Двухканальный лабораторный блок питания своими руками 0 30в 0 10а

Радио для всех – лбп 0-30в/0,02-3а на 2n3055

Лабораторный блок питания (ЛБП) на транзисторе(-рах) типа 2N3055 или других мощных N-P-N транзисторах, например, 2SC3281, TIP3055, 2N3771, 2SD1047 (даже КТ809А работает отлично) с диапазоном регулировки выходного напряжения 0-30В и тока 0,02-3А (можно “разогнать” и до бОльших токов ?  ЛБП обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения и тока, т.е. имеет функцию ограничения выходного тока с индикацией включения этого режима.

Печатные платы изготовлены с маской и маркировкой компонентов на лицевой стороне. На плате имеется выпрямительный мост из четырёх мощных диодов со сглаживающим фильтром. В верхней части платы просверлены отверстия через которые возможно выполнить крепление радиатора регулирующего транзистора.

Подключение проводов от трансформатора, нагрузки и вентилятора обдува радиатора выполняется с помощью винтовых клеммников, устанавливаемых на плате. Для питания вентилятора обдува радиатора на плате предусмотрен стабилизатор 7824 с выходным напряжением 24В постоянного тока.

Переменные резисторы для регулировки выходного напряжения и тока устанавливаются непосредственно на плате.

При этом плата может быть закреплена непосредственно на передней панели блока питания с помощью штатных шайб и гаек самих переменных резисторов – переменный резистор устанавливается в плате так, что срез печатной платы и край крепёжного фланца переменного резистора находятся на одном уровне.

При желании переменные резисторы можно установить вне платы и подключить проводами. В качестве регулирующего элемента применён биполярный n-p-n транзистор. В комплект набора входит транзистор 2N3055 в металлическом корпусе типа ТО-3. В плате предусмотрены отверстия для транзистора в корпусе ТО-247.

Для увеличения надёжности и номинального тока ЛБП, возможно подключение нескольких транзисторов параллельно с установкой в эмиттерах резисторов 0,1Ом/5Вт. Я пробовал “грузить! ЛБП до 5…6А – всё нормально. Думаю, что если применить внешний мощный диодный мост на радиаторе в сочетании с несколькими мощными транзисторами и вынести с платы токовые цепи, чтобы текстолит не задымился :), то можно сделать ЛБП и мощнее чем заявлено…   

Бросков выходного напряжения при включении и отключении замечено не было. 

Технические характеристики:

Входное напряжение: максимум 24В переменного тока

ВОЛЬТМЕТРЫ и АМПЕРМЕТРЫ с семисегментными LED индикаторами

Выложены здесь >>> Это не китайские измерительные приборы! Made in Donetsk

АМПЕРМЕТР со знакобуквенным ЖКИ индикатором

0-50В/0-10А Информация по прибору находится здесь

Демонстрация работы лабораторного блока питания:

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой 98х80 мм: 85 грн.

Стоимость набора деталей с печатными платами для сборки ЛБП с транзистором TIP35 в корпусе ТО-247 (ручки на переменные резисторы в комплекте): 235 грн.

Стоимость собранной и проверенной плат ЛБП (ручки на переменные резисторы в комплекте): 280 грн.

Краткую инструкцию к набору и состав набора можно увидеть здесь >>> 

Обращаю Ваше внимание на то, что от источника постоянного напряжения этот ЛБП работать не будет!

Питание на плату необходимо подавать непосредственно со вторичной обмотки трансформатора…

Заказы можно оформлять через форму обратной связи или по телефону указанному в разделе контакты, доставка и оплата

Всем мирного неба, удачи, добра, 73!

Собираем Лабораторный блок питания 0-30В 0-3А Сборка. Заключительная часть

Всем привет. Сегодня заключительный обзор, сборка лабораторного линейного блока питания. Сегодня много слесарных работ, изготовление корпуса и финальная сборка. Обзор размещен в блоге «DIY или Сделай Сам», надеюсь я тут никого не отвлекаю и не кому не мешаю тешить свой взгляд прелестями Лены и Игоря))).

Всем кому интересны самоделки и радиотехника — Добро пожаловать!!!
ВНИМАНИЕ: Очень много букв и фото! Трафик!

Добро пожаловать радиолюбитель и любитель самоделок! Для начала давайте вспомним, этапы сборки лабораторного линейного блока питания.

Непосредственно к данному обзору не имеет отношения, потому разместил под спойлер:

Этапы сборки

Сборка силового модуля. Плата, радиатор, силовой транзистор, 2 переменных многооборотных резистора и зеленый трансформатор (из Восьмидесятых ®) Как подсказал мудрый kirich, я самостоятельно собрал схему, которую китайцы продают в виде конструктора, для сборки блока питания.

Я сначала расстроился, но потом решил, что, видать схема хороша, раз китайцы её копируют… В то же время вылезли и детские болячки этой схемы (которые полностью были скопированы китайцами), без замены микросхем на более «высоковольтные», на вход нельзя подавать больше 22 вольт переменного напряжения… И несколько более мелких проблем, которые подсказали мне наши форумчане, за что им огромное спасибо. Совсем недавно будущий инженер “AnnaSun” предложила свою версию избавления от трансформатора. Конечно каждый может модернизировать свой БП как угодно, можно и импульсник поставить в качестве источника питания. Но у любого импульсника (быть может кроме резонансных) на выходе куча помех, и эти помехи частично перейдут на выход ЛабБП… А если там имульсные помехи, то (ИМХО) это не ЛабБП. Потому я не буду избавляться от «зеленого трансформатора».

Поскольку это линейный блок питания, у него есть характерный и существенный недостаток, вся лишняя энергия выделяется на силовом транзисторе. Для примера, на вход мы подаем 24В переменного напряжения, которое после выпрямления и сглаживания превратится в 32-33В. Если на выход присоединить мощную нагрузку, потребляющую 3А при напряжении 5В, вся оставшаяся мощность (28В при токе 3А), а это 84Вт, будет рассеиваться на силовом транзисторе, переходя в тепло. Одним из способов предотвратить эту проблему, и соответственно повысить КПД, это поставить модуль ручного или автоматического переключения обмоток. Данный модуль был рассмотрен в 2-м моем обзоре:
Для удобства работы с блоком питания и возможности мгновенного отключения нагрузки, с схему был введен дополнительный модуль на реле, позволяющий включать или выключать нагрузку. Этому был посвящен мой третий обзор.

К сожалению, из-за отсутствия нужных реле (нормально замкнутых), данный модуль работал некорректно, потому он будет заменен другим модулем, на D-триггере, позволяющий включать или выключать нагрузку при помощи одной кнопки.

Вкратце расскажу про новый модуль. Схема довольно известная (прислали мне ссылку в личку):
Немножко модифицировал её под свои нужды и собрал такую плату:

С обратной стороны:
На это раз никаких проблем не было. Все работает очень четко и управляется одной кнопкой. При подаче питания, на 13 выходе микросхемы всегда логический ноль, транзистор (2n5551) закрыт и реле обесточено — соответственно нагрузка не подключена.

При нажатии кнопки, на выходе микросхемы появляется логическая единица, транзистор открывается и реле срабатывает подключая нагрузку. Повторное нажатие на кнопку возвращает микросхему в исходное состояние.

Какой же блок питания без индикатора напряжения и тока? Потому в 4-м обзоре я попытался сделать ампервольтметр самостоятельно. В принципе получился неплохой прибор, однако он имеет некоторую нелинейность в диапазоне от 0 до 3.2А.

Эта погрешность никак не будет влиять при использовании данного измерителя, скажем в зарядном устройстве для АКБ автомобиля, но недопустима для Лабораторного БП, потому, я заменю этот модуль, китайскими щитовыми прецизионными вольтметром и амперметром с дисплеями, имеющими 5 разрядов… А собранный мною модуль найдет применение в какой-нибудь другой самоделке.

Наконец-то приехали из Китая более высоковольтные микросхемы, о чем я Вам рассказал в 5-ом обзоре. И теперь можно подавать на вход 24В переменного тока, не опасаясь, что пробьет микросхемы…

Теперь дело осталось за «малым», изготовить корпус и собрать все блоки вместе, чем я и займусь в этом финальном обзоре по данной тематике.
Поискав готовый корпус, ничего подходящего не нашел.

У китайцев есть неплохие коробки, но, к сожалению, цена их, а особенно стоимость доставки — запредельная…

Отдать китайцам 60 баксов мне «жаба» не позволила, да и глупо такие деньги отдавать за корпус, можно еще немного добавить и купить готовый ЛабБП. По крайней мере, корпус из этого Бп выйдет хороший.

Потому я поехал на строительный базар и купил 3 метра алюминиевого уголка. С его помощью будет собран каркас прибора.
Подготавливаем детали нужного размера. Расчерчиваем заготовки и спиливаем уголки при помощи отрезного диска. Обзор на мою версию дремеля.

Затем выкладываем заготовки верхней и нижней панели, чтобы прикинуть, что получится.

Пробуем расположить модули внутриСборка идет на потайных винтах (под шляпку зенкером, разенковывается отверстие, что бы головка винта не выступала над уголком), и гайках с обратной стороны.

Потихоньку появляются очертания каркаса блока питания:И вот каркас собран… Не очень ровный, особенно по углам, но думаю, что покраска скроет все неровности:
Размеры каркаса под спойлером:

Измерение размеров

К сожалению времени мало свободного, потому слесарные работы продвигаются медленно. Вечерами за неделю изготовил лицевую панель из листа алюминия и панельку под вход питания и предохранитель.

Расчерчиваем будущие отверстия под Вольтметр и Амперметр. Посадочное гнездо должно быть размерами 45.5мм на 26.5мм Обклеиваем посадочные отверстия малярным скотчем:

И отрезным диском, при помощи дремеля делаем пропилы (скотч нужен, что бы не выйти за размеры гнезд, и не испортить панель царапинами) Дремель быстро справляется с алюминием, но на 1 отверстие уходит 3-4 отрезных диска

Опять была заминка, банально, кончились отрезные диски для дремеля, поиск по всем магазинам Алматы ни к чему не привел, потому пришлось ждать диски из Китая… Благо пришли быстро за 15 дней. Дальше работа пошла более весело и быстро… Пропилил дремелем отверстия под цифровые индикаторы, и обработал напильником.

