Блок питания. Регулируемый блок питания своими руками Блок питания 30 вольт 1 ампер
Для домашней лаборатории радиолюбителя. Основа схемы блока питания является операционный усилитель TLC2272. Схема позволяет плавно изменять выходное напряжение в диапазоне от 0 до 30 вольт, а также контролировать ограничение по току нагрузки.
Блок питания 30 вольт — описание
Выходное напряжение с трансформатора подается на диодный мост. Выпрямленное напряжение в 38 вольт сглаживается конденсатором С1 и поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из транзистора VT1, диода VD5, конденсатора С2 и резисторов R1, R2. Посредством этого стабилизатора происходит питание операционного стабилизатора DA1. Диод VD5 () является регулируемым стабилизатором напряжения.
На операционном усилителе DA1.1 собран регулирующий узел блока питания, а на элементе DA1.2 блок защиты короткого замыкания и ограничения по току нагрузки. Светодиод HL1 является индикатором короткого замыкания. Наладка источника питания.
Вначале настраивают напряжение питания операционного усилителя DA1 (для этого перед включением прибора, операционный усилитель необходимо извлечь из панельки). Настройка заключается в подборе сопротивления резистора R2, при котором напряжение на эмиттере транзистора VT1 будет в районе 6,5 вольт. После этого DA1 можно установить обратно на плату.
Материал: АБС + металл + акриловые линзы. Светодиодная подсветка...
Далее переменный резистор R15 переводят в нижнее по схеме положение (т.е. 0 Вольт). Путем подбора сопротивления резистора R6 устанавливают опорное напряжение равное 2,5 вольт на верхнем по схеме выводе переменного резистора R15. Затем переменный резистор R15 переводят в верхнее по схеме положение и устанавливают максимальное напряжение (т.е. 30 вольт) подстроечным резистором R10.
Детали. Подстроечные резисторы – СП5. Трансформатор Тр1 любой, мощностью не менее 100 ватт. Транзистор VT1 – любой кремневый средней мощностью с Uk не менее 50 В.
Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.
Собираем лабораторный БП 0-30В 3(5)А.
В этой статье мы представляем вам схему регулируемого от нуля до 30 вольт блока питания для домашней лаборатории радиолюбителя, способного отдавать в нагрузку ток 3 ампера и больше. Рассмотрим принципиальную схему устройства:
В схеме блока питания применяется микросхема TLC2272 (операционный усилитель), которая получает питание от однополярного источника, собранного на элементах VT1, VD2. По схеме этот узел выдает напряжение 6,5 вольт, но можно применить и 5-ти вольтовое питание, при этом номинал резистора R9 необходимо будет уменьшить примерно до 1,6 кОм, на схеме он помечен звездочкой, это означает, что путем его подбора необходимо будет задать опорное напряжение, которое должно быть равно 2,5 вольта.
Резистор R11 – определяет максимальный уровень напряжения диапазона регулирования.
Переменным резистором R14 производится плавная регулировка выходного напряжения блока питания, а резистором R7 настраивается ограничение по току (0…3 Ампера). В принципе, параметры ограничения можно расширить, и сделать регулировку, например, от 0 до 5А. Для этого необходимо будет пересчитать номиналы резисторов делителя R6 и R8.
Светодиод VD4 применен как индикатор наличия перегрузки или короткого замыкания.
Печатная плата блока питания:
Вид на печатную плату со стороны установленных элементов:
Печатная плата рассчитана на установку панельки для микросхемы DA1. Это пригодится при налаживании блока питания после его сборки.
Первое включение и как настроить блок питания:
Микросхема DA1 в панельку не вставлена, резистор R14 в нижнем по схеме положении.
Включаем питание, меряем напряжение на емкости С1, оно должно быть в пределах 35…38 вольт.
Резистором R2 (серия СП5) устанавливаем на 8-ом контакте панельки микросхемы DA1 напряжение 6,5 вольта.
Выключаем питание, вставляем DA1 в панельку, включаем питание, и еще раз замеряем напряжение питания микросхемы. Если оно отлично от 6,5В, производим подстройку.
Устанавливаем опорное U = 2,5 вольта на верхнем по схеме выводе потенциометра R14 (как уже написано выше, он находится в нижнем по схеме положении), то есть подбираем номинал R9.
Выкручиваем потенциометр R14 в верхнее по схеме положение, производим настройку верхнего предела регулирования напряжения путем подстройки резистора R11 (серия СП5), устанавливаем 30 вольт.
Резистор R16 на схеме обозначен пунктирной линией. Если его не ставить, U выходное минимальное будет равно 3,3 мВ, в принципе это практически нуль. При установке R16 номиналом 1,3 МОм минимальное напряжение должно составлять 0,3 мВ. Печатная плата предусматривает установку этого резистора.
Последним этапом настройки является проверка узла защиты, реализованной на элементе DA1.2. При необходимости подберите номиналы резисторов R6 и R8.
Возможные изменения схемы.
Как уже было написано выше, вместо узла, формирующего напряжение питания микросхемы DA1 величиной 6,5 В, можно применить 5-ти вольтовый источник. Его можно собрать на микросхеме интегрального стабилизатора 7805 по следующей схеме (при этом не забудьте подобрать R9):
Еще можно сделать преобразование узла, выдающего опорное напряжение 2,5 вольта, то есть вместо VD3 (TL431) поставить TLE2425, у которой напряжение на входе может быть от 4 до 40 вольт, а на выходе у нее будут стабильные 2,5 вольта. Схема на TLE2425 ниже:
Вместо операционного усилителя TLC2272 можно поставить TLC2262 без каких-либо изменений схемы.
