Импульсный лабораторный блок питания своими руками: схемы на lm317, lt1083 из китайских модулей от 0 до 30В 10а

Лабораторный блок питания своими руками — необходимые компоненты, схемы, пошаговая инструкция

Содержание:

Что такое обычные блоки питания, которые присутствуют в большинстве устройств, мы уже подробно обсудили в отдельном материале. Однако, любой радиолюбитель очень хотел бы иметь свой лабораторный блок питания, который бы имел индикационную панель и показывал бы напряжение и допустимый ток, который он выдает в текущий момент. Существуют, безусловно, и более хитрые устройства, которые выдают не только постоянный ток, но и напряжение с другой формой сигнала. Обо всем этом и даже немного больше обсуждается в нашей сегодняшней статье.

Мы также приведем перечень необходимых деталей для того, чтобы собрать лабораторный блок питания своими руками у себя дома. Кстати, такие блоки еще называют регулируемыми, так как силу выдаваемого сигнала можно регулировать и измерять.

Любители создают регулируемые блоки питания очень большой мощности, которые позволяют питать довольно мощные электрические устройств. Многое из необходимого сегодня можно найти в старом гараже либо, на Allexpress.

Простой лабораторный блок питания с фиксированными напряжениями

Стабилизированный блок питания имеет несколько фиксированных значений выходного напряжения, которые устанавливают нажатием на соответст вующие кнопки. Он обеспечивает выходной ток до 2,7 А и снабжен защитой от токовых перегрузок. Благодаря применению импульсного стабилизатора он обладает высоким КПД при любом значении выходного напряжения.

Устройство БП

Блок питания формирует семь фиксированных значений выходного напряжения: 3, 5, 7, 9, 12, 18 и 24 В или другие, которые можно устанавливать, по своему желанию, в процессе налаживания. Его основа — импульсный понижающий стабилизатор напряжения, собранный на микросхеме DA1 и мощном полевом переключательном транзисторе VT3. В узле управления применена микросхема К174КП3 (DA2). Микросхема DA2 совместно с транзистором VT2 защищают блок питания от перегрузки по выходному току.

Благодаря использованию недорогой специализированной микросхемы LM723CN, представленный в статье источник питания отличается высокими эксплуатационными характеристиками при малом количестве деталей , а использование вместо питающего трансформатора преобразователя для питания галогенных ламп позволило сделать его компактным и легким.

• напряжение питания сети – 220 В;
• потребляемая мощность – до 35 Вт;
• максимальное выходное напряжение – 20 В постоянного тока;
• пульсации выходного напряжения – не более 20 мкВ;
• максимальный выходной ток – 1 А постоян ного тока;
• регулировка выходного напряжения – плав ная, в диапазоне 2…20 В;
• тип токовой защиты – ограничение выходно го тока;
• регулировка ограничения тока – плавная, в диапазоне 60… 1000 мА; индикац ия выходного напряжения/тока – с помощью аналогового микроамперметра.

Принципиальная схема используемого электронного трансформатора

Двуполярный лабораторный блок питания

В инженерной и радиолюбительской практике есть необходимость иметь удобный регулируемый двуполярный стабилизатор напряжения с подходящим диапазоном подстройки обоих напряжений , то есть как положительной , так и отрицательной полярности. Кроме того, необходимо сохранять заданное отношение между этими двумя напряжениями в полном диапазоне регулирования и иметь автоматическое отключение второго напряжения , если первое напряжение было уменьшено , например , из-за перегрузки или короткого замыкания . Естественно, что регулировка выходного напряжения обоих стабилизаторов должна осуществляться одним переменным резистором .

[stextbox id=’warning’]Схема упрощенного варианта двуполярного стабилизатора, отвечающего изложенным критериям. Если необходима прецизионная работа устройства, то его можно дополнить усилителем сигнала ошибки. Для этой цели используется, например, схема на основе ОУ с соответствующими напряжениями питания.[/stextbox]

Проверка работоспособности одной из популярных схем лабораторного блока питания в симуляторе и реализация в железе. Блок питания показал вполне не плохие результаты.

Решил пополнить свою лабораторию двух-полярным блоком питания. Промышленные блоки питания с необходимыми мне характеристиками довольно дороги и доступны далеко не каждому радиолюбителю, поэтому решил собрать такой блок питания сам.

Лабораторный блок питания своими руками

За основу своей конструкции, я взял распространенную в интернете схему блока питания. Она обеспечивает регулировку по напряжению 0-30В, ограничение по току в диапазоне 0,002-3А.

Для меня это пока более чем достаточно, поэтому я решил приступить к сборке. Да, кстати схема этого блока питания одно-полярная, так что для обеспечения двух-полярности – придётся собирать две одинаковые.

Сразу скажу, что силовой транзистор Q4 = 2N3055 в данном блоке питания ( в этой схеме) не подходит.

Силовой транзистор Q4

Он очень часто выходит из строя при коротком замыкании и ток в 3 ампера практически не тянет! Лучше всего и гораздо надёжнее, поменять его на наш родной совковый КТ819 в металле. Можно поставить и КТ827А, этот транзистор составной и в этом случае надобность в транзисторе Q2 отпадает и его, а так же резистор R16 можно не ставить и базу КТ827А подключить на место базы Q2. В принципе можно транзистор и резистор и не удалять (при замене на КТ827А), всё работает и с ними и не возбуждается. Я сразу поставил наши КТ827А и не удалял  транзистор Q2 (схему не менял), а заменил его на BD139 (КТ815), теперь и он не греется, правда вместе с ним надо заменить R13 на 33к. Выпрямительные диоды у меня с запасом по мощности. В исходной схеме стоят диоды на ток 3 А, желательно поставить на 5 А (можно и поболее), запас лишним никогда не будет.

Вот список применённых в схеме элементов;

Печатную плату автора я повторять не стал, а перерисовал её по своему и сделал, как мне кажется, гораздо удобней (не говоря о том что я на треть уменьшил её в размерах).

В качестве измерителя (индикаторов), после поисков в просторах “инета”, было принято решение использовать схему на микроконтроллере Atmega8, позволяющую реализовать два вольтметра и два амперметра с использованием одного дисплея.

[stextbox id=’warning’]За основу корпуса блока питания, был взят корпус от нерабочего ИБП, который мне подарили друзья из сервисного центра. Ну а дальше немного терпения, и пилил, точил, кромсал. Процесс сборки блока питания запечатлел, и некоторые подробности предоставляю Вашему вниманию.[/stextbox]

Да, кстати печатные платы которые я собрал, немного отличаются от печатки, которую я выложил в архиве. Просто после сборки передвинул детали и “положил” на плату конденсатор, это как оказалось, может быть очень полезно для экономии места в корпусе.

Так как, у меня силовые транзисторы прикреплены к радиатору просто через термо-пасту, то потребовалось изолировать их радиаторы друг от друга и от корпуса. Для этого я в авто-магазине прикупил пластмассок, через которые и прикрепил радиаторы к корпусу БП.

Потом конечно же всё проверил и прозвонил, всё оказалось замечательно, ничего, нигде не касается и не коротит.

Для обеспечения температурного режима элементов блока питания, разметил и высверлил в корпусе вентиляционные отверстия для отвода тепла, потом немного покрыл корпус грунтовкой, чтобы выявить какие остались косячки.

