Импульсный блок питания для шуруповерта c защитой

В статье рассматривается схема импульсного источника питания, основой которого является контроллер TL494. Номинальное выходное напряжение ИИП — 14 вольт при максимальном токе нагрузки 15 ампер. В схеме предусмотрена комплексная защита по току нагрузки, включающая в себя ограничение максимального рабочего тока шуруповерта и дублирующую защиту по превышению длительности рабочего импульса.

Подробно ознакомиться с принципами работы защиты по превышению длительности рабочего импульса можно в статье «Защита импульсных блоков питания от КЗ». Схема данного импульсного блока питания классическая, с самовозбуждением, применяемая в блоках питания компьютеров, практически идентичная схеме рассмотренной в статье «Блок питания для инкубатора». В данной схеме лишь появилась возможность ограничения максимального тока нагрузки. Для этого задействован второй внутренний усилитель ошибки. В качестве датчика тока в схеме используется низкоомный резистор R39, он самодельный, сделан из отрезка константановой проволоки. Вновь введенные элементы схемы: R12 и C9 – корректирующая цепочка усилителя (частотозависимая ООС), работающего в схеме ограничения тока. Резисторы R20 и R21 представляют собой делитель опорного напряжения, с выхода которого на инвертирующий вход усилителя, вывод 15 микросхемы DD1, подается напряжение соответствующей величины. Величина этого напряжения находится в районе 0,1 вольта. Резистор R39 является датчиком тока нагрузки, сигнал с которого через резистор R23, поступает на неинвертирующий вход усилителя, вывод 16 микросхемы DD1. Работает схема ограничения тока нагрузки следующим образом. При прохождении тока нагрузки через датчик тока R39, на нем возникает падение напряжения, величина которого пропорциональна величине проходящего тока. Это напряжение через резистор R23 подается на неинвертирующий вход (вывод 16 микросхемы DD1) усилителя ошибки и сравнивается с опорным напряжением на инвертирующем входе – вывод 15 DD1. Как только падение напряжения на датчике тока начнет превышать опорное напряжение, так сразу же контроллер начнет уменьшать длительность выходных управляющих импульсов на выводах 8 и 11 DD1. Таким образом, при уменьшении сопротивления нагрузки контроллер будет уменьшать выходное напряжение — уменьшая длительность рабочих импульсов. Я не буду в рамках этой статьи повторяться, так как более подробно о работе узлов данной схемы описано в вышеупомянутых статьях.

Все элементы схемы расположены на печатной плате, рисунок которой расположен ниже.

Дроссель входного фильтра Др1 использован готовый от старого ИИП. Выходной дроссель фильтра Др2 намотан на сердечнике из распыленного железа – желто-белый, Т130-26, размер 33×20х11. При использовании данного источника питания для работы с шуруповертом уровень напряжения пульсаций на выходе схемы не имеет большого значения, и электрические данные дросселя могут быть менее критичны. Поэтому количество витков не рассчитывалось… — сколько уместилось при необходимой толщине жгута, столько и есть. Я рассчитывал параметры жгута на ток 16А: Диаметр провода D = 0,7√I = 0,7 • 4 = 2,8мм. S = π•D²/4 = 6,16мм². У меня был провод 0,64мм; S = 0,32мм²; Количество жил равно 6,16 / 0,32 = 19. Уместилось 10 витков.

Согласующий трансформатор Тр2 взят готовый от старого блока питания ПК. Можно его изготовить самостоятельно, как это сделать, можно узнать из статьи «Блок питания для инкубатора». Трансформатор Тр1, входящий в схему защиты по превышению длительности импульсов самодельный. Как изготовить его, написано в статье «Защита импульсных блоков питания от КЗ». Выходной трансформатор рассчитывался на мощность большую, чем необходимо для питания шуруповерта. Плотность тока в его обмотках выбрана равной 6А/мм². Это позволяет не применять принудительное охлаждение радиаторов. Габаритная мощность трансформатора на примененном сердечнике Ш12×20 при частоте 30кГц чуть больше пол киловатта. В то же время мощность нагрузки при напряжении питания 14В и токе 16А равна 224Вт. Все это позволяет смонтировать ИИП в герметичном корпусе, учитывая условия эксплуатации. Обмотка 1-2 содержит 29 витков провода D = 0,71мм, вторична обмотка 3-4-5 содержит 5×2 витков жгута 0,71×5. Первичная обмотка мотается за два раза. Сначала наматывается 15 витков провода D=0,71мм. Начало провода припаивается в контактной ножке на каркасе, а конец выводится через прорезь в противоположной щечке каркаса. Затем мотается 5 витков плоским жгутом, состоящим из 5 жил такого же провода первой половины вторичной обмотки. Начала жил припаиваются к ножкам, концы выводятся также через прорезь, но с другой стороны щечки. Затем еще 5 витков, таким же жгутом, второй половины вторичной обмотки. Начало жил припаивают к выведенным концам, а концы припаивают к ножкам. Намотка ведется в ту же сторону. Далее продолжаем доматывать в ту же сторону остальную часть первичной обмотки – 14 витков провода 0,71мм. Начало провода припаиваем к ранее выведенному концу половины первичной обмотки, конец припаиваем в ножке. Лучше применять провода марки ПЭТВ-2. Изоляционный лак провода такой марки выдерживает температуру +130°С. В качестве изоляции между слоями обмоток я использовал стеклолакоткань. После намотки каждой из обмоток произвожу пропитку бакелитовым лаком. Выпрямительные диоды VD14 и VD15 — MBRF20100CT. Каждый из диодов данной сборки имеет рабочий ток, равный 10А при допустимом обратном напряжении 100В. Если будет возможность, то лучше поставить MBR30100PT – 15А на диод и Uобр – 100В.

Внешний вид платы ИИП показан ниже.

На печатной плате предусмотрены контакты, на которые одеты перемычки J1 и J2. Вместо перемычек можно подсоединить переменные резисторы для регулировки выходного напряжения и величины тока ограничения. С установленными перемычками выходное напряжение находится в районе 13 вольт, а ток ограничения в пределах 8А. Для получения иных выходных параметров ИИП необходимо подобрать величину резисторов делителя R20 и R21 для тока стабилизации, и R7 и R16 для изменения выходного напряжения.

Внимание!!! Первое включение – только через лампу накаливания 60…100Вт.

Успехов! К.В.Ю.

Скачать статью и файлы проекта