Отечественным аналогом микросхемы TL431 является 142ЕН19.
Вместо 2N2222A можно поставить ВС109, BSS26, ECG123A, 91L14, 2114 или похожие по характеристикам.
Многие уже знают, что я питаю слабость ко всяким блокам питания, здесь же обзор два в одном. В этот раз будет обзор радиоконструктора, позволяющего собрать основу для лабораторного блока питания и вариант его реальной реализации.
Предупреждаю, будет много фото и текста, так что запасайтесь кофе:)
Для начала я немного объясню что это такое и зачем.
Практически все радиолюбители используют в своей работе такую вещь как лабораторный блок питания. Будь то сложный с программным управлением или совсем простой на LM317, но он все равно выполняет почти одно и то же, питает разные нагрузки в процессе работы с ними.
Лабораторные блоки питания делятся на три основных типа.
С импульсной стабилизацией.
С линейной стабилизацией
Гибридные.
Первые имеют в своем составе импульсный управляемый блок питания, либо просто импульсный блок питания с понижающим ШИМ преобразователем.
Преимущества - большая мощность при небольших габаритах, отличный КПД.
Недостатки - ВЧ пульсации, наличие емких конденсаторов на выходе
Вторые не имеют на борту никаких ШИМ преобразователей, вся регулировка осуществляется линейным способом, где излишек энергии рассеивается просто на регулирующем элементе.
Плюсы - Практически полное отсутствие пульсаций, нет необходимости в конденсаторах на выходе (почти).
Минусы - КПД, масса, габарит.
Третьи являются совмещением либо первого типа со вторым, тогда линейный стабилизатор питается от ведомого понижающего ШИМ преобразователя (напряжение на выходе ШИМ преобразователя всегда поддерживается на уровне чуть выше чем выходное, остальное регулируется транзистором работающим в линейном режиме.
Либо это линейный БП, но трансформатор имеет несколько обмоток, которые переключаются по мере необходимости, тем самым уменьшая потери на регулирующем элементе.
Минус у этой схемы только один, сложность, она выше чем у первых двух вариантов.
Сегодня мы поговорим о втором виде блоков питания, с регулирующим элементом, работающим в линейном режиме. Но рассмотрим этот блок питания на примере конструктора, мне кажется, что так должно быть даже интереснее. Ведь на мой взгляд это хорошее начало для начинающего радиолюбителя, собрать себе один из основных приборов.
Ну или как говорится, правильный блок питания должен быть тяжелым:)
Данный обзор больше ориентирован на начинающих, опытные товарищи врядли найдут в нем что нибудь полезное.
Заказал я для обзора конструктор, который позволяет собрать основную часть лабораторного блока питания.
Основные характеристики таковы (из заявленных магазином):
Входное напряжение - 24 Вольта переменного тока
Выходное напряжение регулируемое - 0-30 Вольт постоянного тока.
Выходной ток регулируемый - 2мА - 3А
Пульсации выходного напряжения - 0.01%
Размеры печатной плаы - 80х80мм.
Немного об упаковке.
Пришел конструктор в обычном полиэтиленовом пакете, замотанный в мягкий материал.
Внутри в антистатическом пакете с защелкой лежали все необходимые компоненты, включая печатную плату.
Внутри все было насыпом, но при этом ничего не пострадало, печатная плата частично защищала радиокомпоненты.
Я не буду перечислять все, что входит в комплект, проще это сделать потом по ходу обзора, скажу лишь что мне всего хватило, даже кое что осталось.
Немного о печатной плате.
Качество на отлично, схема в комплекте не идет, но все номиналы на плате обозначены.
Плата двухсторонняя, покрыта защитной маской.
Покрытие платы, лужение, да и само качество текстолита отличное.
У меня получилось только в одном месте оторвать пятачок с печати, и то, после того, когда я попытался впаять неродную деталь (почему, будет дальше).
На мой взгляд самое то для начинающего радиолюбителя, испортить будет тяжело.
Перед монтажом я начертил схему данного бока питания.
Схема довольно продуманная, хотя и не без недостатков, но о них расскажу в процессе.
В схеме просматриваются несколько основных узлов, я их отделил цветом.
Зеленый - узел регулировки и стабилизации напряжения
Красный - узел регулировки и стабилизации тока
Фиолетовый - узел индикации перехода в режим стабилизации тока
Синий - источник опорного напряжения.
Отдельно есть:
1. Входной диодный мост и фильтрующий конденсатор
2. Силовой регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2.
3. Защита на транзисторе VT3, отключающая выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
4. Стабилизатор питания вентилятора, построен на микросхеме 7824.
5. R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5, узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Из-за наличия этого узла БП не будет работать просто от постоянного тока, необходим именно вход переменного тока с трансформатора.
6. С9 выходной конденсатор, VD9, выходной защитный диод.
Сначала распишу преимущества и недостатки схемного решения.
Плюсы -
Радует наличие стабилизатора для питания вентилятора, но вентилятор нужен на 24 Вольта.
Очень радует наличие источника питания отрицательной полярности, это сильно улучшает работу БП на токах и напряжениях близких к нулю.
В виду наличия источника отрицательной полярности в схему ввели защиту, пока нет этого напряжения, выход БП будет отключен.
БП содержит источник опорного напряжение 5.1 Вольта, это позволило не только корректно регулировать выходное напряжение и ток (при такой схеме напряжение и ток регулируются от нуля до максимума линейно, без «горбов» и «провалов» на крайних значениях), а и дает возможность управлять блоком питания извне, просто изменяю напряжение управления.
