Лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения
Лабораторный блок питания может пригодится практически каждому радиолюбителю для отладки и работы с электроникой. В данной статье мы рассмотрим сборку лабораторного блока питания, схема которого довольно известна в сети интернет. Схема является довольно популярной, была собрана множеством радиолюбителей по всему миру. В виду её популярности, в Китае так же наладили производство кит-набора, с помощью которого можно спаять схему, немного сэкономив на времени при изготовлении печатной платы, и поиске компонентов. Я решил заказать этот набор, и посмотреть что из этого получится. В блоке питания имеется регулировка как по току, так и напряжению. Данный пост будет содержать минимум теории, и больше фото для показа что в итоге получилось.
Принципиальная схема блока питания:
Схема найдена в интернете, некоторые компоненты на схеме выше заменены советскими аналогами, в целом схема идентична.
Сам набор с компонентами добрался в таком виде:
Перед началом сборки выяснилось что некоторые компоненты пришли ни тех номиналов. Что касается подобного рода посылок, то это довольно распространённая практика. Поэтому рекомендуется всегда проверять элементы перед сборкой. В моём случае шунтирующий резистор (R7) оказался 47 Ом, а должен быть 0.47 Ом. Кроме того операционники оказались с дефектом, и после сборки не регулировалось напряжение и ток. Всё исправилось заменой этих компонентов. Читал в интернете, у некоторых схема начинает работать сразу после сборки. У некоторых приходят с дефектами или неправильными номиналами элементов. Очевидно, мне попалось и то и другое, в общем с ситуацией разобрался, и плата собрана и работает.
На схеме так же имеется стабилизатор напряжения 7824, я решил заменить его на 7812, который будет выдавать 12 В для запитки куллера + индикатора напряжения и тока.
В качестве трансформатора временно решил использовать от старого бесперебойника. Плата вывозит нагрузку на 3А, однако легко дорабатывается некоторой заменой компонентов. После этого при необходимости можно повысить выдаваемый ток блоком питания. Протестировав схему, стало понятно, что радиатор на выходном транзисторе маловат в своих габаритах, и не справляется с рассеиванием тепла. После чего решил прикрутить транзистор на радиатор от старого 478-го процессора. Как положено, с использованием термопасты для лучшей проводимости, т.к. узел весьма показался мне уязвимым в вопросе перегрева.
Решил повесить нагрузку в пару ампер на блок питания, посмотреть как быстро будет греться радиатор на транзиcторе. Минуты две при такой нагрузке радиатор спокойно рассеивает температуру после чего уже требуется принудительное охлаждение. Решил немного доработать охлаждение радиатора, и вместо того, чтобы вентилятор жужал постоянно, сделал схему, которая будет включать его при пиковых нагрузках. В сети интернет есть схема, которая реализована за счёт необычной способности транзистора КТ315 менять свои свойства при смене температуры.
Схема регулятора оборотов вентилятора охлаждения:
Собрал эту схему довольно быстро, она так же популярна в сети интернет. Особенность этой схемы в том, что в качестве датчика выступает транзистор КТ315. Этот транзистор к счастью оказался под рукой. Что касается VT2 то я решил заменить его современным аналогом, т.к. в магазинах всё реже можно найти детали старой базы.
Самое время делать корпус для блока питания и собирать это всё дело в кучу. Т.к. под рукой оказался корпус от бесперебойника компьютера, решил попробовать затолкать в него все компоненты, а так же сделать более правильную «морду», с регуляторами индикаторами и тумблером.
Переменные резисторы решил заказать другие, т.к. регулировка с многооборотистым резистором гораздо плавнее. В ходе испытаний выяснилось что индикатор напряжения имеет погрешность 0,01В, а вот что касается тока, то там наблюдается нелинейность в измерении. Исправляется пайкой одной перемычки на плате (в сети много об этом есть постов). Крепёж под «бананы», а так же тумблер включения питания.
Вот такая тушка под корпус лабораторника, переднюю и заднюю панель я открутил, так как она не пригодится, и панели у прибора будут другие.
В качестве материала для панели решил взять гетинакс, толщиной 5 мм. Причина такого выбора в том что его легко обрабатывать, диэлектрик, да и оказался под рукой.
Отверстия сверлились свёрлами и отрезными дисками для бор машины. Процесс изготовления корпуса — творческий, а поэтому в моём случае затянуться на больше чем ожидалось).
Элементы на панели вырезанные из листа гетинакса не стыковались с отверстиями которые были на железном корпусе. Таким образом чтобы разместить элементы потребовалось так же немного подрезать сам металлический корпус.
