БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.
Схема БП с регулировкой тока и напряжения
Изначально на фото печатной платы автора были ошибки, печатка была скопирована и доработана, ошибки устранены.
Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.
При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.
Индикатор для блока питания
Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.
Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:
Плёнка — самоклейка типа «бамбук». Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.
Дополнения от BFG5000
Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер — кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов — с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ — появляется прирост проходящей мощности.
Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 — поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.
Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000.
Форум по БП
Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
cxema.org — Мощный стабилизатор тока и напряжения на TL494
Мощный стабилизатор тока и напряжения на TL494
Этот стабилизатор обладает неплохими характеристиками, имеет плавную регулировку тока и напряжения, хорошую стабилизацию, без проблем терпит короткие замыкания, относительно простой и не требует больших финансовых затрат. Он обладает высоким кпд за счет импульсного принципа работы, выходной ток может доходить до 15 ампер, что позволит построить мощное зарядное устройство и блок питания с регулировкой тока и напряжения. При желании можно увеличить выходной ток до 20-и и более ампер.
В интернете подобных устройств, каждое имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы у них одинаковый. Предлагаемый вариант — это попытка создания простого и достаточно мощного стабилизатора.
За счет применения полевых ключей удалось значительно увеличить нагрузочную способность источника и снизить нагрев на силовых ключах. При выходном токе до 4-х ампер транзисторы и силовой диод можно не устанавливать на радиаторы.
Номиналы некоторых компонентов на схеме могут отличаться от номиналов на плате, т.к. плату разрабатывал для своих нужд.
Диапазон регулировки выходного напряжения от 2-х до 28 вольт, в моем случае максимальное напряжение 22 вольта, т.к. я использовал низковольтные ключи и поднять напряжение выше этого значения было рискованно, а так при входном напряжении около 30 Вольт, на выходе спокойно можно получить до 28-и Вольт. Диапазон регулировки выходного тока от 60mA до 15A Ампер, зависит от сопротивления датчика тока и силовых элементов схемы.
Устройство не боится коротких замыканий, просто сработает ограничение тока.
Собран источник на базе ШИМ контроллера TL494, выход микросхемы дополнен драйвером для управления силовыми ключами.
Хочу обратить ваше внимание на батарею конденсаторов установленных на выходе. Следует использовать конденсаторы с низким внутренним сопротивлением на 40-50 вольт, с суммарной емкостью от 3000 до 5000мкФ.
Нагрузочный резистор на выходе применен для быстрого разряда выходных конденсаторов, без него измерительный вольтметр на выходе будет работать с запаздыванием, т.к. при уменьшении выходного напряжения конденсаторам нужно время, для разрядки, а этот резистор быстро их разрядит. Сопротивление этого резистора нужно пересчитать, если на вход схемы подается напряжение больше 24-х вольт. Резистор двух ваттный, рассчитан с запасом по мощности, в ходе работы может греться, это нормально.
Как это работает:
ШИМ контроллер формирует управляющие импульсы для силовых ключей. При наличии управляющего импульса транзистор, и питание по открытому каналу транзистора через дроссель поступает на накопительный конденсатор. Не забываем, что дроссель является индуктивной нагрузкой, которым свойственно накапливание энергии и отдача за счет самоиндукции. Когда транзистор закрывается накопленный в дросселе заряд через диод шоттки продолжит подпитывать нагрузку. Диод в данном случае откроется, т.к. напряжение с дросселя имеет обратную полярность. Этот процесс будет повторяться десятки тысяч раз в секунду, в зависимости от рабочей частоты микросхемы ШИМ. По факту ШИМ контроллер всегда отслеживает напряжение на выходном конденсаторе.
Стабилизация выходного напряжения происходит следующим образом. На неинвертирующий вход первого усилителя ошибки микросхемы (вывод 1) поступает выходное напряжение стабилизатора, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое присутствует на инверсном входе усилителя ошибки. При снижении выходного напряжения будет снижаться и напряжение на выводе 1, и если оно будет меньше опорного напряжения, ШИМ контроллер будет увеличивать длительности импульсов, следовательно транзисторы больше времени будут находиться в открытом состоянии и больше тока будет накачиваться в дроссель, если же выходное напряжение больше опорного, произойдет обратное — микросхема уменьшит длительность управляющих импульсов. Указанным делителем можно принудительно менять напряжение на неинвертирующщем входе усилителя ошибки, этим увеличивая или уменьшая выходное напряжение стабилизатора в целом. Для наиболее точной регулировки напряжения применён подстроечный многооборотный резистор, хотя можно использовать обычный.
Минимальное выходное напряжение составляет порядка 2 вольт, задается указанным делителем, при желании можно поиграться с сопротивлением резисторов для получения приемлемых для вас значений, не советуется снижать минимальное напряжение ниже 1 вольта.