Выходной конденсатор очень маленькой емкости, что позволяет безопасно проверять светодиоды, не будет броска тока, пока выходной конденсатор не разрядится и БП не войдет в режим стабилизации тока.
Выходной диод необходим для защиты БП от подачи на его выход напряжения обратной полярности. Правда диод слишком слабый, лучше заменить на другой.
Минусы.
Токоизмерительный шунт имеет слишком высокое сопротивление, из-за этого при работе с током нагрузки 3 Ампера на нем выделяется около 4.5 Ватта тепла. Резистор рассчитан на 5 Ватт, но нагрев очень большой.
Входной диодный мост набран из 3 Ампера диодов. По хорошему должны стоять диоды минимум на 5 Ампер, так как ток через диоды в такой схеме равен 1.4 от выходного, соответственно в работе ток через них может быть 4.2 Ампера, а сами диоды рассчитаны на 3 Ампера. Облегчает ситуацию только то, что пары диодов в мосте работают попеременно, но все равно это не совсем правильно.
Большой минус в том, что китайские инженеры, при подборе операционных усилителей выбрали ОУ с максимальным напряжением в 36 Вольт, но не подумали, что в схеме есть источник отрицательного напряжения и входное напряжение в таком варианте ограничено на уровне 31 Вольт (36-5=31). При входных 24 Вольта переменного тока, постоянное будет около 32-33 Вольта.
Т.е. ОУ будут работать в запредельном режиме (36 это максимум, штатное 30).
Я еще расскажу о плюсах и минусах, а так же о модернизации позже, а сейчас перейду к собственно сборке.
Для начала раскладываем все то, что входит в комплект. Это облегчит сборку, да и просто будет нагляднее видно, что уже установили, а что еще осталось.
Я рекомендую начинать сборку с самых низких элементов, так как если сначала установить высокие, то низкие потом будет неудобно ставить.
Также лучше начать с установки тех компонентов, которых больше одинаковых.
Начну я с резисторов, и это будут резисторы номиналом 10 КОм.
Резисторы качественные и имеют точность 1%.
Несколько слов о резисторах. Резисторы имеют цветовую маркировку. Многим это может показаться неудобным. На самом деле это лучше чем цифробуквенная маркировка, так как маркировку видно в любом положении резистора.
Не стоит пугаться цветовой маркировки, на начальном этапе можно пользоваться , а со временем будет получаться определять ее уже и без него.
Для понимания и удобной работы с такими компонентами надо лишь запомнить две вещи, которые начинающему радиолюбителю пригодятся в жизни.
1. Десять основных цветов маркировки
2. Номиналы ряда , они не сильно пригодятся при работе с точными резисторами ряда Е48 и Е96, но такие резисторы встречаются куда реже.
Любой радиолюбитель с опытом перечислит их просто по памяти.
1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.7, 3, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1.
Все остальные номиналы являются умножением этих на 10, 100 и т.п. Например 22к, 360к, 39Ом.
Что дает эта информация?
А дает она то, что если резистор ряда Е24, то например комбинация цветов -
Синий + зеленый + желтый в нем невозможна.
Синий - 6
Зеленый - 5
Желтый - х10000
т.е. по расчетам выходит 650к, но такого номинала в ряду Е24 нет, есть либо 620 либо 680, значит либо цвет распознан неправильно, либо цвет изменен, либо резистор не ряда Е24, но последнее бывает редко.
Ладно, хватит теории, перейдем дальше.
Выводы резисторов перед монтажом я формую, обычно при помощи пинцета, но некоторые используют для этого небольшое самодельное приспособление.
Обрезки выводов не спешим выбрасывать, бывает что они могут пригодится для перемычек.
Установив основное количество я дошел до одиночных резисторов.
Здесь может быть тяжелее, разбираться с номиналами придется чаще.
Компоненты я сразу не паяю, а просто обкусываю и загибаю выводы, причем именно сначала обкусываю, а потом загибаю.
Делается это очень легко, плата держится в левой руке (если вы правша), одновременно прижимается устанавливаемый компонент.
В правой руке находятся бокорезы, обкусываем выводы (иногда даже сразу нескольких компонентов), и боковой гранью бокорезов сразу загибаем выводы.
Делается это все очень быстро, через некоторое время уже на автоматизме.
Вот и дошли до последнего мелкого резистора, номинал требуемого и того что остался совпадает, уже неплохо:)
Установив резисторы переходим к диодам и стабилитронам.
Мелких диодов здесь четыре, это популярные 4148, стабилитронов два на 5.1 Вольта каждый, так что запутаться очень трудно.
Им также формуем выводы.
На плате катод обозначен полосой, также как на диодах и стабилитронах.
Хоть плата и имеет защитную маску, но я все равно рекомендую загибать выводы так, чтобы они не попадали на рядом идущие дорожки, на фото вывод диода отогнут в сторону от дорожки.
Стабилитроны на плате отмечены также как маркировка на них - 5V1.
Керамических конденсаторов в схеме не очень много, но их маркировка может запутать начинающего радиолюбителя. Кстати она также подчиняется ряду Е24.
Первые две цифры - номинал в пикофарадах.
Третья цифра - количество нулей, которые надо добавить к номиналу
Т.е. для примера 331 = 330пФ
101 - 100пФ
104 - 100000пФ или 100нФ или 0.1мкФ
224 - 220000пФ или 220нФ или 0.22мкФ
Основное количество пассивных элементов установлено.
После этого переходим к установке операционных усилителей.
Наверное я бы порекомендовал купить к ним панельки, но я впаял как есть.
На плате, как и на самой микросхеме, отмечен первый вывод.
Остальные выводы считаются против часовой стрелки.