Ставим на «уголки» зеленый трансформаторПримеряем радиатор с силовым транзистором. Он будет изолирован от корпуса, так как на радиаторе установлен транзистор в корпусе ТО-3, а там сложно изолировать коллектор транзистора от корпуса. Радиатор будет стоять за декоративной решеткой с вентилятором охлаждения.
Обработал наждачкой на бруске лицевую панель.

Решил примерить все что будет на ней закреплено. Получается вот так:Два цифровых измерителя, кнопка включения нагрузки, два многооборотных потенциометра, выходные клеммы и держатель светодиода «Ограничение тока». Вроде ничего не забыл?С обратной стороны лицевой панели. Разбираем все и красим черной краской с баллончика каркас блока питания.

На заднюю стенку прикрепляем на болты декоративную решетку (куплено на авторынке, анодированный алюминий для тюнига воздухозабора радиатора 2000 тенге (6.13USD))Вот так получилось, вид с обратной стороны корпуса блока питания.Ставим вентилятор для обдува радиатора с силовым транзистором.

Я прикрепил его на пластиковые черные хомуты, держит хорошо, внешний вид не страдает, их почти не видно.Возвращаем на место пластиковое основание каркаса с уже установленным силовым трансформатором.Размечаем места крепления радиатора. Радиатор изолирован от корпуса прибора, т.к. на нем напряжение равное напряжению на коллекторе силового транзистора.

Думаю, что он хорошо будет обдуваться вентилятором, что позволит значительно снизить температуру радиатора. Вентилятор будет управляться схемой снимающей информацию с датчика (терморезистора) закрепленного на радиаторе.

Таким образом вентилятор не будет «молотить» в пустую, а будет включатся при достижении определенной температуры на радиаторе силового транзистора.Прикрепляем на место лицевую панель, поглядеть что получилось.

Декоративной решетки осталось много, потому решил попробовать сделать П-образную крышку корпуса блока питания (на манер компьютерных корпусов), если не понравится, переделаю на что-нибудь другое.Вид спереди. Пока решетка «наживлена» и еще не плотно прилегает к каркасу.Вроде неплохо получается.

Решетка достаточно прочная, можно смело ставить сверху что-либо, ну а про качество вентиляции внутри корпуса, даже не стоит говорить, вентиляция будет просто отличная, по сравнению с закрытыми корпусами.

Ну чтож, продолжаем сборку. Подключаем цифровой амперметр.

Важно: не наступайте на мои грабли, не используйте штатный разъем, только пайка непосредственно к контактам разъема. Иначе будет в место тока в Амперах, показывать погоду на Марсе.
Провода для подключения амперметра, да и всех остальных вспомогательных устройств должны быть максимально короткими. Между выходными клеммами (плюс-минус) установил панельку из фольгированного текстолита. Очень удобно прочертив изолирующие бороздки в медной фольге, создавать площадки для подключения всех вспомогательных устройств (амперметр, вольтметр, плата отключения нагрузки и т.п.)

Основная плата установлена рядом с радиатором выходного транзистора.

Плата переключения обмоток установлена над трансформатором, что позволило значительно сократить длину шлейфа проводов.

Наступил черед собрать модуль дополнительного питания для модуля переключения обмоток, амперметра, вольтметра и т.п. Поскольку у нас линейный — аналоговый БП, будем использовать так же вариант на трансформаторе, никаких импульсных блоков питания. ? Вытравливаем плату:

Впаиваем детали:Тестируем, ставим латунные «ножки» и встраиваем модуль в корпус:

Ну вот, все блоки встроены (кроме модуля управления вентилятором, который будет изготовлен позже) и установлены на свои места. Провода подключены, предохранителя вставлены.

Можно проводить первое включение. Осеняем себя крестом, закрываем глаза и даем питание… Бабаха и белого дыма нет — уже хорошо… Вроде на холостом ходу ничего не греется… Нажимаем кнопку включения нагрузки — зажигается зеленый светодиод и щелкает реле. Вроде все пока нормально.

Можно приступать к тестированию.

Как говорится, «скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Опять выплыли подводные камни. Модуль переключения обмоток трансформатора работает некорректно с силовым модулем. При напряжении переключения с первой обмотки на следующую происходит скачек напряжения, т.е при достижении 6.4В происходит скачек до 10.

2В. Потом конечно можно уменьшить напряжение, но это не дело. Сначала я думал, что проблема в питании микросхем, поскольку их питание тоже от обмоток силового трансформатора, и соответственно растет с каждой последующей подключенной обмоткой. Потому попробовал дать питание на микросхемы с отдельного источника питания.

Но это не помогло. Потому есть 2 варианта: 1. Полностью переделать схему. 2. Отказаться от модуля автоматического переключения обмоток. Начну с 2 варианта.

Полностью без переключения обмоток я остаться не могу, потому как вариант мириться с печкой мне не нравится, потому поставлю тумблер- переключатель позволяющий выбирать подаваемое напряжение на вход БП из 2-х вариантов 12В или 24В. Это конечно «полумера», но лучше чем вообще ничего.

Заодно решил поменять амперметр на другой подобный, но с зеленым цветом свечения цифр, поскольку красные цифры амперметра светятся довольно слабо и при солнечном свете их плохо видно. Вот что получилось:

Вроде так получше. Возможно, так же, что я заменю вольтметр на другой, т.к. 5 разрядов в вольтметре явно избыточно, 2 разряда после запятой вполне достаточно. Варианты замены у меня есть, так что проблем не будет.

Ставим переключатель и подключаем к нему провода. Проверяем. При положении переключателя «вниз» — максимальное напряжение без нагрузки составило около 16В

При положении переключателя вверх — доступно максимальное напряжение для данного трансформатора 34В (без нагрузки)

Теперь ручки, долго не стал придумывать варианты и нашел пластмассовые дюбели подходящего диаметра, как внутреннего, так и внешнего.
Отрезаем трубочку нужной длины и надеваем на штоки переменных резисторов:

Затем надеваем ручки и фиксируем винтами. Поскольку трубка дюбеля достаточно мягкая, ручка фиксируется очень хорошо, что бы сорвать её необходимы значительные усилия.

Обзор получился очень большим.

Потому не буду отнимать Ваше время и вкратце протестируем Лабораторный блок питания. Помехи осциллографом мы уже смотрели в первом обзоре, и с тех пор ничего не изменилось в схемотехнике.

Потому проверим минимальное напряжение, ручка регулировки в крайнем левом положении:

Теперь максимальный ток

Ограничение тока в 1А

Максимальное ограничение тока, ручка регулировки тока в крайне правом положении:

Лабораторный блок питания своими руками — DRIVE2

Регулируемого блока питания 1501 (15 вольт, 1 ампер ) перестало хватать на мои нужды, было решено купить что то типа YaXun PS-1502DD+ (цена с али в районе 3500 р) 2 ампера по идее должно хватать.
Но тут в руки подвернулся такой блок питания:

Предвидя ” почему бы не переделать БП от компа под свои нужды, много ватт, много ампер и много напряжения”? Дело в том что я порой собираю маломощные усилители (с питанием от 12 В) и слушать фон импульсного блока питания — ну никак не хочется. А собирать своими руками — ну это песня долгая, и сейчас у меня нет на неё времени.

По этим причинам я взялся собирать себе не замудренный блок питания со следующими характеристиками:-выходное напряжение до 12-15 Вольт(в большинстве своем мне достаточно такого напряжения);-ток отдаваемый в нагрузку — хотя бы 3-5 Ампер(но трансформатор данного блока позволяет выдавать номинальные 10 Ампер);-малое количество пульсаций;— цифровая индикация напряжения и тока;

— регулировка тока и напряжения;

Мордашка блока:

Внизу два отверстия оставшиеся от розеток, корпус алюминий. Вместо одной розетки удачно поместилась кнопка. Вокруг 4 отверстия от винтов — решено в них вставить светодиоды индикации работы блока.

Ранее с али был заказан вот такой вот блочок:

Собран на микроконтроллере stm, подкупила его цена и возможности.В погрешность по напряжению он укладывается вполне точно, амперметр честно говоря разочаровал. На сайте заявлена погрешность в 0,01 А(10 мА) в итоге при нулевых положениях ручек потребление 50 мА(это ток короткого замыкания и показания тестера эталона), данный же амперметр не показывает вообще ничего.

Когда ток доходит до 100 мА(тестер эталон) показания на данном амперметре равны ~70-80ма, далее даем 150 мА, — погрешность в пределах 10 мА(между тестером эталоном и этим блочком) и до 1 Ампера более менее точные(разница 10-20 мА). Дальше врет в пределах 50-100 мА. Тут явно в 1 % погрешности на показаниях до 100 мА он не укладывается. Для домашнего пользования пойдет.

Далее определился с размещением на морде БП.

Схема подключения блочка:

Чуть закоцал краску — но бог с ней, мордаху перекрашу в черный цвет. Сетевой предохранитель было решено оставить, на мой взгляд он неплохо вписывается в интерьер, и будет выполнять свои прямые функции защиты сети 220 от перегрузки.

Чуть позже установил клеммы подобного типа, для приложение до 3-4 ампер, хватит и этих. Для эксплуатации на токах от 5 до 10 ампер будет зажиматься провод потолще.

Кроме основной функции лабораторного блока питания — его можно использовать для зарядки АКБ.(два в одном)))

Силовую часть собираюсь собрать на LM723, транзисторе типа TIP141 и 3 транзисторах КТ908А(включение данных транзисторов как составных).Транзисторы использовал КТ819Г. КТ908 решено пустить на усилок класса А.

Регулировку тока собираюсь расположить вместо второй розетки(отверстие справа) 4 отверстия под винты закрою 4 световодами ограничения тока.Затраты на данный блок:1) Вольтметр/амперметр — 160 рублей2) клеммы 30 рублей3) крокодилы 20 рублей4) провод 1 метр 30 рублей

Все остальное в наличии, затраты только временные, но оно того стоит.

Проверяю схему ограничения тока 0,2 ампера

Полная нагрузка, ограничу 10 амперами.

На данный момент силовая часть собрана и протестирована, делаю внутреннюю компоновку.