Для отслеживания потребляемого нагрузкой тока установлен шунт. Для организации функции ограничения тока задействован второй усилитель ошибки в составе ШИМ контроллера тл494. Падение напряжения на шунте поступает на неинвертирующий вход второго усилителя ошибки, опять сравнивается с опорным, а дальше происходит точно тоже самое, что и в случае стабилизации напряжения. Указанным резистором можно регулировать выходной ток.
Токовый шунт изготовлен из двух параллельно соединённых низкоомных резисторов с сопротивлением 0,05Ом.
Накопительный дроссель намотан на желто белом кольце от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания.
Так как схема планировалась на довольно большой входной ток, целесообразно использовать два сложенных вместе кольца. Обмотка дросселя содержит 20 витков намотанных двумя жилами провода диаметром 1,25мм в лаковой изоляции, индуктивность около 80-90 микрогенри.
Диод желательно использовать с барьером Шоттки и обратным напряжением 100-200 вольт, в моем случае применена мощная диодная сборка MBR4060 на 60 вольт 40 Ампер.
Силовые ключи вместе с диодом устанавливают на общий радиатор, притом изолировать подложки компонентов от радиатора не нужно, т.к. они общие.
Подробное описание и испытания блока можно посмотреть в видео
Печатная плата тут
Самодельный лабораторный блок питания: vladikoms — LiveJournal
Когда то у меня был советский источник питания Б5-47, он очень громко и противно пищал, грелся, периодически из него шел дым. Таким образом пользование сей девайсом более 5 минут причиняло просто невыносимые моральные страдания. Явно он был неисправен. Вскрытие показало что лучше его сразу выбросить и забыть. К тому же его интерфейс управления мне никогда не нравился, юзабельность тоже оставляла желать лучшего. Понятно, что без нормального БП жизнь скучна, решил быстренько сделать БП из того что было под рукой. В итоге изготовление данной конструкции по разным причинам затянулось аж на 2 года. Собственно вот результат:
Требования были следующие: регулируемое выходное напряжение до 30 В с регулируемым токоограничением до 5 А. Разумеется должна применяться цифровая индикация. Дизайн должен напоминать MASTECH HY3005D и им подобные. Единственное — мне никогда не нравилось что первый прибор показывает ток. Ну неправильно это — напряжение всегда первично, соответственно первый прибор должен показывать именно напряжение.
Первоначально проектировал схему на базе линейного стабилизатора К142ЕН2А, но в итоге отказался от этой идеи — низкий КПД, регулирующий силовой транзистор сильно грелся даже с учетом того что был предусмотрен переключатель отпаек на вторичной стороне трансформатора. Да и вообще всё как-то криво работало. Пришлось выпилить.
Второй вариант схемы разработал на базе легендарного ШИМ-контроллера TL494, который в разных вариациях встречается во многих компьютерных блоках питания. На этот раз всё получилось как надо.
Вкратце о конструкции:
Принципиальная схема (кликабельно)
Как уже говорил — девайс собрал из запчастей, большинство которых были в радиусе 5 метров от меня.
Понижающий трансформатор нашелся под столом, марки я его не знаю. Напряжение на вторичке около 40 В.
D1 — TL494, VD1 — диод шоттки и тороидальный дроссель L1 выпаял из неисправного компьютерного блока питания: диод шоттки используется в схеме выпрямления, он установлен на радиаторе возле импульсного трансформатора, тороидальный дроссель расположен рядом с ним.
LM358 — весьма хороший и распространенный операционный усилитель. Продаётся почти на каждом углу. Рекомендован к приобретению.
Шунт R12 — взял из какого-то старого связисткого оборудования: представляет собой 3 толстых изогнутых проволочки.
Резисторы R9, R10 используются для регулирования выходного напряжения (грубо, точно). Резисторы R3, R4 используются для регулирования токоограничения (грубо, точно).
При наладке БП подстроечным резистором R15 регулируется порог переключения светодиодной сигнализации. Еще возникли проблемы с интегральным стабилизатором 7805 — при входном напряжении около 40 В он начинал ужасно глючить — просаживал выходное напряжение, решил проблему установив по входу 1 Вт гасящий резистор R13.
Сам корпус взят от древнего самопишущего регистратора. Компоновка получилась следующей — в середине корпуса установлен силовой трансформатор, который вошел туда как родной, видимо они были созданы друг для друга. В передней части БП расположена электронная схема управления, органы управления и сигнализации. В задней части корпуса расположена вся силовая электроника. Таким образом трансформатор как бы делит БП на 2 части — слаботочную и силовую.
Передняя часть корпуса с откинутой лицевой крышкой. Цифровые измерительные приборы приехали из Китая, они заводского производства. Электронная схема управления состоит из 2 плат: плата регулятора напряжения — TL494 c обвязкой, и плата сигнализации — включает в себя микросхемы D3,D4. Почему не сделал на одной плате? Просто сигнализацию я делал несколько позже чем регулятор, и отдельно доводил её «до ума». Там тоже были свои заморочки.