На фото видно место под операционный усилитель и то, как он должен ставиться.
У микросхем я загибаю не все выводы, а только пару, обычно это крайние выводы по диагонали.
Ну и лучше обкусить их так, чтобы они торчали примерно на 1мм над платой.
Все, вот теперь можно перейти к пайке.
Я использую самый обычный паяльник с контролем температуры, но вполне достаточно и обычного паяльника мощностью примерно 25-30 Ватт.
Припой диаметром 1мм с флюсом. Я специально не указываю марку припоя, так как на катушке неродной припой (родные катушки 1Кг весом), а название его мало кому будет знакомо.
Как я выше писал, плата качественная, паяется очень легко, никакие флюсы я не применял, хватает только того, что есть в припое, надо только не забывать иногда стряхивать лишний флюс с жала.
Здесь я сделал фото с примером хорошей пайки и не очень.
Хорошая пайка должна выглядеть как небольшая капелька обволакивающая вывод.
Но на фото есть пара мест, где припоя явно мало. Такое пройдет на двухсторонней плате с металлизацией (там припой затекает еще и внутрь отверстия), но так нельзя делать на односторонней плате, со временем такая пайка может «отвалиться».
Выводы транзисторов также надо предварительно отформовать, делать это надо так, чтобы вывод не деформировался около основания корпуса (аксакалы вспомнят легендарные КТ315, у которых любили отламываться выводы).
Мощные компоненты я формую немного по другому. Формовка производится так, чтобы компонент стоял над платой, в таком случае тепло меньше будет переходит на плату и не будет ее разрушать.
Так выглядят отформованные мощные резисторы на плате.
Все компоненты паялись только снизу, припой который вы видите на верхней части платы проник сквозь отверстие благодаря капиллярному эффекту. Желательно паять так, чтобы припой немного проникал на верхнюю часть, это увеличит надежность пайки, а в случае тяжелых компонентов их лучшую устойчивость.
Если до этого выводы компонентов я формовал при помощи пинцета, то для диодов уже понадобятся небольшие плоскогубцы с узкими губками.
Формуются выводы примерно также как у резисторов.
Но вот при установке есть отличия.
Если у компонентов с тонкими выводами сначала происходит установка, потом обкусывание, то у диодов все наоборот. Вы просто не загнете после обкусывания такой вывод, потому сначала загибаем вывод, потом обкусываем лишнее.
Силовой узел собран с применением двух транзисторов включенных по схеме Дарлингтона.
Один из транзисторов устанавливается на небольшой радиатор, лучше через термопасту.
В комплекте было четыре винтика М3, один идет сюда.
Пара фото почти спаянной платы. Установку клеммников и остальных компонентов я расписывать не буду, это интуитивно понятно, да и видно по фотографии.
Кстати насчет клеммников, на плате установлены клеммники для подключения входа, выхода, питания вентилятора.
Плату я пока не промывал, хотя часто делаю это на этом этапе.
Обусловлено это тем, что будет еще небольшая часть по доработке.
После основного этапа сборки у нас остались следующие компоненты.
Мощный транзистор
Два переменных резистора
Два разъема для установки на плату
Два разъема с проводами, кстати провода очень мягкие, но небольшого сечения.
Три винтика.
Изначально производитель задумывал разместить переменные резисторы на самой плате, но так они ставятся настолько неудобно, что я даже не стал их паять и показал просто для примера.
Они стоят очень близко и регулировать будет крайне неудобно, хотя и реально.
Но спасибо что не забыли дать в комплекте провода с разъемами, так гораздо удобнее.
В таком виде резисторы можно вынести на переднюю панель прибора, а плату установить в удобном месте.
Попутно запаял мощный транзистор. Это обычный биполярный транзистор, но имеющий максимальную рассеиваемую мощность до 100 Ватт (естественно при установке на радиатор).
Осталось три винтика, я не понял куда их даже применить, если по углам платы, то надо четыре, если крепить мощный транзистор, то они короткие, в общем загадка.
Питать плату можно от любого трансформатора с выходным напряжением до 22 Вольт (в характеристиках заявлено 24, но я выше пояснил почему такое напряжение применять нельзя).
Я решил использовать давно лежащий у меня трансформатор для усилителя Романтика. Почему для, а не от, да потому, что он еще нигде не стоял:)
Этот трансформатор имеет две выходные силовые обмотки по 21 Вольту, две вспомогательные по 16 Вольт и экранирующую обмотку.
Напряжение указано для входного 220, но так как у нас сейчас уже стандарт 230, то и выходные напряжения будут немного выше.
Расчетная мощность трансформатора около 100 Ватт.
Выходные силовые обмотки я запараллелил, чтобы получить больше ток. Можно было конечно использовать схему выпрямления с двумя диодами, но лучше с ней не будет, потому оставил так как есть.
Первое пробное включение. На транзистор я установил небольшой радиатор, но даже в таком виде был довольно большой нагрев, так как БП линейный.
Регулировка тока и напряжения происходит без проблем, все заработало сразу, потому я уже вполне могу рекомендовать этот конструктор.
Первое фото - стабилизация напряжения, второе - тока.
Для начала я проверил, что выдает трансформатор после выпрямления, так как это определяет максимальное выходное напряжение.
У меня получилось около 25 Вольт, не густо. Емкость фильтрующего конденсатора 3300мкФ, я бы советовал его увеличить, но даже в таком виде устройство вполне работоспособно.
Так как для дальнейшей проверки надо было уже применять нормальный радиатор, то я перешел к сборке всею будущей конструкции, так как установка радиатора зависела от задуманного конструктива.