Силовую часть планирую перенести на радиатор от компа и установить вентилятор

После сборки решил попробовать погонять на блоке усилитель sony xm-1, тока сжирало в районе 5-5,5 ампер, напряжение засаживало до 9,5 Вольт. Фоновые шумы отсутствуют, что тоже меня несказанного порадовало:)

Характеристики блока питания:Выходное напряжение 2,5-14,4 Вольт;Ток в нагрузку долговременный 10 Ампер;Регулировка напряжения(есть грубая установка и точная установка, регулировка ~0,10 В);

Регулировка тока с шагом 10 мА в диапазоне 0,05-1а, 100 мА, диапазон1-10А;

Дальнейшие планы на модернизацию блока питания:1)сделаю регулировку напряжение с 0, а не с 2,4;2)подмотаю трансформатор (хочу увеличить выходное напряжение до 15 Вольт);

3)намотаю доп обмотку под вентилятор(чтобы снизить пульсации в главной обмотке);

Результатом доволен — тихо, мощно, надежно.
Может кому понадобится — схемы на LM723

Причесал внутрянку и финальные фотки:

В данной статье представлен проект моего лабораторного блока питания 30В/2А. Схема может выглядеть сложной, но это не так.

Трансформатор Tr1 преобразует напряжение 220V в 30V, которое выпрямляется диодным мостом G2 и сглаживается конденсатором C5. Транзисторы Т3 и Т6 образуют транзистор Дарлингтона. Напряжение на его базе контролируется не простым потенциометром, а “электронным потенциометром” с обратной связью. Его преимущество  состоит в том что выходное напряжение независимо от нагрузки.

Обратная связь

Представьте, что вы подключаете устройство которое включает и выключает лампу и требует 4,75 … 5,25V питания. Когда лампа не горит, он потребляет только 5 мА. Когда лампа горит, ток возрастает до, допустим, 1А.

Вы подключает устройство к источнику питания, провода которого имеют сопротивление 1Ω и настраиваете напряжение на выходе на 5V.  Лампа включается. Падение напряжения на проводах теперь будет 1В, и до устройства дойдет только 4V. Этого недостаточно и устройство выключается, выключая лампы.

Устройство снова получает 5В  и включает лампу. Напряжение питания падает до 4В и всё начинается сначала.

Средством от этого является использование толстого провода или обратной связи. Первый вариант подходит когда устройство подключается надолго и провода короткие.

Но мы делаем лабораторный блок питания поэтому будем использовать второй вариант. Вы наверное уже заметили R14. Это 0.5Ω тока ограничительный резистор, который будет обсуждаться позже.

Он дает нам падение напряжения в 0.5А в любом случае.

В схеме выше есть обратная связь между FB+ и FBGND. R19 и R16 являются делителем напряжения на 2. R13 ограничивает ток и передает его  на не инвертирующий вывод ОУ U2.

Инвертирующий вывод ОУ U2 подключен к потенциометру P2 через резистор R17. U3 это интегральный 15В стабилизатор напряжения.

Для большей стабильности он подключен к  отдельной обмотке трансформатора (или отдельному трансформатору), отдельному диодному мосту G1 и сглаживающему конденсатору C3.

Vp = 0.5 ∙ VOUT, Vn = 0 … 15В. Если Vp> Vn, на  выходе U2 15В. При этом T5 закрыт и на базе транзисторов T3/T6 будет 0В. При этом роль нагрузки на выходе будет выполнять С2 до Vp Vn.

В этот момент все начинается снова. Опять мы видим, что ОУ U2 пытается сохранить Vp равно Vn. U2 используется как усилитель: она усиливает напряжение с Р2 в 2 раза (потому что R19 и R16 это делитель на 2).

С Vn от 0 до 15В, VOUT будет от 0 до 30В.

Когда T5 закрывается, на С2 может быть до 30В. Так как напряжение базы T3 0В, -30В будет между базой Т3 и эмиттером Т6. Тем не менее, T6 может не выдержать напряжения менее -7В. R5 и R20 это делитель напряжения -30В для сохранности Т6.

Ограничитель тока

Когда выходной ток увеличивается, напряжение на R14 также будет увеличиваться. Это напряжение усиливается ОУ U1. Коэффициентом усиления можно управлять с помощью потенциометра P1.

Когда выходное напряжение U1 превышает 0.6В Т2 открывается. Через него ток течет в T1, который также открывается.

Когда ток с R3 попадает на T5, напряжение на выходе снизится до 0, и останется таким до того как переключатель SW1 замкнут.

ВНИМАНИЕ: Уберите нагрузку до замыкания SW1. Защита от перегрузки не работает пока SW1 закрыта!

Вы можете удивиться, почему напряжение с R14 сначала делится на R9 и R10, а затем усиливается U1. В худшем случае, OUT замкнут GND. Это означает, что через R14 будет течь полное выходное напряжение (до 30В), что сожжет ОУ U1.

Защита

При выключении питания, на C3 и C5 может на некоторое время остаться заряд. С C5 гораздо больше С3 и вероятно, что C3 будет разряжен в то время, как C5 прежнему заряжен.

Если C3 пуст, U2 перестает функционировать, T5 будет открыт и напряжение с С5 будет на выходе! Защитная схема на Т4 предотвратит это. В то время, как есть напряжение на Т4 все работает как надо. Когда U2 престает получать напряжение, Т4 открывается.

В этом случае, T5 закрывается и ток перестает идти на R18 и D5. При этом выходное напряжение остается 0В.

Радиокомпоненты

При построении этого блока питания, вы можете столкнуться с некоторыми трудностями при покупке компонентов.

Трансформатор Tr1 – это 30V трансформатор с дополнительной обмоткой 20В. Если вы не можете найти трансформатор с двумя обмотками вы можете использовать 2 трансформатора.

Максимальное напряжение на С5 будет 30V ∙ √2 – 1.4 = 41V. Поэтому я выбрал для С2 конденсатор с максимальным напряжением 80В, максимальным пиковым током 5000мА и максимальным постоянным током 3300мА.

Максимальная рассеиваемая мощность в R4 412/3k3 = 0.51W. Как правило, в таком случае берётся следующее по ряду значение, в данном случае 1 Вт. Но напряжение на R4 не будет постоянно 41V, а только в течение коротких периодов времени, поэтому можно использовать 0,5 Вт резистор.

T6 – это мощный транзистор. Его минимальный коэффициент усиления по току составляет 20, поэтому максимальный ток в Т3 2A/20 = 0.10A. Максимальная рассеиваемая мощность 41V ∙ 0.10A = 4.1W.

Согласно справочнику, максимальная рассеиваемая мощность без радиатора 2 Вт, так что это транзистор нуждается в радиаторе. Не используйте TIP41, так как его VCE = 40В.

Используйте TIP41A/B/C.

T1 может быть любым PNP транзистором. T2 может быть любым транзистором NPN. T4 и T5 могут быть любыми транзисторами с VCE  > 45В.

Максимальная рассеиваемая мощность R14 составляет 32 ∙ 0,5 = 4,5 Вт. Следующий доступный значение 5W.

ОУ U1 и U2 я использовал CA3140. Не используйте более дешевый LM741, они не подходят.

Если вы хотите получить напряжение на выходе больше или меньше 30 В, необходимо изменить не только трансформатор. Кроме того, необходимы рассчитанные на большее напряжение С2, С5, T4 и T5. Также необходимо пересчитать делители R19/R16 и R9/R10.

Сборка

Вы можете скачать печатную плату в нескольких форматах JPEG, EPS и HPGL здесь.

Компоненты, не включённые в печатную плату: трансформатор Tr1, диодная сборка G2, конденсаторы С5, С2 и диод D1. Они установлены в корпусе. Плюс конденсатора C5 подключается к контакту VSIN на плате, и его минус подключен к контакту VSGND на плате. С2 и D1 подключены непосредственно к выходным клеммам.

20В обмотка трансформатора подключена к контактам AC20A и AC20B на печатной плате.

Транзистор Т6, потенциометры P1 и P2, переключатель SW1 и светодиод D3 указаны на печатной плате, но не установлены на ней. Транзистор Т6 присоединён к радиатору и проводами подключен к плате. Остальные элементы выведены на переднюю панель и подключены к плате проводами. Выводы GND и OUT являются выходными клеммами. FB + и FBGND это контакты обратной связи. Я вывел их рядом с OUT и GND.

Рекомендуется использовать гнезда для U1 и U2 для их быстрой замены в случае поломки.

Оригинал статьи на английском языке (перевод Андрей Шпакунов для сайта cxem.net)

Сделать блок питания своими руками имеет смысл не только увлеченному радиолюбителю. Самодельный блок электропитания (БП) создаст удобства и сэкономит немалую сумму также в следующих случаях:

• Для питания низковольтного электроинструмента, ради экономии ресурса дорогостоящей аккумуляторной батареи (АКБ);
• Для электрификации помещений особо опасных по степени поражения электротоком: подвалов, гаражей, сараев и т.п. При питании их переменным током большая его величина в низковольтной проводке способна создать помехи бытовой технике и электронике;
• В дизайне и творчестве для точной, безопасной и безотходной резки нагретым нихромом пенопласта, поролона, легкоплавких пластиков;
• В светодизайне – использование специальных БП позволит продлить жизнь светодиодной ленты и получить стабильные световые эффекты. Питание подводных осветителей , и пр. от бытовой электросети вообще недопустимо;
• Для зарядки телефонов, смартфонов, планшетов, ноутбуков вдали от стабильных источников электропитания;
• Для электроакупунктуры;
• И многих других, не имеющих прямого отношения к электронике, целей.

Допустимые упрощения

Профессиональные БП рассчитываются на питание нагрузки любого рода, в т.ч. реактивной. В числе возможных потребителей – прецизионная аппаратура. Заданное напряжение профи-БП должен поддерживать с высочайшей точностью неопределенно долгое время, а его конструкция, защита и автоматика должны допускать эксплуатацию неквалифицированным персоналом в тяжелых условиях, напр. биологами для питания своих приборов в теплице или в экспедиции.