Под чутким руководством Кирилла (Kirmav) прошил микроконтроллер и проверил работу индикатора, пока что без калибровок.

[stextbox id=’warning’]Вольтметры работают нормально, амперметры нагрузить было нечем, но скорее всего тоже работают, так как касаюсь пальцами контактов на плате, значения на индикаторе меняются.[/stextbox]

Потом перемотал (вернее домотал) силовой трансформатор. Раньше на нём была одна силовая обмотка на 24 В переменки, домотал ещё одну для второго канала БП, благо – тор, и разбирать ничего не нужно. Так же добавил ещё одну обмотку на 8,5 вольт переменки (примерно 12В постоянки), проводом 0,5 мм. Запитал от этой обмотки индикатор и куллер с регулятором оборотов, всё вроде нормально работает.

Имейте в виду, что для данного блока питания необходим трансформатор с двумя раздельными вторичными обмотками.
Трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой не подойдёт! Стабилизатор 7805 греется, но в принципе рука держит, значит температура его около 35-40 С, с заменой радиатора думаю все станет лучше. Регулировка для куллера была выдрана из комповского БП и в общем то работает нормально.
Немного греются диоды на плате индикатора (диодный мост), но думаю не так страшно. Начал красить корпус, потом уже после того, как его покрасил, только на фотографии заметил, что не прокрасил заднюю часть лицевой панели, а она выглядывает из за корпуса и вид её не очень, придется заново её перекрасить. Забыл сказать про индикатор, вольтамперметр. Автор этого вольтамперметра, пользователь [email protected] с сайта c2.at.ua. За основу моего индикатора, была выбрана та схема, где на одном дисплее реализуются два вольтметра и два амперметра.

Принципиальные схемы

Сначала я собрал эту схему, но в процессе наладки выявилось то, что данная схема хорошо работает там, где два источника с общим минусом, а вот в двух-полярном блоке питания она совершенно не желает отображать отрицательные величины. Долго мне пришлось повозиться, прежде чем на появились положительные результаты.

И вот, наконец, на основе наработанной другим человеком схемы, нескольких дней “плясок с бубном”, работой с протеусом, кучей потраченного времени и нервов, я построил свою, которая способна показывать величину отрицательного плеча. Правда она показывает её в положительной полярности, но это не сильно печально, главное, что она уже работает, и я связался с автором прошивки и попросил его немного изменить прошивку так, чтобы ко второму каналу индикатора (U2 и А2), программа просто пририсовывала бы минусы к выводимым показаниям (надеюсь на его помощь). Но это уже так, просто эстетический момент, главное что схема уже работает.
Прошу знатоков посмотреть схему и оценить номиналы (в амперметре подобраны методом тыка, но погрешность очень мала и меня более чем устраивает).

Потом сделал печатку для индикатора, собрал всё в кучу и проверил. Вольтметры заработали оба и амперметр положительного плеча тоже. Плюс ко всему, сегодня твердо уяснил для себя, что все надо проектировать заранее, а потом уже пилить и вытачивать. Ну да ладно это все мелочи. В общем посидел, покипел и кое что дорисовал, потом проверил отрицательный амперметр – все работает. В связи с этим выкладываю свою печатку вольт-амперметра, может кому и сгодится.

Плату собирал из того, что было под руками. Для шунта взял 45 см. медного провода, диаметром 1мм и намотал его спиралью и впаял в плату. Я конечно понимаю, что медь не лучший материал для шунта (конечно же не в коем случае не прошу следовать моему примеру), но меня пока устраивает, а дальше будет видно.

В печатке которую я вытравил себе – немного “накосячил” с диодным мостом (видно на фото платы), но переделывать было уже лень – вышел из положения перекрестив диоды, после этого печатку поправил (в архиве исправленный вариант). Так же на схеме и на печатке есть разъём для подключения куллера.

Силовой транзистор Q4

Хочу сказать, что после того как схема заработал, я прямо таки полюбил протеус, не плохо оказывается работает, и уяснил для себя, что чтобы добиться желаемого результата, надо расширять свои познания в разных областях, и естественно учиться. Ещё один вечер пришлось посвятить черчению передней панели. Дело это хоть и не сложное, но все же нудное и требует много терпения.

Интересная статья: Несколько фактов о РКН (Реле контроля напряжения)

Для черчения, я в основном использую программу “Компас 3D”. Не знаю кому как, но мне почему то проще сначала сделать 3D-модель, а уже потом на её основе изготовить чертёж. Мне как то в свое время стало просто интересно что нибудь в “Компасе” начертить, чтобы соблюсти все размеры и прочее, решил попробовать, и как то это всё затянуло. Я конечно не владею Компасом на ура, но на базовом уровне вполне себе ничего. Ну и помимо Компаса – некоторая доработка передней панели в фотошоп.

Я уже говорил, что попросил автора схемы и прошивки – немного переделать саму прошивку, и вот наконец-то при его поддержке (спасибо ему огромное), удалось изменить приветствие при включении блока питания, а так же дорисовать долгожданный минус в отрицательном плече второго канала индикатора (мелочь, а приятно).У меня это теперь выглядит вот так.

Блок питания на 9 вольт

Ну, и специально для тех, кто решит повторить данную конструкцию, он сделал общий вариант приветствия при включении блока питания, который выглядит следующим образом (ну и конечно-же минусы в отрицательном плече).

Специально для тех кому интересно, выкладываю так же в прикреплённом архиве печатку платы контроля работы куллера. Я её перерисовал с готовой платы которая была изъята из комповского бп – должна работать.

При испытании собранного БП – решил проверить усилочик, отданный мне в дар. Блок питания успешно справился со своей задачей (обеспечил требуемое напряжение и ток для проверки) правда больше полутора ампер усилок не потреблял в момент проверки.

Для тех, кто решит собирать данный блок питания, скажу, что схема проверенная, повторяемость 100%, при правильной сборке из исправных, проверенных деталей, в налаживании практически не нуждается.

Мощный лабораторный блок питания

Правда регулировка напряжения и тока раздельная для каждого канала, но это может и лучше с одной стороны. В архиве установка FUSE (фузов), которые соответствуют работе от внутреннего генератора 4MHz, скрин установки для программы PonyProg.

У шины питания Vbus (+5 В) USB-порта по потребляемому от неё внешним устройством мощности параметры весьма скромные и если немного переборщить, то можно спалить материнскую плату персонального компьютера. С помощью предлагаемой схемы блока питания для USB порта, можно подсоединить к компьютеру или ноутбуку внешнее USB-устройство, потребляющее большую мощность.

Импульсный источник с параметрами 5V 5A

Схема достаточно проста в изготовлении в домашних условиях, минимум дефицитных деталей и настройки. Стабильна в работе. Преобразователи напряжения         Подборка схем и конструкций преобразователей напряжения изготовленных своими руками.

Блок питания для радиолюбителя

Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального БП, который пригодился бы на все случаи жизни. То есть имел достаточную мощность, надёжность и регулируемый в широких пределах, к тому же защищал нагрузку от чрезмерного потребления тока при испытаниях и не боялся коротких замыканий. Стабилизаторы напряжения схемы и конструкции. Подборка радиолюбительских схем и конструкций стабилизаторов напряжения собранных своими руками.