Я решил применить лежащий у меня радиатор Igloo7200. По заявлению производителя такой радиатор способен рассеивать до 90 Ватт тепла.
В устройстве будет применен корпус Z2A по идее польского производства, цена около 3 долларов.
Изначально я хотел отойти от приевшегося моим читателям корпуса, в котором я собираю всякие электронные штучки.
Для этого я выбрал немного меньший корпус и купил к нему вентилятор с сеточкой, но всунуть в него всю начинку не получалось и был приобретен второй корпус и соответственно второй вентилятор.
В обоих случаях я покупал вентиляторы Sunon, мне очень нравится продукция этой фирмы, также в обоих случаях покупались вентиляторы на 24 Вольта.
Вот так по задумке у меня должен был устанавливаться радиатор, плата и трансформатор. Остается даже немного места на расширение начинки.
Всунуть вентилятор внутрь не получалось никак, потому было принято решение разместить его снаружи.
Размечаем крепежные отверстия, нарезаем резьбу, привинчиваем для примерки.
Так как выбранный корпус имеет внутреннюю высоту 80мм, а плата также имеет такой размер, то я закрепил радиатор так, чтобы плата получалась симметрично по отношению к радиатору.
Выводы мощного транзистора также надо немного отформовать чтобы они не деформировались при прижатии транзистора к радиатору.
Небольшое отступление.
Производитель почему то задумал место для установки довольно небольшого радиатора, из-за этого при установке нормального получается так, что стабилизатор питания вентилятора и разъем для его подключения мешают.
Мне пришлось их выпаять, а место где они были, заклеить скотчем, чтобы не было соединения с радиатором, так как на нем присутствует напряжение.
Лишний скотч с обратной стороны я обрезал, иначе получалось как то совсем неаккуратно, будем делать по Феншую:)
Так выглядит печатная плата с окончательно установленным радиатором, транзистор устанавливается через термопасту, и лучше применить хорошую термопасту, так как транзистор рассеивает мощностью сопоставимую с мощным процессором, т.е. около 90 Ватт.
Заодно я сразу сделал отверстие для установки платы регулятора оборотов вентилятора, которое в итоге все равно пришлось пересверливать:)
Для установки нуля и выкрутил оба регулятора в крайнее левое положение, отключил нагрузку и выставил на выходе ноль. Теперь выходное напряжение будет регулироваться от нуля.
Дальше несколько тестов.
Я проверял точность поддержания выходного напряжения.
Холостой ход, напряжение 10.00 Вольт
1. Ток нагрузки 1 Ампер, напряжение 10,00 Вольт
2. Ток нагрузки 2 Ампера, напряжение 9.99 Вольта
3. Ток нагрузки 3 Ампера, напряжение 9.98 Вольта.
4. Ток нагрузки 3,97 Ампера, напряжение 9.97 Вольта.
Характеристики весьма неплохие, при желании их можно еще немного улучшить, изменив точку подключения резисторов обратной связи по напряжению, но как по мне, достаточно и так.
Также я проверил уровень пульсаций, проверка проходила при токе 3 Ампера и выходном напряжении 10 Вольт
Уровень пульсаций составил около 15мВ, что очень хорошо, правда подумал, что на самом деле пульсации, показанные на скриншоте, скорее пролазили от электронной нагрузки, чем от самого БП.
После этого я приступил к сборке самого устройства в целом.
Начал с установки радиатора с платой блока питания.
Для этого разметил место установки вентилятора и разъема для подключения питания.
Отверстие размечалось не совсем круглым, с небольшими «срезами» вверху и внизу, они нужны для увеличения прочности задней панели после вырезания отверстия.
Самую большую сложность обычно представляют отверстия сложной формы, например под разъем питания.
Большое отверстие вырезается из большой кучи маленьких:)
Дрелька + сверло диаметром 1мм иногда творят чудеса.
Сверлим отверстия, много отверстий. Может показаться что это долго и нудно. Нет, наоборот, это очень быстро, полная сверловка панели занимает около 3 минут.
После этого я обычно ставлю сверло чуть больше, например 1.2-1.3мм и прохожу им как фрезой, получается такой вот прорез:
После этого берем в руки небольшой нож и зачищаем получившиеся отверстия, заодно немного подрезаем пластмассу, если отверстие получилось чуть меньше. Пластмасса довольно мягкая, потому работать удобно.
Последним этапом подготовки сверлим крепежные отверстия, можно сказать что основная работа над задней панелью окончена.
Устанавливаем радиатор с платой и вентилятор, примеряем получившийся результат, при необходимости «дорабатываем при помощи напильника».
Почти в самом начале я упомянул о доработке.
Дорабатывать я буду немного.
Для начала я решил заменить родные диоды во входном диодном мосте на диоды Шоттки, я купил для этого четыре штуки 31DQ06. и тут я повторил ошибку разработчиков платы, купив по инерции диоды на тот же ток, а надо было на больший. Но все равно нагрев диодов будет меньше, так как падение на диодах Шоттки меньше, чем на обычных.
Во вторую очередь я решил заменить шунт. Меня не устраивало не только то, что он греется как утюг, а и то, что на нем падает около 1.5 Вольта, которые можно пустить в дело (в смысле в нагрузку). Для этого я взял два отечественных резистора 0.27Ома 1% (это еще и улучшит стабильность). почему так не сделали разработчики, непонятно, цена решение абсолютно та же самая что и в варианте с родным резисторов на 0.47 Ома.
Ну и уже скорее как дополнение я решил заменить родной конденсатор фильтра 3300мкФ более качественный и емкий Capxon 10000 мкФ…
Так выглядит получившаяся конструкция с замененными компонентами и установленной платой термоконтроля вентилятора.
