3.3 СЕТЕВЫЕ АДАПТЕРЫ

В магазинах, киосках подземных переходов, на радиорынках можно купить так называемые адаптеры, оформленные в виде большой сетевой вилки. Независимо от названия фирмы они, как правило, китайского производства. Адаптеры бывают двух видов -"универсальные" и специализированные. Универсальный адаптер

(рис. 99) содержит понижающий трансформатор Т1 с большим числом отводов вторичной обмотки, переключатель SA1, выпрямительный мост, обычно из диодов 1N4001 (50 В, 1 А), сглаживающий конденсатор С1, индикатор включения в сеть - светодиод HL1 с ограничительным резистором R1, переключатель полярности выходного напряжения SA2 и набор выходных разъемов на конце кабе-

ля (условно показан только один - Х2). Число положений переключателя может быть меньшим, может отсутствовать индикатор включения в сеть. Специализированные адаптеры не имеют отводов вторичной обмотки, переключателя полярности. выходной разъем.

только один, как правило, нет индикатора включения.

Надписи на адаптерах обещают очень хорошие характеристики, не подтверждающиеся, однако, на практике. На рис. 100 - 104 приведены зависимости выходного напряжения и напряжения пульсации от выходного тока при напряжении сети 205 В для семи типов адаптеров, перечисленных в табл. 4. Выходные напряжения и токи в таблице указаны в соответствии с надписями на корпусе.

Какие выводы можно сделать из изучения этих характеристик? Во-первых, заявленные значения выходных напряжений обеспечиваются при выходных токах, значительно меньших, чем указано на корпусе - в два раза и более. Минимальное напряжение (1,5 и 3 В) адаптеры фирмы "FIRST" выдают при токах, составляющих 5% от приведенных на корпусе. Во-вторых, при токе, соответствующем максимальному, выходные напряжения падают в полтора-два раза (и более для малых выходных напряжений) относительно указанного.

Характеристику универсального адаптера SLD MW108 удалось снять только для положения переключателя выходного напряжения "12 В" (рис. 103). Во время измере-

ний трансформатор разогрелся до такой степени, что начала плавиться изолирующая пленка, намотанная поверх обмоток (и это при снятой верхней половине корпуса).В то же время при подаче на первичную обмотку напряжения 150 В трансформатор без нагрузки практически не нагревался. Это говорит о том, что трансформатор рассчитан неправильно (если он вообще кем-то был рассчитан). Кроме того, уменьшение выходного напряжения при увеличении тока весьма велико, что говорит о большом сопротивлении обмоток трансформатора.

Лучшими параметрами, прежде всего наименьшим выходным сопротивлением, обладал адаптер PPI-1280-TUV. Им комплектовались активные громкоговорители для IBM PC. Адаптеры RW-900 и 28, по утверждению продавца, подходили только для приставок "Dendy". Их

выходное сопротивление существенно больше. Из сравнения этих трех близких по заявленным характеристикам устройств можно сделать достаточно однозначный и очевидный вывод - чем больше масса адаптера, тем меньше его выходное сопротивление.

На рис. 103 приведена также характеристика для "адаптера", собранного из стандартного трансформатора ТПП211 [16] с включенными последовательно вторичными обмотками и диодного моста с конденсатором 1000 мкФ от одного из адаптеров. Выходное сопротивление его существенно меньше, чем у RW-900 или *28, но и масса намного больше.

При использовании адаптеров надо иметь ввиду, что приведенные на рис. 100 - 104 графики иллюстрируют зависимости для среднего

выходного напряжения. Реально на него наложено напряжение пульсации, причем его форма при малых токах близка к пилообразной. На рис. 104 приведены зависимости двойной амплитуды пульсации (от пика до пика) от выходного тока для части испытанных устройств. Для адаптеров фирмы "FIRST" приведены зависимости для двух положений переключателя SA1 - верхняя кривая соответствует положению "12", нижняя - "б". Как видно из этих графиков, зависимость амплитуды пульсации от тока определяется в основном емкостью конденсатора фильтра.