Задняя часть корпуса. На общем радиаторе установлены диодный мост KBPC 3510, силовой транзистор КТ827А, дроссель L1, шунт R12. Всё это дело изнутри обдувается 12 сантиметровым вентилятором. В задней части корпуса установлены также предохранители, сглаживающие конденсаторы C1, C4 и маленький вспомогательный импульсный блок питания для работы вентилятора и цифровых измерительных приборов.
Конечно, можно было бы купить фирменный БП и не городить огород. Но иногда хочется самому поизобретать велосипед
Если кто-то задумает повторить конструкцию вот здесь выложил принципиальную схему в высоком разрешении и чертежи печатных плат в формате Sprint Layout.
Обновление 09.01.2019
По прошествии времени пользователи в комментариях поделились своими модификациями блоков питания. Рассмотрим подробнее предложенные варианты. Обсуждение всех конструкций по-прежнему доступно в комментариях
Модификация № 1
Предложена acxat_smr
Принципиальная схема
Драйвер полевика (точнее, двух параллельно — выравниванием токов занимаются сами полевики) запитан от отдельного источника 15в. У себя взял промагрегат 9-36в/15в TEN 12-2413. От него же запитаны кулеры.
TL494 запитана от отдельного источника 24 в.
Потенциометр вольтажа любой, замер тока с шунта амперметра. Трансформатор выдает 34 в, выпрямленного около 45.
Проблема мощности упиралась в дросселе. Если 5-амперник нормально шел, то 20 помучал.
Практическим путем нашел вариант два параллельно на кольцах от компового. 23 витка проводом 1,15мм.
Внешний вид конструкции
Модификация № 2
Предложена rond_60
Принципиальная схема
Недавно натолкнулся на эту статью про ЛБП на TL494. Загорелся желанием собрать БП по этой схеме, тем более уже давно валялся трансформатор от польского блока питания на 24в и 4а. Вторичка выдает 34в переменки, после моста с кондером 10000х63в — 42в. Собрал навесным монтажом по этой схеме, включил и сразу дым из 494-й. Все проверил, заменил микросхему, включаю — на холостом работает, на выходе напряжение пытается регулироваться, прикоснулся к 494 — горячая! Добавил номинал 4.7к резистору R1 — блок работает, но стоило подключить лампочку 24в 21вт, как взорвалась микросхема в районе 9, 10 ножки. Отмотал с вторичной обмотки транс-ра несколько витков (снизил напряжение на 4 вольта) и все равно горят микросхемы. Питание на 8,11,12 ноги подавал 12в с другого БП, мотал дроссель разным по диаметру проводом и количеством витков — толку нет (сжег 6 микрух). У меня есть кой — какой опыт по переделке компьютерных блоков в зарядные устройства и регулируемые блоки питания на основе TL494 и ее аналогах. Начал собирать обвязку ШИМа по схемам к комповым БП. Изменил управление силовым транзистором, подал питание на ШИМ от отдельного источника на 12в (переделал зарядку от сотового телефона) и все — блок заработал! Пару дней настраивал на регулировки и свист дросселя (оссцила нет) теперь надо отлутить плату управления и можно собирать в корпус.
Сегодня настраивал свой БП. Спасибо большое shc68 за подсказку проверять пульсации на выходе динамиком если нет осциллографа. При малой нагрузке (лампочка 12в, 21вт) из динамика слышался гул и вой когда крутил регулятор тока. Устранил это безобразие установкой дополнительных конденсаторов (на схеме обведено красным цветом).
Как рекомендовал shc68 конденсатор С15 действительно жизненно важный. Еще с помощью динамика определил бракованный потенциометр на регулировку тока. При его вращении из динамика слышался шорох и треск. После его замены и установки доп. конденсаторов из динамика тишина (чуть слышное шипение) при разной нагрузке на выходе БП.
Делал тест на нагрев деталей блока. При такой нагрузке в течении 1.5 часов только транзистор грелся (трогал пальцем его корпус), а радиатор, где он установлен, чуть теплый (обдувается вентилятором). Дроссель — холодный, трансформатор тоже.
Внешний вид конструкции
Модификация № 3
Предложена andrej_l
За основу была взята схема с полевиком https://ic.pics.livejournal.com/rond_60/78751049/3328/3328_original.jpg
При отладке появились проблемы с управлением полевика через трансформатор. На небольших токах нагрузки он работал, при увеличении более 2 ампер происходил срыв и падение тока (при скважности ШИМ > 30%). Пришлось убрать трансформатор и вместо него поставить оптодрайвер ACPL3180 с питанием от отдельной обмотки трансформатора.
Сделал 2 независимых канала с регулировкой напряжения до 30V и ограничения тока до 10A. Второй канал запустился сразу, только пришлось подстроить максимальные значения напряжения и тока. Регулировочные резисторы — 10 оборотные
https://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-3590S-2-103L-3590S-10K-ohm-Precision-Multiturn-Potentiometer-10-Ring-Adjustable-Resistor/32673624883.html?spm=a2g0s.11045068.rcmd404.3.de3456a4CSwuV3&pvid=b572f0cb-2d84-4353-a657-a28824b99672&gps-id=detail404&scm=1007.16891.96945.0&scm-url=1007.16891.96945.0&scm_id=1007.16891.96945.0
В качестве V-A метра применён китайский модуль
https://ru.aliexpress.com/item/DC-100-10A-50A-100A/32834619911.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.466b33edLWGUwZ с доработкой, достигнута точность показаний 2% при больших токах и 10 мА при токах до 1А.
