Импульсный стабилизатор тока схема 10а

Блок питания на 10 А с регулируемым током и термометром

Решил сделать простой блок питания на ток более 10 Ампер (заодно с функцией заряда и разряда любых аккумуляторов, в том числе от авто). Чтобы не усложнять дело, использовал пару транзисторов плюс LM317. Блок питания работал, но нужно было его усилить, поэтому добавил ещё пару транзисторов. Блок питания после 30 минут работы с 10 А и принудительном охлаждении достиг вполне терпимой температуры. Единственно мост немного грелся, но по документации он может выдерживать температуру до 150 C, поэтому все равно.

• Схема БП на 10 Ампер
• Параметры блока питания
• Схема и параметры термометра
• Список элементов схемы

Схема БП на 10 Ампер

Чтобы нагрузить источник питания 12 амперами, добавил к нагрузке мотор-редуктор, который во время блокировки тянет около 2 А и ничего — держит.

Схема принципиальная Блока питания на ток 10А

Далее пришла в голову мысль, чтобы добавить светодиодный термометр в этот блок питания, так как были все необходимые компоненты. И вот после сборки получилось такое полезное дело: Блок питания 10 А с ограничением тока, искусственной нагрузкой и термометром.

В качестве вольтметра обычный цифровой модуль, который купил для предыдущего источника питания, но, к сожалению, оказалось, что у него должно быть гальванически развязанное напряжение.

Параметры блока питания

• Источник питания даст на выходе 1.2…19 В
• Кратковременная мощность (ток) 10 A
• Постоянная мощность 8 А транзисторы TIP122 4 шт.
• Трансформатор ТС 170

Искусственная нагрузка регулирование 0..8 A. Входное напряжение 10 … 24 В

Схема и параметры термометра

• Светодиодный термометр с напряжением питания + 5 В.
• Потребляемый ток термометром 200 мА.
• Работа и измерение датчика температуры: -25 C до + 125 C.
• Чтение датчика 3 раза в секунду.
• Размеры: 65 x 60 x 15 мм
• Индикация на дисплее : 2.5 + 1

Основным преимуществом этого решения является очень простая схема и представление результатов на легко читаемом светодиодном дисплее — отлично видном на расстоянии или в темноте.

Важнейшим компонентом решения является чип ICL 7107. Калибровка проста: сначала датчик помещают в ледяную воду, т.е. температура составляет около 0 С, устанавливаем потенциометры на дисплее 0, затем помещаем датчик в кипящую воду — температура приближается к 100 С и устанавливается на дисплее 100. Для точной калибровки между крайними значениями лучше всего подойдет обычный термометр.

Список элементов схемы

• R1 — 100K
• R2 — 1M
• R3 — 220K
• R4 — 47K
• R5 — 22K
• R6 — 330R
• R7 — 10K
• R8 — 220R
• P1, P2 — 100K
• C1 — 120 пФ
• C2, C6 — 100 нФ
• C3 — 10 нФ
• C4 — 470 нФ
• C5 — 220 нФ
• C7 — 22 мкФ
• D1 — 1N4148
• D2 — BAT 42
• T1 — BC547B
• IO1 — ICL7107
• T — любой кремниевый транзистор
• Q1, Q2 — светодиодные дисплеи

Вот такая получилась универсальная штука для радиолюбительской лаборатории. Работает и как мощное зарядно-разрядное устройство, и как электронная нагрузка, и как обычный регулируемый блок питания.

Электроника для всех

Блог о электронике

Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы.

Иногда надо получить высокое напряжение из низкого. Например, для высоковольтного программатора, питающегося от 5ти вольтового USB, надыбать где то 12 вольт.

Как быть? Для этого существуют схемы DC-DC преобразования. А также специализированные микросхемы, позволяющие решить эту задачу за десяток деталек.

Принцип работы
Итак, как сделать из, например, пяти вольт нечто большее чем пять? Способов можно придумать много — например заряжать конденсаторы параллельно, а потом переключать последовательно. И так много много раз в секунду. Но есть способ проще, с использованием свойств индуктивности сохранять силу тока.

Чтобы было предельно понятно покажу вначале пример для сантехников.

Заслонка открывается и мощный поток жидкости начинает сливаться в никуда. Смысл лишь в том, чтобы этим потоком как следует разогнать турбину. Накачать ее энергией, передав энергию источника в кинетическую энергию турбины.

Фаза 2

Заслонка резко закрывается. Потоку больше деваться некуда, а турбина, будучи разогнанной продолжает давить жидкость вперед, т.к. не может мгновенно встать. Причем давит то она ее с силой большей чем может развить источник. Гонит жижу через клапан в аккумулятор давления. Откуда же часть (уже с повышеным давлением) уходит в потребитель. Откуда, благодаря клапану, уже не возвращается.

Скорость турбины на излете, энергия перешла в давление в аккумуляторе. Сил продавить клапан, подпертный с той стороны набитым давлением уже не хватает. Вот вот и все встанет. Но в этот момент вновь открывается заслонка и турбина вновь разгоняется, набирает энергию из источника, превращая энергию потока в энергию вращающихся масса металла. Потребитель, тем временем, потихоньку жрет из аккумулятора.