Урезая корпус под нужды элементов управления, это его значительно ослабляет в плане жесткости. Я же стремился сделать его более надёжным и качественным. В итоге простая переделка перешла в фазу «глубокой» переделки, в ходе чего была срезана задняя панель полностью, и добавлены рёбра жесткости.
Для примерки первый крепёж был сделан что называется на «шару» для того чтобы немного прикинуть размещение элементов. В ходе чего было выяснено, что так же потребуется сделать дополнительную планку по центру, чтобы прикрутить к ней два радиатора, и пару схем.
Сделал всё как задумал, хоть и можно было проще затолкать как получиться, но хотелось сделать как виделось правильным. Оставил запас места под трансформатор большего размера. Сам трансформатор разместил по центру, для более правильной развесовки прибора, а так же рассеивания тепла. Радиатор разместил ближе к задней стенке где находится вентилятор кулера. Сама плата блока питания так же находится ближе к кулеру. Плата управления ближе к передней панели, и в таком положении, чтобы место в центральной части где находится трансформатор оставалась в запасе.
Немного творческого беспорядка, на пару дней, в итоге подогнал все элементы по местам, и спаял узлы в последствии. Радиатор изолировал от корпуса, в итоге были сделаны специальные посадочные площадки из гетинакса которые одной стороной крепились к корпусу другой к радиатору. Получился некий пазл, которой держал всё это дело прочно на своих местах.
После первой сборки и спайки самоё время проверить работоспособность прибора. После сборки прибор включился но регулировалось напряжение и ток. В итоге выяснилось, что многооборотистые резисторы были припаяны немного неправильно, и это дело быстро исправилось. В целом, всё практически готово. Датчик регулятора скорости вращения вентилятора (транзистор КТ315) так же был прикручен около выходного транзистора блока питания, который размещался на радиаторе. Таким образом он быстрее реагирует на смену температуры выходного транзистора не дожидаясь нагрева всего радиатора.
Регуляторы на переменные резисторы мне показались довольно габаритными для этой панели, поэтому ставить их пока не стал, и заказал другие специальные для данного типа резисторов.
Вот такой получился танк. На задней панели сделаны отверстия под для вентилятора, предохранитель, а так же гнездо питания на 220 В. Центральный контакт гнезда как и положено заземлил на корпус блока питания. Хотя в наших розетках и нету третей точки — заземления, но пускай будет хотя бы в приборе, на будущее.
Проводка в блоке так же была связана, чтобы не было механического воздействия на места припоя при эксплуатации прибора.
В дальнейшем прибор так же планируется дорабатываться и в плане мощности, и возможно немного по внешнему виду. А пока результат он выглядит таким вот образом.
Сама плата с базовыми элементами способна выдавать от 0 до 30 Вольт, с током от 0 до 3 Ампер. Осциллограммы к сожалению показать не могу, т.к. нет осциллографа под рукой. Конечно это не много, ну и не мало тоже. По этой причине в дальнейшем планируется доработка в сторону увеличения мощности, путем замены элементной базы, от трансформатора до транзисторов. Разумеется насколько это позволят сами дорожки платы.
Источник
Блок питания с регулировкой тока и напряжения своими руками
Всем известно, что мощный регулируемый блок питания с регулировкой напряжения и тока самое популярное и востребованное электронное устройство, с изготовления которого начинают свой творческий путь начинающие радиолюбители. Схем очень много, какую выбрать и с чего начинать многие просто теряются. Одним нужен простой лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и тока, другим мощное зарядное устройство для зарядки автомобильного аккумулятора, а я предлагаю вам собрать своими руками простой универсальный блок питания с регулировкой напряжения и тока, который можно использовать для выполнения любых задач, питания электронных самоделок и зарядки автомобильного аккумулятора. Все, что от вас потребуется это усидчивость, минимальные знания электроники и умение пользоваться паяльником. А если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях, я вам обязательно помогу.
Хватит слов приступим к делу!
На этом рисунке изображена схема блока питания с регулировкой напряжения и тока от 2.4В до 28В и силой тока до 30А.
Схема блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А
Важным элементом данной схемы является регулируемый стабилизатор напряжения микросхема TL431 или, как ее еще называют управляемый стабилитрон позволяющий плавно регулировать напряжение от 2.4 вольта до 28 вольт. Благодаря четырем силовым транзисторам, установленным на больших радиаторах, блок питания может выдержать ток до 30А. Также имеется регулировка тока и защита от переполюсовки, поэтому блок питания можно и даже нужно использовать, как зарядное устройство для автомобильного аккумулятора.