Радиатор на транзисторе и диоде один от компьютерного блока питания. При нагрузке на лампу 15V 150W он нагревается до 80 градусов (больше греется диод). Настроил включение вентилятора охлаждения на 50 град. (один на 2 канала)
Окончательная схема одного канала
Rшунт 0,0015 Ом — Это встроенный шунт прибора, к нему добавляются сопротивление проводов от индикатора до клемм XS104 и «-«, при большом токе они оказывают значительное влияние. Провод 1,5 кв.мм
Настройка:
1 Запускаем задающий генератор на TL494 и драйвер с отключенным затвором VT101. На выходе драйвера будет ШИМ около 90%. Настраиваем частоту TL в пределах 80 — 100 кГц подбирая R107
2 Подключаем затвор транзистора (для подстраховки питание +45 подаём через токоограничивающий балласт, я брал 2 лампы 24V 150W последовательно) и смотрим выход БП. Подключаем небольшую нагрузку (я брал 100 Ом). Если напряжение на выходе регулируется то устанавливаем максимальное значение выхода с помощью R122.
3 Убираем токоограничивающий балласт, нагружаем выход сильнотоковой нагрузкой (я брал лампу 15V 150W) и настраиваем максимальный ток в нагрузке: R106 постепенно выводим в нижнее по схеме положение, подбираем R104 и R105 добиваясь срабатывания защиты по току (у меня ограничение по току 10А). При сработке токовой защиты регулировка напряжения с помощью R101 в большую сторону не приводит к его росту на выходе.
4 Узел индикации на операционнике и светодиодах не нуждается в настройке (его единственный недостаток — небольшая подсветка красного светодиода когда горит зелёный, можно исправить включив последовательно с красным обычный диод.
5 настраиваем Р101 на нужную температуру срабатывания вентилятора нагрузив блок питания на приличную нагрузку измеряя температуру диода и транзистора на радиаторе.
Внешний вид:
Осциллограммы
Блок регулирования напряжения и тока для простого лабораторного источника питания
Описание
В любой радиолюбительской мастерской не обойтись без источника питания с возможностью изменения величины напряжения в широких пределах. Представленное устройство предназначено для регулирования напряжения от полвольта почти до величины входного напряжения и регулирования величины ограничения тока нагрузки. При наличии готового нерегулируемого источника питания напряжением 20-30 В и допустимым током нагрузки до 5 А, этот блок позволит сделать источник универсальным.
Схема
За основу взята распространённая схема (рис.1), обсуждаемая на некоторых радиолюбительских форумах.
| Рисунок 1. Вырезка из журнала Радио. |
Честно говоря, стабилизированной эту схему назвать нельзя однозначно, но тем не менее я рекомендую её для начинающих радиолюбителей, нуждающихся в регулируемом источнике питания. Схема хороша тем, что позволяет регулировать напряжение в широких пределах, а также ограничивать ток нагрузки, что исключает перегрузку источника питания при коротких замыканиях.
У этой схемы есть один существенный недостаток. При регулировании напряжения, оно изменяется не равномерно. От минимума напряжение нарастает очень медленно, но ближе к максимуму процесс становится настолько стремительным, что точная установка требуемого значения весьма затруднительна. По этому поводу на многих форумах не мало соплей и плевков. Не советую уподобляться истерикам и размазывать сопли по этому поводу, всё, что требуется от настоящего радиолюбителя – включать мозг.
Суть проста. Чтобы получить линейный характер регулирования при нелинейном изменении величины регулирования линейным элементом, нужно скорректировать его характеристику в сторону обратной нелинейности… Вот такая не шуточная шутка получилась 🙂
Предлагаю Вам свой вариант схемы, в котором применена отечественная элементная база и добавлен элемент коррекции нелинейности регулировки напряжения – рисунок 2.
| Рисунок 2. Схема блока регулирования напряжения и ограничения тока нагрузки. |
Обратите внимание на подстроечный резистор R7. Его роль как раз и заключается в коррекции характеристики регулирования.
В качестве регулирующего элемента я применил транзистор КТ819ГМ (просто оказался в наличии). Он выполнен в массивном металлическом корпусе и рассчитан на ток коллектора до 15А. Этот транзистор необходимо размещать на радиаторе для эффективного теплоотвода.
В качестве шунта R2 я использовал параллельную спайку пяти двухваттных резисторов 5,1 Ом по 2 Вт каждый. Этот шунт я так же вынес за пределы платы, расположив рядом с радиатором транзистора.
