Автономный блок питания

Схемы / Источники питания / Стабилизаторы напряжения –3 вольт
Administrator
977
4-02-2017, 00:41
0

Предлагаемый блок преобразует напряжение гальванической или аккумуляторной батареи из трёх элементов типоразмера АА в стабилизированное постоянное напряжение 3,3 В или 9 В (в зависимости от положения переключателя). Он пригодится в тех случаях, когда питание требующего такого напряжения электронного устройства от сетевого источника невозможно или нежелательно.

Первичным источником энергии для описываемого блока служит гальваническая или аккумуляторная батарея напряжением 3,6...4,5 В. Переключателем может быть выбрано одно из трёх значений выходного постоянного напряжения:

— стабилизированное 9 В (ток нагрузки до 0,15 А);

— стабилизированное 3,3 В (ток нагрузки до 0,9 А);

— нестабилизированное напряжение первичной батареи (ток нагрузки до 1,6 А).

Схема блока питания представлена на рис. 1. В нём два основных узла: импульсный стабилизированный повышающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное на микросхеме МС34063АР (DA1) с выходным напряжением 9 В и линейный стабилизатор напряжения 3,3 В на микросхеме MIC2937A-3.3BU (DA2).

Блок включают выключателем SA1. При нажатой кнопке SB1.1 напряжение батареи GB1 поступает на микросхему DA1, включённую по типовой схеме. Дроссель L1 — накопительный. Напряжение на выходе преобразователя выше напряжения питания микросхемы. Оно установлено равным 9 В соответствующим выбором сопротивления резисторов R3 и R5. От номинала резистора R2 зависит порог срабатывания встроенного в микросхему МС34063АР узла защиты от перегрузки по току.

Пульсации выходного напряжения сглаживает двухзвенный LC-фильтр C5C6L2C8C9L3C12C14. Дополнительно к нему создаваемые преобразователем высокочастотные радиопомехи подавляют двухобмоточный дроссель L4 и конденсатор С13. Это позволяет питать от блока радиоприёмники, измерительные приборы, высокочувствительные усилительные устройства. Конденсаторы С1 и С2 — блокировочные во входной цепи микросхемы DA1.

При токе нагрузки 0,15 А преобразователь работает на частоте около 50 кГц.

С такой нагрузкой выходное напряжение остаётся практически неизменным при разрядке батареи GB1 до 3,3 В, а без нагрузки — до 2,7 В. Амплитуда пульсаций выходного напряжения под нагрузкой не превышает 2 мВ.

На микросхеме MIC2937A-3.3BU (DA2) выполнен линейный стабилизатор напряжения 3,3 В, работающий при нажатой кнопке SB1.3.

Эта микросхема отличается малым падением напряжения между входом и выходом.

При максимальном токе нагрузки оно не превышает 0,37 В. Имеется встроенная защита от перегрузки, работающая по принципу ограничения выходного тока. Конденсаторы С4, С7, СЮ, С11 — блокировочные.

Относительно большой выходной ток стабилизатора позволяет питать напряжением 3,3 В от предлагаемого блока детские игрушки, электронные фотоаппараты, радиоприёмную и звукоусилительную аппаратуру, измерительные приборы и другие устройства с током потребления до 0,9 А. При токе нагрузки 0,5 А выходное напряжение остаётся неизменным при разрядке батареи GB1 до 3,42 В.

При нажатой кнопке SB1.2 повышающий преобразователь и линейный стабилизатор напряжения выключены. На выход блока поступает напряжение

Схема автономный блок питания представлена на рис. 1.

непосредственно от батареи GB1. В этом режиме блок можно применять, например, для подзарядки аккумуляторных батарей сотовых телефонов, питания детских игрушек, радиоприёмников.

В режиме холостого хода при нажатой кнопке SB1.1 (выходном напряжении 9 В) блок потребляет от батареи GB1 ток около 7 мА, а при нажатой кнопке SB1.3 (напряжении 3,3 В) — около 0,7 мА. Благодаря диодам VD1 и VD3 светодиод HL1 светится, когда нажата любая из этих кнопок, а напряжение батареи GB1 превышает 2,8...3 В. При нажатой SB1.2 светодиод выключен, а собственный ток потребления блока отсутствует.

Диод VD2 защищает блок от повреждения при переполюсовке батареи GB1. В этом случае цепь батареи размыкает самовосстанавливающийся предохранитель F1. Он же защищает от чрезмерной нагрузки на батарею при нажатой кнопке SB1.2 или неисправности микросхем DA1, DA2.

Переключатель выходного напряжения SB1 представляет собой строенный блок кнопок с двумя группами переключающих контактов у каждой и зависимой фиксацией. Электрически они соединены таким образом, что при одновременном нажатии на любые две или на все три кнопки на выходе блока будет установлено напряжение, соответствующее нажатой кнопке с минимальным позиционным номером. Например, если нажаты кнопки SB1.1 и SB1.3, на выход будет подано напряжение 9 В, а стабилизатор на микросхеме DA2 не включится.