Схемы блоков питания. Импульсный БП к паяльнику с термостатом       Основу аналоговой части составляет дифференциальный усилитель, собранный на операционном усилителе DA1. Конструкция его произвольная. Все зависит от вкуса и способностей радиолюбителя

Им можно подсоединить любую радиолюбительскую разработку с напряжением от 1 до 35 В и которой не боится больших токов нагрузки, поскольку введена токовая защита Представляю вниманию радиолюбителей варианты схем и конструкций простых и не очень , удобных и надежных лабораторных блоков питания для домашней мастерской. В просторах интернета, можно найти много схем лабораторных БП, поэтому данные схемы никак не претендует на шедевр, а призвана лишь помочь радиолюбителям, немного оснастить свою мастерскую или рабочее место. Также рассмотрены варианты переделки компьютерных ATX блоков питания в лабораторные

Простой БП на 22А

Проще некуда, схема состоит из понижающего трансформатора, выпрямительного моста на Д242, стабилизатора напряжения и трех транзисторов КТ827

Схема защиты блока питания или зарядного устройства от короткого замыкания

Представленные ниже радиолюбительские схемы защиты блоков питания или зарядных устройств могут совместно работать практически с любыми источниками – сетевыми, импульсными и аккумуляторными батареями. Схемотехническая реализация этих конструкция относительна проста и доступна для повторения даже начинающим радиолюбителем.

Также для защиты БП можно использовать схемы ограничителя тока и защиту нагрузки от возможного перенапряжения.

Защита от переполюсовки блока питания

Рассмотрено несколько вариантов схем защиты от переполюсовки, в.т.ч быстродействующая схема зашиты на полевом транзисторе, которая проверена в работе в конструкции автомобильного ЗУ собранного своими руками из компьютерного БП и главное она не требуют почти никакой настройки и регулировки.

Простой регулятор тока сварочного трансформатора  Эта схема регулятора тока предельно проста и выполнена на доступной элементной базе и проста в управлении

Схемы блоков питания. Сетевой источник переменного тока   У меня реализована такая идея. Перематываете трансформатор максимально большой мощности (из имеющихся у вас) так, чтобы сделать восемь вторичных обмоток

Умножитель напряжения

Cхемы умножителей напряжения позволяют значительно снизить вес и габариты финального устройства. Для понимания работы любого умножителя напряжения, рассмотрим принципы построения таких устройств. Их можно условно поделить на симметричные и несимметричные.

Схемы блоков питания. Самодельный бесперебойник. С выходной мощностью до 220 Ватт, в качестве батареи взяли аккумулятор от автомобиля Преобразователи напряжения из 12 В постоянного в 1000В. Его можно использовать для запитки фотоэлектронного умножителя, но от него можно запитать счетчик Гейгера и другие высоковольтные приборы.

Транзисторный регулятор напряжения

Роль регулирующего элемента в схеме выполняет мощный транзистор, причем конструкция на столько проста, что ее может повторить любой, даже неопытный радиолюбитель, затратив при этом минимум времени и средств

Устройство токовой защиты в двухполярном БП

Данная радиолюбительская разработка моментально уменьшает питание до нуля на обоих плечах, и таким образом обладает триггерным эффектом Стабилизированный блок питания 5-9 B 500 мА с защитой на реле. Его можно использовать для любых радиотехнических исполнений с напругой 4,5-6 В, 9 В и током потребления до 500 мА

Малогабаритный блок питания

Этот БП имеет параметрический стабилизатор тока и компенсационный стабилизатор напряжения. Поэтому он не боится короткого замыкания по выходу, и выходной транзистор стабилизатора практически не может выйти из строя. Конструкция двухполярного импульсного блок питания

В момент включения блока питания в сеть осуществляется выпрямление переменного напряжения электросети диодным мостом, пульсацию от которого сглаживается емкостным фильтром на конденсаторах. Для снижения величины тока заряда, проходящего через эти конденсаторы, в схему добавлен резистор. Затем выпрямленное напряжение поступает на полумостовой инвертор, построенный на транзисторах. Самодельный источник бесперебойного питания

Краткие теоретические сведения о построение и работе источников бесперебойного питания, а также рассмотрена конструкция самодельного ИБП. Блок зарядки мощной батареи конденсаторов. Электронная конструкция с некоторой периодичностью разряжает мощную конденсаторную батарею на индуктор, потом на следующий, и так по цепочке. Блок питания на 12 вольт схема

Интересный материал: Металлоискатель Фортуна подробная инструкция

Сетевое напряжение поступает через предохранитель на первичную обмотку силового трансформатора. С его вторичной обмотки снимем уже пониженное напряжение на 20 вольт при токе до 25А. При желании этот трансформатор можно сделать своими руками на основе силового трансформатора от старого лампового телевизора. Блок аварийного питания

В российской глубинке до сих пор случается частое отключение электроэнергии, что серьезно меняет устаканившийся образ жизни в нелучшую сторону. Решить возникшую проблему очень легко.

ШИМ регулятор подборка схем

Регулировать значения уровня напряжение питания можно с помощью регуляторов с широтно-импульсной модуляцией. Преимущество такой настройки состоит в том, что выходной транзистор работает в режиме ключа и может быть только в двух состояниях – открытом или закрытом, что исключает его перегрев, а значит использование большого радиатора и как следствие снижает расходы на электроэнергию. Адаптер автомобильный для подключения ноутбука или планшетника  Аккумуляторную батарею любого мобильного компьютера, требуется периодически заряжать, а как это можно сделать находясь на отдыхе или на рыбалке. Адаптер автомобильный для подключения ноутбука или планшетника. Очень даже просто, вам достаточно собрать и использовать обычный автомобильный адаптер для бортовой сети автомобиля, собрать который очень легко и просто.

Двухполярный блок питания на 24 вольта. Этот преобразователь с двухполярным питанием отлично подойдет для питания УНЧ средней мощности до 150 ватт, но если поменять ключи на более мощные можно получить и более высокие значения. Схема самодельного эквивалента нагрузки для проверки блоков питания  Для проверки и регулировки мощных блоков питания необходима низкоомная регулируемая нагрузка с допустимой мощностью рассеивания до сотни ватт. Применение переменных сопротивлений не всегда реально, в основном из-за мощности допустимой рассеивания. Блок питания на 9 вольт. Если у вас есть всего один мощный транзистор, то этого вполне достаточно, чтобы собрать простой блок питания с выходным напряжением 9В и с приемлемыми характеристиками, кроме того рассмотрим в рамках данной статьи конструкции и поинтересней.

В сельской местности для безопасного использования бытовой техники, требуется однофазный стабилизатор напряжения 220В, который при сильной просадки напряжения в сети поддерживает на выходе номинальное выходное напряжение в 220 вольт.

Хочу предложить простую схему самодельного блока питания для автомагнитолы. Она содержит всего два транзистора, но в ней имеется защита от короткого замыкания. Как определить внутреннее сопротивление источника питания. Очень важным параметром самодельных блоков питания является внутреннее сопротивление источника питания, это такая количественная характеристика БП, которая описывает величину энергетических потерь при прохождении через блок питания нагрузочного тока.

Функциональная индикация для блока питания

В ряде проведения некоторых радиолюбительских экспериментов требуется контролировать основные параметры блоков питания для этого я собрал приставку цифрового амперметра и вольтметра для БП, но затем я решил добавить функций, выполняемых микроконтроллером и повесил на него функцию измерения температуры силовых транзисторов. Ведь вполне может появиться ситуация применения БП на пределе его технических параметров и тут появляется опасность теплового пробоя полупроводников радиокомпонентов.