Любительский лабораторный блок питания свободен от этих ограничений и поэтому может быть существенно упрощен при сохранении достаточных для собственного употребления качественных показателей. Далее, путем также несложных усовершенствований, из него можно получить БП специального назначения. Чем мы сейчас и займемся.

Сокращения

1. КЗ – короткое замыкание.
2. ХХ – холостой ход, т.е. внезапное отключение нагрузки (потребителя) или обрыв в ее цепи.
3. КСН – коэффициент стабилизации напряжения. Он равен отношению изменения входного напряжения (в % или разах) к такому же выходного при неизменном токе потребления. Напр. напряжение сети упало «по полной», с 245 до 185В. Относительно нормы в 220В это будет 27%. Если КСН БП равен 100, выходное напряжение изменится на 0,27%, что при его величине 12В даст дрейф в 0,033В. Для любительской практики более чем приемлемо.
4. ИПН – источник нестабилизированного первичного напряжения. Это может быть трансформатор на железе с выпрямителем или импульсный инвертор напряжения сети (ИИН).
5. ИИН – работают на повышенной (8-100 кГц) частоте, что позволяет использовать легкие компактные трансформаторы на феррите с обмотками из нескольких-нескольких десятков витков, но не лишены недостатков, см. ниже.
6. РЭ – регулирующий элемент стабилизатора напряжения (СН). Поддерживает на выходе заданную его величину.
7. ИОН – источник опорного напряжения. Задает эталонное его значение, по которому совместно с сигналами обратной связи ОС устройство управления УУ воздействует на РЭ.
8. СНН – стабилизатор напряжения непрерывного действия; попросту – «аналоговый».
9. ИСН – импульсный стабилизатор напряжения.
10. ИБП – импульсный блок питания.

Примечание:

как СНН, так и ИСН могут работать как от ИПН промышленной частоты с трансформатором на железе, так и от ИИН.

О компьютерных БП

ИБП компактны и экономичны. А в кладовке у многих валяется БП от старого компа, морально устаревший, но вполне исправный. Так нельзя ли приспособить импульсный блок питания от компьютера для любительских/рабочих целей? К сожалению, компьютерный ИБП достаточно высоко специализированное устройство и возможности его применения в быту/на работе весьма ограничены:

Использовать ИБП, переделанный из компьютерного, обычному любителю целесообразно, пожалуй, только для питания электроинструмента; об этом см. далее. Второй случай – если любитель занимается ремонтом ПК и/или созданием логических схем. Но тогда он уже знает, как для этого приспособить БП от компа:

1. Нагрузить основные каналы +5В и +12В (красные и желтые провода) нихромовыми спиральками на 10-15% номинальной нагрузки;
2. Зеленый провод мягкого запуска (слаботочной кнопкой на передней панели системника) pc on замкнуть на общий, т.е. на любой из черных проводов;
3. Вкл/выкл производить механически, тумблером на задней панели БП;
4. При механическом (железном) I/O «дежурка», т.е. независимое питание USB портов +5В будет также выключаться.

За дело!

Вследствие недостатков ИБП, плюс их принципиальная и схемотехническая сложность, мы только в конце рассмотрим пару таких, но простых и полезных, и поговорим о методике ремонта ИИН. Основная же часть материала посвящена СНН и ИПН с трансформаторами промышленной частоты. Они позволяют человеку, только-только взявшему в руки паяльник, построить БП весьма высокого качества. А имея его на хозяйстве, освоить технику «потоньше» будет легче.

ИПН

Сначала рассмотрим ИПН. Импульсные подробнее оставим до раздела о ремонте, но у них с «железными» есть общее: силовой трансформатор, выпрямитель и фильтр подавления пульсаций. В комплексе они могут быть реализованы различным образом сообразно назначению БП.

Поз. 1 на Рис. 1 – однополупериодный (1П) выпрямитель. Падение напряжения на диоде наименьшее, ок. 2В. Но пульсация выпрямленного напряжения – с частотой 50Гц и «рваная», т.е. с промежутками между импульсами, поэтому конденсатор фильтра пульсаций Сф должен быть в 4-6 раз большей емкости, чем в прочих схемах. Использование силового трансформатора Тр по мощности – 50%, т.к. выпрямляется всего 1 полуволна. По этой же причине в магнитопроводе Тр возникает перекос магнитного потока и сеть его «видит» не как активную нагрузку, а как индуктивность. Поэтому 1П выпрямители применяются только на малую мощность и там, где по-иному никак нельзя, напр. в ИИН на блокинг-генераторах и с демпферным диодом, см. далее.

Примечание:

почему 2В, а не 0,7В, при которых открывается p-nпереход в кремнии? Причина – сквозной ток, о котором см. далее.

Поз. 2 – 2-полупериодный со средней точкой (2ПС). Потери на диодах такие же, как в пред. случае. Пульсация – 100 Гц сплошная, так что Сф нужен наименьший из возможных. Использование Тр – 100% Недостаток – удвоенный расход меди на вторичную обмотку. Во времена, когда выпрямители делали на лампах-кенотронах, это не имело значения, а теперь – определяющее. Поэтому 2ПС используют в низковольтных выпрямителях, преимущественно повышенной частоты с диодами Шоттки в ИБП, однако принципиальных ограничений по мощности 2ПС не имеют.

Поз. 3 – 2-полупериодный мостовой, 2ПМ. Потери на диодах – удвоенные по сравнению с поз. 1 и 2. Остальное – как у 2ПС, но меди на вторичку нужно почти вдвое меньше. Почти – потому что несколько витков приходится доматывать, чтобы компенсировать потери на паре «лишних» диодов. Наиболее употребительная схема на напряжение от 12В.

Поз. 3 – двухполярный. «Мост» изображен условно, как принято в принципиальных схемах (привыкайте!), и повернут на 90 градусов против часовой стрелки, но на самом деле это пара включенных разнополярно 2ПС, как ясно видно далее на рис. 6. Расход меди как у 2ПС, потери на диодах как у 2ПМ, остальное как у того и другого. Строится в основном для питания аналоговых устройств, требующих симметрии напряжения: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП и др.

Поз. 4 – двухполярный по схеме параллельного удвоения. Дает без дополнительных мер повышенную симметрию напряжения, т.к. асимметрия вторичной обмотки исключена. Использование Тр 100%, пульсации 100 Гц, но рваные, поэтому Сф нужны удвоенной емкости. Потери на диодах примерно 2,7В за счет взаимного обмена сквозными токами, см. далее, и при мощности более 15-20 Вт резко возрастают. Строятся в основном как маломощные вспомогательные для независимого питания операционных усилителей (ОУ) и др. маломощных, но требовательных к качеству электропитания аналоговых узлов.

Как выбрать трансформатор?

В ИБП вся схема чаще всего четко привязана к типоразмеру (точнее – к объему и площади поперечного сечения Sс) трансформатора/трансформаторов, т.к. использование тонких процессов в феррите позволяет упростить схему при большей ее надежности. Здесь «как-нибудь по-своему» сводится к точному соблюдению рекомендаций разработчика.

Трансформатор на железе выбирают с учетом особенностей СНН, или сообразуются с ними при его расчете. Падение напряжения на РЭ Uрэ не надо брать менее 3В, иначе КСН резко упадет. При увеличении Uрэ КСН несколько возрастает, но гораздо быстрее растет рассеиваемая РЭ мощность. Поэтому Uрэ берут 4-6 В. К нему добавляем 2(4)В потерь на диодах и падение напряжения на вторичной обмотке Тр U2; для диапазона мощностей 30-100 Вт и напряжений 12-60 В берем его 2,5В. U2 возникает преимущественно не на омическом сопротивлении обмотки (оно у мощных трансформаторов вообще ничтожно мало), а вследствие потерь на перемагничивание сердечника и создание поля рассеивания. Попросту, часть энергии сети, «накачанной» первичной обмоткой в магнитопровод, улетучивается в мировое пространство, что и учитывает величина U2.

Итак, мы насчитали, допустим, для мостового выпрямителя, 4+4+2,5 = 10,5В лишку. Прибавляем его к требуемому выходному напряжению БП; пусть это будет 12В, и делим на 1,414, получим 22,5/1,414 = 15,9 или 16В, это будет наименьшее допустимое напряжение вторичной обмотки. Если Тр фабричный, из типового ряда берем 18В.

Теперь в дело идет ток вторички, который, естественно, равен максимальному току нагрузки. Пусть нам нужно 3А; умножаем на 18В, будет 54Вт. Мы получили габаритную мощность Тр, Pг, а паспортную P найдем, поделив Pг на КПД Тр η, зависящий от Pг:

• до 10Вт, η = 0,6.
• 10-20 Вт, η = 0,7.
• 20-40 Вт, η = 0,75.
• 40-60 Вт, η = 0,8.
• 60-80 Вт, η = 0,85.
• 80-120 Вт, η = 0,9.
• от 120 Вт, η = 0,95.

В нашем случае будет P = 54/0,8 = 67,5Вт, но такого типового значения нет, так что придется брать 80Вт. Для того, чтобы получить на выходе 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, да и только. Впору научиться рассчитывать и мотать «трансы» самому. Тем более что в СССР были разработаны методики расчета трансформаторов на железе, позволяющие без потери надежности выжимать 600Вт из сердечника, который, при расчете по радиолюбительским справочникам, способен дать всего 250Вт. «Железный транс» вовсе не так туп, как кажется.

СНН

Выпрямленное напряжение нужно стабилизировать и, чаще всего, регулировать. Если нагрузка мощнее 30-40 Вт, необходима и защита от КЗ, иначе неисправность БП может вызвать аварию сети. Все это вместе делает СНН.

Простой опорный

Начинающему лучше сразу не лезть в большие мощности, а сделать для пробы простой высокостабильный СНН на 12в по схеме на Рис. 2. Его можно будет потом использовать как источник эталонного напряжения (точная его величина выставляется R5), для поверки приборов или как ИОН высококачественного СНН. Максимальный ток нагрузки этой схемы всего 40мА, но КСН на допотопном ГТ403 и таком же древнем К140УД1 более 1000, а при замене VT1 на кремниевый средней мощности и DA1 на любой из современных ОУ превысит 2000 и даже 2500. Ток нагрузки при этом также возрастет до 150-200 мА, что уже годится в дело.

