БЛОК ПИТАНИЯ 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.

Содержание

• Обеспечение передачи мощности — источник электропитания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
• Преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
• Преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины, для питания различных цепей.
• Стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и так далее. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
• Защита — напряжение, или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
• Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
• Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
• Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
• Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (например, в России — 240 В 50 Гц, в США — 120 В 60 Гц).

Две наиболее типичных конструкции — это трансформаторные и импульсные источники питания.

Блок питания можно разделить на 3 части:

1. Внутренний блок питания

Это блоки питания необходим для запитки вентилятора охлаждения, шим контроллера и вольтамперметра. Сюда подойдет любой блок питания с небольшой мощностью. Лучше конечно не собирать свой а использовать готовые решения, к примеру можно взять AC-DC преобразователь.

2 Блок управления.

Блок состоит из микросхемы TL494 и драйвера на 4-х транзисторах.

Схема включения TL494 получается очень простая, такая схема подключения довольно распространена у радиолюбителей. При помощи резистора R4 осуществляется регулировка напряжения от 0 до максимального значения, а при помощи R2 задается максимальное значение силы тока. Резисторы R11 и R12 можно использовать многооборотные.

Блок управления можно собрать на отдельной плате.

Печатная плата блока управления

3 Силовая часть

Большую часть деталей можно взять из старого блока питания компьютера, входной фильтр, выпрямитель, конденсаторы тоже берем из него.

Далее нам необходимо изготовить трансформатор управления силовыми ключами. Большинство радиолюбителей пугает тот факт что придется изготавливать трансформатор. Но в нашем случае все просто.

Для изготовления трансформатора понадобится колечко R16 x 10 x 4.5 и провод МГТФ 0.07 кв. мм. Провод берем 3 отрезка по 1 метру и делаем 30 витков в 3 провода на кольце.

Дроссель L1 также наматывается на ферритовое кольцо медным проводом длинной 1.5-2 метра и сечением 2 мм. Такая намотка позволят достичь приблизительно требуемой индуктивности.

Во множестве блоков питания есть второй дроссель на ферритовом стрежне, в качестве L2 можно взять его.

Силовой трансформатор тоже берется из блока питания от компьютера, но выходное напряжение будет 20 Вольт. Для того чтобы получить 30 Вольт, силовой трансформатор нужно перемотать. Для больших токов предпочтительнее брать ферритовые кольца.

Регулируемый блок питания 0…16В 5А.

Предлагаем вашему вниманию универсальный блок питания, который имеет на выходе два постоянных стабилизированных напряжения 5 и 12,6 вольт, а также регулируемый выход, позволяющий изменять выходное напряжение в пределах от 0 до 16 вольт. Последний выдерживает ток нагрузки порядка 5 ампер. Токи стабилизаторов DA1 и DA2 соответствуют техническим характеристикам этих элементов. Приведенная ниже схема публиковалась в 2011 году в одном из выпусков журнала “Радиомир”.

Блок питания обладает следующими характеристиками:

● Сетевое напряжение …………………………………………………………….……………. 180-230 В;● Мощность, потребляемая от сети …………………………………………………..….…….…120 Вт;● Выходное напряжение первого канала …………. ……. …..… 5 В при токе до 2 ампер;● Выходное напряжение второго канала …………. …….12,6 В при токе до 1,5 ампер;● Выходное напряжение регулируемого канала . … 0 – 16 В при токе до 5 ампер.

Принципиальная схема изображена на рисунке ниже.

Рассмотрим схему этого стабилизатора.Сетевое напряжение 220 вольт поступает на входной фильтр от помех, собранный на T1 и двух конденсаторах С1 и С2 (был взят готовый от БП компьютера), далее на понижающий трансформатор Т2. Выпрямитель реализован на диодной сборке КВР206, правда остается не понятно, эта сборка диодов расчитана на Uобрат=600В, но ток она способна пропустить всего 2 ампера. Технические характеристики смотри на картинке ниже.