Схема сетевого фильтра

Эти устройства стали обязательным атрибутом оргтехники, бытовой техники и многих радиолюбительских приборов. Это устройство защищает цепи питания электронной аппаратуры от высокочастотных и импульсных помех, возможных скачков напряжения.

Схема сетевого фильтра

Иногда, для различных радиолюбительских экспериментов, просто необходим источник высокого напряжения. Для этих целей , как нельзя лучше подходят трансформаторы высокого напряжения. Об одном из них из извлеченного из старого телевизора мы поговорим в этой статье.

Схема блока питания и преобразователя напряжения на 3,3 вольта. Для радиолюбительских самоделок на микроконтроллерах, модулей считывания SD-карт и некоторых других устройств требуется постоянное напряжение 3,3 вольта. Получить его можно как от литиевой батареи, так и от самодельных блоков питания и различных DC-DC преобразователей на ИМС

Схема усилителя тока для регулятора напряжения. Во многих современных радиолюбительских устройствах и разработках применяются регуляторы напряжения. Они необходимы для регулирования и стабилизирования напряжения в определенном интервале. С помощью них входное напряжение понижают до необходимого. Многие интегральные микросхемы стабилизаторы напряжения, например, LM708, LM317 и им аналогичные, имеют один большой минус. Они не обладают большим выходным током. В этом случае схему подключения стабилизатора следует немного дополнить, поставив усилитель тока, например на мощном транзисторе.

Если вам нужно больше информации вы можете бесплатно скачать книгу “Лабораторный блок питания своими руками”

Трансформаторные блоки питания. Трансформаторные питающие источники изменяют структуру напряжения за счет работы силового трансформатора, питающегося от сети переменного тока напряжением 220 вольт, в котором осуществляется понижение амплитуды синусоидальной гармоники переменного напряжения, следующей далее на выпрямительное устройство, состоящее обычно из диодов, включенных по мостовой схеме.

http://soundbarrel.ru/pitanie/labor.html
http://vprl.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija/dvukh_poljarnyj_laboratornyj_blok_pitanija_svoimi_rukami/11-4-0-65
http://www.texnic.ru/konstr/pitalo.htm
https://vopros-remont.ru/elektrika/blok-pitaniya/
https://tehnoobzor.com/schemes/pitanie/2779-kak-sdelat-laboratornyy-blok-pitaniya-svoimi-rukami.html
http://radio-stv.ru/nachinayushhim-radiolyubitelyam/dvuhpolyarnyiy-laboratornyiy-blok-pitaniya
https://sdelaitak24.ru/%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D0%B9-%D1%80%D0%B5%D0%B3%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D1%83%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9-%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA-%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F-0-30%D0%B2/
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija_laboratornye/laboratornyj_blok_pitanija_svoimi_rukami_0_30v_0_5a/66-1-0-6407
https://shemu.ru/istocniki/impulsnye/419-lb-svoimi-rukami

Предыдущая

СхемыКак выбрать флюс для пайки микросхем

Следующая

СхемыВсе о блоках питания — схема устройства, изготовление своими руками

Линейные и импульсные источники питания – гайд по выбору 2022 от Суперайс

Лабораторный блок питания – это вторичный источник электроэнергии, дополненный блоками регулировки выходного напряжения и тока, контроля работы и индикации режимов, а также схемами защиты.

Лабораторный блок питания (ЛБП) – очень востребованное профессионалами оборудование. Он активно используется инженерами, занимающимися разработкой и ремонтом различных электронных устройств. В настоящее время есть много типов и моделей лабораторных источников питания (ИП). Их настолько много, что новичку непросто сориентироваться в таком многообразии оборудования.

Чтобы выбрать оптимальный источник питания для определенных целей, рекомендуется вначале разобраться в особенностях различных типов ЛБП, а уже после принимать решение об их покупке.

Материал обновлён 24.11.2022
Время чтения: 10 минут

В этой статье рассмотрим:

• Классификация лабораторных источников питания
  • Линейные
  • Импульсные

• Преимущества и недостатки источников
  • Преимущества импульсных источников
  • Недостатки импульсных блоков
  • Преимущества линейных БП
  • Недостатки линейных источников

• Мощные ЛБП
• Как выбрать ЛБП

Классификация лабораторных источников

Лабораторные ИП могут классифицироваться по различным параметрам. Но наиболее популярным видом классификации является деление по типу конструкции. В соответствии с ним все ЛБП делятся на импульсные и линейные. Последние, также называют трансформаторными. Чем отличаются импульсные источники питания от линейных разберём далее.

Лабораторные БП: трансформаторный YIHUA-305D (слева) и импульсный MAISHENG MS305D (справа)

Линейный блок питания

Традиционным считается линейный блок питания (БП). В основе его конструкции лежит понижающий трансформатор. После трансформатора в схему включен диодный мост (выпрямитель), который преобразует переменное напряжение в постоянное. Далее располагается основная схема, отвечающая за регулировку выходного напряжения, а также его стабилизацию. Как правило, за функцию стабилизации отвечает высокоемкостный конденсатор.

Большинство блоков имеют более сложную принципиальную схему, включающую блоки регулировки и стабилизации напряжения, а также тока, блоки защиты и индикации. Простейший трансформаторный блок питания возможно сделать своими руками, при этом, основным и самым дорогим компонентом в нем будет понижающий трансформатор.

Упрощенная схема линейного блока питания

Среди мастеров, осуществляющих ремонт и проектирование электроники и радиотехнических устройств, самые популярные ЛБП – модели с выходными характеристиками: напряжения в диапазоне от 0 до 30 В и тока в диапазоне до 5 А.

В качестве примера, можно привести источник постоянного тока YIHUA-305D. Этот БП представляет собой высокоточный агрегат, при помощи которого можно тонко настраивать параметры выходного тока и напряжения в установленном диапазоне. Цифровой индикатор у устройства работает в двойном режиме, одновременно отображая текущие показатели напряжения и выходного тока. Помимо этого, ЛБП имеет режим защиты от короткого замыкания (SCP), перегрузки по току (OCP), а также функцию самовосстановления после срабатывания защиты.

Импульсный блок питания

В настоящее время большинство используемых лабораторных блоков питания – это преимущественно установки импульсного типа. Что значит импульсный блок питания?

Принцип работы достаточно прост: вначале происходит предварительное выпрямление входного напряжения, после этого оно преобразуется в импульсы с увеличенной частотой и требуемой скважностью. Далее импульсы передаются в трансформатор, где напряжение понижается до требуемой величины. После трансформатора вновь расположен диодный выпрямитель, после которого выполняется стабилизация напряжения в импульсном блоке питания (ИБП).

Для генерации импульсов могут применяться как однотактные, так и двухтактные схемы. Оба типа схем строятся на базе биполярных или полевых транзисторов. В современных схемах наибольшую популярность получили IGBT и MOSFET транзисторы.

Схема простого ИБП

Двухтактные схемы чаще всего строятся на базе широтно-импульсного контроллера (ШИМ-контроллера). Эти небольшие микросхемы содержат схему, позволяющую генерировать сигналы требуемой ширины и скважности для управления силовыми ключами.