Даже при токах, составляющих всего 10% от максимальной величины, напряжение пульсации имеет величину порядка 0,5 В, что слишком много для питания какой-либо радиоэлектронной аппаратуры. Поэтому использовать адаптеры без многократного увеличения емкости фильтрующего конденсатора или без стабилизаторов напряжения практически нельзя. Наиболее просто в качестве стабилизатора на фикси

рованное напряжение с "круглым" значением использовать микросхемы КР142ЕН5 и КР142ЕН8 с соответствующими буквенными индексами. Если требуемое выходное напряжение не является "круглым", можно использовать микросхему КР142ЕН12А(Б).

Определить пригодность того или иного адаптера для построения блока питания можно следующим образом. При необходимом выходном токе (лучше, если он не превышает половины предельного для данного адаптера) напряжение на выходе адаптера при минимальном напряжении сети должно превышать выходное на половину

напряжения пульсации плюс минимально допустимое напряжение вход-выход используемой микросхемы (около 2...2,5 В).

В качестве примера на рис. 105 приведена схема заряднопитающего устройства для портативного радиоприемника на микросхеме К174ХА10, в котором установлены четыре аккумулятора ЦНК-0,45. Выходное напряжение 5,6 В устанавливается подстроечным резистором R3, а максимальный ток зарядки (примерно 150 мА) - подборкой резистора R1 при подключении к выходу блока разряженной аккумуляторной батареи. Конденсатор С1 устраняет высокочастотные помехи, возникающие в момент закрывания диодов выпрямительного моста. Блок удобен тем, что зарядка аккумуляторов происходит быстро (4...6 ч), и перезарядить аккумуляторы невозможно.

Блок собран на основе адаптера RW-900. Чертеж печатной платы приведен на рис. 106. Использованы резисторы МЛТ, они установлены на плате вертикально, R3 - типа СПЗ-19а. Конденсатор С2 и диоды VD1 - VD4 - от адаптера,

остальные конденсаторы - КМ-6. В качестве С4 можно установить любой оксидный емкостью не менее 10 мкФ. На месте VD5 можно использовать практически любой выпрямительный или импульсный диод.

Микросхема DAl установлена на ребристый теплоотвод размерами 10 х 18 х 38 мм от промышленного устройства. Для хорошего охлаждения теплоотвода и трансформатора в нижней и верхней стенках корпуса адаптера (ориентация при включении его в настенную розетку) просверлены по шесть отверстий диаметром 6 мм.

Если ограничивать выходной ток не требуется, резистор R1 и конденсатор СЗ можно исключить. В таком варианте максимальный выходной ток изготовленного блока питания составлял 0,5 А при напряжении пульсации около 1 мВ. По приведенной схеме, подобрав сопротивления резисторов R3 и R4. можно изготовить блок на любое выходное напряжение в пределах, допустимых трансформатором адаптера.

Используя универсальный адаптер, можно изготовить стабилизированный блок питания с переключаемым выходным напряжением. Схема доработанного адаптера FIRST ITEM N0:57 приведена на рис. 107. Вторичная обмотка трансформатора Т1 использована полностью, ее отводы заизолированы. Включение микросхемы DAl стандартное, назначение диодов VD5 и VD6 такое же, как и в предыдущей конструкции.

Диоды VD1 - VD4, конденсатор С2, светодиод HL1 и переключатели SA1 и SA2 использованы от адаптера. Резисторы R3 - R8 не обязательно должны иметь указанные сопротивления, они могут отличаться в любую сторону в 1,5 раза. Важно, чтобы сопротивления R3 - R7 были равны между собой с точностью 1...2 %, а сопротивление R8 было вдвое большим, поскольку ими определяется погрешность установки выходных напряжений.

Все элементы устройства, кроме трансформатора Т1, установлены на печатной плате (рис. 108). Для сверления крепежных отверстий

и отверстий для установки переключателей и светодиода удобно применить в качестве трафарета печатную плату от используемого адаптера. Для того, чтобы выпаять переключатель из платы и при этом не повредить ее, надо, прогревая паяльником одновременно несколько соседних контактов, изгибать плату. Переходя постепенно к другим контактам, можно выпаять переключатель целиком.

