Стабилизатор на мрежово напрежение ~220V
Част II: Електронен стабилизатор с IRF840

    Тази идея възникна след като ми се повреди стабилизатора на хладилника. Беше ремонтиран няколкократно и то по него не остана здраво, непипнато място.

    След това, разбира се, се възползвах от богатата библиотека на интернет и така намерих публикуван в списание "Радиомир", 7/2010 г. След това намерих и друга подобна схема, даден в приложената литература.

    И в двете посочени публикации се използва трансформатор ТС320, ТН-59 и др. с мощност около 350 вата. Той има функцията на волтодобавъчен трансформатор, като част от вторичното напрежение се прехвърля към първичната намотка, чието напрежение се управлява чрез мощен полеви транзистор IRF840. Подробно описание на принципната схема и нейната работа може да намерите на посочените в края на статията сайтове.

    Разбира се, аз не намерих оригинален трансформатор, нито съм си поставял такава цел. Затова реших да го заменя с друг, който счетох за подходящ с мощност 120 вата, но с напрежение на вторичната намотка, като посоченото в оригиналната схема, тоест 36 волта (2х18V) и ток 3 ампера. Тези технически параметри са далече от възможностите на ТС-320, но за експеримента си заслужаваше. От друга страна, мощност от порядъка на 600VA (волтампера, представляваща около 350-400W при фазов коефициент около 60%) е достатъчна за работата на един хладилник, чиято консумирана мощност е около 300W. Какво имам предвид? – при спадане на мрежовото напрежение до 155V, консумираната мощност спада два пъти.

    А ето принципната схема на стабилизатора:

    За регулиране на изходното стабилизирано напрежение се използва другата намотка на трансформатора, чието напрежение се изправя и се подава на регулиращия елемент TL431. Регулирането се извършва с тример потенциометъра R5. За моя експеримент беше достатъчно да използвам готова универсална платка, върху която наредих в подходящ ред елементите от схемата. Но трансформатора, който исках да използвам беше от DVD аудио система с бифилярно навита изходна намотка 2х18 волта със среден извод. Реших да се възползвам от това, като половината от нейното напрежение да включа в схемата за управление R3,R5, TL431. Всичко беше чудесно, до включване на захранващото напрежение. Възпроизведе се страхотен гръм, придружен с фойерверки, а от транзистора се разхвърчаха парчета пластмаса от корпуса. Но ето на снимките по-долу доказателство за липсата на внимание:

    Да, оказа се, че това можеше да се избегне, ако преди това бях помислил. Оказа се, че шините се окъсяват през диодния грец RL102.

    След направената грешка, временно се отказах, след което седнах и размислих. Като за начало, реших да навия на трансформатора допълнителна намотка с напрежение 18V. Ето вида на използвания от мен тороидален трансформатор:

    За целта прекарах един пълен кръг през сърцевината за да получа дължината на необходимия проводник за една навивка. Тя се оказа 14 см. След това навих 10 навивки, измерих с цифров мултицет напрежението и изчислих броя навивки за един волт. Подбрах подходящ меден емайлиран проводник, който в случая не беше с голям диаметър, тъй като консумацията в тази верига беше пренебрежимо малка, но от гледна точка на физическата му здравина, избрах проводник с диаметър Ф=0.3 мм. Трябваше да навия около 75 навивки, а това означаваше, че трябва да премина през отвора на тороида 75 пъти с проводник с дължина към 10 метра. Пак се поразмислих, след което от дебел меден проводник направих совалка с с дължина 7 см., което означаваше че съм осигурил проводник от 14 см./навивка. Навих на совалката 80 навивки, след което започнах трудната, еднообразна и скучна дейност да прехвърля совалката 80 пъти. След като навих новата вторична намотка, с треперещи ръце свързах тороида към захранващата мрежа и измерих напрежението от нея. Оказа се с един волт в повече, отвих няколко навивки докато получих търсеното напрежение от 18V.

    След като първата монтажна платка беше унищожена, изчертах на компютъра нова, след което направих поръчка на необходимите елементи. Но и с тях срещнах затруднение, например не намерих резистор два вата 82 ком и се наложи да го заместя с паралелна комбинация от два резистора, съответно 100 ком и 470 ком. Именно заради това на печатната платка съм предвидил място за два такива. Скоро получих печатната платка и за кратко време монтирах компонентите върху нея. Ето как изглежда тя преди свързването й към трансформатора:

Архив [zip,pcb,gif][45kb]

    Но задачата не се изчерпва само с нареждането на елементите. След като завърших монтажа, със свито сърце започнах да планувам свързването на вече готовата платка към трансформатора. Изчаках няколко дни и една вечер, събрал смелост и желание започнах да "свещенодействам".