У меня не оказалось переменного резистора 470 Ом, поэтому мне пришлось для R5 использовать резистор 1 кОм, но и при этом номинале ток регулируется достаточно равномерно.
Настройка схемы
Исходная схема (рисунок 1) практически не нуждается в настройке. Переработанная схема (рисунок 2) требует настройки коррекции характера регулирования напряжения. Настройка очень проста.
Подайте на вход напряжение питания (желательно от того источника, который будете брать за основу). Переменный резистор R6 выведите в крайнее положение, при котором напряжение выхода будет максимальным. Измерьте напряжение на выходе схемы. Переведите движок резистора R6 как Вам кажется точно в среднее положение. Подстроечным резистором R7 добейтесь на выходе схемы ровно половины того напряжения, которое измеряли при установке на максимум. Собственно – всё.
Данная коррекция не гарантирует абсолютную линейность регулировки, но визуально Вам покажется, что напряжение меняется идеально равномерно.
Применение
Плюс этой схемы заключается в ограничении максимального тока. Её можно использовать для сборки относительно бюджетного варианта источника питания. Для примера, я использовал в качестве преобразователя сетевого напряжения электронный трансформатор для галогенных ламп. У них есть серьёзный недостаток – отсутствие защиты от перегрузки. Но поскольку регулирующая схема ограничивает ток нагрузки, то практически защищает схему первичного преобразования от КЗ.
Файлы
Схема достаточно проста для повторения даже начинающими радиолюбителями, но, если кого интересует готовая печатка, качайте файл — Регулируемый БП 24 В 5 А
Кроме схемы и печатки в архиве содержится файл таблица с графиком, визуально отражающий изменение харауеристики равномерности регулирования при введении в схему корректирующего резистора, может кому то будет интересно, или даже полезно. Там в красных ячейках можно задавать величину сопротивлений переменного и корректирующего резистора. Изменение характеристики визуально можно наблюдать по представленным в файле графикам.
Предупреждение
Показанный в данной статье способ коррекции пригоден далеко не во всех случаях и может быть непреемлем для отдельного ряда задач!
ВНИМАНИЕ!!! Показанный способ коррекции следует использовать с особой осторожностью, зная принцип работы настраиваемого устройства и хорошо представляя, что Вы делаете! В других схемах при определённых положениях движка резисторов могут возникать недопустимые токи, способные вывести из строя резисторы или иные детали рабочего устройства!!! Используя описанный способ коррекции в своём устройстве вы действуете на свой страх и риск, а ещё лучше, представляете, что делаете. Ни какой ответственности за возможные причинённые неисправности Ваших устройств при применении корректирующего резистора по моей схеме лично я не несу.
Данный способ коррекции в конкретной представленной схеме на рисунке 2 абсолютно безопасен при любых номиналах корректирующего резистора и любых положениях движков корректирующего и переменного резисторов R7 и R6.
Пользуйтесь и наслаждайтесь творческим процессом 🙂
Мощный блок питания с защитой по току
Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:
- Регулировку напряжения до 24 вольт;
- Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
- Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
- Активное охлаждение для работы при больших токах;
- Стрелочные индикаторы тока и напряжения;
Схема регулятора напряжения
Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.
Схема управления вентилятором
В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры — при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.
Схема защиты по току
Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.
Блок индикации тока и напряжения
Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.
Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.
Сборка платы блока питания
Плата печатная:
Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.
Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.
После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.
Сборка корпуса
Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.
Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.
Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.
Настройка
Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.
Смотрите видео
Лабораторный блок питания своими руками 0-30В 0-5А
Некоторым радиолюбителям необходимо иметь в своем арсенале лабораторный блок питания от нуля вольт, иногда это необходимо, а иногда это просто модно. Сегодня у нас статья посвящена именно такому блоку. Мы рассмотрим подробно пошаговую сборку этого ЛБП, а также в процессе сборки постараемся кратко раскрыть основные принципы работы ее узлов.
Лабораторный блок питания своими руками 0-30В 0-5А
Когда был изготовлен блок 1,3-30 В, именного тогда пришла идея немного модернизировать схему и расширить рабочее напряжение от 0 В. По сути, схема лабораторного блока питания дополнилась лишь небольшим количеством элементов.
Как видим, ничего нового, та же LM317 усиленная парой мощных транзисторов TIP36C, ограничение и стабилизация тока также организованно на LM301. Но присутствует стабилизатор 7905 и дополнительный делитель состоящий из R9 и Р4, который позволяет формировать отрицательные 1,2 В. В общем, читаем инструкцию по сборке и настройке блока.
Лабораторный блок питания — пошаговая сборка
Первым делом необходимо выбрать подходящий мощный трансформатор. Для нашего блока им станет ТПП-319. Перед сборкой необходимо как следует его нагрузить и проверить, как он держит нагрузку, и какой максимальный ток он способен выдать.
После подготовки и подключения трансформатора, а также диодного моста BR1, необходимо установить на его выход конденсатор С1 и приступать к плате.
Плату блока питания для самостоятельного изготовления можно скачать в конце статьи в формате lay.