Микросхема DAl установлена на медную пластину размерами 52 х 38 мм и толщиной 1 мм, выполняющую роль теплоотвода. Она имеет отогнутый край для крепления на плате, а по ее периметру просверлены отверстия диаметром 4 мм для обеспечения вентиляции корпуса. Для тех же целей в верхней и нижней стенках корпуса просверлено по восемь отверстий диаметром 6 мм.

Настройка адаптера заключается в установке выходных напряжений без нагрузки подборкой резисторов R2 и R9. Можно сразу поставить резистор R9 указанного на схеме сопротивления, а параллельно ему и вместо R2 впаять переменные резисторы сопротивлением 10 кОм и 56 Ом соответственно. Подстройкой резистора, подключенного параллельно R9, устанавливают выходное напряжение 12 В, резистором R2 - 1,5 В. Поскольку эти установки взаимосвязаны, их надо повторить несколько раз. После этого устанавливают постоянные резисторы с подобранными сопротивлениями, причем резистор параллельно R9 подпаивают со стороны печатных проводников.

Изготовленный экземпляр стабилизированного адаптера обеспечивал выходной ток до 200 мА. При напряжении 12 В ток ограничен появлением пульсации, при меньших - нагревом микросхемы DAl. Увеличением поверхности теплоотвода можно суще-

ственно увеличить выходной ток при малых выходных напряжениях.

Нередко многие импортные радиоэлектронные устройства комплектуются адаптерами, рассчитанными на подключение к сети 120 В. Использовать такие адаптеры можно, включая их, по крайней мере, четырьмя способами (рис. 109). Самый простой, но обладающий наименьшим КПД, вариант - рис. 109,а. Сопротивление резистора R1 можно рассчитать, а можно и подобрать, что проще.

Для иллюстрации методики подбора рассмотрим различные варианты включения на примере адаптера Panasonic KX-A09, которым комплектуются бесшнуровые телефоны КХ-ТС910-В. На корпусе адаптера указано, что его входное напряжение 120 В при частоте 60 Гц. Выходные параметры -12 В 200 мА постоянного тока. Потребляемая от сети мощность составляет 6 Вт.

На частоте 50 Гц входное напряжение

должно быть снижено примерно до 105 В (почти пропорционально снижению частоты). Поэтому от адаптера уже нельзя получить полное паспортное выходное напряжение, и скорее всего, его нельзя будет использовать для питания того устройства, в комплект которого он входил. Если же на адаптере указана рабочая частота сети 50...60 Гц, его, естественно, можно будет применить по назначению.

На рис. 110 приведена зависимость выходного напряжения рассматриваемого адаптера от выходного тока при входном напряжении 105 В (кривая 1). Оно изменяется от 15,2 В при нулевом токе нагрузки до 10,5 В при 200 мА. Поэтому для получения сопоставимых результатов все элементы схем рис. 109 в дальнейшем подбирались так, чтобы обеспечить выходное напряжение 11,8 В при выходном токе 120 мА (одна из точек графика рис. 110,а, сопротивление нагрузки 98 Ом).

Для подбора резистора в схеме рис. 109,а вначале следует оценить его необходимую величину по приближенной формуле R1 =U^2/P, где U - напряжение на этом резисторе (120 В), Р - рассеиваемая им мощность, примерно равная потребляемой адаптером. Для данного случая R1 = 120^2/6 =2400 Ом. На всякий случай следует взять вначале

резистор с полуторакратным запасом по сопротивлению. Далее, подключив необходимую нагрузку (98 Ом) и постепенно уменьшая сопротивление R1, добиться необходимого напряжения на выходе

адаптера. Лучше, конечно, использовать проволочный переменный резистор на соответствующую мощность.