0-30

Следующий этап – блок питания с регулировкой напряжения. Предыдущий выполнен по т. наз. компенсационной схеме сравнения, но переделать такой на большой ток сложно. Мы сделаем новый СНН на основе эмиттерного повторителя (ЭП), в котором РЭ и УУ совмещены всего в 1-м транзисторе. КСН выйдет где-то 80-150, но любителю этого хватит. Зато СНН на ЭП позволяет без особых ухищрений получить выходной ток до 10А и более, сколько отдаст Тр и выдержит РЭ.

Схема простого БП на 0-30В приведена на поз. 1 Рис. 3. ИПН для него – готовый трансформатор типа ТПП или ТС на 40-60 Вт со вторичной обмоткой на 2х24В. Выпрямитель типа 2ПС на диодах на 3-5А и более (КД202, КД213, Д242 и т.п.). VT1 устанавливается на радиатор площадью от 50 кв. см; очень хорошо подойдет старый от процессора ПК. При таких условиях этот СНН не боится КЗ, только VT1 и Тр греться будут, так что для защиты хватит предохранителя на 0,5А в цепи первичной обмотки Тр.

Поз. 2 показывает, насколько удобен для любителя СНН на ЭП: там схема БП на 5А с регулировкой от 12 до 36 В. Этот БП может отдать в нагрузку и 10А, если найдется Тр на 400Вт 36В. Первая его особенность – интегральный СНН К142ЕН8 (предпочтительно с индексом Б) выступает в необычной роли УУ: к его собственным 12В на выходе добавляется, частично или полностью, все 24В, напряжение от ИОН на R1, R2, VD5,VD6. Емкости С2 и С3 предотвращают возбуждение на ВЧ DA1, работающей в необычном режиме.

Следующий момент – устройство защиты (УЗ) от КЗ на R3, VT2, R4. Если падение напряжения на R4 превысит примерно 0,7В, VT2 откроется, замкнет на общий провод базовую цепь VT1, он закроется и отключит нагрузку от напряжения. R3 нужен, чтобы экстраток при срабатывании УЗ не вывел из строя DA1. Увеличивать его номинал не надо, т.к. при срабатывании УЗ нужно надежно запереть VT1.

И последнее – кажущаяся избыточной емкость конденсатора выходного фильтра С4. В данном случае это безопасно, т.к. максимальный ток коллектора VT1 в 25А обеспечивает его заряд при включении. Но зато данный СНН может в течение 50-70 мс отдать в нагрузку ток до 30А, так что этот простой блок питания пригоден для питания низковольтного электроинструмента: его пусковой ток не превышает такого значения. Нужно только сделать (хотя бы из оргстекла) контактную колодку-башмак с кабелем, надеваемую на пятку рукояти, и пусть «акумыч» отдыхает и бережет ресурс до выезда.

Об охлаждении

Допустим, в данной схеме на выходе 12В при максимуме в 5А. Это всего лишь средняя мощность электролобзика, но, в отличие от дрели или шуруповерта, он берет ее постоянно. На С1 держится около 45В, т.е. на РЭ VT1 остается где-то 33В при токе 5А. Рассеиваемая мощность – более 150Вт, даже более 160, если учесть, что VD1-VD4 тоже надо охлаждать. Отсюда ясно, что любой мощный регулируемый БП должен быть снабжен весьма эффективной системой охлаждения.

Ребристый/игольчатый радиатор на естественной конвекции проблемы не решает: расчет показывает, что нужна рассевающая поверхность от 2000 кв. см. и толщина тела радиатора (пластины, от которой отходят ребра или иглы) от 16 мм. Заполучить столько алюминия в фасонном изделии в собственность для любителя было и остается мечтой в хрустальном замке. Процессорный кулер с обдувом также не годится, он рассчитан на меньшую мощность.

Один из вариантов для домашнего мастера – алюминиевая пластина толщиной от 6 мм и размерами от 150х250 мм с насверленными по радиусам от места установки охлаждаемого элемента в шахматном порядке отверстиями увеличивающегося диаметра. Она же послужит задней стенкой корпуса БП, как на Рис. 4.

Непременное условие эффективности такого охладителя – пусть слабый, но непрерывный ток воздуха сквозь перфорацию снаружи внутрь. Для этого в корпусе (желательно вверху) устанавливают маломощный вытяжной вентилятор. Подойдет компьютерный диаметром от 76 мм, напр. доп. кулер HDD или видеокарты. Его подключают к выводам 2 и 8 DA1, там всегда 12В.

Примечание:

вообще-то радикальный способ побороть эту проблему – вторичная обмотка Тр с отводами на 18, 27 и 36В. Первичное напряжение переключают смотря по тому, какой инструмент в работе.

И все-таки ИБП

Описанный БП для мастерской хорош и весьма надежен, но таскать его с собой на выезд тяжко. Вот тут и придется впору компьютерный БП: к большинству его недостатков электроинструмент нечувствителен. Некоторая доработка сводится чаще всего к установке выходного (ближайшего к нагрузке) электролитического конденсатора большой емкости с целью, описанной выше. Рецептов переделки компьютерных БП под электроинструмент (преимущественно шуруповерты, как не очень мощные, но очень полезные) в рунете известно немало, один из способов показан в ролике ниже, для инструмента на 12В.

Видео: БП 12В из компьютерного

С инструментами на 18В еще проще: при той же мощности они потребляют меньший ток. Здесь может пригодится куда более доступное устройство зажигания (балласт) от лампы-экономки на 40 и более Вт; его можно целиком поместить в корпус от негодной АКБ, и снаружи останется только кабель с сетевой вилкой. Как из балласта от сгоревшей экономки сделать блок питания для шуруповерта на 18В, см. следующее видео.

Видео: БП 18В для шуруповерта

Высокий класс

Но вернемся к СНН на ЭП, их возможности далеко еще не исчерпаны. На Рис. 5 – двухполярный мощный блок питания с регулировкой 0-30 В, пригодный для Hi-Fi звуковой аппаратуры и прочих привередливых потребителей. Установка выходного напряжения производится одной ручкой (R8), а симметрия каналов поддерживается автоматически при любой его величине и любом токе нагрузки. Педант-формалист при виде этой схемы, возможно, поседеет на глазах, но у автора такой БП исправно работает уже около 30 лет.

Главным камнем преткновения при его создании было δr = δu/δi, где δu и δi – малые мгновенные приращения напряжения и тока соответственно. Для разработки и наладки высококлассной аппаратуры нужно, чтобы δr не превышало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr определяет способность БП мгновенно реагировать на броски тока потребления.

У СНН на ЭП δr равно таковому ИОН, т.е. стабилитрона, деленному на коэффициент передачи тока β РЭ. Но у мощных транзисторов β на большом коллекторном токе сильно падает, а δr стабилитрона составляет от единиц до десятков Ом. Здесь же, чтобы компенсировать падение напряжения на РЭ и уменьшить температурный дрейф выходного напряжения, пришлось набрать их целую цепочку пополам с диодами: VD8-VD10. Поэтому опорное напряжение с ИОН снимается через дополнительный ЭП на VT1, его β умножается на β РЭ.

Следующая фишка данной конструкции – защита от КЗ. Простейшая, описанная выше, в двухполярную схему никак не вписывается, поэтому задача защиты решена по принципу «против лома нет приема»: защитного модуля как такового нет, но есть избыточность параметров мощных элементов – КТ825 и КТ827 на 25А и КД2997А на 30А. Т2 такой ток дать не способен, а пока он разогреется, успеют сгореть FU1 и/или FU2.

Примечание:

делать индикацию перегорания предохранителей на миниатюрных лампах накаливания не обязательно. Просто тогда светодиоды были еще довольно дефицитны, а СМок в загашнике насчитывалось несколько горстей.

Осталось уберечь РЭ от экстратоков разряда фильтра пульсаций С3, С4 при КЗ. Для этого они включены через ограничительные резисторы малого сопротивления. При этом в схеме могут возникнуть пульсации с периодом, равным постоянной времени R(3,4)C(3,4). Их предотвращают С5, С6 меньшей емкости. Их экстратоки для РЭ уже не опасны: заряд стечет быстрее, чем кристаллы мощнющих КТ825/827 разогреются.

Симметрию выхода обеспечивает ОУ DA1. РЭ минусового канала VT2 открывается током через R6. Как только минус выхода по модулю превзойдет плюс, он приоткроет VT3, а тот подзакроет VT2 и абсолютные величины выходных напряжений сравняются. Оперативный контроль за симметрией выхода осуществляется по стрелочному прибору с нулем посередине шкалы P1 (на врезке – его внешний вид), а регулировка при необходимости – R11.

Последняя изюминка – выходной фильтр С9-С12, L1, L2. Такое его построение необходимо для поглощения возможных ВЧ наводок от нагрузки, чтобы не ломать голову: опытный образец глючит или БП «заколбасило». С одними электролитическими конденсаторами, зашунтированными керамикой, тут полной определенности нет, мешает большая собственная индуктивность «электролитов». А дроссели L1, L2 разделяют «отдачу» нагрузки по спектру, и – каждому свое.

Этот БП в отличие от предыдущих требует некоторой наладки:

1. Подключают нагрузку на 1-2 А при 30В;
2. R8 ставят на максимум, в крайнее верхнее по схеме положение;
3. С помощью эталонного вольтметра (сейчас подойдет любой цифровой мультиметр) и R11 выставляют равные по абсолютной величине напряжения каналов. Может быть, если ОУ без возможности балансировки, придется подобрать R10 или R12;
4. Подстроечником R14 выставляют P1 точно на ноль.

О ремонте БП

БП выходят из строя чаще других электронных устройств: они принимают на себя первый удар бросков сети, им много чего достается и от нагрузки. Даже если вы не намерены делать свой БП, ИБП найдется, кроме компа, в микроволновке, стиралке и др. бытовой технике. Умение диагностировать БП и знание основ электробезопасности даст возможность если не устранить неисправность самому, то уж со знанием дела поторговаться о цене с ремонтниками. Поэтому посмотрим, как производится диагностика и ремонт БП, особенно с ИИН, т.к. свыше 80% отказов приходится на их долю.