Шаг. 1 Установка элементов, отвечающих за регулировку напряжения
Устанавливаем предохранитель F1. Резистор R1 временно заменяем перемычкой. Далее устанавливаем стабилизатор с регулируемым выходным напряжением LM317. Также на свои места устанавливаем R4 и R6 и подключаем переменный резистор Р3. На плате вместо Р4 устанавливаем временную перемычку на минус блока.
Сейчас мы подключаем основу блока – детали, отвечающие за регулировку напряжения. Выходное напряжение на стабилизаторе LM317 зависит от делителя напряжения, собранного на R6 и Р3.
На выходе мы получим регулируемое стабилизированное напряжение от 1,2 В. Максимальный ток, который сейчас может пропустить через себя LM317 это 1,5 А. Сейчас можно закрепить небольшой радиатор на LM317 и нагрузить выход БП нагрузкой. Важно на данном этапе не перегружать БП, выходной ток не должен превышать 0,5 А т.к. LM317 будет очень сильно нагреваться.
Шаг. 2 Установка конденсаторов фильтра
Устанавливаем конденсаторы С3; С4; С8 — С12. После установки С9 регулировка напряжение станет более плавной. По выходным характеристиками на данном этапе блок остается без изменений.
Шаг. 3 Подключение силовых транзисторов
Снимаем перемычку, установленную вместо резистора R1. Устанавливаем R1 на свое место. Подключаем транзисторы Т1-Т2 и балансировочные резисторы R7 — R8. Устанавливаем R5. R5 – выполняет роль шунта. В дальнейшем LM301 будет отслеживать падение напряжения на нем.
При небольшой нагрузке ток будет идти через LM317, а при увеличении нагрузки из-за падения напряжения на R1 (на 0,6-0,8 В) откроются транзисторы. Транзисторы необходимо установить на хороший радиатор с принудительным охлаждением. На выходе будет регулировка напряжения от 1,2-30 В, но без ограничения тока. Важно! Пока не закончена сборка блока, не устраивать короткое замыкание на выходе БП.
Шаг. 4 Балансировка транзисторов
Работу пары транзисторов необходимо сбалансировать, для этого нагружаем блок. Выходной ток лучше не превышать 3 А. Измеряем ток, проходящий через транзистор Т1, затем через транзистор Т2. Амперметр поочередно подключаем в коллекторную цепь каждого из транзисторов. Если ток примерно одинаковый, переходим к шагу №5. Если перекос тока значительный, необходимо с помощью R7 и R8 добиться максимально близких значений. В качестве нагрузки лучше использовать нихромовую проволоку или спираль от ТЭНа.
Как показывает практика, если пара транзисторов из одной партии и новая, то скорей всего ток, проходящий через каждый транзистор, будет одинаковым.
Если транзисторы отказываются работать в паре, но работают в этой схеме нормально по отдельности — следует уменьшить R1 до 10 Ом.
Шаг. 5 Подключение питания для ОУ и периферии
В следующем шаге мы поработаем над питанием LM301 и периферийных устройств. Для питания вентилятора и цифрового вольтамперметра используется стабилизатор 7812. Питание для него берется с основного моста BR1, а на выходе мы уже получим стабилизированное напряжение 12 В. Также на выходе 7812 устанавливается конденсатор С13. Стабилизатор 7812 желательно установить на небольшой радиатор.
Для формирования отрицательного питания LM301 используется отдельная обмотка трансформатора, которая подключается к диодному мосту BR2 и конденсатору С2 (положительный вывод конденсатора подключается на минус блока). Далее напряжение поступает на стабилизатор отрицательной полярности 7905. Важно учесть, что напряжение на входе стабилизатора должно быть порядка 7-9 В. На выходе 7905 устанавливается конденсатор С14.
После установки необходимо произвести замеры напряжения относительно минуса БП. Черный щуп мультиметра подключается на минус блока, а красный на выход стабилизатора 7905. Показания должны быть – 5 В (минус 5 вольт). На выходе 7812 должно быть 12 В.
Шаг. 6 Установка операционного усилителя и элементов стабилизации тока
Устанавливаем LM301, переменный и подстроечный резистор Р1 и Р2, конденсатор С5;С6;С7, резисторы R2; R3, а также диоды D1; D2 и светодиод LED1. Не забываем поставить перемычку на плате идущую от Р2 .
Пара слов о работе операционного усилителя в этом лабораторном блоке питания. LM301 в данном блоке работает в режиме компаратора. R5 – выполняет роль шунта, LM301 отслеживает на нем падение напряжения.
С помощью делителя, состоящего из резисторов Р1; Р2 и R3, устанавливается на инвертирующем входе опорное напряжение. Если напряжение на инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем на разницу, не превышающую опорное напряжение, на выходе LM301 будет напряжение равное напряжению питания LM301 (такое же, как и на выходе БП). Светодиод не загорится, так как включен обратной полярностью. Как только напряжение на инвертирующем входе превысит напряжение на неинвертирующем, на разницу значения опорного напряжения, то на свой выход ОУ подаст -5V и светодиод загорится. Напряжение отрицательной полярности проходит через LED1 и D1 попадает на управляющий вывод LM317. Вывод частотной коррекции LM301, включенный через диод D2 на выход блока питания, гасит напряжение на выходе ОУ до безопасного для светодиода LED1 уровня.