Получилось немного колхозно, и к тому же я случайно сорвал один пятачок на плате при установке мощных резисторов. Вообще можно было спокойно применить менее мощные резисторы, например один резистор на 2 Ватта, просто у меня такого не было в наличии.
Снизу также добавилось немного компонентов.
Резистор на 3.9к, параллельно крайним контактам разъема для подключения резистора регулировки тока. Он нужен для уменьшения напряжения регулировки так как напряжение на шунте у нас теперь другое.
Пара конденсаторов на 0.22мкФ, один параллельно выходу с резистора регулировки тока, для уменьшения наводок, второй просто по выходу блока питания, он не особо нужен, просто я случайно достал сразу пару и решил применить оба.
Вся силовая часть соединена, на трансформатор попутно установлена плата с диодным мостом и конденсатором для питания индикатора напряжения.
По большому счету эта плата необязательна в текущем варианте, но питать индикатор от предельных для него 30 Вольт у меня рука не поднялась и я решил использовать дополнительную обмотку на 16 Вольт.
Для организации передней панели были использованы следующие компоненты:
Клеммы для подключения нагрузки
Пара металлических ручек
Выключатель питания
Красный светофильтр, заявлен как светофильтр для корпусов КМ35
Для индикации тока и напряжения я решил использовать плату оставшуюся у меня после написания одного из обзоров. Но меня не устраивали маленькие индикаторы и потому были куплены более крупные с высотой цифры 14мм, а к ним была изготовлена печатная плата.
Вообще данное решение временное, но хотелось даже временно сделать аккуратно.
Несколько этапов подготовки передней панели.
1. Чертим макет передней панели в натуральную величину (я использую обычный Спринт Лайаут). Преимущество применения одинаковых корпусов в том, что подготовить новую панель очень просто, так как уже известны необходимые размеры.
Прикладываем распечатку к передней панели и в углах квадратных/прямоугольных отверстий сверлим разметочные отверстия диаметром 1мм. Тем же сверлом насверливаем центры остальных отверстий.
2. По получившимся отверстиям размечаем места реза. Меняем инструмент на тонкую дисковую фрезу.
3. Прорезаем прямые линии, спереди четко по размерам, сзади немного больше, чтобы прорез был максимально полным.
4. Выламываем вырезанные куски пластмассы. Я обычно их не выбрасываю, так как они еще могут пригодится.
Аналогично подготовке задней панели обрабатываем получившиеся отверстия при помощи ножа.
Отверстия большого диаметра я рекомендую сверлить конусным сверлом, оно не «закусывает» пластмассу.
Примеряем то, что у нас получилось, при необходимости дорабатываем при помощи надфиля.
Мне пришлось немного расширять отверстие под выключатель.
Как я выше писал, для индикации я решил использовать плату, оставшуюся от одного из прошлых обзоров. Вообще это очень плохое решение, но для временного варианта более чем подходящее, я позже объясню почему.
Выпаиваем с платы индикаторы и разъемы, прозваниваем старые индикаторы и новые.
Я расписал себе цоколевку обоих индикаторов, чтобы не запутаться.
В родном варианте были применены четырехразрядные индикаторы, я применил трехразрядные. так как больше у меня не влазило в окно. Но так как четвертый разряд нужен лишь для отображения буквы A или U, то их потеря не критична.
Светодиод индикации режима ограничения тока я расположил между индикаторами.
Подготавливаю все необходимое, со старой платы выпаиваю резистор на 50мОм, который будет использоваться как и раньше, в качестве токоизмерительного шунта.
Вот с этим шунтом и связана проблема. Дело в том, что в таком варианте у меня будет падение напряжения на выходе на 50мВ на каждый 1 Ампер тока нагрузки.
Избавиться от этой проблемы можно двумя способами, применить два отдельных измерителя, на ток и напряжение, при этом запитав вольтметр от отдельного источника питания.
Второй способ - установить шунт в плюсовом полюсе БП. Оба варианта мне не подходили под временное решение, потому я решил наступить на горло своему перфекционизму и сделать упрощенный вариант, но далеко не самый лучший.
Для конструкции я использовал монтажные стойки, оставшиеся от платы DC-DC преобразователя.
С ними у меня получилась очень удобная конструкция, плата индикатора крепится к плате ампервольтметра, которая в свою очередь крепится к плате силовых клемм.
Получилось даже лучше чем я ожидал:)
Также на плате силовых клемм я расположил токоизмерительный шунт.
Получившаяся в итоге конструкция передней панели.
А потом я вспомнил, что забыл установить более мощный защитный диод. пришлось допаивать его потом. Я использовал диод, оставшийся после замены диодов во входном мосте платы.
Конечно по хорошему надо бы еще добавить предохранитель, но это уже не в этой версии.
А вот резисторы регулировки тока и напряжения я решил поставить получше, чем те, которые предложил производитель.
Родные вполне качественные, и имеют плавный ход, но это обычные резисторы и как по мне лабораторный блок питания должен иметь возможность более точной подстройки выходного напряжения и тока.
Еще когда я думал заказать плату БП, то я увидел в магазине и заказал на обзор и их, тем более что они имели тот же номинал.
Вообще я обычно применяю для таких целей другие резисторы, они совмещают внутри себя сразу два резистора, для грубой и плавной регулировки, но в последнее время не могу найти их в продаже.
Может кто нибудь знает их импортные аналоги?
Резисторы вполне качественные, угол поворота 3600 градусов, или по простому - 10 полных оборотов, что обеспечивает перестройку 3 Вольта или 0.3 Ампера на 1 оборот.