И вновь заслонка закрывается, а турбина начинает яростно продавливать жидкость в аккумулятор. Восполняя потери которые там образовались на фазе 3.

Назад к схемам
Вылезаем из подвала, скидываем фуфайку сантехника, забрасываем газовый ключ в угол и с новыми знаниями начинаем городить схему.

Вместо турбины у нас вполне подойдет индуктивность в виде дросселя. В качестве заслонки обычный ключ (на практике — транзистор), в качестве клапана естественно диод, а роль аккумулятора давления возьмет на себя конденсатор. Кто как не он способен накапливать потенциал. Усе, преобразователь готов!

Ключ замкнут. Ток от источника начинает, фактически, работать на катушку. Накачивая ее энергией.

Ключ размыкается, но катушку уже не остановить. Запасенная в магнитном поле энергия рвется наружу, ток стремится поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В результате, напряжение на выходе с катушки резко подскакивает (чтобы пробить путь току) и прорвавшись сквозь диод набивается в конденстор. Ну и часть энергии идет в нагрузку.

Ключ тем временем замыкается и катушка снова начинает нажирать энергию. В то же время нагрузка питается из конденсатора, а диод не дает току уйти из него обратно в источник.

Ключ размыкается и энергия из катушки вновь ломится через диод в конденсатор, повышая просевшее за время фазы 3 напряжение. Цикл замыкается.

Как видно из процесса, видно, что за счет большего тока с источника, мы набиваем напряжение на потребителе. Так что равенство мощностей тут должно соблюдаться железно. В идеальном случае, при КПД преобразователя в 100%:

Так что если наш потребитель требует 12 вольт и кушает при этом 1А, то с 5 вольтового источника в преобразователь нужно вкормить целых 2.4А При этом я не учел потерь источника, хотя обычно они не очень велики (КПД обычно около 80-90%).

Если источник слаб и отдать 2.4 ампера не в состоянии, то на 12ти вольтах пойдут дикие пульсации и понижение напряжения — потребитель будет сжирать содержимое конденсатора быстрей чем его туда будет забрасывать источник.

Схемотехника
Готовых решений DC-DC существует очень много. Как в виде микроблоков, так и специализированных микросхем. Я же не буду мудрить и для демонстрации опыта приведу пример схемы на MC34063A которую уже использовал в примере понижающего DC-DC преобразователя.

Работа
Питание через токовый шунт Rsc идет в дроссель L1 оттуда через ключ (SWC/SWE) на землю и через диод D1 на накопительный конденсатор C2. C него на нагрузку. Прям как в схеме приведенной выше. Остальные элементы для задания режима работы микросхемы.

• SWC/SWE выводы транзисторного ключа микросхемы SWC — это его коллектор, а SWE — эмиттер. Максимальный ток который он может вытянуть — 1.5А входящего тока, но можно подключить и внешний транзистор на любой желаемый ток (подробней в даташите на микросхему).
• DRC — коллектор составного транзистора
• Ipk — вход токовой защиты. Туда снимается напряжение с шунта Rsc если ток будет превышен и напряжение на шунте (Upk = I*Rsc) станет выше чем 0.3 вольта, то преобразователь заглохнет. Т.е. для ограничения входящего тока в 1А надо поставить резистор на 0.3 Ом. У меня на 0.3 ома резистора не было, поэтому я туда поставил перемычку. Работать будет, но без защиты. Если что, то микросхему у меня убьет.
• TC — вход конденсатора, задающего частоту работы.
• CII — вход компаратора. Когда на этом входе напряжение ниже 1.25 вольт — ключ генерирует импульсы, преобразователь работает. Как только становится больше — выключается. Сюда, через делитель на R1 и R2 заводится напряжение обратной связи с выхода. Причем делитель подбирается таким образом, чтобы когда на выходе возникнет нужное нам напряжение, то на входе компаратора как раз окажется 1.25 вольт. Дальше все просто — напряжение на выходе ниже чем надо? Молотим. Дошло до нужного? Выключаемся.
• Vcc — Питание схемы
• GND — Земля

Все формулы по расчету номиналов приведены в даташите. Я же скопирую из него сюда наиболее важную для нас таблицу:

Конденсатор С1 призван оградить питающую цепь от бросков. Потому и взят побольше. Резистор R1 у меня взят на 1.5кОм, а R2 на 13кОм, что дает нам напряжение выхода в 12 вольт. В качестве диода надо выбирать диод Шоттки. Например 1N5819. У диодов Шоттки заметно ниже падение напряженияна pn переходе, а еще ниже паразитная емкость этого перехода, что позволяет ему работать с меньшими потерями на больших частотах. Микросхема может работать на входном напряжении от 3 вольт.

Опыт
Для примера по быстрому развел микромодульчик, забирающий 5 вольт и выдающий 12 вольт. Схема уже приведена выше, а печатка получилась такой:

Запитал от 5 вольт и нагрузил на 12ти вольтовую светодиодную линейку. КПД у моего преобразователя, кстати, получился так себе — не выше 50% т.к. слишком маленькая индуктивность дросселя и большая емкость конденсатора С3, но иного под рукой не оказалось.