Делитель напряжения, построенный на мощном 5 Вт резисторе R1 и переменном резисторе Р1 ограничивает ток на катоде и на управляющем электроде стабилитрона TL431. Вращением ручки переменного резистора Р1 задается выходное напряжение стабилитрона, стабилизатор напряжения TL431, автоматически стабилизирует напряжение заданное переменным резистором Р1. С микросхемы TL431 ток поступает на базу транзистора Т1. Транзистор выполняет роль ключа и управляет двумя мощными биполярными транзисторами Т2 и Т3 соединенных параллельно для увеличения выходной мощности. В выходной каскад транзисторов установлены уравнительные резисторы R2 и R3. Далее ток поступает на плюсовую клейму блока питания.
Как работает регулировка тока?
В данной схеме реализована функция ограничения тока на двух мощных полевых транзисторах Т4 и Т5 соединенных параллельно. Давайте рассмотрим, как это работает. С диодного моста ток поступает на стабилизатор напряжения L7812CV, напряжение снижается до 12В, это безопасное значение для затворов транзисторов. Далее ток поступает на делитель напряжения собранный на переменном резисторе Р2 и постоянном резисторе R4. С движка переменного резистора Р2 ток проходит через тока ограничительные резисторы R5 и R6 открывая затворы полевых транзисторов Т4 и Т5. Транзисторы проводят через себя определенное количество тока в зависимости от сопротивления переменного резистора Р2. В данной схеме ток регулируется при любом выходном напряжении.
Также предусмотрена защита от переполюсовки, состоящая из двух светодиодов. Зеленый светодиод сигнализирует о правильном подключении автомобильного аккумулятора к выходу блоку питания, а красный светодиод, о ошибке подключения. Резисторы R7 и R8 ограничивают ток для светодиодов.
А, вот и печатная плата!
На этом рисунке изображена печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А
Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А
Печатную плату вы можете изготовить с помощью лазерно утюжной технологии для продвинутых, а также навесным монтажом этот способ больше подходит для начинающих радиолюбителей и они о нем прекрасно знают. Для изготовления печатной платы вам понадобиться фольгированный стеклотекстолит размером 100х83 мм. Большинство деталей устанавливаются на печатной плате за исключением транзисторов Т2, Т3, Т4, Т5, а также стабилизатор напряжения L7812CV и резисторы R2, R3, Р1, Р2. Биполярные транзисторы Т2 и Т3 устанавливаются на отдельном радиаторе без изоляционных прокладок, потому, что коллекторы транзисторов все равно по схеме соединяются вместе. Полевые транзисторы Т4, Т5 надо тоже установить на отдельном радиаторе без изоляции.
На этом рисунке изображены два радиатора с установленными транзисторами. Между собой радиаторы скреплены двумя лентами двухстороннего автомобильного скотча выполняющего роль электро изоляции. Сверху к радиаторам прикручена винтами пластиковая скрепляющая пластина, придающая жесткость конструкции. К ней будет крепиться дополнительная пластина с печатной платой и вентилятор.
Поскольку уравнительные резисторы R2 и R3 довольно большого размера для их предусмотрена специальная печатная плата, которая изображена на этом рисунке. Размер печатной платы 85х40 мм.
Печатная плата блока резисторов
Стабилизатор напряжения L7812CV надо закрепить на отдельный радиатор от компьютерного блока питания, потому, что в процессе работы он сильно нагревается. На этой картинке он находится в самом низу на радиаторе от компьютерного блока питания. С правой стороны вы увидите плату с уравнительными резисторами R2 и R3. Транзистор Т1 установлен на маленький радиатор. Переменные резисторы Р1 и Р2 тоже вынесены на верхнюю панель. Диодная сборка установлена на отдельном радиаторе, при большой нагрузке она очень сильно греется.
Для охлаждения радиаторов к установленному в блоке питания стабилизатору напряжения L7812CV я подключил вентилятор размером 120х120 мм, он отлично справляется со своей задачей.
Если вы хотите подключить вентилятор от дополнительной обмотки трансформатора, тогда вам надо поставить дополнительный стабилизатор напряжения по этой схеме.
Схема подключения вентилятора
Как подключить Китайский вольтметр амперметр?
При подключении Китайских электронных вольтметров амперметров возникает очень много различных проблем, то показания скачут, то завышает, то занижает, кому то бракованный прислали, вообщем качество Китайских приборов оставляет желать лучшего. Китайцы продают на АлиЭкспресс две модели чудо приборов. Первая модель имеет два тонких провода красный и черный, три толстых, красный, черный и синий. У второй модели три тонких провода, красный, черный, желтый и два толстых, красный и черный. Чтобы это Китайское чудо правильно работало и не искажало показания, надо знать простое правило, питание у прибора должно быть отдельное потому, что у прибора нет гальванической развязки и поэтому питание на Китайский вольтметр амперметр обязательно надо брать с дополнительной обмотки трансформатора или дополнительного источника питания, для этих целей идеально подойдет зарядка от телефона.
А лучше всего сделать выбор в сторону Китайских стрелочных аналоговых приборов класса точности 2.5. Поставить отдельно вольтметр и амперметр будет намного проще и точнее. Выбор остается за вами.
На этом рисунке изображена схема подключения Китайского вольтметра амперметра.
Схема подключения китайского вольтметра амперметра к блоку питания
Испытания блока питания
Пришло время испытать блок питания в деле. У микросхемы TL431 есть такая особенность, нижний порог напряжения 2.4 вольта, поэтому в блоке питания напряжение регулируется от 2.4 вольта до 27.4 вольта. Без нагрузки я выставил напряжение 12.5 вольт и подключил галогеновую лампу Н4. Напряжение под нагрузкой упало до 12.3 вольта, просадка составила всего 0.2 вольта при силе тока 4.88 ампера. Это очень хороший результат. Микросхема TL431 прекрасно стабилизирует напряжение. Как работает ограничение тока смотрите в видеоролике.
Как заряжать автомобильный аккумулятор?
Ну и самое интересное, это использование блока питания в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. При выключенном блоке питания подключаем аккумулятор. Если горит зеленый светодиод, значит все подключено правильно. Что будет если поменять клеймы местами? А, ничего… Просто загорится красный светодиод, означающий ошибку в подключении.
Далее отключаем минусовую клейму, включаем блок питания и выставляем на блоке 14.5 вольт. Подключаем минусовую клейму к аккумулятору. И ручкой регулировки тока выставляем в начале зарядки ток не более 6 ампер для 60 амперного аккумулятора. К концу зарядки ток упадет до 0.1 ампера, а напряжение поднимется до 14.5 вольт. Это будет говорить о том, что аккумулятор полностью заряжен.
Для любителей «чем проще, тем лучше,» предлагаю собрать упрощенную схему блока питания на 15А
Данная схема регулируемого блока питания с регулировкой напряжения и тока рассчитана на максимальный ток до 15А. В ней отсутствуют дополнительные силовые транзисторы и уравнительные резисторы, что немного упрощает схему и делает её более бюджетной по сравнению со схемой на 30А.
Схема блока питания с регулировкой тока и напряжения 2.4…28В 15А
Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В. Размер платы 100х60 мм.
Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 15А
Радиодетали для сборки
Регулируемый блок питания с регулировкой тока и напряжения 30А
- Регулируемый стабилитрон (микросхема) TL431
- Диодный мост на 50А KBPC5010
- Конденсаторы С1, С2 4700 мкФ 50В
- Резисторы R1 1 кОм 5Вт, R2, R3 0.1 Ом 20 Вт, R4 100 Ом, R5, R6 47 Ом, R7, R8 2.7 кОм 0.25Вт, Р1 5 кОм, Р2 1 кОм.
- Радиатор 100х63х33 мм 2шт, радиатор KG-487-17 (HS 077-30) 1шт, радиатор от компьютерного блока питания 1шт
- Стабилизатор напряжения L7812CV
- Транзисторы Т1 TIP41C, КТ805, КТ819, Т2, Т3 TIP35C, КТ 867А, Т4, Т5 IRFP250, IRFP260
- Светодиоды LED1, LED2 на 3В зеленый и красный
Регулируемый блок питания с регулировкой тока и напряжения 15А
- Регулируемый стабилитрон (микросхема) TL431
- Диодный мост на 25А KBPC2510
- Конденсаторы С1, С2 4700 мкФ 50В
- Резисторы R1 1 кОм 5Вт, R2 100 Ом, R3 47 Ом, R4, R5 2.7 кОм 0.25Вт, Р1 5 кОм, Р2 1 кОм.
- Радиатор 100х63х33 мм 1шт, радиатор KG-487-17 (HS 077-30) 1шт, радиатор от компьютерного блока питания 1шт
- Стабилизатор напряжения L7812CV
- Транзисторы Т1 TIP41C, КТ805, КТ819, Т2 TIP35C, КТ 867А, Т3 IRFP250, IRFP260
- Светодиоды LED1, LED2 на 3В зеленый и красный
Чем заменить микросхему TL431?
Аналогом микросхемы TL431 является регулируемый стабилитрон КА431, из советских КР142ЕН19А, К1156ЕР5Х
Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!
Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать блок питания с регулировкой тока и напряжения своими руками
Источник