    Разбира се, взех "предохранителни" мерки. Първо включих регулиращата част от схемата с транзистора IRF840 и след като се убедих, че няма никакви нежелани последствия, включих и допълнително направената намотка с управляващото напрежение към стабилизатора TL431. Схемата заработи без товар. Но в подробното описание на сайта се препоръчваше към изхода на стабилизатора да се включи една електрическа крушка, което и направих:

    Схемата заработи, а измереното напрежение на изхода с включена електрическа лампа беше 229 волта. Тук искам да отбележа, че използвах добавъчно напрежение от 36 волта, а тороидалния трансформатор позволяваше (2х18V) свързване на едната половина. Така и направих и изходното напрежение се установи на 220 волта.

    Няколко забележки, възникнали от реализацията на моята конструкция:

    1. Не постигнах регулирана мощност от 1 kW и съвсем естествено, трансформаторът ми беше 3 пъти по маломощен и както споменах в началото достигнах до 300 вата, което напълно ме удовлетворяваше.

    2. Ограничението на консумирания ток от 6-8А в оригинала, в моята конструкция беше 3,3А, поради параметрите на тороидалния трансформатор.
    3. Не постигнах регулиране посочените в оригинала предели на напрежението: 160-230 волта, а 170-238 волта.

    Трябва да се има предвид, че при по-големи мощности регулиращия транзистор загрява много, поради което е необходимо да бъде поставен на радиатор с площ минимум 100 кв. см. Например, при мой експеримент да натоваря стабилизатора с отоплителен конвектор с мощност 800W, транзисторът загря за няколко секунди, което ме накара да огранича мощностите на товара до 300W.

    И накрая, настройките, които аз направих, са преди всичко с избрания от мен обхват на регулиране на напрежението, който е съобразен с напрежението на вторичната намотка, а именно 2 х 18V. Но тази стойност е при мрежово напрежение 220V, докато при спадането му е естествено да спадне и напрежението на вторичната намотка. Така се получи реално. Най-накрая реших, че е по-добре да направя настройките като свържа стабилизатора към латера. За целта първо откачих само трансформатора, свързах намотките му във схема за волтодобавка и започнах да въртя ръчката на латера в посока намаляване на входното напрежение. Оказа, че при напрежение 175V на изхода на трансформатора се получава 210V, което е напълно достатъчно, като се има предвид, че стандартно се използват отклонения от +/-5% до +/-10%. Това измерване направих с товар – електрическа крушка 100W.

    След като уточних долната граница на входното напрежение, отново свързах трансформатора към платката и повторих предходното действие, но през стъпки от 20-25V и в същото време настройвах с тример потенциометъра. След това включих товар на изхода на стабилизатора, при което напрежението спадна до 205 волта, което беше удовлетворително и с това приключих този практически експеримент.

    Но припомням – този стабилизатор работи като повишаващ, не може да работи като понижаващ, което означава, че при напрежение на мрежата над 220V той не може да регулира изходното напрежение. Така ми хрумна идеята да поставя ключ между долния край на първичната намотка и общия край, така че при по-високо напрежение той може да се изключва. От друга страна който иска да си "поиграе“ би могъл да си добави защита от пренапрежение (overvoltage protection), която, например, да сработва при праг 230-235V, а самата тя управлява реле, чиито контакти могат да заместят този ключ и се избегне ръчното превключване.

    И все пак много обяснения, но ето най-после снимка на опитаната установка:

    Това което не е показано на принципната схема в началото на статията е кондензатори по 100n/450V, които съм поставил за да елеминирам смущенията от работата на транзисторния ключ по мрежата. Такива има на входа и изхода на стабилизатора.

    Описаният стабилизатор е лесен за изпълнение, но не е прецизен. Изходното му напрежение се променя в доста широки граници 205-235V. Затова реших да тествам и други схеми, като се насочих към такива от релеен тип, които ще изложа по-нататък.


Литература:

1. Журнал "Радиомир" 7/2010
2. Устройство стабилизации сетевого напряжения
3. IRF840 [pdf,zip][342kb]

Валери Терзиев
8 декември 2015 година