• Даташит на MC34063A

Вот так вот. Простая схемка, а позволяет решить ряд проблем.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

236 thoughts on “Повышающий DC-DC преобразователь. Принцип работы.”

Спасибо, очень познавательно, полезно и подробно, в самый раз для начинающих (типа меня :)).

Вот калькулятор для этой микросхемы описанием на русском от брата BSVi:
http://bsvi.ru/dc-dc-na-mc34063/

отличная статья! Очень информативно и познавательно.
И моя любимая параллель — схемотехника сантехника 🙂

DI HALT, спасибо за статью. Вот я только не понял, что такое Rsc («токовый шунт»)? У тебя на схеме туда впаяна перемычка?

Я не Дихалт, но отвечу.
Токовый шунт — это токовый шунт. В данной схеме он для измерения пикового тока через индуктивность. Так как этот резистор включен последовательно с катушкой то ток через него проходит такой же; и по закону Ома на нем образуется некое падение напряжения(U=I*R), которое пропорционально току, которое и измеряет микросхемка выводом 7.
Перемычкой он заменен потому, что для того, чтобы не просирать много мощности в тепло сопротивления токовых шунтов выбирают достаточно маленькими(0.22 Ома в данном случае) что по большому счету и равно сопротивлению перемычки ну т.е. не обязательно у всех перемычек сопротивление 0.22, просто оно есть, и оно не бесконечно маленькое и его обычно хватает как раз для всяких таких вот шунтов.

То есть, на всех SMD-резисторах с сопротивлением меньше 1 Ом пишут просто 0?

Не совсем так. У 0 сопротивления оно все же весьма близко к нулю. Т.е. меньше чем надо. Просто найти нужный резистор (на 0.3 ома или около того) проблематично бывает. Вот я и забил на токовую защиту.

Надежный ИИП на IR2153 (софтстарт+защита от КЗ)

Предлагаю вам простую схему импульсного блока питания для усилителя на основе легендарной микросхемы IR2153. Схем в сети очень много, но ни одна не имеет нормального софтстарта, из-за чего начинающие радиолюбители палят много полевых транзисторов и микросхем (я тоже с этого начинал).

ИИП IR2153

Характеристики:
— напряжение питания: 210-240в;
— напряжение на выходе (холостой ход): +38/-38в;
— мощность: 300вт;
— софтстарт: есть.
— защита от короткого замыкания: есть.

DA_Power IR2153 схема

Данная схема отличается от всех остальных тем, что в ней каждый полевик защищен от токовой перегрузки. Принцип работы защиты очень прост, рассмотрим схему управления нижним полевиком. С выхода LO микроcмы IR2153 поступаем меандр амплитудой 12в и частотой 44кГц, через конденсатор С11 и затворный резистор R8 этот сигнал открывает и закрывает полевик. Как только ток через шунт R10 хоть на мгновение превысит значение 7А, зарядится конденсатор С13, транзистор VT2 откроется и разрядит внутреннюю емкость полевика и конденсатор С11. Трансзистор T2 закроется , и может быть открыт только поле следующего сигнала от IR2153. Ток через полевый транзистор будет иметь форму острой иголки (подобие ШИМ с малым заполнением импульса).

Рисунок платы

При 6А импульсы обычные:

При токе более 7А импульсы принимают следующую форму:

Первое включение нужно осуществлять при подаче на вход 12в вместо 220, установив перемычку на резистор R4. На плате подписаны +12 и -12в для проверки. Если все нормально работает и на выходе в плечах есть небольшое постоянное напряжение, значит все собрано верно и можно включать в сеть через лампочку, затем напрямую. Блок питания стартует очень мягко, можно смело ставить на выходе большие емкости, при коротком замыкании на выходе напряжение падает до нуля, затем снова поднимается до оптимального значения.

Фото собранного блока питания:

Осциллограммы на обмотках трансформатора:

Холостой ход Добавляем снаббер 100ом + 220пф стало поменьше звона Нагрузка 250вт, огромный Deadtime Удалось зафиксировать работу софтстарта при включении, заряд емкостей по 1000мкф в плече происходит за 10мС Увеличиваем развертку Начало пуска

Удачи в повторении….

Более надежный вариант с триггерной защитой:

R17 и транзистор VT4 — датчик тока, VT1 и VT3 — триггер, VT2 — при защелкивании притягивает вывод (CT) микросхемы IR2153 к земле, мгновенно останавливая генерацию. При токовой перегрузке или КЗ ИИП выключается, дальнейшая работа возможна при обесточивании на 1 минуту. С9 — предотвращает ложное срабатывание защиты при первом пуске, когда заряжаются емкости во вторичке.

Печатная плата второй версии:

Описание сборки данного блока питания.

Силовой трансформатор намотан на кольце R31*19*15 PC40.

Ферритовое кольцо.

Для надежности поверх лака уложен слой изоляции в 1 слой:

Слой изоляции.