Импульсная схема преобразователя напряжения на базе ШИМ-контроллера TL494

В ИБП используются небольшие трансформаторы. Их более чем достаточно, поскольку увеличение частоты напряжения повышает эффективность работы трансформатора, а, следовательно, конструкцию можно значительно уменьшить. Часто сердечник трансформатора ИБП изготавливается из ферромагнитных материалов, что дополнительно облегчает общую конструкцию.

Трансформаторы от БП: линейного (слева) и импульсного (справа)

Что же обеспечивает стабилизацию напряжения в импульсном блоке питания? Эту функцию берёт на себя отрицательная обратная связь, которая поддерживает выходное напряжение на одном уровне. При этом величина нагрузки и колебания входного напряжения не оказывают никакого влияния на выходные параметры.

Вполне возможно сделать импульсный ЛБП своими руками. При этом основными компонентами будут: линейный регулятор, ШИМ-контроллер, а также импульсный трансформатор.

MAISHENG MS305D– один из популярных ЛБП на рынке. Этот ИБП – эталон компактности и удобства. Он пользуется высоким спросом как среди любителей, так и среди профессионалов.

Данный источник импульсного типа подходит для питания самых разных электронных схем и устройств, обеспечивая им стабильную работу. Конструкцией устройства предусмотрена возможность настраивать параметры переменного тока в диапазоне от 0 до 5 А, а также напряжения от 0 до 30 В. В блоке присутствует защита от короткого замыкания, перегрева и перегрузки по току. Модель оснащена системой плавной регулировки, которая позволяет точно подобрать напряжение и ток на выходе. Также устройство оснащено удобным цифровым дисплеем, на котором в реальном времени отображаются параметры напряжения и переменного тока.

Преимущества и недостатки

Что же выбрать? Линейный или импульсный блок питания?

Импульсные БП используются практически повсеместно. Они активно вытесняют с рынка менее удобные трансформаторные модели. Тем не менее только в работе можно оценить сильные и слабые стороны импульсных и трансформаторных источников.

Каждый из рассматриваемых типов блоков имеет свои преимущества, а также недостатки.

Так, к примеру, КПД импульсного блока питания наиболее высокий, а мощность, по сравнению с трансформаторными моделями, значительно больше. В свою очередь, линейные источники питания отличаются простотой конструкции, надежностью работы и не требуют дорогого ремонта. Отметим преимущества и недостатки, консолидируя характеристики ЛБП.

Преимущества импульсных источников

К достоинствам импульсных агрегатов нужно отнести:

• высокий коэффициент стабилизации;
• высокий коэффициент полезного действия;
• более широкий диапазон входных напряжений;
• более высокую мощность, по сравнению с линейными устройствами;
• отсутствие чувствительности к качеству электропитания и частоте входного напряжения;
• небольшие габариты дающие хорошую транспортабельность;
• доступная цена.

Недостатки импульсных блоков

К явным недостаткам импульсных ИП можно отнести:

• импульсная система питания дает высокочастотные помехи;
• сложность схем, что негативно сказывается на надежности;
• ремонт далеко не всегда удается произвести своими руками.

Преимущества линейных БП

Трансформаторные ЛБП также имеют ряд плюсов, среди которых:

• простота и надежность конструкции;
• высокая ремонтопригодность, а также невысокая стоимость запчастей;
• отсутствие радиопомех;

Недостатки линейных источников

Если определять недостатки линейных вторичных источников питания, то среди них можно выделить:

• большой вес и габариты, что часто делает транспортировку очень неудобной;
• обратная зависимость между КПД и стабильностью выходного напряжения;
• высокая металлоемкость конструкции.

Мощные импульсные ЛБП

ИП импульсного типа можно конструировать с большой выходной мощностью, в десятки сотен ватт, и при этом они будут очень лёгкими и компактными. Яркими представителями этих устройств, в качестве примера, можно привести ЛБП компании MAISHENG.

Лабораторный блок питания: импульсный или линейный?

Современные источники питания представлены огромным ассортиментом. Значительным спросом пользуются как импульсные, так и трансформаторные БП. И то, какие цели вы преследуете, приобретая лабораторный БП, влияет на тип выбираемого вами оборудования.

Если вам необходимо всегда иметь под рукой надежное устройство с отсутствием радиопомех, которое редко ломается, а также легко поддается ремонту, тогда обратите внимание на трансформаторные модели. Если же для вас важна мощность и высокий коэффициент полезного действия, в таком случае стоит подробнее изучить модельный ряд импульсных устройств.

Если же у вас остались вопросы по выбору ЛБП, то мы рекомендуем ознакомиться с дополнительными статьями о выборе источников питания:

• Лабораторные источники питания: особенности выбора;
• Выбираем программируемый источник питания постоянного тока.

Также наши консультанты помогут вам с подбором подходящего устройства.

Переменный блок питания для лабораторного стола «Сделай сам»

Вместо того, чтобы покупать коммерчески доступный лабораторный блок питания для своего рабочего стола, Макс сделал его из общедоступных деталей и некоторых ноу-хау производителя.

Мы впервые обнаружили самодельный блок питания Макса, пролистывая Instagram. Что привлекло наше внимание, так это то, как Макс использовал различные электронные модули для создания универсального источника питания с ограниченным током 0-36 В с цифровым дисплеем, портом 12 В постоянного тока, двумя портами USB и двойным зарядным устройством для литий-ионных аккумуляторов. Макс даже сделал его портативным.

Мы связались с Максом, чтобы узнать об этом больше.

Молодцы, что успешно собрали собственный настольный блок питания, Макс. Во-первых, пожалуйста, расскажите нашим читателям немного о себе и о том, что вас заинтересовало в электронике.

Привет, производители! Я Макс, 16-летний любитель электроники и YouTube-блогер, который придумывает различные технически сложные проекты, от практичных устройств/гаджетов, таких как самодельные камеры видеонаблюдения, системы полива сада, улучшающие и помогающие качеству жизни, до создания несколько забавных проектов, таких как полеты на радиоуправляемых самолетах и ​​моделях лодок, которыми можно наслаждаться по выходным.

До сих пор я всю жизнь обучался дома и до сих пор учусь. Эта форма обучения не только хорошо научила меня во многих отношениях, но и позволила мне иметь больше времени для того, чтобы быть в контакте с творчеством.

С самых ранних дней я любил строить. Будь то конструирование вещей из LEGO или изготовление рогаток из ПВХ для стрельбы по мишеням, когда я был маленьким ребенком, это был постепенный, но полезный путь к творчеству.

Позже я перешел к более продвинутым проектам для своего уровня и начал интересоваться тем, что разбираю старые игрушки/устройства и выясняю, как они работают, а затем пытаюсь собрать что-то свое. Именно здесь я впервые увлекся изучением электроники и становлением продвинутого производителя. Я запустил свой канал на YouTube «Max Imagination», чтобы делиться своими проектами со зрителями и в то же время учить других делать то, что я создал, с помощью пошаговых руководств. Отсюда, насколько я полагаю, дело пошло.

Что побудило вас создать собственный блок питания вместо того, чтобы покупать имеющийся в продаже?

Ключевым моментом, который побудил меня построить свой собственный блок питания для лабораторного стола, было понимание того, насколько дорогим может оказаться получение в мои руки приличного, надежного и стабильного источника питания, который будет выполнять свою работу. 100 долларов США или больше в долларах США за заводской блок питания, похоже, не урезали его, поэтому я решил собрать свой собственный примерно за половину этой цены. Кроме того, я хотел бросить себе вызов с помощью нового сложного проекта и настроить его под свои нужды.