Таким образом, вращая потенциометр Р1, можно изменять опорное напряжение на инвертирующем входе и соответственно ограничивать ток, проходящий через R5.
На данном этапе о правильной работе LM301 можно судить, когда Р2 или Р1 будет установлен в крайнем минимальном положении, при этом загорится светодиод, а напряжение на выходе блока сбросится на ноль. На этом этапе лабораторный блок питания готов на 90%.
Шаг. 7 Установка нуля
Для регулировки напряжения LM317 он нуля вольт на таком лабораторном блоке питания, будем заимствовать идею, описанную производителем LM117. Тут для регулировки от нуля вольт используется опорное стабилизированное напряжение – 1,2 В (минус 1,2 В).
Как видим, в первоисточнике используется источник опорного напряжения LM113. Его можно заменить современным аналогом LMV431, который лучше согласован с LM317 и имеет опорное напряжение – 1,24 В (минус 1,24 В). Но, при использовании такого подхода возникнет проблема с покупкой LMV431, зачастую магазины везут ее только под заказ и не в самые короткие сроки.
С учетом того, что отрицательное питание LM301 в нашем блоке и так стабилизированное с помощью 7905, то нам достаточно установить делитель напряжения состоящий из R9 и Р4. А с помощью Р4 уже можно добиться значения — 1,25 В (минус 1,25 В) на делителе.
Снимаем временную перемычку, установленную вместо Р4. Устанавливаем R9 и Р4 на свои места. Переводим Р1 и Р2 в средние положения. Р4 устанавливаем в крайнее положение так, что бы его сопротивление было минимальным и включаем блок. С помощью Р3 мы устанавливаем минимальное выходное напряжение блока, оно будет 1,2 В. Далее, увеличивая сопротивление Р4, добиваемся значение 0 В на выходе блока. Теперь доступный диапазон регулировки напряжения составляет 0-30 В.
Шаг. 8 Установка защитных диодов
Устанавливаем диоды D3 и D4. D3 будет защищать вход блока от всплесков напряжений обратной полярности, т.к. эксплуатация лабораторного блока будет происходить в различных условиях. D4 защищает выход LM317 от ситуаций, когда напряжение на выходе LM317 превышает напряжение на ее входе.
Шаг. 9 Настройка ограничения максимального тока
- Выставляем на блоке 12В.
- Р2 устанавливаем на максимум (т.е. регулировка тока включена максимальная) — на выходе 12 В.
- Р1 — на минимум (подстройка максимального тока) т.е. выходной ток будет ноль и напряжение упадет до 0 — горит светодиод.
- Берем нихромовую спираль сопротивлением 2 Ом. и подключаем ее к выходу.
- С помощью Р1 начинаем регулировать ток. Когда на выходе 5 А, можно остановиться. В это время вольтметр будет показывать 10 В.
Теперь с помощью Р2 будет доступный диапазон тока 0 — 5 А. Это самый простой метод, который можно рекомендовать для настройки максимального тока такого лабораторного блока питания.
Шаг. 10 Подключение вольтамперметра
При подключении вольтамперметра питание прибора стоит брать со стабилизатора 7812. Отрицательный выход блока на выходную приборную клемму подключается уже через вольтамперметр.
Для точной (тонкой) регулировки тока и напряжения можно ввести дополнительные переменные резисторы номиналом около 5% от основного регулятора. Например, с Р3 можно подключить последовательно переменный резистор на 220 Ом, а с Р2 можно подключить последовательно переменный резистор на 20 кОм и повторно произвести настройку ограничения тока.
Вот таким получился лабораторный блок питания своими руками. Приносим огромную благодарность Владимиру Сметанину, который не побоялся собрать прототип платы и героически преодолел все трудности сборки блока, чтобы предоставить действительно интересные материалы!
Благодаря Владимиру, лабораторный блок питания имеет индивидуальную лицевую панель, созданную с помощью ЧПУ фрезеровки.
Как и обещали, плату блока можно скачать тут:
Ну и демонстрация работы лабораторного блока питания:
Присылайте в комментах фото, какой лабораторный блок питания получился у Вас, собранный по этой схеме, будем добавлять в статью — так станет интереснее!
Работы наших читателей
Первым решил поделиться своей поделкой Денис Фролов. До этой сборки вообще не имел дела с радиоэлектроникой. Трансформатор используется тороидальный. Плата вытравлена при помощи фоторезиста, наклеена навигация. Денис решил немного усложнить блок, добавлена настольная зарядка для девайсов.