Первичная обмотка содержит 52 витков проводом 0,75мм. Выводы дополнительно изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка.

Далее накладываются 2 слоя изоляиции:

Двойной слой изоляции.

Вторичная обмотка содержит 11 витков, мотается разом 4-мя жилами провода 0,75мм (в диаметре). При 52 витках первички будет ровно 3в/виток, 11 витков вторички дадут нам +33/-33в на выходе.

Вторичная обмотка.

Те выводы, что снизу фиксируются нитками, также сразу надо зачистить все жилы:

Готовый трансформатор.

Синфазный дроссель, установлена перегодка для разделения обмоток:

Ферритовое кольцо для синфазного фильтра. R16*10*4.5 PC40

Обмотки выполнены проводом 0,5 мм длиной по 50см каждая, выводы также зачищаются:

Синфазный дроссель.

Проводом 0,75мм на оправке сделаны обмотки для силовых дросселей:

Намотка дросселя.

Далее на сердечниках 6*20 Zn600 с помощью клея крепятся обмотки:

Силовые дроссели.

Закупаем все необходимые детали:

Набор деталей.

Подложка от самоклейки с помощью скотчка крепится на лист бумаги А4:

Подложка.

Распечатываем на принтере рисунок платы, зеркалить ничего не надо!

Распечатанный рисунок.

Чистка меди наждачкой.

Обезжириваем медь и кладем подложку рисунком вверх на полумягкую поверхность, например книгу:

До переноса рисунка обезжириваем поверхность меди.

Кладем текстолит медью вниз и выравниваем по отметкам:

Текстолит на рисунке.

Ставим сверху утюг, прижимаем сильно, не двигаем горячий утюг в течении 1 минуты:

Утюг — мощность на максимум.

После убираем утюг, приживаем сверху текстолит еще парочкой книг, и даем немного остынуть. Далее подложка легко отрывается, а рисунок остается на медной поверхности:

Отрываем подложку.

Кладем текстолит в раствор хлорного железа:

В растворе хлорного железа.

После травления сверлим отверстия и залуживаем:

Олово, паяльник с оплеткой и канифоль.

Вставляем резисторы и всякую мелочь:

Резисторы+перемычки.

Далее более габаритные элементы:

Остальное

Правильно фазируем обмотки, тут проще некуда, если провода заранее промаркировать:

Не забываем зачищать лак на проводах.

Вставляем трансформатор на место:

Установка трансформатора.

Загибаем выводы и запаиваем:

Осталось запаять.

Сверлим радиатор для крепления транзисторов, делаем прижимную планку, а снизу делаем отверстие сверлом на 2,5мм и метчиком на 3 нарезаем резьбу для крепления радиатора:

Сверловка отверстий и нарезка резьбы.

Устанавливаем радиатор на место:

Крепим радиатор.

Все тщательно проверяем:

Проверка на «сопли» с помощью подсветки платы фонариком.

Готовимся к проверке работоспособности от блока питания 12в:

Перед проверкой от 12 в ставим перемычку.

На вход вместо 230в подаем 12в ( +и- обозначены на плате) на выходе должно появится небольшое постоянное напряжение:

Проверка от 12в с перемычкой, на выходе около 1в в плече.

Смотрим форму сигнала на затворах транзисторов:

Форма сигнала на затворе полевика, питание 12в ( для безопасности).

А на обмотках трансформатора должен появится меандр частотой 45-47кГц:

Проверка меандра на первичке при питании от 12в.

Далее обязательно убираем перемычку с резистора снизу платы и включаем в сеть:

Первое включение от сети с резистором 200ом в разрыв.

Прижимаем транзисторы к радиатору изолировав их с помощью теплопроводных прокладок:

Крепление транзисторов к радиатору.

Силовые диоды при работе греются довольно сильно. Вид сверху.

Форма сигнала на вторичных обмотках на холостом ходу:

Холостой ход, питание 220в, вторичка.

Тоже самое, но нагрузка 180вт.

Нагрузка 180вт.

ИИП работает хорошо, софтстарт, триггерная защита от КЗ. Микры китайские с али, но работают нормально, частота 47кГц. IR2153 Deadtime бы поменьше, было бы круто, напряжение под нагрузкой падает на 15%.

Удачи в повторении, вопросы задаем в комментариях, в группе вконтакте или vatsapp( в нижней правой части экрана жмем кнопку).

«Терра» против «Челленджера»

10 октября 1984 года американский космический корабль «Челленджер», выполняя миссию STS-41-G (STS-17), прошёл над секретным советским полигоном Сары-Шаган. Позднее в прессе начали циркулировать слухи, будто бы в тот день там проводились испытания оружия на «новых физических принципах», а корабль использовали в качестве «мишени», что повлияло на работоспособность бортового оборудования. Похожие утверждения можно встретить в исторической литературе и сегодня, но можно ли им верить?