По вашему мнению, зачем энтузиастам электроники иметь переменный источник питания и важность ограничения тока.

Существенным преимуществом владения одним из этих блоков питания для производителя является возможность установить желаемое напряжение для любой схемы, с которой вы работаете, или устройства, которое вы хотите запитать, без каких-либо сбоев или проблем с получением другой мощности. источник, который не так стабилен, если под рукой нет блока питания для лабораторного стола.

Функция ограничения тока или установки тока имеет решающее значение, когда необходимо проанализировать или протестировать цепь, чтобы иметь возможность измерить ток, потребляемый схемой (чтобы она рассеивала нужное количество тока по мере необходимости), чтобы избежать превышения слишком большого количества ампер. , или еще хуже, короткое замыкание. Приличный блок питания обычно имеет функции защиты от обратной полярности и короткого замыкания, такие как мой самодельный, который вы тоже можете собрать. Зная это, вы можете получить хорошее представление о том, почему блок питания считается обязательным рабочим местом для домашнего мастера.

Согласен. Важно не выпускать дым из схемы, которую вы строите. Каковы выходные характеристики вашего блока питания и какие у вас есть различные выходы?

Сосредоточив внимание на характеристиках самодельного блока питания, это довольно универсальный блок с кучей различных выходов и входов вокруг него. Устройство питается от сети переменного тока 120 В в качестве основного источника питания сзади с переключателем для переключения переменного тока, устройство также имеет вход постоянного тока сбоку для питания всего устройства от батареи, что делает его портативным.

Что касается стороны постоянного тока и выходов, большой тумблер переключает между питанием стороны постоянного тока цепи либо от преобразователя переменного тока в постоянный, либо напрямую от батареи. На передней панели у вас есть одна розетка переменного тока для приборов, два основных разъема (положительный и отрицательный (отрицательный) с переменным выходом до 36 В постоянного тока, разъем 12 В постоянного тока и два USB-порта для зарядки мобильных устройств 5 В. . Глядя на левую сторону устройства, он даже имеет зарядное устройство для литий-ионных элементов (аккумуляторов) типа 18650 со светодиодными индикаторами состояния зарядки.

Наконец, на передней панели DC-DC с цифровым числовым управлением, регулируемый понижающий преобразователь 0-55 В, который напрямую подключается к двум разъемам RCA внизу, обеспечивая переменную мощность.

Вентилятор охлаждения, активированный термистором

Отлично! Звучит довольно многогранно. Аккумуляторная батарея — приятный штрих для того, чтобы сделать его портативным. Мы заметили, что у вас также есть охлаждающий вентилятор. Это активируется теплом?

Да, в блоке питания (PSU) даже есть охлаждающий вентилятор, активируемый теплом. Чтобы сломать его, на самом деле есть самодельный аналоговый температурный переключатель, который запускает и останавливает вентилятор, который работает на основе определения изменения температуры на плате импульсного преобразователя мощности внутри. Он использует сеть делителя напряжения из обычного резистора и термистора NTC, значение сопротивления которого изменяется при изменении температуры. Подключен к N-канальному МОП-транзистору, который получает резистивную обратную связь через сеть делителя напряжения для включения или выключения транзистора, переключения внутреннего охлаждающего вентилятора блока питания, который подключен к этой схеме переключателя с регулируемой температурой.

Это, безусловно, избавит вас от лишнего шума во время работы. Не могли бы вы немного подробнее узнать о том, как работает ваш блок питания, а также о различных частях и модулях, которые вы использовали.

Блок питания для лабораторного стенда «Сделай сам» отвечает потребностям многих производителей электроэнергии. Чтобы управлять им, вы сначала нажимаете тумблер переменного тока на задней панели, затем опускаете передний тумблер постоянного тока (переключение вверх означает вход постоянного тока), чтобы включить все компоненты постоянного тока вокруг, включая небольшой модуль источника питания с дисплей. На дисплее вас приветствует аккуратный небольшой интерфейс с указанием мощности, отображающий установленное напряжение, ток и общую мощность от произведения двух. В модуле даже есть меню выбора мощности для дальнейшей установки более продвинутых изменений, и вы даже можете установить различные предустановки мощности, которые будут сохранены для следующего раза, когда вы захотите включить что-то с этой настройкой. Нажатие на кнопку «установить» позволяет вам щелкнуть поворотный энкодер, чтобы навести курсор на цифры предельных значений напряжения и тока в самом верху дисплея, а затем повернуть циферблат, чтобы отрегулировать эти значения. Нажатие кнопки питания под поворотным переключателем включает выход с установленными значениями напряжения и тока для включения цепей питания!

Корпус DVD/CDROM

Похоже, вы использовали лишнюю электронику для корпуса. Это было сделано для снижения затрат?

Нестандартное мышление, изготовление блока питания (блока питания) из некоторых переработанных материалов — хороший способ снизить общую стоимость проекта. Что касается корпуса устройства, я использовал два футляра с драйверами DVD/CDROM от старых компьютеров, каждый из которых в собранном виде составляет половину общего футляра.

С помощью угловой шлифовальной машины, вырезая подходящие места для компонентов, которые будут высовываться из корпусов, а затем покрасьте эти корпуса для получения приличного корпуса блока питания. Подготовка ракушек значительно упростилась с помощью угловой шлифовальной машины. Без него вырезать пробелы было бы настоящей проблемой. У вас нет угловой шлифовальной машины? Вы можете одолжить один у своего соседа или вместо этого просверлить последовательные отверстия в раковинах с помощью сверлильного станка, пока не получите желаемые вырезы. Если вы используете для этого угловую шлифовальную машину, безопасность превыше всего! При работе с такими машинами обязательно надевайте соответствующие защитные очки. Встаньте немного в сторону на случай, если шлифовальный инструмент соскользнет к вам.

Этот метод изготовления корпуса, безусловно, снизил стоимость проекта, вместо того, чтобы делать корпуса сторонних производителей и поставщиков. Иногда такие вещи можно обойти, если у вас нет такой машины, как 3D-принтер или специальная машина, способная производить изготовление листового металла. Корпус, напечатанный на 3D-принтере, также подойдет, если, конечно, у вас есть доступ к использованию 3D-принтера.

Ножки, изготовленные из головок Nerf Gun

Головки для дротиков Nerf — это новый способ изготовления ножек для вашего вольера. Напоминает нам о термине LEGO NPU для использования качественных деталей. Мы видим, вы также сделали проставки из пластиковой трубки. Какие еще трюки вы использовали, как этот?

Что касается различных советов и приемов при изготовлении такого блока питания, вы можете снять резиновые головки с этих дротиков Nerf для использования в качестве ножек вашего устройства, ваша изобретательность может найти другой способ стабилизации блока питания на некоторых форма противоскользящих ножек или рельсов.

Если вам не хватает определенной функции, которая, как вы знаете, должна быть в вашем блоке питания (в моем случае — решетка вентилятора), например. У меня не было под рукой решеток для вентиляторов ПК, так что… я сделал одну! Да, именно так! Я согнул 2-миллиметровую стальную проволоку из хозяйственного магазина, придав ей форму, и спаял все вместе, сделав защитный кожух/решетку вентилятора. Купить его было бы проще, однако в то время мне не удалось найти такие, которые продаются отдельно в моем местном хозяйственном магазине. Еще раз, говоря о преодолении препятствий на пути продвижения проекта!