С такими резисторами точность регулировки получается примерно в 11 раз точнее чем с обычными.
Новые резисторы в сравнении с родными, габарит конечно впечатляет.
Попутно я немного укоротил провода к резисторам, это должно улучшить помехоустойчивость.
Упаковал все в корпус, в принципе даже осталось немного места, есть куда расти:)
Экранирующую обмотку я соединил с заземляющим проводником разъема, плата дополнительного питания расположена прямо на клеммах трансформатора, это конечно не очень аккуратно, но другого варианта я пока не придумал.
Проверка после сборки. Все завелось почти с первого раза, я случайно перепутал два разряда на индикаторе и долго не мог понять что не так ст регулировкой, после переключения все стало как надо.
Последний этап - вклеивание светофильтра, установка ручек и сборка корпуса.
Светофильтр имеет по периметру утончение, основная часть утапливается в окно корпуса, а более тонкая часть приклеивается двухсторонним скотчем.
Ручки изначально были рассчитаны под диаметр вала 6.3мм (если не путаю), у новых резисторов вал тоньше, пришлось одеть на вал пару слоев термоусадки.
Переднюю панель я решил пока никак не оформлять и тому есть две причины:
1. Управление настолько интуитивно понятно, что нет пока особого смысла в надписях.
2. Я планирую дорабатывать данный блок питания, потому возможны изменения в дизайне передней панели.
Пара фото получившейся конструкции.
Вид спереди:
Вид сзади.
Внимательные читатели наверняка заметили, что вентилятор стоит так, что выдувает горячий воздух из корпуса, а не нагнетает холодный между ребер радиатора.
Я решил так сделать потому, что радиатор по высоте чуть меньше корпуса, и чтобы горячий воздух не попадал внутрь, я поставил вентилятор наоборот. Это конечно заметно снижает эффективность отвода тепла, но позволяет немного вентилировать и пространство внутри БП.
Дополнительно я рекомендовал бы сделать несколько отверстий снизу нижней половины корпуса, но это уже скорее дополнение.
После всех переделок у меня получился ток чуть меньше, чем в изначальном варианте, и составил около 3.35 Ампера.
И так, попробую расписать плюсы и минусы данной платы.
Плюсы
Отличное качество изготовления.
Почти правильная схемотехника устройства.
Полный комплект деталей для сборки платы стабилизатора блока питания
Хорошо подходит начинающим радиолюбителям.
В минимальном виде дополнительно требует только трансформатор и радиатор, в более расширенном еще и ампервольтметр.
Полностью работоспособно после сборки, хотя и с некоторыми нюансами.
Отсутствие емких конденсаторов на выходе БП, безопасен при проверке светодиодов и т.п.
Минусы
Неправильно выбран тип операционных усилителей, из-за этого диапазон входного напряжения должен быть ограничен на уровне 22 Вольта.
Не очень подходящий номинал резистора измерения тока. Он работает в нормальном для него тепловом режиме, но лучше его заменить, так как нагрев очень большой и может навредить окружающим компонентам.
Входной диодный мост работает на максимуме, лучше заменить диоды на более мощные
Мое мнение. В процессе сборки у меня создалось впечатление, что схему разрабатывали два разных человека, один применил правильный принцип регулировки, источник опорного напряжения, источник напряжения отрицательной полярности, защиту. Второй неправильно подобрал под это дело шунт, операционные усилители и диодный мост.
Схемотехника устройства очень понравилась, а разделе доработки я сначала хотел заменить операционные усилители, даже купил микросхемы с максимальным рабочим напряжением в 40 Вольт, но потом передумал дорабатывать. но в остальном решение довольно правильное, регулировка плавная и линейная. Нагрев конечно есть, без него никуда. Вообще как по мне, то для начинающего радиолюбителя это очень неплохой и полезный конструктор.
Наверняка найдутся люди, которые напишут что проще купить готовый, но я думаю что самому собрать и интереснее (наверное это самое главное) и полезнее. Кроме того у многих вполне спокойно дома найдется и трансформатор и радиатор от старого процессора, и какая нибудь коробочка.
Уже в процессе написания обзора у меня еще больше усилилось чувство, что этот обзор будет началом в серии обзоров посвященных линейному блоку питания, есть мысли по доработке -
1. Перевод схемы индикации и управления в цифровой вариант, возможно с подключением к компьютеру
2. Замена операционных усилителей на высоковольтные (пока не знаю на какие)
3. После замены ОУ хочу сделать две автоматически переключаемые ступени и расширить диапазон выходного напряжения.
4. Изменить принцип измерения тока в устройстве индикации так, чтобы не было просадки напряжения под нагрузкой.
5. Добавить возможность отключения выходного напряжения кнопкой.
На этом наверное и все. Возможно я еще что то вспомню и дополню, но больше я жду комментариев с вопросами.
Также в планах посвятить еще несколько обзоров конструкторам для начинающих радиолюбителей, возможно у кого нибудь будут предложения по поводу определенных конструкторов.
Не для слабонервных
Сначала не хотел показывать, но потом решил все таки сделать фото.
Слева блок питания, которым я пользовался много лет до этого.
Это простенький линейный БП с выходом 1-1.2 Ампера при напряжении до 25 Вольт.
Вот его я и захотел заменить на что то более мощное и правильное.
Предлагаемая схема простого (всего 3 транзистора) блока питания выгодно отличается точностью поддержания выходного напряжения - тут применена компенсационная стабилизация, надёжностью запуска, широким диапазоном регулировки и дешёвыми недефицитными деталями. Печатная плата в формате Lay - .