Насыщение и сквозняк

Прежде всего – о некоторых эффектах, без понимания которых работать с ИБП нельзя. Первый из них – насыщение ферромагнетиков. Они не способны принять в себя энергии более определенной величины, зависящей от свойств материала. На железе любители с насыщением сталкиваются редко, его можно намагнитить до нескольких Тл (Тесла, единица измерения магнитной индукции). При расчете железных трансформаторов индукцию берут 0,7-1,7 Тл. Ферриты выдерживают только 0,15-0,35 Тл, их петля гистерезиса «прямоугольнее», и работают на повышенных частотах, так что вероятность «заскочить в насыщение» у них на порядки выше.

Если магнитопровод насытился, индукция в нем более не растет и ЭДС вторичных обмоток пропадает, хоть бы первичка уже плавилась (помните школьную физику?). Теперь выключим первичный ток. Магнитное поле в магнитомягких материалах (магнитожесткие – это постоянные магниты) не может существовать стационарно, как электрический заряд или вода в баке. Оно начнет рассеиваться, индукция падать, и во всех обмотках наведется ЭДС противоположной относительно исходной полярности. Этот эффект достаточно широко используется в ИИН.

В отличие от насыщения, сквозной ток в полупроводниковых приборах (попросту – сквозняк) явление безусловно вредное. Он возникает вследствие формирования/рассасывания объемных зарядов в p и n областях; у биполярных транзисторов – преимущественно в базе. Полевые транзисторы и диоды Шоттки от сквозняка практически свободны.

Напр., при подаче/снятии напряжения на диод он, пока заряды не соберутся/рассосутся, проводит ток в обеих направлениях. Именно поэтому потери напряжения на диодах в выпрямителях больше 0,7В: в момент переключения часть заряда фильтрового конденсатора успевает стечь через обмотку. В выпрямителе с параллельным удвоением сквозняк стекает сразу через оба диода.

Сквозняк транзисторов вызывает выброс напряжения на коллекторе, способный испортить прибор или, если подключена нагрузка, сквозным экстратоком повредить ее. Но и без того транзисторный сквозняк увеличивает динамические потери энергии, как и диодный, и уменьшает КПД устройства. Мощные полевые транзисторы ему почти не подвержены, т.к. не накапливают заряд в базе за ее отсутствием, и поэтому переключаются очень быстро и плавно. «Почти», потому что их цепи исток-затвор защищены от обратного напряжения диодами Шоттки, которые чуточку, но сквозят.

Типы ИНН

ИБП ведут свою родословную от блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включении Uвх VT1 приоткрыт током через Rб, по обмотке Wк течет ток. Мгновенно вырасти до предела он не может (снова вспоминаем школьную физику), в базовой Wб и обмотке нагрузки Wн наводится ЭДС. С Wб она через Сб форсирует отпирание VT1. По Wн ток пока не течет, не пускает VD1.

Когда магнитопровод насытится, токи в Wб и Wн прекращаются. Затем за счет диссипации (рассасывания) энергии индукция падает, в обмотках наводится ЭДС противоположной полярности, и обратное напряжение Wб мгновенно запирает (блокирует) VT1, спасая его от перегрева и теплового пробоя. Поэтому такая схема и названа блокинг-генератором, или просто блокингом. Rк и Ск отсекают ВЧ помехи, которых блокинг дает хоть отбавляй. Теперь с Wн можно снять некоторую полезную мощность, но только через выпрямитель 1П. Эта фаза продолжается, пока Сб не перезарядится полностью или пока не иссякнет запасенная магнитная энергия.

Мощность эта, впрочем, невелика, до 10Вт. Если попробовать взять больше, VT1 сгорит от сильнейшего сквозняка, прежде чем заблокируется. Поскольку Тр насыщается, КПД блокинга никуда не годится: более половины запасенной в магнитопроводе энергии улетает греть иные миры. Правда, за счет того же насыщения блокинг до некоторой степени стабилизирует длительность и амплитуду своих импульсов, а схема его очень проста. Поэтому ИНН на основе блокинга часто применяют в дешевых телефонных зарядках.

Примечание:

величина Сб во многом, но не полностью, как пишут в любительских справочниках, определяет период повторения импульсов. Величина его емкости должна быть увязана со свойствами и размерами магнитопровода и быстродействием транзистора.

Блокинг в свое время породил строчную развертку телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), а она – ИНН с демпферным диодом, поз. 2. Здесь УУ по сигналам от Wб и цепи обратной связи ЦОС принудительно открывает/запирает VT1 прежде чем Тр насытится. При запертом VT1 обратный ток Wк замыкается через тот самый демпферный диод VD1. Это рабочая фаза: уже большая, чем в блокинге, часть энергии снимается в нагрузку. Большая потому, что при полном насыщении вся лишняя энергия улетает, а здесь этого лишку мало. Таким путем удается снимать мощность до нескольких десятков Вт. Однако, поскольку УУ не может сработать, пока Тр не подошел к насыщению, транзистор сквозит все-таки сильно, динамические потери велики и КПД схемы оставляет желать много большего.

ИИН с демпфером до сих пор живы в телевизорах и дисплеях с ЭЛТ, поскольку в них ИИН и выход строчной развертки совмещены: мощный транзистор и Тр общие. Это намного сокращает издержки производства. Но, откровенно говоря, ИИН с демпфером принципиально чахлый: транзистор и трансформатор вынуждены все время работать на грани аварии. Инженеры, сумевшие довести эту схему до приемлемой надежности, заслуживают глубочайшего уважения, но совать туда паяльник никому, кроме мастеров, прошедших профессиональную подготовку и обладающих соответствующим опытом, настоятельно не рекомендуется.

Двухтактный ИНН с отдельным трансформатором обратной связи применяется наиболее широко, т.к. обладает наилучшими качественными показателями и надежностью. Впрочем, по части ВЧ помех и он страшно грешит по сравнению с БП «аналоговыми» (с трансформаторами на железе и СНН). В настоящее время эта схема существует во множестве модификаций; мощные биполярные транзисторы в ней почти начисто вытеснены полевыми, управляемыми спец. ИМС, но принцип действия остается неизменным. Его иллюстрирует исходная схема, поз. 3.

Устройство ограничения (УО) ограничивает ток заряда емкостей входного фильтра Сфвх1(2). Их большая величина – непременное условие работы устройства, т.к. за один рабочий цикл из них отбирается малая доля запасенной энергии. Грубо говоря, они играют роль водонапорного бака или воздушного ресивера. При заряде «накоротко» экстраток заряда может превышать 100А на время до 100 мс. Rc1 и Rc2 сопротивлением порядка МОм нужны для симметрирования напряжения фильтра, т.к. малейший разбаланс его плеч недопустим.

Когда Сфвх1(2) зарядятся, устройство запуска УЗ формирует запускающий импульс, открывающий одно из плеч (какое – все равно) инвертора VT1 VT2. По обмотке Wк большого силового трансформатора Тр2 течет ток и магнитная энергия из его сердечника через обмотку Wн почти полностью уходит на выпрямление и в нагрузку.

Небольшая часть энергии Тр2, определяемая величиной Rогр, снимается с обмотки Wос1 и подается на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора обратной связи Тр1. Он быстро насыщается, открытое плечо закрывается и за счет диссипации в Тр2 открывается ранее закрытое, как описано для блокинга, и цикл повторяется.

В сущности, двухтактный ИИН – 2 блокинга, «пихающих» друг друга. Поскольку мощный Тр2 не насыщается, сквозняк VT1 VT2 невелик, полностью «тонет» в магнитопроводе Тр2 и в конечном итоге уходит в нагрузку. Поэтому двухтактный ИИН может быть построен на мощность до нескольких кВт.

Хуже, если он окажется в режиме ХХ. Тогда за полуцикл Тр2 успеет насытиться и сильнейший сквозняк сожжет сразу оба VT1 и VT2. Впрочем, сейчас есть в продаже силовые ферриты на индукцию до 0,6 Тл, но они дороги и от случайного перемагничивания деградируют. Разрабатываются ферриты более чем на 1 Тл, но, чтобы ИИН достигли «железной» надежности, надо хотя бы 2,5 Тл.

Методика диагностирования

При поиске неисправностей в «аналоговом» БП, если он «тупо молчит», проверяют сначала предохранители, затем защиту, РЭ и ИОН, если в нем есть транзисторы. Звонятся нормально – идем дальше поэлементно, как описано ниже.

В ИИН, если он «заводится» и тут же «глохнет», проверяют сначала УО. Ток в нем ограничивает мощный резистор малого сопротивления, затем шунтируемый оптотиристором. Если «резик» видимо подгорел, меняют его и оптрон. Прочие элементы УО выходят из строя крайне редко.

Если ИИН «молчит, как рыба об лед», диагностику начинают тоже с УО (может, «резик» совсем сгорел). Затем – УЗ. В дешевых моделях в них используются транзисторы в режиме лавинного пробоя, что далеко не весьма надежно.

Следующий этап, в любых БП – электролиты. Разрушение корпуса и вытекание электролита встречаются далеко не так часто, как пишут в рунете, но потеря емкости случается гораздо чаще, чем выход из строя активных элементов. Проверяют электролитические конденсаторы мультиметром с возможностью измерения емкости. Ниже номинала на 20% и более – опускаем «дохляка» в отстой и ставим новый, хороший.

Затем – активные элементы. Как прозванивать диоды и транзисторы вы, наверное, знаете. Но тут есть 2 каверзы. Первая – если диод Шоттки или стабилитрон звонится тестером с батарейкой на 12В, то прибор может показать пробой, хотя диод вполне исправен. Эти компоненты лучше звонить стрелочным прибором с батарейкой на 1,5-3 В.

Вторая – мощные полевики. Выше (обратили внимание?) сказано, что их И-З защищены диодами. Поэтому мощные полевые транзисторы звонятся вроде бы как исправные биполярные даже негодными, если канал «выгорел» (деградировал) не полностью.

Тут единственный доступный дома способ – замена на заведомо исправные, причем обоих сразу. Если в схеме остался горелый, он немедленно потянет за собой новый исправный. Электронщики шутят, мол, мощные полевики жить друг без друга не могут. Еще проф. шуточка – «замена гей-пары». Это к тому, что транзисторы плеч ИИН должны быть строго однотипными.