В данном примере для получения необходимого выходного напряжения потребовался резистор сопротивлением 24400м. Хорошее совпадение с расчетной величи-

ной - случайность, поскольку формула не учитывает индуктивной составляющей сопротивления первичной обмотки трансформатора адаптера, а значение потребляемой мощности задано также весьма приближенно.

Для такого сопротивления резистора R1 была снята зависимость выходного напряжения от тока нагрузки (рис. 110, кривая 2). Видно, что напряжение падает с увеличением тока более резко - с 22,5 до 9 В.

Для уменьшения потерь параллельно первичной обмотке трансформатора адаптера был подключен конденсатор, емкость которого подбиралась для обеспечения резонанса. На рис. 111 приведена зависимость напряжения на нагрузке от емкости конденсатора. Резонанс хотя и заметен, но его роль ничтожна - подъем напряжения составляет около 1,5%. Для сохранения выходного напряжения на заданном уровне при емкости С1=0,44 мкФ сопротивление резистора R1 было увеличено до 2570 Ом.

Нагрузочная характеристика адаптера (рис. 110, кривая 3) мало отличалась от кривой 2.

Вполне естественно заменить резистор R1 на конденсатор. При сохранении С1=0,44 мкФ емкость конденсатора С2 потребовалась равной 0,54 мкФ. Нагрузочная кривая для этого случая менее крута (кривая 4 на рис.

110), напряжение изменяется от 20,3. до 9,5 В.

В еще большей степени уменьшить зависимость выходного напряжения от тока можно, увеличив емкости конденсаторов С1 и С2. Для примера при произвольно выбранной емкости С1=1 мкФ подобранная для обеспечения заданно-

го напряжения емкость конденсатора С2 составила 0,67 мкФ, при этом выходное напряжение в зависимости от тока изменяется от 18,3 до 9,8 В (кривая 5 на рис. 110).

С другой стороны, если стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки не принципиальна или ток нагрузки практически не меняется, можно исключить конденсатор С1 (рис. 109,г, кривая 6 на рис. 110). Подбор емкости можно начать с величины, определенной по полуэмпирической формуле С2=Р/12. где Р - мощность в ваттах, емкость - в микрофарадах. Формула учитывает запас, обеспечивающий исключение перегрузки адаптера. Для данного случая начальное значение емкости С2= 6/12 =0,5 мкФ. При подобранной емкости С2=0,76 мкФ и изменении выходного тока от 0 до 200 мА выходное напряжение меняется от 27 до 8,9 В.

Таким образом, если необходима стабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки, наиболее целесообразно использование емкостного делителя, причем емкости устанавливаемых конденсаторов сверху практически не ограничены - чем больше, тем лучше. Если стабильность не играет роли - используйте вариант с одним конденсатором С2 (рис. 109,г).

Варианты с гасящим резистором (рис. 109,а и б) применять нецелесообразно из-за больших потерь мощности и сильного нагрева этого резистора.

Приведенные на рис. 110 графики иллюстрируют зависимости для среднего выходного напряжения. На него наложено напряжение пульсации, его форма близка к пилообразной. На рис. 112 приведены зависимости двойной амплитуды пульсации (от пика до пика) от выходного тока для первого (от напряжения 105 В, кривая 1) и последнего (через единственный конденсатор С2, кривая 2) из

рассмотренных вариантов подключения адаптера. Для других вариантов включения пульсации имеют промежуточную величину.

Для вариантов рис. 109,в и г параллельно конденсатору С2 следует включать резистор сопротивлением несколько сотен килоом для его разрядки после отключения от сети. В варианте 1,в весьма желателен резистор сопротивлением 22...47 Ом, включенный последовательно с конденсатором С2. Он уменьшит бросок тока в момент включения в сеть. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 250 В, очень удобны К73-16 и К73-17.

При всех экспериментах с адаптерами следует помнить, что рабочее напряжение устанавливаемых в них оксидных конденсаторов обычно составляет, как правило, 16 В и поэтому нежелательна подача на них большего напряжения на сколько-нибудь длительное время.