Лазерный ответ

8 марта 1983 года президент Рональд Рейган, выступая перед Национальной ассоциацией евангелистов США во Флориде, назвал Советский Союз «империей зла» (Evil Empire) и призвал бороться с ним до полной победы Запада, невзирая на трудности и потери. 23 марта он обратился к нации с рассказом о своей Стратегической оборонной инициативе (Strategic Defense Initiative, SDI, СОИ), которую вскоре прозвали «планом звёздных войн», и которая была призвана обесценить значение советского ракетно-ядерного арсенала за счёт орбитальной эшелонированной системы перехвата.

После столь вызывающих шагов Рейгана стало ясно, что «холодная» война между сверхдержавами входит в новую фазу, которая потребует колоссальных расходов на создание высокотехнологичных ударных и оборонительных средств, в том числе космического базирования. Чрезвычайный и Полномочный посол Георгий Маркович Корниенко вспоминал:

«Как вскоре стало известно, в соответствии с принятым Советом национальной безопасности США решением изменение советской внутренней системы было признано приоритетной практической целью американской политики, а одним из главных средств достижения этой цели должно было стать экономическое давление, которое ставило бы Кремль перед трудным выбором распределения средств между военным и гражданским секторами экономики.

При этом американские руководители прямо заявляли, что осуществление задуманной ими программы будет для США равноценно восстановлению того господствующего положения в мире, которое они занимали, обладая атомной монополией, а это будет означать «изменение хода человеческой истории».

В связи с намеченным на конец 1983 года началом размещения в Европе американских ракет средней дальности и для нейтрализации противодействующих этому сил в западноевропейских странах к осени стали заметно наращиваться и другие усилия Вашингтона, направленные на то, чтобы опорочить не только советскую позицию в тех или иных конкретных вопросах, но и Советский Союз как таковой.

Все эти враждебные в отношении СССР заявления и действия американского руководства, естественно, вызывали ответную, не менее резкую реакцию, что в целом привело к серьёзному накалу в советско-американских отношениях».

В этих условиях политическое и военное руководство СССР выбрало курс на сохранение стратегического паритета, что сказалось и на развитии космонавтики: ответом на американскую программу «Спейс Шаттл» (Space Shuttle) должен был стать многоразовый космический корабль «Буран», а на орбитальную противоракетную оборону — создание средств уничтожения вражеских космических аппаратов.

Нужно помнить, что в тот период ещё действовал Договор об ограничении систем ПРО от 26 мая 1972 года, и администрация Рейгана не собиралась отказываться от него. Поэтому в ход пошла уловка: поскольку в тексте не упоминалось оружие на «новых физических принципах», то именно его собирались проектировать при реализации СОИ. Речь, прежде всего, шла о боевых лазерах, которые считались наиболее перспективным направлением в борьбе с вражескими баллистическими ракетами. Однако СССР мог ответить и на эту инициативу, ведь, помимо работ над классической системой ПРО, советские учёные десятилетиями вели исследования с целью повышения эффективности лазерных установок.

В 50-е годы в СССР и США были сформулированы теоретические предпосылки и построены прототипы радиочастотных квантовых генераторов — мазеров (от Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). На основе этих исследований появились соображения о возможности осуществления генерации в оптическом диапазоне с помощью лазера (от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), что привело к лавинообразному росту публикаций по данной тематике и появлению экспериментальных устройств. 16 мая 1960 года американский инженер Теодор Мейман запустил первый действующий лазер с кристаллом искусственного рубина в лаборатории Hughes Electric Corporation. Его успех наложился на ожидания, сформировавшиеся под влиянием футурологических и фантастических произведений, в которых с конца XIX века обсуждались варианты применения «тепловых лучей» в качестве оружия, поэтому направление разработок почти сразу сдвинулось в сторону военного заказа.

В Советском Союзе главным научным центром, где велись «пионерские» исследования по квантовым генераторам, стал Физический институт имени П.Н. Лебедева Академии наук (ФИАН). В группах, руководимых Александром Михайловичем Прохоровым и Николаем Геннадьевичем Басовым, занимались, прежде всего, задачей увеличения мощности лазерного излучения и поиском новых типов лазеров.

В начале 1963 года первый заместитель министра обороны маршал Андрей Антонович Гречко обратился к академику Мстиславу Всеволодовичу Келдышу с просьбой оценить возможность военного применения лазерных установок. Тот запросил мнения профильных специалистов ФИАНа, в том числе Николая Басова. В подготовленном отчёте утверждалось, что мощные лазеры могут быть использованы в качестве локаторов для сопровождения и распознавания целей, а также в будущем как оружие для их поражения.

В то же самое время сотрудники Опытно-конструкторского бюро №30 (ОКБ-30, с марта 1966 года — ОКБ «Вымпел») Государственного комитета по радиоэлектронике, которое специализировалось на проектировании комплексов для ПРО, искали способы повысить точность определения координат цели, летящей на большой скорости из космического пространства: до единиц угловых секунд по углу и 30 м по дальности. Теоретическими вопросами занималась группа под руководством Георгия Тартаковского, экспериментальными — отдел №56, который возглавлял Олег Ушаков. Начальником лазерной лаборатории отдела был назначен Николай Устинов — сын генерал-полковника Дмитрия Фёдоровича Устинова, члена ЦК КПСС и одного из руководителей военно-промышленного комплекса страны. Понятно, что участие в практической работе влиятельного представителя советской элиты способствовало быстрому развитию выбранного им научного направления.