После правильной сборки работает сразу, только подбираем стабилитрон согласно требуемому значению максимального выходного напряжения БП.
Корпус делаем из того, что под рукой. Классический вариант - металлическая коробочка от компьютерного БП ATX. Уверен, каждый имеет их немало, так как иногда они сгорают, а купить новый проще, чем чинить.
В корпус прекрасно влазит трансформатор на 100 ватт, и плате с деталями найдётся место.
Кулер можно оставить - лишним не будет. А чтоб не шумел, просто питаем его через токоограничительный резистор, который подберёте экспериментально.
Для передней панели не поскупился и купил пластиковую коробочку - в ней очень удобно делать отверстия и прямоугольные окна для индикаторов и регуляторов.
Амперметр берём стрелочный - чтоб хорошо были видны броски тока, а вольтметр поставил цировой - так удобнее и красивее!
После сборки регулируемого блока питания проверяем его в работе - он должен давать почти полный ноль при нижнем (минимальном) положении регулятора и до 30В - при верхнем. Подключив нагрузку пол ампера - смотрим на просадку выходного напряжения. Она должна быть тоже минимальной.
В общем, при всей своей кажущейся простоте, данный блок питания наверное один из лучших по своим параметрам. При необходимости можно добавить в него узел защиты - пару лишних транзисторов. Как это делается смотрите на форуме. Схему собрал и испытал - Mars.
Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ 0-30В
Множество радиолюбительских блоков питания (БП) выполнено на микросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 и т.п. Нижний предел регулировки этих микросхем составляет 1,2...1,3 В, но иногда необходимо напряжение 0,5...1 В. Автор предлагает несколько технических решений БП на базе данных микросхем.
Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А (рис. 1) представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2...37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.
Рис. 1. ИМС КР142ЕН12А
На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис. 2. Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе. Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DA1 и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга. В авторском варианте DA1 установлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2.
Рис.
2. Регулируемый БП на ИМС КР142ЕН12А
Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора, и подбираются согласно формуле:
U вых = U вых.min (1 + R3/R5).
На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диодного моста КЦ407А и стабилизатора 79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.
Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.
После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rдоб. Резисторы R2 (рис. 2) и резистор Rдоб (рис. 3) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.
Рис.
3. Схема включения Rдоб
Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 - на ток 3 A, LM338 - на ток 5 А. Данные по этим микросхемам можно найти на сайте National Semiconductor .
В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1...1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25...30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А.
При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.
Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1 %/В.
На рис. 4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис. 2. Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А.
Максимально рассеиваемую мощность на выходе стабилизатора Рmax можно рассчитать по формуле:
Р max = (U вх - U вых) I вых,
где U вх - входное напряжение, подаваемое на микросхему DA3, U вых - выходное напряжение на нагрузке, I вых - выходной ток микросхемы.
Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, U вх =39 В, выходное напряжение на нагрузке U вых =30 В, ток на нагрузке I вых =5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт.
Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый - не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить.
Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, ближе к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ.
Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металло-фольгированный с погрешностью не хуже 1 %. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис. 3. Схемное решение защиты, приведенное в , автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в . В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В.
Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис. 5, внешний вид БП - на рис. 6. Размеры печатной платы 112x75 мм. Радиатор выбран игольчатый. Микросхема DA3 изолирована от радиатора прокладкой и прикреплена к нему с помощью стальной пружинящей пластины, прижимающей микросхему к радиатору.
Рис.
5. Печатная плата БП и расположение элементов
Конденсатор С1 типа К50-24 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов емкостью 4700 мкФх50 В. Можно применить импортный аналог конденсатора типа К50-6 емкостью 10000 мкФх50 В. Конденсатор должен располагаться как можно ближе к плате, а проводники, соединяющие его с платой, должны быть как можно короче. Конденсатор С7 производства Weston емкостью 1000 мкФх50 В. Конденсатор С8 на схеме не показан, но отверстия на печатной плате под него есть. Можно применить конденсатор номиналом 0,01...0,1 мкФ на напряжение не менее 10...15 В.
Рис.
6. Внешний вид БП
Диоды VD1-VD4 представляют собой импортную диодную микросборку RS602, рассчитанную на максимальный ток 6 А (рис. 4). В схеме защиты БП применено реле РЭС10 (паспорт РС4524302). В авторском варианте применен резистор R7 типа СПП-ЗА с разбросом параметров не более 5%. Резистор R8 (рис. 4) должен иметь разброс от заданного номинала не более 1 %.
Блок питания обычно настройки не требует и начинает работать сразу после сборки. После прогрева блока резистором R6 (рис. 4) или резистором Rдоп (рис. 3) выставляют 0 В при номинальной величине R7.
В данной конструкции применен силовой трансформатор марки ОСМ-0,1УЗ мощностью 100 Вт. Магнитопровод ШЛ25/40-25. Первичная обмотка содержит 734 витка провода ПЭВ 0,6 мм, обмотка II - 90 витков провода ПЭВ 1,6 мм, обмотка III - 46 витков провода ПЭВ 0,4 мм с отводом от середины.
Диодную сборку RS602 можно заменить диодами, рассчитанными на ток не менее 10 А, например, КД203А, В, Д или КД210 А-Г (если не размещать диоды отдельно, придется переделать печатную плату). В качестве транзистора VT1 можно применить транзистор КТ361Г.
Литература
- national.com/catalog/AnalogRegulators_LinearRegulators-Standardn-p-n_PositiveVoltageAdjutable.html
- Морохин Л. Лабораторный источник питания//Радио. - 1999 - №2
- Нечаев И. Защита малогабаритных сетевых блоков питания от перегрузок//Радио. - 1996.-№12