Внутренняя проводка вашего источника питания выглядит так, как будто она может стать настоящим беспорядком? Не суетись! Организуйте тесные соединения между конкретными модулями и разъемами на перфорированных макетных платах (также называемых пустыми перфорированными печатными платами).

Кроме того, вы можете подвесить такие модули, как преобразователи питания, на пластиковые прокладки, такие как отрезки от чернильной ручки, через которые также могут пройти болты, это может предотвратить короткое замыкание клемм модуля на металлическом корпусе ниже. .

Думая о способах защиты целостности как конструкции, так и лакокрасочного покрытия вашего источника питания, можно принять во внимание также использование шайб на стягиваемых винтами частях вокруг устройства.

Помимо уже просверленных отверстий в деревянной задней поверхности корпуса для выхода воздуха, не расстраивайтесь из-за того, что некоторые уже существующие выступы и отверстия на корпусе вашего блока питания также используются в качестве вентиляционных отверстий, этому щенку нужны дышать!

Несколько отличных советов в стиле MacGyver. Очевидно, что ваша сборка включала подключение к электросети, которая предназначена для квалифицированных электриков в Австралии. Можно ли в этих обстоятельствах использовать закрытый блок питания переменного/постоянного тока?

Когда речь идет о безопасности при работе с сетевым напряжением, никогда не прикасайтесь и не работайте с вашей цепью, когда шнур переменного тока подключен к плате, также важно заземлить плату преобразователя SMPS на металлический корпус, чтобы избежать возможных ударов. При выборе правильного преобразователя переменного/постоянного тока рекомендуется купить специальную плату 36 В на 5 А, используемую в этом проекте, однако, возможно, у вас уже есть что-то подобное рядом со старым устройством, просто проверьте выходную мощность платы. характеристики соответствуют стандарту где-то около 24–50 В постоянного тока, 3–10 А, попробуйте использовать преобразователь мощности SMPS (импульсный источник питания).

Поскольку у меня уже лежало большинство необходимых деталей, а также некоторые из них были утилизированы, единственные две вещи, на которые я потратил деньги, — это плата преобразователя переменного тока в постоянный (120 В переменного тока — 36 В постоянного тока) и плата преобразователя постоянного тока в постоянный. Цифровое числовое управление Регулируемый 0-55В Понижающий преобразователь (модуль питания). Оба из них можно купить менее чем за 50 долларов США. Общая стоимость воссоздания этого проекта может оказаться для вас совершенно разной в зависимости от того, что у вас уже есть и чего еще нет.

Два слота для зарядки Li-ion 18650

Какое прототипирование вам нужно было сделать и какие проблемы вам нужно было преодолеть?

Что казалось самым сложным в этом проекте, так это создание собственных модулей, собранных из голых компонентов. Понимание таких вещей, как, например, почему мои термисторы продолжали сгорать из-за странной ошибки, связанной с неправильным подключением сети делителя напряжения к MOSFET, который составляет аналоговый переключатель вентилятора, активируемый теплом. Подобные мелкие неприятности вы встретите на своем пути практически в любом сложном проекте, над которым будете работать. Тем не менее, это отличная кривая обучения, чтобы исправить странную ошибку и продолжать упорствовать.

Использование блока питания в качестве вольтметра

Мы заметили, что ваш проект можно использовать и как вольтметр/амперметр?

Кроме того, благодаря этим двум специально приобретенным модулям, упомянутым выше, этот блок питания полностью защищен от коротких замыканий и подключений с обратной полярностью между любыми выходами. То есть оба имеют одинаковые защитные функции, что делает его безопасным источником питания. Конечно, я просто должен был попробовать закоротить выходные провода, просто ради этого! Еще одна особенность источника питания, которая делает его уникальным, заключается в том, что с преобразователем основного питания, глядя на дисплей, вы можете щупать выходные выводы, чтобы даже измерять напряжение и ток, как если бы вы использовали мультиметр.

Есть ли что-то, что мы еще не рассмотрели, о чем наши читатели должны знать, если они планируют сделать это для себя?

Совет тем из вас, кто рассматривает возможность воссоздания этого проекта или создания чего-то подобного, заключается в том, чтобы сначала подумать о макете вашего рабочего места и решить, какие функции из упомянутых вы хотели бы сохранить или добавить больше. источник питания в зависимости от ваших потребностей в электроэнергии. Идея заключается в том, чтобы проявить творческий подход и быть готовым адаптировать его к вашей рабочей среде, не стесняйтесь создавать блок питания, не похожий ни на что другое. Еще пара вещей будет похожа на построение вашего запаса таким образом, чтобы вы всегда могли снять крышку, открыть ее, чтобы починить определенную ее часть, сделав ее более доступной.

Внутренняя электроника и проводка

Понижающий преобразователь переменного тока в постоянный SMPS

Подумайте о способах защиты различных компонентов, наиболее уязвимых для повреждения. Внутри вы можете поддерживать каждый модуль с помощью опорных стоек или кронштейнов, чтобы убедиться, что весь блок выдержит износ при подключении и отключении вещей от портов.

Имея все это в виду, вы должны быть готовы сделать свою собственную мощную маленькую машинку! Вам понравится играть с возможностями того, что вы можете использовать с его помощью.

Прокрутите страницу вниз, чтобы посмотреть мои видео-инструкции для этого блока питания

Отлично. Спасибо, что подробно рассказали о своем проекте, Макс. Мы с нетерпением ждем возможности увидеть, какие еще удивительные вещи вы создадите в будущем.

Как собрать линейный блок питания

Линейный блок питания — это блок питания (БП), который не содержит переключающих или цифровых компонентов. Он обладает некоторыми выдающимися характеристиками по сравнению с импульсными блоками питания, такими как очень низкий уровень шума и пульсаций, устойчивость к сетевым помехам, простота, надежность, простота конструкции и ремонта. Они также могут генерировать очень высокие напряжения (тысячи вольт) и очень низкие напряжения (менее 1 В). Они могут легко генерировать несколько выходных напряжений. С другой стороны, они большие по размеру и тяжелые, и нуждаются в большем теплоотводе. Линейные источники питания существуют уже несколько десятилетий, задолго до появления полупроводников.

Блоки питания

Linear могут быть фиксированными, например, в качестве источника питания 5 В, который может понадобиться для логической схемы, или нескольких фиксированных источников питания, необходимых для ПК (+5, +12 или -12 В). На настольном блоке питания лабораторного типа вы хотели бы использовать переменный блок питания. В дополнение к одиночным источникам питания вы также можете получить двойные источники питания, скажем, для схем операционных усилителей ± 15 В, и даже двойные источники слежения, которые синхронизированы по напряжению друг с другом в источниках питания, где дрейф не является незначительным.

Некоторые примеры:

• Логические и микропроцессорные цепи +5 В
• Светодиодное освещение +12 В, общая электроника
• Схемы операционных усилителей ±15 В
• Источник питания для стендовых испытаний 0–30 В
• Зарядное устройство +14,5 В для аккумуляторов

В этой статье мы рассмотрим отдельные компоненты блока питания, а затем спроектируйте небольшой источник питания 12 В с нуля и регулируемый двойной источник питания 1-30 В.