Наибольший интерес у исследователей вызывали лазеры с модулированной «добротностью», генерирующие короткие (наносекундной длительности) и очень мощные импульсы. По ним ОКБ-30 кооперировалось с группой Басова в ФИАНе, которая определяла общую «идеологию» проекта, и в 1963 году Военно-промышленной комиссии были представлены предложения по экспериментальному локатору ЛЭ-1 на основе рубинового лазера со средней мощностью излучения один киловатт при импульсной мощности в десятки мегаватт. Локатор должен был осуществлять за короткое время поиск целей в «поле ошибок» обычных радиолокаторов.

Авторы ЛЭ-1 в начальный период были полны оптимизма относительно перспектив проекта, однако реальность быстро внесла свои коррективы: средняя мощность одного лазера на рубине вместо ожидаемого киловатта составила не более 10 Вт. Опыты, проведённые группой Басова, показали, что наращивание мощности путём последовательного усиления сигнала в каскаде возможно лишь до определённого уровня, после которого начиналось разрушение кристаллов. Возникла и проблема термооптического искажения излучения. Для преодоления этих трудностей, пришлось установить в локаторе не один, а 196 лазеров, которые работали поочередно с частотой 10 Гц и энергией импульса 1 Дж; общая средняя мощность излучения передатчика локатора составила около 2 КВт. В приёмном устройстве использовалась матрица из такого же количества фотоэлектронных умножителей. Задачу выявления цели усложняли погрешности, связанные с оптико-механическими переключателями локатора и крупногабаритными подвижными системами телескопа, а также искажения, вносимые атмосферой.

Устройство для накала свечи микродвигателей внутреннего сгорания с калильным зажиганием-2

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) с калильным зажиганием, применяемых в авиа-, авто- и судомоделизме [1-4], воспламенение топливовоздушной смеси в камере сгорания происходит от установленной на головке цилиндра миниатюрной свечи с накаливаемой спиралью. В зависимости от типа свечи её спираль, изготовленная из жароупорной, как правило, платиноиридиевой проволоки, имеет сопротивление 0,5. 2 Ом. Во время пуска двигателя на свечу подают посредством быстросъёмного контактного приспособления напряжение 1,5. 3 В от внешнего источника электропитания, обеспечивающего разогрев спирали током 1. 5 А до светло-красного цвета каления. После начала устойчивой работы двигателя источник электропитания от свечи отключают, спираль же свечи остаётся раскалённой благодаря высокой температуре газов в цилиндре двигателя.

Простейшие устройства для накала свечи модельных ДВС с калильным зажиганием — так называемые «накалы» [5], представляют собой подключаемый к свече цанговый зажим, конструктивно объединённый с отсеком для размещения автономного источника электропитания типоразмера AA — аккумулятора или гальванического элемента напряжением 1,2 В или 1,5 В соответственно.

Достоинства этих устройств — удобство и простота эксплуатации. Недостатки — отсутствие контроля тока накала свечи и возможности его регулирования, низкая стабильность тока накала, поскольку он существенно зависит от напряжения автономного источника электропитания, и, кроме того, это напряжение слишком мало для нормального накала спирали некоторых типов свечей.

Более сложные устройства для накала свечи модельных ДВС, кроме быстросъёмного контактного приспособления и источника электропитания — аккумуляторной батареи или батареи гальванических элементов напряжением 2. 4 В, включают в себя реостат, регулирующий ток накала свечи, амперметр, контролирующий ток накала, и вольтметр, измеряющий напряжение на свече [1,3].

Поскольку для этих устройств подходящий низкоомный реостат промышленного исполнения трудно приобрести, его, как правило, изготавливают самостоятельно. Обычно для этого используют отрезок спирали от электроплитки, от которого посредством зажима «крокодил» делают отвод, при этом ток накала свечи регулируют, изменяя место подключения отвода [1,3]. Однако удобство эксплуатации, стабильность и надёжность работы устройств для накала свечи, в которых применяется реостат такой конструкции, оставляют желать лучшего.

Кроме того, автономные источники электропитания напряжением 2. 4 В, пригодные по техническим характеристикам и условиям эксплуатации для накала свечи модельных ДВС, в частности, наиболее подходящие для этой цели серебряно-цинковые аккумуляторы [3], трудно приобрести или они слишком дороги. Поэтому в этих устройствах в качестве источника электропитания нередко применяют широко распространённую автомобильную аккумуляторную батарею (АКБ) с номинальным напряжением 12,6 В, при этом напряжение для накала свечи снимают с одного или с двух аккумуляторов, а полное напряжение батареи используют для питания стартёра, прокручивающего во время пуска коленчатый вал модельного ДВС [1,3].

Однако современные автомобильные АКБ, как правило, не имеют внешних токоотводов от отдельных аккумуляторов, поэтому в устройствах для накала свечи при использовании таких АКБ излишек напряжения гасят на реостате, что приводит к непроизводительным потерям электрической энергии. Например, при токе накала свечи 3. 4 А и напряжении АКБ 12,6 В падение напряжения на реостате — около 10 В, а рассеиваемая на нём мощность — 30. 40 Вт, что сопоставимо с мощностью электропаяльника.

