Источник питания с изменяемой полярностью. Стабилизированный источник тока с изменяющейся полярностью. Вентилятор, регулируемый температурой

Как изменить полярность блока питания?

УП-08

В большинстве высоковольтных блоков питания для создания необходимого выходного напряжения применяются так называемые умножители напряжения. Основная схема умножителя показана ниже на упрощенной принципиальной схеме блока питания:

Схема умножителя состоит из конденсаторов и диодов, расположенных в определенном порядке. Полярность на выходе блока определяется ориентацией диодов. В вышеприведенном примере диоды должны создавать на выходе положительную полярность относительно земли. Если поменять ориентацию всех диодов, умножитель будет выдавать отрицательное напряжение относительно земли.

В вышеприведенном примере показан двухступенчатый однополупериодный умножитель, в котором используются четыре диода. Двухполупериодные каскады умножителей более эффективны, в них используются дополнительные конденсаторы и в два раза больше диодов. Для создания высоких напряжений, таких как в блоках питания Spellman, последовательно соединяют большое количество каскадов умножения. 12-каскадный двухполупериодный умножитель будет содержать 48 диодов.

Как правило, используемые для сборки умножителей конденсаторы и диоды впаяны прямо в одну, а иногда в несколько печатных плат. Часто в целях изоляции от высоких напряжений такие платы заключаются в оболочку – заливаются компаундом.

Для упрощения процедуры изменения полярности на противоположную (как в экземпляре серии SL) при напряжениях выше 8 кВ предусмотрен второй умножитель – «противоположной полярности». Процесс замены умножителя не представляет трудностей, необходимы лишь отвертка и несколько минут времени. Из-за упрощенной конструкции блоков в модульном исполнении они, как правило, не допускают изменения полярности прямо на месте эксплуатации.

При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы - как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.

Простейшее решение, которое напрашивается с ходу - включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.


Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток - большое напряжение падения на открытом диоде.


Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.


Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты - с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:


При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико - в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.


Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.


Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

Особенность этой схемы заключается в том что поворотом регулирующей ручки можно менять не только напряжение на выходе, но и его полярность. Регулировка производится в диапазоне от +12V до -12V.

Схема источника питания с регулировкой полярности

По сути это два раздельный стабилизатора напряжения- по "плюсу" и по "минусу" с общим регулирующим резистором R5.
Трансформатор для источника также требуется с двойной обмоткой.
Когда движок резистора R5 находится в среднем положении то оба стабилизатора закрыты и напряжение на выходе будет равно нулю. При перемещении движка в ту или иную сторону будет открываться один из регулируемых стабилизаторов- либо "плюсовой" либо "минусовой" и, соответственно, напряжение на выходе будет изменяться.

Емкости конденсаторов С1 и С2 не должны быть меньше 1000 мкФ. Вместо транзисторов КТ816 и КТ817 можно применить более мощные- например КТ818 и КТ819. Мощность самого источника питания напрямую зависит от мощности применяемого трансформатора.
Трансформатор должен иметь две выходные обмотки не менее чем по 12 Вольт каждая.
Вместо диодной сборки КЦ405 можно использовать четыре простых диода включенных мостом.