Почти все детали блока установлены на монтажной плате размерами 71x55 мм. Микросхема DA2 снабжена теплоотводом размерами 25x15 мм из медного листа толщиной 0,5 мм. В качестве корпуса блока использована коробка размерами 115x60x38 мм от механизма детской шагающей куклы. Плата размещена в нём, как показано на рис. 2.

Кнопочный переключатель SB1 — П2К-3-15-3-Ч приклеен к съёмной части корпуса блока растворённым в ацетоне полистиролом. Его кнопки выведены на боковую стенку.

Для трёх элементов питания типоразмера АА, образующих батарею GB1, в корпусе имеется отсек, показанный на рис. 3. На нём же видно, где расположены светодиод HL1 и выключатель SA1. Выход блока снабжён соответствующим штекером для подключения к питаемому устройству.

В блоке могут быть применены малогабаритные резисторы любых типов, например, МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23. Провода, соединяющие резистор R2 с выводами микросхемы DA1, должны быть минимально возможной длины, а сам резистор — безындукционным непроволочным. Оксидные конденсаторы — импортные малогабаритные. Керамические конденсаторы — К10-17, К10-50, КМ-5 (СЗ, С13) и многослойные для поверхностного монтажа.

Конденсатор С1 припаивают непосредственно к выводам 4 и 6 микросхемы DA1. С минусовым выводом конденсатора С2 соответствующие выводы микросхемы DA1, конденсаторов С6 и С9 соединяют отдельными короткими проводами. Аналогичным образом соединяют с минусовым выводом конденсатора С4 выводы микросхемы DA2 и конденсатора С11. Конденсаторы С7 и СЮ припаивают непосредственно к выводам микросхемы DA2, а С6, С8, С12 — между выводами оксидных конденсаторов.

Вместо диода КД208А можно установить любой из серий КД212, КД243, КД247,1 N4001—1 N4007. Диоды КД522А заменяются любыми из серий КД510, КД512, КД521, КД522, а также 1N4148, 1N914, диод Шоттки 1N5819 — одним из аналогичных диодов 1N5818, MBRS130LT3, MBRS140T3, MBRS340T3, SR360.

Замена светодиода RL50-CB744D синего цвета свечения яркостью 6000 мкд в корпусе диаметром 5 мм — другой светодиод с прямым падением напряжения не более 2,8 В при токе 20...30 мА. Например, RL50-GH744D (зелёный), RL50-WH744D (белый), RL80-CB744D (синий).

Микросхема преобразователя напряжения МС34063АР имеет много аналогов, большинство которых можно опознать по числу 33063 или 34063 в обозначении, например, КА34063А, 1P33063N, IP34063N. А её отечественный аналог — К1156ЕУ5. Желательно, чтобы выбранная на замену микросхема была в корпусе DIP8, это облегчит монтаж.

Интегральный стабилизатор MIC2937A-3.3BU в корпусе ТО-263 можно заменить на MIC2937A-3.3BT в корпусе ТО-220 большего размера. А также на MIC29371-3.3BU или MIC29371-3.3BT в аналогичных пятивыводных корпусах. Назначение их выводов: 2 — вход, 3 — общий, 4 — выход, 5 — отключение выхода (соединить с выводом 3).

Дроссель L1 намотан на кольце из феррита 2000НН типоразмера К20х12х6. Обмотка содержит 14 витков самодельного литцендрата из 14 свитых обмоточных проводов диаметром 0,13 мм. Перед намоткой притупляют острые кромки кольца и обматывают его двумя слоями липкой ленты.

Дроссели L2, L3 — промышленного изготовления на Н-образных ферритовых магнитопроводах и с сопротивлением обмоток не более 0,05 Ом. Обмотки дросселя L4 содержат по 1,5 витка на ферритовом стержне, который можно заменить ферритовым кольцом с внешним диаметром 8...12 мм.

Самовосстанавливающийся предохранитель MF-R160 на рабочий ток 1,6 А можно заменить любым аналогичным из серий MF-S, LP30, LP60.

Готовый блок не нуждается в налаживании.

В качестве первичных источников можно применять щелочные и солевые гальванические элементы, никель-кадмиевые, никель-металлогидридные, литиевые аккумуляторы.

Для питания от этого блока, например, цифрового мультиметра с ЖКИ, обычно потребляющего ток не более 5 мА при напряжении 9 В, батарею GB1 можно составить из двух даже частично разряженных гальванических элементов, установив на место третьего габаритный макет-перемычку.

Это даст возможность использовать остаток энергии, сохранившийся в элементах, уже отработавших своё в устройстве с большим потребляемым током, например фотоаппарате.

Следует заметить, что одного комплекта свежих щелочных гальванических элементов типоразмера АА хватает лишь на одну-две полных или частичных зарядки литиевого аккумулятора мобильного телефона.

Поэтому применять для этой цели описанный блок целесообразно лишь в экстренном случае.

А. БУТОВ, с. Курба Ярославской обл.