От этого недостатка свободны устройства для накала свечи, предложенные в [6-10]. Устройство [6] формирует посредством интегрального широтно-импульсного преобразователя из напряжения 6. 12 В внешнего источника электропитания стабилизированное напряжение 1,5. 2 В, изменяя значение которого переменным резистором, управляющим работой интегрального преобразователя, регулируют ток накала свечи.

Устройства [7-10] питают свечу прямоугольными импульсами напряжения, амплитуда которых близка к напряжению 12,6 В источника электропитания. В этих устройствах накал свечи регулируют переменным резистором, изменяющим скважность или частоту выходных импульсов, формируемых встроенным генератором. Спираль свечи, питаемая импульсным напряжением, вследствие своей тепловой инерционности не успевает перегреться за время приложения напряжения источника электропитания и не успевает остыть в паузе между импульсами. В результате на свече, работающей как интегратор, усредняющий по времени подаваемое на спираль импульсное напряжение, поддерживается необходимый постоянный накал.

Устройство [6] имеет относительно узкий интервал регулирования тока накала свечи (1,5. 3,5 A), что ограничивает число типов свечей, которые можно питать от этого устройства. Устройство [7] ненадёжно в работе, поскольку не защищено от замыкания в цепи нагрузки, выводящего его из строя. Накал свечи, питаемой от устройств [7, 8], существенно зависит от напряжения источника электропитания, что является недостатком, затрудняющим пуск двигателя. Кроме того, устройства [6-8] не обеспечивают безопасной эксплуатации свечи, поскольку, если в силу тех или иных причин их регулирующий элемент будет аварийно постоянно открыт, в цепь накала свечи поступит полное напряжение источника электропитания, в результате чего спираль свечи выйдет из строя.

От этих недостатков свободно устройство [9, 10], однако его схема относительно сложна. Предлагаю более простой вариант устройства для накала свечи модельных ДВС с калильным зажиганием. Оно выполнено на доступной элементной базе, легко в налаживании и стабильно в работе.

Основные технические характеристики

Напряжение питания, В. 7,4

Ток потребления (без подключения свечи), мА, не более . 35

Интервал регулирования тока накала свечи, А, не менее. 0. 4

Рис. Схема устройства для накала свечи

Схема устройства для накала свечи представлена на рисунке. Основа устройства — стабилизатор напряжения — аналог регулируемого стабилитрона [11]. Этот стабилизатор включает в себя регулирующий элемент — транзистор VT1; измерительный элемент — делитель напряжения R5R6; регулируемый источник напряжения смещения — делитель напряжения R9-R11, фильтрующий конденсатор — C7; усилитель напряжения рассогласования — ОУ DA3, резисторы R7, R8; усилитель постоянного тока — транзисторы VT2, VT3, резисторы R12-R15; фильтрующий конденсатор C6. Интегральный стабилизатор напряжения DA1 формирует напряжение питания для этого функционального узла. Конденсаторы C1, C2, C4 — фильтрующие.

Микросхема DA2, резисторы R2-R4, защитный диод VD1 и фильтрующие конденсаторы C3, C5 образуют источник стабилизированного напряжения, питающий свечу EK1, которую подключают к устройству посредством быстросъёмного контактного приспособления X1.

Устройство работает так. После замыкания контактов выключателя SA1 загорается светодиод HL1, на вход интегральных стабилизаторов DA1, DA2 поступает напряжение источника электропитания 7,4 В, при этом на выходе каждого из них формируется напряжение 5 В.

Накаливающий свечу EK1 ток втекает в коллектор транзистора VT1 и создаёт на нём падение напряжения. Поскольку участок коллектор-эмиттер транзистора VT1 включён последовательно с делителем напряжения R5R6, соединённым выходом с инвертирующим входом ОУ DA3, повышение напряжения на коллекторе этого транзистора при увеличении втекающего в коллектор тока приводит к повышению напряжения на инвертирующем входе ОУ DA3. Выходное напряжение ОУ DA3, начальный уровень которого задан напряжением, поданным на неинвертирующий вход этого ОУ с выхода делителя напряжения R9-R11, уменьшается на значение, определяемое глубиной отрицательной обратной связи, охватывающей ОУ DA3 через резистор R7, при этом ток базы транзистора VT2, а следовательно, и ток коллектора транзистора VT3 увеличиваются. В результате ток базы транзистора VT1 возрастает, проводимость его участка коллектор-эмиттер повышается, вследствие чего напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT1 возвращается к первоначальному уровню. При уменьшении втекающего в коллектор транзистора VT1 тока стабилизатор напряжения работает аналогичным образом в противоположном направлении.

Регулируя переменным резистором R10 напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA3, изменяют выходное напряжение ОУ, при этом изменяется напряжение на коллекторе транзистора VT1, а следовательно, и напряжение на свече EK1, в результате чего изменяется ток, протекающий через свечу, и соответственно изменяется степень накала её спирали. Амперметр PA1 предназначен для измерения тока накала свечи EK1, плавкая вставка FU1 защищает свечу от перегрузки по току.