Наконец, пленочные и керамические конденсаторы. Для них характерны внутренние обрывы (находятся тем же тестером с проверкой «кондюков») и утечка или пробой под напряжением. Чтобы их «выловить», нужно собрать простенькую схемку по Рис. 7. Пошагово проверка электрических конденсаторов на пробой и утечку осуществляется так:

• Ставим на тестере, никуда его не подключая, наименьший предел измерения постоянного напряжения (чаще всего – 0,2В или 200мВ), засекаем и записываем собственную погрешность прибора;
• Включаем предел измерения 20В;
• Подключаем подозрительный конденсатор в точки 3-4, тестер к 5-6, а на 1-2 подаем постоянное напряжение 24-48 В;
• Переключаем пределы напряжения мультиметра вниз вплоть до наименьшего;
• Если на любом тестер показал хоть что-то, кроме 0000.00 (на самом малом – что-то, кроме собственной погрешности), проверяемый конденсатор не годен.

На этом методическая часть диагностики заканчивается и начинается творческая, где все инструкции – собственные знания, опыт и соображение.

Пара импульсников

ИБП статья особая, вследствие их сложности и схемного разнообразия. Здесь мы, для начала, рассмотрим пару образцов на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющей получить наилучшее качество ИБП. Схем на ШИМ в рунете много, но не так страшен ШИМ, как его малюют…

Для светодизайна

Просто зажечь светодиодную ленту можно от любого описанного выше БП, кроме того, что на Рис. 1, выставив требуемое напряжение. Хорошо подойдет СНН с поз. 1 Рис. 3, таких несложно сделать 3, для каналов R, G и B. Но долговечность и стабильность свечения светодиодов зависят не от приложенного к ним напряжения, а от протекающего через них тока. Поэтому хороший блок питания для светодиодной ленты должен включать в себя стабилизатор тока нагрузки; по-технически – источник стабильного тока (ИСТ).

Одна из схем стабилизации тока светоленты, доступная для повторения любителями, приведена на Рис. 8. Собрана она на интегральном таймере 555 (отечественный аналог – К1006ВИ1). Обеспечивает стабильный ток ленты от БП напряжением 9-15 В. Величина стабильного тока определяется по формуле I = 1/(2R6); в данном случае – 0,7А. Мощный транзистор VT3 – обязательно полевой, от сквозняка из-за заряда базы биполярного ШИМ просто не сформируется. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ K20x4x6 жгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-во витков – 50. Диоды VD1 ,VD2 – любые кремниевые ВЧ (КД104, КД106); VT1 и VT2 – КТ3107 или аналоги. С КТ361 и т.п. диапазоны входного напряжения и регулировки яркости уменьшатся.

Работает схема так: вначале времязадающая емкость С1 заряжается по цепи R1VD1 и разряжается через VD2R3VT2, открытый, т.е. находящийся в режиме насыщения, через R1R5. Таймер генерирует последовательность импульсов с максимальной частотой; точнее – с минимальной скважностью. Безинерционный ключ VT3 формирует мощные импульсы, а его обвязка VD3C4C3L1 сглаживает их до постоянного тока.

Примечание:

скважность серии импульсов есть отношение периода их следования к длительности импульса. Если, напр., длительность импульса 10 мкс, а промежуток между ними 100 мкс, то скважность будет 11.

Ток в нагрузке нарастает, и падение напряжения на R6 приоткрывает VT1, т.е. переводит его из режима отсечки (запирания) в активный (усилительный). Это создает цепь утечки тока базы VT2 R2VT1+Uпит и VT2 также переходит в активный режим. Ток разряда С1 уменьшается, время разряда увеличивается, скважность серии растет и среднее значение тока падает до нормы, заданной R6. В этом и есть суть ШИМ. На минимуме тока, т.е. при максимальной скважности, С1 разряжается по цепи VD2-R4-внутренний ключ таймера.

В оригинальной конструкции возможность оперативной регулировки тока и, соответственно, яркости свечения, не предусмотрена; потенциометров на 0,68 Ом не бывает. Проще всего регулировать яркость, включив после наладки в разрыв между R3 и эмиттером VT2 потенциометр R* на 3,3-10 кОм, выделено коричневым. Передвигая его движок вниз по схеме, увеличим время разряда С4, скважность и уменьшим ток. Другой способ – шунтировать базовый переход VT2, включив потенциометр примерно на 1 МОм в точки а и б (выделено красным), менее предпочтителен, т.к. регулировка получится более глубокой, но грубой и острой.

К сожалению, для налаживания этого полезного не только для светолент ИСТ нужен осциллограф:

1. Подают на схему минимальное +Uпит.
2. Подбором R1(импульс) и R3 (пауза) добиваются скважности 2, т.е. длительность импульса должна быть равна длительности паузы. Давать скважность меньше 2 нельзя!
3. Подают максимальное +Uпит.
4. Подбором R4 добиваются номинальной величины стабильного тока.

Для зарядки

На Рис. 9 – схема простейшего ИСН с ШИМ, пригодного для зарядки телефона, смартфона, планшета (ноутбук, к сожалению, не потянет) от самодельной солнечной батареи, ветрогенератора, мотоциклетного или автомобильного аккумулятора, магнето фонарика-«жучка» и др. маломощных нестабильных случайных источников электропитания. См. на схеме диапазон входных напряжений, там не ошибка. Этот ИСН и в самом деле способен выдавать на выход напряжение, большее входного. Как и в предыдущем, здесь наличествует эффект перемены полярности выхода относительно входа, это вообще фирменная фишка схем с ШИМ. Будем надеяться, что, прочитав внимательно предыдущее, вы в работе этой крохотульки разберетесь сами.

Попутно о заряде и зарядках

Заряд аккумуляторов весьма сложный и тонкий физико-химический процесс, нарушение которого в разы и десятки раз снижает их ресурс, т.е. к-во циклов заряд-разряд. Зарядное устройство должно по очень малым изменениям напряжения АКБ вычислять, сколько принято энергии и регулировать соответственно ток заряда по определенному закону. Поэтому зарядное устройство отнюдь и отнюдь не БП и заряжать от обычных БП можно только АКБ в устройствах со встроенным контроллером заряда: телефонах, смартфонах, планшетах, отдельных моделях цифровых фотокамер. А зарядка, которая зарядное устройство – предмет отдельного разговора.

Вопрос-ремонт.ру сказал(а):

Искрить от выпрямителя будет, но, возможно, ничего страшного. Дело в т. наз. дифференциальном выходном сопротивлении источника питания. У щелочных аккумуляторов оно порядка мОм (миллиом), у кислотных еще меньше. У транса с мостом без сглаживания – десятые и сотые доли Ом, т. е. прим. в 100 – 10 раз больше. А пусковой ток коллекторного мотора постоянного тока может быть больше рабочего раз в 6-7 и даже в 20. У вашего, скорее всего, ближе к последнему – быстро разгоняющиеся моторы компактнее и экономичнее, а огромная перегрузочная способность аккумуляторов позволяет давать движку тока, сколько съест на разгон. Транс с выпрямителем столько мгновенного тока не дадут, и двигатель разгоняется медленнее, чем на то рассчитан, и с большим скольжением якоря. От этого, от большого скольжения, и возникает искра, и в работе потом держится за счет самоиндукции в обмотках.

Что тут можно посоветовать? Первое: приглядитесь внимательнее – как искрит? Смотреть нужно в работе, под нагрузкой, т.е. во время распиловки.

Если искорки пляшут в отдельных местах под щетками – ничего страшного. У меня мощная конаковская дрель от рождения так искрит, и хоть бы хны. За 24 года один раз менял щетки, мыл спиртом и полировал коллектор – всего-то. Если вы подключали инструмент на 18 В к выходу 24 В, то небольшое искрение это нормально. Отмотать обмотку или погасить избыток напряжения чем-то вроде сварочного реостата (резистор прим. 0,2 Ом на мощность рассеяния от 200 Вт), чтобы в работе на моторе было номинальное напряжение и, скорее всего, искра уйдет. Если же подключали к 12 В, надеясь, что после выпрямления будет 18, то зря – выпрямленное напряжение под нагрузкой сильно садится. А коллекторному электромотору, между прочим, все равно, постоянным он током питается или переменным.

Конкретно: возьмите 3-5 м стальной проволоки диаметром 2,5-3 мм. Сверните в спираль диаметром 100-200 мм так, чтобы витки не касались друг друга. Уложите на несгораемую диэлектрическую подкладку. Концы провода зачистите до блеска и сверните «ушами». Лучше всего сразу промазать графитовой смазкой, чтобы не окислялись. Этот реостат включается в разрыв одного из проводов, ведущих к инструменту. Само собой, что контакты должны быть винтовые, затянутые натуго, с шайбами. Подключайте всю цепь к выходу 24 В без выпрямления. Искра ушла, но и мощность на валу упала – реостат нужно уменьшить, переключить один из контактов на 1-2 витка ближе к другому. Все равно искрит, но меньше – реостат маловат, нужно добавить витков. Лучше сразу сделать реостат заведомо большим, чтобы не прикручивать добавочные секции. Хуже, если огонь по всей линии контакта щеток с коллектором или за ними тянутся искровые хвосты. Тогда к выпрямителю нужен сглаживающий фильтр где-то, по вашим данным, от 100 000 мкФ. Недешевое удовольствие. «Фильтр» в данном случае будет накопителем энергии на разгон мотора. Но может и не помочь – если габаритной мощности трансформатора маловато. КПД коллекторных электродвигателей постоянного тока прим. 0,55-0,65, т.е. транс нужен от 800-900 Вт. Т.е., если фильтр поставили, но все равно искрит с огнем под всей щеткой (под обоими, разумеется), то трансформатор не дотягивает. Да, если ставить фильтр, то и диоды моста должны быть на тройной рабочий ток, не то могут вылететь от броска тока заряда при включении в сеть. А инструмент тогда можно будет запускать спустя 5-10 с после включения в сеть, чтобы «банки» успели «накачаться».