Следующим прислал свой фотоотчет Старков Сергей. Радиоэлектроникой занимался еще с 15ти летнего возраста. Трансформатор брал на 160 ватт с вых. 12,25,36 вольт. Корпус так же как и трансформатор взят с какого-то киповского оборудования. Вольтамперметр как и у всех — китайский. Лицевую часть делал в программе FrontDesigner 3.0, распечатал на струйном принтере на фотобумаге и покрыл лаком. корпус правда еще не успел покрасить.
Прекрасную работу прислал нам Роберт Ганеев из Татарстана. Плату Роберт изменил под свой корпус, использовал три транзистора TIP36C, при сборке возникли небольшие трудности с параллельной работой трех транзисторов. Проблему решили уменьшением R1 до 10 Ом.
Вконтакте
Одноклассники
comments powered by HyperCommentsБлок питания с регулировкой напряжения и тока своими руками
В этой статье вы узнаете как собрать очень полезные блок питания с регулировкой напряжения и тока своими руками. Все этапы сборки блока питания, а так же некоторые технические моменты, представлены в статье. Данный блок питания будет полезен как начинающим радиолюбителям, так и опытным, вы обязательно найдете где применить этот блок питания!
Сборка блока питания
Автор будет использовать блок питания от ноутбука, который выдает напряжение 15В и ток до 8А. Этого будет вполне достаточно.
К шнуру блока питания нужно припаять подходящий разъем, с помощью которого будет подсоединять блок питания к понижающий схеме.
В качестве понижающего преобразователя был выбран достаточно распространенный модуль, на котором можно изменять как напряжение, так и ток, с помощью вот этих вот 2-ух потенциометров.
Однако автор посчитал такие потенциометры не совсем удобными и поэтому решил заменить их на другие, так как скорее всего потребуется очень точная настройка напряжения. Было решено взять многооборотистый потенциометр, чтобы в дальнейшем облегчить себе задачу.
Настройку тока же будем производить обычным потенциометром, так как тут не нужна большая точность. Но в принципе, вам решать какие потенциометры использовать. Далее очень важный компонент — это вольтамперметр вместе с дисплеем, на котором будут отображаться значения. Для подключения разного рода нагрузок были выбраны банановые штекеры.
Так же было решено, что брать 5В из порта USB тоже достаточно удобно, потому что таким образом можно запитывать, например, arduino. Поэтому давайте добавим еще один модуль.
Ну что ж, с компонентами разобрались, теперь давайте приступим к работе. Корпус будем изготавливать из фанеры толщиной 8 мм.
А так как у автора в наличие имеется 3d принтер, то он не смог удержаться и использовал его в этом проекте для печати лицевой панели. 3d принтер также использовался потому, что большинство отверстий передней панели абсолютно нестандартного размера, и найти сверла правильного диаметра почти невозможно, а без конца работать напильником тоже не хочется.
Далее следует деревообработка. Тут лучше воспользоваться циркулярной пилой (конечно если она у вас есть), а также можно использовать электролобзик.
Передняя панель печаталась примерно полтора часа.
В итоге большинство отверстий оказались как раз по размеру, но к сожалению расстояние между отверстиями для банановых штекеров оказались не точными и автору пришлось немножко поработать дрелью. Далее необходимо склеить корпус.
Ну и пока клей сохнет, давайте посмотрим на схему подключения блока питания:
Итак, на вход мы получаем 15 В. Есть выключатель, с помощью которого мы включаем-выключаем схему, и когда он замкнут сразу же запитывается модуль с USB портом. На нем есть понижающий преобразователь, поэтому он запитывается напрямую. Также автор добавил предохранитель. Как только выключатель замыкается, то также запитывается и дисплей с вольтамперметром. Далее главная часть — это основной преобразователь.
Тут у нас конечно же 2 потенциометра, минусовой контакт от преобразователя подключается к дисплею как бы в разрыв цепи, и далее идет на минусовой контакт бананового штекера. Таким образом мы можем измерять ток. А плюсовой же контакт от преобразователя идёт напрямую к контакту бананового штекера, и параллельно к нему подсоединяется контакт от вольтамперметра. Таким образом, мы измеряем напряжение. И в общем то, все, согласитесь, очень просто. Сначала выпаиваем родные потенциометры.
Ну и теперь просто собираем все по схеме.
Итак, все собрано, первый тест.
Для первого теста автор решил подключить мотор.
Как видим, все очень хорошо заработало. Мы также видим, что вольтамперметр показывает какой ток потребляет мотор.
Настройка напряжения тоже отлично работает, но одна из особенностей этого dc-dc преобразователя, это возможность настроить еще и ток. Для этого нам нужно закоротить плюс и минус.
После этого мы можем с помощью нижнего потенциометра настроить ток.
Это очень полезная функция если мы хотим, например, зарядить аккумуляторы или протестировать мощный светодиод.
Ну вот и готов наш блок питания, получилось достаточно симпатично, а главное в деле пригодится обязательно! Спасибо за внимание, делитесь статьёй в соц весях, если понравилось )
Видео самоделки: