2 Схемы

Сборка блока питания с регулировкой тока/напряжения своими руками

Вот очередная версия лабораторного блока питания с напряжением от 0 до 30 В и регулировкой потребляемого тока 0-2 А, что всегда бывает полезно, когда используется БП для настройки самодельных схем или когда они неизвестные приборы запускаются в первый раз.

Схема ИП с регулировкой тока и напряжения

Сама схема питания — это популярный комплект из таких элементов:

1. Сам регулируемый стабилизатор, в котором заменен T1 — BC337 на BD139, T2 — BD243 на BD911
2. D1-D4 — диоды 1N4001 заменены на RL-207
3. C1 — 1000 мкФ / 40 В заменен на 4700 мкФ / 50 В
4. D6, D7 — 1N4148 на 1N4001

У используемого трансформатора есть напряжения: 25 В, 2 А и 12 В, которое полезно для управления вентилятором, охлаждающим радиатор и силовые диоды на панели. Для этого была создана небольшая плата с мостовым выпрямителем, фильтрующими конденсаторами и стабилизатором LM7812 (с радиатором).

Внутри корпуса лабораторного источника питания размещены трансформатор, плата самого регулируемого блока питания, платы стабилизаторов — 12 В и 24 В, радиатор с охлаждающим вентилятором (запускается при 50 С).

На передней части корпуса установлены выключатель, три светодиода, информирующих о состоянии блока питания (сеть 220 В, включение вентилятора и защита — ограничение тока или короткое замыкание), синие и красные LED дисплеи с наклеенной на них затемняющей пленкой. Рядом с дисплеями расположены регулирующие потенциометры, а справа выводы питания. На задней части корпуса имеется разъем для сети, предохранитель и охлаждающий вентилятор 60×60 мм.

Что касается индикаторных дисплеев, они показывают:

• синий — текущее напряжение в вольтах V
• красный — текущий ток в амперах A

Источник питания получился реально удобный и надёжный. Вся сборка заняла несколько дней. Что касается охлаждения, оно включается только при высокой нагрузке и то на короткое время, примерно на пару минут.

С этим БП удобно работать даже при слабом освещении, так как яркости индикаторов хватает с головой. Если хотите повысить ток до 3-4 ампера, выбирайте трансформатор по-мощнее и транзисторы регулятора, с хорошим запасам по току. Ещё пару неплохих схем источников питания смотрите по ссылкам:

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.

• ЛБП

htmaker Опубликована: 13.10.2019 0 1
Вознаградить Я собрал 0 Участие в конкурсе 0

Лабораторный блок питания 0-30В 3А

Вниманию читателя представлена схема полноценного лабораторного блока питания с регулировкой выходного напряжения и тока, а также с защитой от короткого замыкания на выходе. Данный лабораторный блок может полезно служить в качестве источника питания для запуска, проверки и ремонта различных устройств или для зарядки различных аккумуляторов. Лабораторный блок может обеспечить выходным током до 3А и напряжением до 30В.

Технические характеристики

Напряжение питания (AC) …..

Собственный ток потребления ….. менее 10мА

Выходной ток ….. 10мА-3А

Схема лабораторного блока питания

Принцип работы схемы

Питание схемы двухполярное. Основное плечо (положительное) выпрямляется диодным мостом VD2, второе плечо (отрицательное), которым питаются ОУ U1 и U3, выпрямляется диодами VD1 и VD4. Также отрицательное плечо имеет стабилизацию -5.6В, которая обеспечивается стабилитроном VD5. Служит отрицательное плечо для более точной работы при низких входных напряжениях операционных усилителей (меньше 1В). Если на входе ОУ потенциал 0.2В относительно GND, то относительно отрицательной шины он будет уже 5.8В, что обеспечит меньшую погрешность и меньшие пульсации при усилении.

Источник опорного напряжения выполнен на операционном усилителе U2. За счет положительной обратной связи, организованной резистором R12, ОУ самовозбуждается. На его выходе начинает происходить рост напряжения до тех пор, пока на инвертирующем и неинвертирующем входах уровень сигналов не сравняется. Это произойдет тогда, когда на выходе U2 напряжение достигнет 11.2В. На входах в этот момент, за счет резистивных делителей, будет по 5.6В. Потенциал 11.2В будет опорным и стабильным (неизменным) при изменении входного напряжения.

Регулировка напряжения лабораторного блока осуществляется с помощью переменного резистора RV2, который включен как потенциометр. Изменяя положение его ползунка, происходит деление опорного потенциала на неинвертирующем входе U3. На инвертирующий вход U3 через делитель R21R15 подается напряжение с выхода лабораторного блока питания. Изменяя опорное напряжение, будет происходить изменение выходного напряжения U3, которое поступает на эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель состоит из транзисторов VT3 и VT4 включенных по схеме Дарлингтона, для увеличения коэффициента усиления. Транзистор Дарлингтона регулирует выходное напряжение лабораторного блока питания.

Ограничение по току лабораторного блока питания осуществляется потенциометром RV1. Потенциометр задает уровень опорного потенциала на неинвертирующем входе U1. На инвертирующий вход подается потенциал с датчика тока, в роли которого выступает шунт R20R23. Операционный усилитель U1 включен как компаратор. Когда на датчике тока а, следовательно, и на инвертирующем входе U1, напряжение станет больше чем на неинвертирующем входе, тогда на выходе U1 появиться отрицательный потенциал, который через диод VD7 поступит на 3 вывод U3, изменив его опорный потенциал. Таким образом, ограничение тока лабораторного блока питания обеспечивается через регулировку напряжения. Также отрицательный потенциал поступит на базу VT1 через делитель R4R5 и транзистор откроется, потечет коллекторный ток через резистор R3 и светодиод VD3, который засветится, обозначив включение режима ограничения тока.

Защита от КЗ срабатывает через ограничение по току. Резистор R11, включенный в делитель напряжения R8, RV1 и R11, не позволит задать большой порог срабатывания (более 3А) компаратора U1 даже при максимальном сопротивлении потенциометра RV1. Я установил шунт R20R23 общим сопротивлением 0.75Ома, поэтому ток КЗ у меня ограничивается в пределе 2.8 Ампер. Для уменьшения тока короткого замыкания нужно увеличить сопротивление R20R23.

Подстроечным резистором RV3 выставляется ноль на выходе лабораторного блока.

Компоненты лабораторного блока питания

Все номиналы компонентов указаны на схеме. Операционные усилители можно заменить на TL081, LM741.

Элементы VT3, VT4 и VD2 необходимо установить на радиатор. Если корпус ЛБП пластиковый, то изолировать элементы от теплоотвода нет необходимости. Если корпус металлический, то изолировать обязательно, так как коллекторы, а значит и фланцы VT3 и VT4 соединены с положительной шиной питания.

Площадь поверхности теплоотвода будет зависеть от выходного тока, при котором будет эксплуатироваться лабораторный блок питания. Так при эксплуатации его на токах до 3А необходим радиатор с площадью поверхности 600см 2 . Также, чем больше разность между входным и выходным напряжениями, тем больше тепла будет рассеиваться на силовом транзисторе.

Выбор трансформатора

К выбору трансформатора для этого лабораторного блока нужно отнестись ответственно.

Напряжение вторичной обмотки не должно превышать 24В переменного тока. Связано это с максимальным напряжением питания операционных усилителей TL071 (TL081), которое находится в пределах ±18В (для однополярного напряжения +36В). Выпрямленное напряжение на конденсаторе C3 (без нагрузки) будет в 1.41 раз больше переменного. Так для трансформатора с вторичной обмоткой 24В выпрямленное напряжение будет приблизительно +34В. Также по схеме видно, что минусовые выводы питания операционных усилителей U1 и U3 соединены не с общей шиной, а с отрицательным плечом -5.6В, которое организовано элементами VD1, VD4, R6, C4 и VD5. Таким образом, питание U1 и U3 осуществляется от +39.5В относительно отрицательного плеча, что уже на пределе возможностей TL071 и TL081. При нагрузке блока питания напряжение просядет, но все же…

Поэтому, выходное напряжение трансформатора для данного лабораторного блока ни в коем случае не должно превышать 24В переменного тока, входное не должно быть ниже 12В, так как опорный потенциал на выходе U2 равен удвоенному напряжению стабилитрона VD6 (5.6В), то есть 11.2 Вольта.

Выходной ток трансформатора должен соответствовать выходной нагрузке лабораторного блока. Если он будет эксплуатироваться на токах до 3А, то и ток вторичной обмотки должен быть не ниже 3А.

Volt-info

Электроника, электротехника. Профессионально-любительские решения.

Блок регулирования напряжения и тока для простого лабораторного источника питания

Описание

В любой радиолюбительской мастерской не обойтись без источника питания с возможностью изменения величины напряжения в широких пределах. Представленное устройство предназначено для регулирования напряжения от полвольта почти до величины входного напряжения и регулирования величины ограничения тока нагрузки. При наличии готового нерегулируемого источника питания напряжением 20-30 В и допустимым током нагрузки до 5 А, этот блок позволит сделать источник универсальным.

Схема

За основу взята распространённая схема (рис.1), обсуждаемая на некоторых радиолюбительских форумах.

Рисунок 1. Вырезка из журнала Радио.

Честно говоря, стабилизированной эту схему назвать нельзя однозначно, но тем не менее я рекомендую её для начинающих радиолюбителей, нуждающихся в регулируемом источнике питания. Схема хороша тем, что позволяет регулировать напряжение в широких пределах, а также ограничивать ток нагрузки, что исключает перегрузку источника питания при коротких замыканиях.

У этой схемы есть один существенный недостаток. При регулировании напряжения, оно изменяется не равномерно. От минимума напряжение нарастает очень медленно, но ближе к максимуму процесс становится настолько стремительным, что точная установка требуемого значения весьма затруднительна. По этому поводу на многих форумах не мало соплей и плевков. Не советую уподобляться истерикам и размазывать сопли по этому поводу, всё, что требуется от настоящего радиолюбителя – включать мозг.

Суть проста. Чтобы получить линейный характер регулирования при нелинейном изменении величины регулирования линейным элементом, нужно скорректировать его характеристику в сторону обратной нелинейности… Вот такая не шуточная шутка получилась 🙂

Предлагаю Вам свой вариант схемы, в котором применена отечественная элементная база и добавлен элемент коррекции нелинейности регулировки напряжения – рисунок 2.

Рисунок 2. Схема блока регулирования напряжения и ограничения тока нагрузки.

Обратите внимание на подстроечный резистор R7. Его роль как раз и заключается в коррекции характеристики регулирования.

В качестве регулирующего элемента я применил транзистор КТ819ГМ (просто оказался в наличии). Он выполнен в массивном металлическом корпусе и рассчитан на ток коллектора до 15А. Этот транзистор необходимо размещать на радиаторе для эффективного теплоотвода.

В качестве шунта R2 я использовал параллельную спайку пяти двухваттных резисторов 5,1 Ом по 2 Вт каждый. Этот шунт я так же вынес за пределы платы, расположив рядом с радиатором транзистора.

У меня не оказалось переменного резистора 470 Ом, поэтому мне пришлось для R5 использовать резистор 1 кОм, но и при этом номинале ток регулируется достаточно равномерно.

Настройка схемы

Исходная схема (рисунок 1) практически не нуждается в настройке. Переработанная схема (рисунок 2) требует настройки коррекции характера регулирования напряжения. Настройка очень проста.

Подайте на вход напряжение питания (желательно от того источника, который будете брать за основу). Переменный резистор R6 выведите в крайнее положение, при котором напряжение выхода будет максимальным. Измерьте напряжение на выходе схемы. Переведите движок резистора R6 как Вам кажется точно в среднее положение. Подстроечным резистором R7 добейтесь на выходе схемы ровно половины того напряжения, которое измеряли при установке на максимум. Собственно – всё.

Данная коррекция не гарантирует абсолютную линейность регулировки, но визуально Вам покажется, что напряжение меняется идеально равномерно.

Применение

Плюс этой схемы заключается в ограничении максимального тока. Её можно использовать для сборки относительно бюджетного варианта источника питания. Для примера, я использовал в качестве преобразователя сетевого напряжения электронный трансформатор для галогенных ламп. У них есть серьёзный недостаток – отсутствие защиты от перегрузки. Но поскольку регулирующая схема ограничивает ток нагрузки, то практически защищает схему первичного преобразования от КЗ.

Файлы

Схема достаточно проста для повторения даже начинающими радиолюбителями, но, если кого интересует готовая печатка, качайте файл — Регулируемый БП 24 В 5 А

Кроме схемы и печатки в архиве содержится файл таблица с графиком, визуально отражающий изменение харауеристики равномерности регулирования при введении в схему корректирующего резистора, может кому то будет интересно, или даже полезно. Там в красных ячейках можно задавать величину сопротивлений переменного и корректирующего резистора. Изменение характеристики визуально можно наблюдать по представленным в файле графикам.

Предупреждение

Показанный в данной статье способ коррекции пригоден далеко не во всех случаях и может быть непреемлем для отдельного ряда задач!

ВНИМАНИЕ. Показанный способ коррекции следует использовать с особой осторожностью, зная принцип работы настраиваемого устройства и хорошо представляя, что Вы делаете! В других схемах при определённых положениях движка резисторов могут возникать недопустимые токи, способные вывести из строя резисторы или иные детали рабочего устройства. Используя описанный способ коррекции в своём устройстве вы действуете на свой страх и риск, а ещё лучше, представляете, что делаете. Ни какой ответственности за возможные причинённые неисправности Ваших устройств при применении корректирующего резистора по моей схеме лично я не несу.

Данный способ коррекции в конкретной представленной схеме на рисунке 2 абсолютно безопасен при любых номиналах корректирующего резистора и любых положениях движков корректирующего и переменного резисторов R7 и R6.