Разборка линейного блока питания

• Секция ввода питания содержит соединения с сетью, обычно выключатель, предохранитель и контрольную лампу. Используйте хорошее заземление и изолируйте все сетевые части внутренней проводки с помощью изоляции для защиты от случайного прикосновения.

• Трансформатор выбирается в соответствии с требуемым выходным напряжением и эффективно изолирует все остальные цепи от сети. Трансформатор может иметь несколько ответвлений на первичной обмотке, чтобы обеспечить различные входные напряжения сети, и несколько ответвлений на вторичной обмотке, соответствующие требуемому выходному напряжению. Кроме того, между первичным и вторичным ответвлениями имеется экран из медной фольги, помогающий уменьшить емкостную связь с высокочастотным сетевым шумом.

• Выпрямитель может быть таким же простым, как однорядный диод (неподходящий), двухполупериодный мост с отводом от средней точки или двухполупериодный мост. Необходимо указать используемые диоды (выпрямители). Они дешевы и малы, и используют более здоровенные, чем предполагалось. По моему опыту ремонта многих неисправных блоков питания, проблемы обычно вызваны выходом из строя диода либо из-за слишком большого тока, либо из-за скачков напряжения в сети. Учитывая это, выберите диод с высоким PIV (пиковое обратное напряжение). Когда вы монтируете диоды, держите выводы на длинной стороне, так как именно здесь рассеивается большая часть их тепла. В высоковольтных источниках питания обычно используются небольшие конденсаторы, включенные параллельно диодам, чтобы помочь им быстрее восстановиться.

• Конденсатор является очень трудолюбивым компонентом и должен заряжаться до пика вторичного напряжения (Vsec * 1,414), а затем быстро разряжаться на нагрузку. Конденсаторы из алюминиевой фольги представляют собой рулон туалетной бумаги и алюминия, наполненный маслом, и они имеют репутацию высыхающих и, следовательно, теряющих емкость. Если возможно, разместите их подальше от любых источников тепла в вашем макете. Танталовые конденсаторы имеют гораздо более низкое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), поэтому лучше справляются с пульсациями. Вы можете использовать их в схеме регулятора. При разводке старайтесь свести все земли к одной точке. Конденсатор — хорошая точка для использования. На рисунке ниже показан резистор, который отлично подходит для продувки этого колпачка, когда блок питания выключен. Регулятор также должен иметь небольшой выходной ток, когда он не находится под нагрузкой; 1к хватило бы.

На рисунке ниже зеленая кривая — это то, как выглядела бы кривая без конденсатора, а кривая красного цвета — это «заполнение» конденсатора в каждом полупериоде, а затем разряд из-за тока нагрузки. Результирующая форма волны представляет собой пульсации напряжения.

• Регулятор бывает разных типов: последовательный, шунтирующий, простой и сложный. О регуляторах будет отдельная статья, но в этом руководстве мы сосредоточимся на разработке двух простых регуляторов на основе ИС с фиксированным регулятором 7812 и регулируемым регулятором LM317.

Проектирование линейного источника питания

Проектирование блока питания похоже на чтение на иврите: вы начинаете с конца и возвращаетесь к началу. Ключевой спецификацией является напряжение, которое мы хотим получить на выходе, и то, какой ток мы можем извлечь из него, не снижая напряжения. Для этого проекта давайте нацелимся на 12 В при 1 А и 3 В на регуляторе. Любой регулятор будет иметь определенную необходимую разницу между входным и выходным напряжениями для правильной работы. Если не указано, предположим, что это минимум 3 В. Некоторые из регуляторов, которые мы здесь используем, будут только 2В.

Если на выходе нужно 12В, то на конденсаторе нужно 12+3=15В. Теперь, когда этот конденсатор заряжается и разряжается, должна присутствовать составляющая переменного тока, и это напряжение пульсаций (V _{пульсации} ). Чем больше ток, потребляемый конденсатором, тем сильнее пульсации, и это также необходимо указать. При выборе 10%, т. е. 1,2 Вpp, ограничение рассчитывается следующим образом:

, где f равно 50 или 60 в зависимости от частоты вашей сети. Значит, нам нужно:

Это возвращает нас к диодам. Поскольку диоды обеспечивают не только ток нагрузки, но и ток заряда конденсатора, они будут потреблять больший ток.

В двухполупериодном мосту ток равен 1,8*I _{нагрузка} . В центре с отводом это 1.2 * I _{нагрузка} . Учитывая это, мы должны использовать диоды не менее 2А.

Теперь мы возвращаемся к вторичной обмотке трансформатора и ее удельному напряжению. В любой надежной системе мы должны учитывать допуски. Если мы будем следовать только минимальным конструктивным требованиям, входной сигнал регулятора может упасть ниже нуля, что в значительной степени повлияет на сеть. В коммерческих проектах обычно указывается ±10%, поэтому, если наше питание составляет 230 В, это означает, что оно может упасть до 207 В.

Таким образом, напряжение, необходимое на вторичной обмотке, будет следующим:

где 0,92 — КПД трансформатора, а 0,707 — 1/√2

В _{рег. составляет 2*0,7 для схемы с центральным отводом и 4*0,7 для полного моста. V пульсация была определена как 10% от 12 В, или 1,2 В, поэтому}

В _с = 15,03 В

Это означает, что стандартного 15-вольтового трансформатора должно быть достаточно. Иногда вы не можете найти подходящий трансформатор и вам нужно выбрать другой с более высоким напряжением. Обратной стороной этого является то, что регулятор будет иметь более высокое напряжение на нем, и, как следствие, больше мощности будет рассеиваться в его радиаторе.

Последнее, что нужно указать, это мощность трансформатора в ВА. Это простая и распространенная ошибка думать, что ВА будет V _сек *I _{нагрузка} , т.е. 15*1 = 15ВА. Но нельзя забывать, что трансформатор также заряжает конденсатор, поэтому в зависимости от конфигурации 1,2 или 1,8*I _{в нагрузке} означает большую разницу, т.е. 1,8*1*15 = 27 ВА.

На этом дизайн завершается. Но как быть с предохранителем? Это целая наука сама по себе, но для этого простого блока питания я бы оценил его в 2 раза больше первичного входного тока. Таким образом, в этом случае VA равно 27, а напряжение сети Vin равно 230 В, а I = 2 * 27/230 = 250 мА.

Теперь мы можем добавить к регулятору последние несколько компонентов:

Для C1 мы разработали его на 4200 мкФ. Но поскольку регулятор удалит большую часть пульсаций, она может быть меньше или вдвое меньше, чем 2200 мкФ. Назначение С2 и С3 — обеспечить стабильность и помехозащищенность регулятора. National Linear обычно делает C2 10 мкФ и C1 1 мкФ. В идеале это должны быть танталовые типы, но если вы вынуждены использовать алюминий, вам следует удвоить значение.

D3 часто игнорируют, но он важен. Если на входе регулятора произойдет короткое замыкание, любая накопленная емкость в нагрузке Vcc, включая C3, разрядится на заднюю часть регулятора и, возможно, уничтожит его. Но D3 обходит это.

Теперь давайте заменим фиксированный регулятор на регулируемый, основанный на популярном и простом в использовании LM317, и добавим дополнительную отрицательную версию, LM337, чтобы сформировать блок питания с двойной регулировкой. Обратите внимание, что мы использовали трансформатор с отводом от средней точки, а также мостовой выпрямитель. Следующие примечания в равной степени относятся к отрицательной половине блока питания.