Прямосмещённый диод VD2 гасит излишек напряжения на свече EK1, ограничивая её максимальный ток накала на безопасном уровне при насыщении транзистора VT1. Если вследствие тех или иных причин напряжение на коллекторе транзистора VT1 превысит напряжение на выходе микросхемы DA2, диод VD2 закрывается, что предотвращает протекание тока в цепи накала свечи в обратном направлении.

Формирование напряжения питания свечи EK1 путём вычитания из фиксированного выходного напряжения микросхемы DA2 регулируемой суммы напряжений коллектор-эмиттер транзистора VT1 и диода VD2 позволяет, установив в соответствующее положение движок переменного резистора R10, регулировать ток накала свечи EK1 практически от нуля, избегая возможности выхода свечи из строя при броске тока через её спираль в момент включения устройства.

Монтаж устройства выполнен навесным способом на макетной плате. Интегральный стабилизатор напряжения DA2, транзистор VT1 и диод VD2 установлены на теплоотводах с площадью рассеивающей поверхности 100, 50 и 25 см 2 соответственно. К свече от устройства идёт пара гибких изолированных медных проводов сечением 0,5 мм 2 длиной 500. 600 мм, оканчивающихся специальной конструкции [1, 3] быстросъёмным контактным приспособлением.

В устройстве применены танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы К53-16, конденсатор C6 — оксидный алюминиевый К50-35, керамические конденсаторы — К10-17-1а.

Вместо этих конденсаторов можно использовать импортные аналоги. Постоянные резисторы — С2-33, возможная замена — С2-23, МЛТ, ОМЛТ Регулировочный и подстроечный резисторы — СП4-1а и СП4-1в соответственно, их можно заменить другими подходящими.

Диоды КД212А, КД213А заменимы диодами этих же серий или подобными других серий. Светодиод АЛ307ГМ заменим другим, подходящим по цвету и яркости свечения.

Транзисторы КТ502Г, КТ814В, КТ819А допустимо заменить транзисторами этих же серий или других серий с аналогичными параметрами.

ОУ КР140УД1208 можно заменить на 140УД12, К140УД12 или КР140УД12, учитывая их различие в типе корпуса и назначении выводов. Микросхему КР1158ЕН5В можно заменить микросхемами этой же серии в ином конструктивном исполнении. Микросхема КР1195ЕН1А заменима импортным аналогом серии LT1083, вместо неё допустимо использовать микросхемы серий LT1084, LD1084.

Выключатель питания и плавкая вставка — любые подходящие по электрическим характеристикам и конструкции. Амперметр — М42300 стоком полного отклонения 5 А или другой аналогичный. Источник электропитания — LiPo АКБ Zippy Compact 5000 mAh 2S 25C. Можно использовать и другие АКБ, подходящие по электрическим характеристикам.

Налаживание устройства заключается в установке подстроечным резистором R4 на выводе 2 микросхемы DA2 напряжения 5 В. Регулируя переменным резистором R10 в рабочем интервале ток накала подключённой к устройству свечи EK1 (например, КС-2 [3]), наблюдают разогрев её спирали до светло-красного цвета каления. При необходимости пределы регулирования тока накала свечи EK1 корректируют подстроечным резистором R4.

1. Гаевский Ю. К. Авиамодельные двигатели. — М.: ДОСААФ, 1958, с. 7-14, 145- 149, 181-184.

2. Зуев В. П., Камышев Н. И., Бачурин М. Б., Голубев Ю. А. Модельные двигатели. — М.: Просвещение, 1973, с. 10-12, 43-51, 122-130.

3. Киселёв Б. А. Модели воздушного боя. — М.: ДОСААФ, 1981, с. 105-112.

4. Калина И. Двигатели для спортивного моделизма / Пер. с чешск. С. И. Грачёва. — М.: ДОСААФ, 1983, с. 86-90.

5. Накал для свечи Р/У модели. — URL: https://www.youtube.com/watch?v=cTVxT DCTCYY (31.08.21).

6. Карпунин И. В. Простой преобразователь напряжения для калильной свечи. — URL: http://www.avmodels.ru/articles/shim.html (31.08.21).

7. Ряховский О. С. Преобразователь напряжения для накала свечи. — URL: http:// www.rcdesign.ru/articles/electronics/ glow_driver (31.08.21).

8. Севастенков С. Устройство накала свечи от 12 В. — URL: http://shop. aviamodelka.ru/articlejnfo.php?articles_ (31.08.21).

9. Ильин О. Устройство для накала свечи микродвигателей внутреннего сгорания с калильным зажиганием. — Радио, 2017, № 6, с. 42-46.

10. Ильин О. П. Устройство для накала калильной свечи. — Патент РФ № 2660979, Бюл., 2018, № 20.

11. Ильин О. Стабилизация напряжения смещения. — Радиомир, 2012, № 12, с. 23-25.

Автор: О. Ильин, г. Казань

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу: