняют­ся частые выходы из строя импульсных блоков питания при плохом контакте в розетке или после кратковременного пропадания напряжения по другим причинам.

В устройстве, схема которого пока­зана на рис. 1, было решено, отказав­шись от терморезистора, предусмот­реть предварительную зарядку кон­денсатора небольшим током до амп­литудного значения сетевого напряже­ния с дальнейшим ручным переключе­нием в рабочий режим.

При разомкнутом выключателе SA1 происходит зарядка конденсатора С1 током, текущим через зеленый кристалл светодиода HL1 и резистор R1. По мере зарядки этот ток уменьшается, а теку­щий через красный (соединенный с плю­совым выводом конденсатора через ре­зистор R2) кристалл светодиода растет. В результате цвет свечения светодиода постепенно изменяется от зеленого до красного. Это занимает 5… 10 с, по ис­течении которых конденсатор можно считать заряженным. Пока выключатель SA1 разомкнут, пульсации выпрямленного напряже­ния остаются несглаженными и дейст­вующее значение напряжения на на­грузке практически равно сетевому. При пониженном сетевом напряжении после зарядки конденсатора С1 вы­ключатель SA1 замыкают. Это увели­чивает напряжение на маломощной нагрузке приблизительно на 40 %. С уменьшением сопротивления на­грузки пульсации выпрямленного на­пряжения возрастут и приращение бу­дет меньшим, но для нормальной ра­боты паяльника мощностью не более 100 Вт вполне достаточным.

Обратите внимание на диод VD5 Без него при отключении регулятора от сети с подключенной нагрузкой (что случается довольно часто) напряжение заряженного конденсатора С1 оказа­лось бы приложенным к светодиоду в обратной полярности. Это неизбеж­но привело бы к пробою зеленого кри­сталла. Диод VD5 защищает светодиод от пробоя и обеспечивает безопасную разрядку конденсатора С1 через рези­стор R1.

Выпрямитель собран в корпусе от малогабаритного сетевого адаптера На его верхней крышке установлены гнезда для подключения нагрузки и светодиод, а на боковой стенке — выключатель SA1. К нему можно под­ключать не только паяльник, но и дру­гие нагревательные приборы и лампы накаливания. Если мощность нагрузки превышает 100 Вт, диоды выпрями­тельного моста следует заменить бо­лее мощными.

Заменив конденсатор С1 набором конденсаторов различной емкости, можно воспользоваться зависимостью выпрямленного напряжения (при дан­ном сопротивлении нагрузки) от емко­сти конденсатора фильтра и в некото­рых пределах изменять напряжение на нагрузке, переключая конденсаторы. Во избежание бросков пускового тока все конденсаторы должны быть пред­варительно заряжены.

Плавно регулировать выходное на­пряжение практически от нуля до мак­симума можно с помощью широтно­импульсного (ШИ) регулятора на мощ­ном полевом транзисторе. Использо­вать тиристор в качестве коммутирую­щего элемента в данном случае нель­зя, так как необходимого для выключе­ния этого прибора спада тока нагрузки до нуля в каждом полупериоде не про­исходит.

Схема ШИ регулятора, дополняю­щего рассмотренный выше выпрями­тель, изображена на рис. 2. Его прото­типом послужило устройство, описан­ное в статье И. Нечаева «Малогабарит­ный регулятор мощности» («Радио», 2003, № 7, с. 38). Отличия — способ питания микросхемы DD1 и более мощ­ный полевой транзистор VT1. Изменяя переменным резистором R5 скважность открывающих транзис­тор импульсов от 1,01 до 100, удается уменьшать выпрямленное напряжение, поступающее на нагрузку почти до ну­ля. Это обеспечивает работу паяльника как с уменьшенной мощностью, так и с перегревом, который может потре­боваться для пайки массивных дета­лей. Очень удобно установить в качест­ве R5 переменный резистор, спарен­ный с выключателем SA1 (см. рис. 1). Последний должен срабатывать в по­ложении движка переменного резисто­ра, соответствующем минимальному выходному напряжению.