Вместо нее наверно лучше было бы поставить, например, KBU6G, (RS604) мост 6А, 400В. Параметры этой диодной сборки такие:

— Максимальное постоянное обратное напряжение, В ………………………..………….400;- Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А …………………………..6;- Максимальное импульсное обратное напряжение, В ……………………..…………….480;- Максимальный допустимый прямой импульсный ток, А ……………..…..…………….250;- Максимальный обратный ток, мкА …………………………………………………………. 10;- Максимальное прямое напряжение, В ………………………………………………………. 1.

Или, например, 8GBU06 (GBU8J), Диодный мост, 8А 600В.

При неимении подобных диодных сборок, выпрямительный мост можно собрать из отдельных диодов, способных выдерживать большие токи. Например, можно использовать Д231, Д213, Д246, или подобные.

Пятивольтовый канал собран на микросхеме 7805 (КР142ЕН5А). Это стабилизатор фиксированного напряжения. Вот его параметры:

— Тип ……………………………..…. …. ….… нерегулируемый- Выходное напряжение, В……….……….…. ……. ………. 5- Ток нагрузки, А………………………….………. ……………… 2- Тип корпуса ……………………………….………. ….. TO220- Максимальное входное напряжение, В …. …..15- Нестабильность по напряжению, % . 0.05- Нeстабильность по току, % …………………. ………..1.33- Температурный диапазон, C………………. …. ….-10…70

Двенадцативольтовый канал реализован на стабилизаторе фиксированного напряжения 7812 (КР142ЕН8Б).

Технические характеристики 7812 (КР142ЕН8Б):- Тип . нерегулируемый- Выходное напряжение, В. 12- Ток нагрузки, А . 1,5- Тип корпуса. TO220- Максимальное входное напряжение, В. 35- Нестабильность по напряжению, %. 0.05- Нeстабильность по току, %. 0,67- Температурный диапазон, C. -10…70

Импортным аналогом КР142ЕН8Б является микросхема A7812C.

Обратите внимание, выходное напряжение этого канала на 0,6 вольта сделано больше, чем напряжение, которое выдает микросхема (за счет диода VD2), т.е. на ее выходе получается 12,6 вольт. Это сделано для того, чтобы была возможность при необходимости подзарядить 12 вольтовый аккумулятор.

Схема, защищающая стабилизатор от перегрузки и КЗ выполнена на микросхеме DA3 (TL431). Она представляет собой трехвыводной регулируемый прецизионный параллельный стабилизатор с высокой температурной стабильностью. Выпускается фирмами MOTOROLA и TEXAS INSTRUMENTS. Изготавливается в корпусах как для обычного, так и поверхностного монтажа (смотри рисунок ниже).

Параметры TL431: для увеличения таблицы кликните на изображении.

Аналоги TL431 : 142ЕН19 , HA17431A , AS2431A1D , IR9431N , LM431BCM , TL431ACD , AS2431A1LP , KA431ACZ , LM431BCZ , KA431AD , LM431BIM , SPX431LS , AS2431B1LP , HA17431VP и другие.

На транзисторе VT1 (КТ829А) собран собственно сам регулятор 0 – 16 вольт. Параметры транзистора смотри ниже.

Импортными аналогами КТ829А являются: 2SD686 , 2SD691 , 2SD692 , BD263A , BD265А , BD267A , BD335 , BD647 , BD681 , BDW23C , BDX53C.При увеличении напряжения на резисторе R8 при перегрузках или коротком замыкании на выходе регулируемого канала, произойдет открытие DA3, которая в свою очередь зашунтирует базу VT1 и ограничит выходной ток стабилизатора. Необходимый ток ограничения можно выставить сопротивлением R7. Автор статьи утверждает, что вместо микросхемы DA3 возможно поставить любой транзистор не большой мощности с обратной проводимостью. Резистор R8 намотан нихромом 1мм на 2 ваттный резистор типа МЛТ.Зеленый светодиод HL2 индицирует наличие напряжения на выходе. HL1 горит при подключенном блоке питания к сети 220 вольт.

Печатная плата устройства изображена на следующем рисунке.

В качестве амперметра применена головка на 100 мкА (например, можно поставить М2003), которая подключена к шунту RS1. Шунт можно изготовить путем намотки 10 витков медного провода диаметром 0,8мм на оправку диаметром 8мм. Чтобы подогнать показания измерительной головки , последовательно ей подключают подстроечный резистор (можно многооборотный), и с помощью него подгоняют показания относительно эталонного амперметра, включенного последовательно с нагрузкой. В качестве эталонного амперметра можно использовать цифровой мультиметр, включенный в режим измерения больших токов.Электролит С3 (смотри схему), ставьте вольт на 35, меньше утечки, меньше греться будет.Трансформатор выбирайте ватт на 150 – 200, например, перемотанный ТС-180 (200) от старых телевизоров, или типа ТПП-292 (293, 294, 303). На вторичной обмотке должно быт порядка 18 – 24 вольт, и чтобы она могла выдерживать ток порядка 5 – 6 ампер.Микросхемы стабилизаторов можно закрепить к металлическому корпусу блока питания через слюду. VT1 ставится на радиатор. При подстройке резистора R7, его оставляют в таком положении, когда при плавном вращении ручки потенциометра R3 напряжение на нагрузке перестает расти.

Выпрямитель

Выпрямитель – это часть блока питания, которая позволяет преобразовать переменное напряжение в постоянное. Изготавливается он из полупроводниковых диодов. Существует несколько типов схем включения:

1. Однополупериодная – применяется всего один полупроводник. Очень низкая эффективность. Схема может использоваться для питания аппаратуры непродолжительное время. Кроме того, у конструкций такого типа высокий уровень помех.
2. Двухполупериодная – применяется два диода. Эффективность немного выше, нежели у предыдущей, но далека от идеала.
3. Удвоение напряжения – состоит их конденсаторов и диодов. Позволяет увеличить напряжение, но сила тока при этом уменьшается.
4. Мостовая – содержит в себе четыре полупроводника. Эффективность у схемы очень высокая, поэтому она используется почти во всех приборах.

Нужно отметить, что существуют различные мостовые сборки. Не нужно сверяться со схемой и соединять диоды – достаточно на прибор подать переменное напряжение, а с него снять постоянное.

Регулируемый блок питания на LM317

Схема блока питания на LM317 с регулировкой

Первая схема это регулятор напряжения на основе LM317. Микросхема LM317 может выдавать до 1,5 А, имеет защиту от короткого замыкания и перегрева. Максимальное входное напряжение составляет 40 вольт постоянного тока, и оно изменяется на выходе до 1,2 вольт. Конечно LM317 следует установить на радиатор (если нагрузка планируется мощная — то большой).

Отечественные источники питания

Среди признанных народных блоков питания из наследия советского союза можно отметить аналоговый Б5-71/3м. Также мне приходилось использовать цифровые Б5-71мм и Б5-71/1мс по цене около 500 $. Все они находятся в Госреестре средств измерений РФ. У каждого из них есть свои недостатки.

Например у Б5-71/3м со временем выходит из строя регулировочный двухосевой потенциометр, который найти можно, но сложно.

Импульсные источники питания Б5-71/1мс и Б5-71мм отличаются тем, что от перепадов напряжения питания 220 В могут выставить другое напряжение на выходе, например 50 В. Поэтому для ответственных работ я их не использую.

Применение старых источников питания Made in USSR и самоделок оставляю в стороне. Только помните о технике безопасности при работе с ними.

Возможно, со временем этот рейтинг блоков питания будет добавляться Hi-End источниками от Agilent, Rohde&Schwarz, а также нашими Актаком и китайскими Rigol, Atten, Uni-T, Siglent и т. д.