И хуже всего, если хвосты искр от щеток дотягиваются или почти дотягиваются до противоположной щетки. Это называется круговой огонь. Он очень быстро выжигает коллектор до полной негодности. Причин кругового огня может быть несколько. В вашем случае наиболее вероятная – мотор включался на 12 В с выпрямлением. Тогда при токе 30 А электрическая мощность в цепи 360 Вт. Скольжение якоря выходит больше 30 градусов за оборот, а это обязательно сплошной круговой огонь. Не исключено также, что якорь мотора намотан простой (не двойной) волной. Такие электромоторы лучше преодолевают мгновенные перегрузки, но уж пусковой ток у них – мама, не горюй. Точнее заочно не могу сказать, да и ни к чему – своими руками тут вряд ли что исправимо. Тогда, наверное, дешевле и проще будет найти и приобрести новые аккумуляторы. Но сначала все же попробуйте включить движок на немного повышенном напряжении через реостат (см. выше). Почти всегда таким способом удается сбить и сплошной круговой огонь ценой небольшого (до 10-15%) уменьшения мощности на валу.

Представляем проект стабилизированного источника питания постоянного тока с контролем защиты 0,002-3 А и выходного напряжения 0-30 В. Предельная мощность выхода почти 100 ватт — 30 В постоянного напряжения и ток 3 А, что идеально подходит для вашей радиолюбительской лаборатории. Здесь есть на любое значение напряжения между 0 и 30 В. Схема эффективно контролирует выходной ток от нескольких мА (2 мА) и до максимального значения — трех ампер. Данная функция обеспечивает возможность экспериментировать с разными устройствами, ведь можно ограничить ток без всякого страха, что оно может быть повреждено, если что-то пойдет не так. Существует также визуальная индикация того, что произошла перегрузка, так что вы можете сразу увидеть, что ваши подключенные схемы превышают установленные лимиты.

Принципиальная схема ЛБП 0-30В

Более подробно про номиналы радиоэлементов к данной схеме смотрите .

Рисунок печатной платы БП

Технические характеристики блока питания

• Входное напряжение: ……………. переменное 25 В
• Входной ток: ……………. 3 A (Макс.)
• Выходное напряжение: …………. 0 до 30 В регулируемое
• Выходной ток: …………. 2 мА — 3 A регулируемый
• Пульсации выходного напряжения: …. не более 0.01 %

Начнем с сетевого трансформатора со вторичной обмоткой мощностью 24 В/3 A, который подключен через входные контакты 1 и 2. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформаторов выпрямляется мостом, образованным четырьмя диодами D1-D4. Напряжение постоянного тока, на выходе моста сглаживается фильтром из конденсатор C1 и резистора R1.

Далее схема работает следующим образом: диод D8 — стабилитрон 5,6 В, здесь работает с нулевым током. Напряжение на выходе U1 постепенно увеличивается до его включения. Когда это происходит, схема стабилизируется и опорное напряжение (5,6 В) проходит через резистор R5. Ток, который течет через инвертирующий вход ОУ является незначительным, поэтому один и тот же ток проходит через R5 и R6, и, как два резисторы имеют то же самое значение напряжения между двумя из них в серии будет ровно в два раза больше напряжения по каждой из них. Таким образом, напряжение на выходе ОУ (выв. 6 U1) 11,2 В, в два раза больше опорного напряжения стабилитрона. ОУ U2 имеет постоянный коэффициент усиления примерно 3 по формуле A=(R11+R12)/R11, и поднимает контрольное напряжение 11.2 В до 33 В. Переменник RV1 и резистор R10 используются для регулировки выходного напряжения таким образом, что оно может быть снижено до 0 вольт.

Другой важной особенностью схемы является возможность задать максимальный выходной ток, который можно преобразовать от источника постоянного напряжения на постоянном токе. Чтобы сделать это возможным схема отслеживает падение напряжения на резисторе R25, который соединен последовательно с нагрузкой. Ответственным за эту функцию есть элемент U3. Инвертирующий вход U3 получает стабильное напряжение .

Конденсатор C4 увеличивают устойчивость схемы. Транзистор Q3 используется для обеспечения визуальной индикации ограничителя тока.

Теперь давайте рассмотрим основы построения электронной схемы на печатной плате. Она изготавливается из тонкого изоляционного материала, покрытого тонким слоем проводящей меди таким образом, чтобы сформировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы — это очень важно, так как это ускоряет монтаж и значительно снижает вероятность допущения ошибок. Для защиты от окисления медь желательно лудить и покрыть специальным лаком.

В этом приборе лучше использовать цифровой измеритель, в целях повышения чувствительности и точности контроля напряжения выхода, так как стрелочные индикаторы не могут чётко зафиксировать небольшое (на десятки милливольт) изменение напряжения.

Если блок питания не заработал

Проверьте свою пайку на возможные плохие контакты, КЗ через соседние дорожки или остатки флюса, который обычно и вызывает проблемы. Проверьте еще раз все внешние соединения со схемой, чтобы увидеть, все ли провода правильно подключены к плате. Убедитесь, что все полярные компоненты были припаяны в нужном направлении. Проверьте устройство на предмет неисправных или поврежденных компонентов. Файлы проекта .

Всех приветствую. Эта статья является дополнением к видео. Рассмотрим мы мощный лабораторный блок питания, который пока не полностью завершен, но функционирует очень хорошо.

Лабораторный источник одноканальный, полностью линейный, с цифровой индикацией, защитой по току, хотя тут имеется еще и ограничение выходного тока.

Блок питания может обеспечить выходное напряжение от нуля до 20 вольт и ток от нуля до 7,5-8 Ампер, но можно и больше, хоть 15, хоть 20 А, а напряжение может быть до 30 Вольт, мой же вариант имеет ограничение в связи с трансформатором.

На счет стабильности и пульсаций — очень стабильный, на видео видно, что напряжение при токе в 7Ампер не проседает даже на 0,1В, а пульсации при токах 6-7Ампер около 3-5мВ! по классу он может тягаться с промышленными профессиональными источниками питания за пару-тройку сотен долларов.

При токе в 5-6 Ампер пульсации всего 50-60 милливольт, у бюджетных китайских блоков питания промышленного образца — такие же пульсации, но при токах всего в 1-1,5 ампера, то есть наш блок гораздо стабильней и по классу может тягаться с образцами за пару тройку сотен долларов

Не смотря на то, что бок линейный, у него высокий кпд, в нем предусмотрена система автоматического переключения обмоток, что позволит снизить потери мощности на транзисторах при малых выходных напряжениях и большом токе.

Эта система построена на базе двух реле и простой схемы управления, но позже плату убрал, поскольку реле не смотря на заявленный ток более 10 Ампер не справлялись, пришлось купить мощные реле на 30 Ампер, но плату для них пока не сделал, но и без системы переключения блок работает отлично.

Кстати, с системой переключения блок не будет нуждаться в активном охлаждении, хватит и громадного радиатора сзади.

Корпус от промышленного сетевого стабилизатора, стабилизатор куплен новый, с магазин, только ради корпуса.

Оставил только вольтметр, сетевой тумблер, предохранитель и встроенную розетку.

Под вольтметром два светодиода, один показывает то, что на плату стабилизатора поступает питание, второй, красный, показывает, что блок работает в режиме стабилизации тока.

Индикация цифровая, разработана моим хорошим другом. Это именной индикатор, о чем свидетельствует приветствие, прошивку с платой найдете в конце статьи, а ниже схема индикатора

А по сути это вольт/ампер ваттметр, под дисплеем три кнопки, которые позволят выставить ток защиты и сохранить значение, максимальный ток 10 Ампер, Защита релейная, реле опять же слабенькое, и при больших токах наблюдается довольно сильное нагревание контактов.

Снизу клеммы питания, и предохранитель по выходу, тут к стати реализована защита от дурака, если использовать БП в качестве зарядного устройства и случайно перепутать полярность подключения, диод откроется спалив предохранитель.

Теперь о схеме. Это очень популярная вариация на базе трех ОУ, также китайцы штампуют массово, в этом источнике применена именно китайская плата, но с большими изменениями.

Вот схема, которая у меня получилась, красным выделено то, что было изменено.

Начнем с диодного моста. Мост двухполупериодный, выполнен на 4-х мощных сдвоенных диодах шоттки типа SBL4030, на 40 вольт 30 ампер, диоды в корпусе TO-247.

В одном корпусе два диода, я их запараллелил, в итоге получил мост, на котором очень малое падение напряжение, следовательно и потерь, при максимальных токах «тот мост еле теплый, но не смотря на это диоды установлены на алюминиевый теплоотвод, в лице массивной пластины. Диоды изолированы от радиатора слюдяной прокладкой.

Была создана отдельная плата для этого узла.

Далее силовая часть. Родная схема всего на 3 Ампера, переделанная спокойно может отдать 8 Ампер с таким раскладом. Ключей уже два Это мощные составные транзисторы 2SD2083 с током коллектор 25 Ампер. уместно замена на КТ827, они покруче.
Ключи, по сути запараллеляны, в эмиттерной цепи стоят выравнивающие резисторы на 0,05 Ом 10 ватт, а точнее для каждого транзистора использовано 2 резистора по 5 ватт 0,1Ом параллельно.

Оба ключа установлены на массивный радиатор, их подложки изолированы от радиатора, этого можно не сделать, поскольку коллекторы общие, но радиатор прикручен к корпусу, а любое короткое замыкание может иметь плачевные последствия.

Сглаживающие конденсаторы после выпрямителя имеют суммарную емкость около 13.000 мкФ, подключены параллельно.
Токовый шунт и указанные конденсаторы расположены на одной печатной плате.

Поверх (на схеме) переменного резистора, отвечающего за регулировку напряжения, был добавлен постоянный резистор. Дело в том, что при подачи питания (скажем 20Вольт) от трансформатора, мы получаем некоторое падение на диодном выпрямителе, но затем конденсаторы заряжаются до амплитудного значения (около 28 Вольт), то есть на выходе блока питания максимальное напряжение будет больше, чем напряжение отдаваемое трансформатором. Поэтому при подключении нагрузки на выход блока будет большая просадка, это неприятно. Задача ранее указанного резистора ограничить напряжение до 20 Вольт, то есть если даже крутить переменник на максимум, более 20Вольт выставить на выходе невозможно.

Трансформатор — переделанный ТС-180, обеспечивает переменное напряжение около 22-х вольт и ток не менее 8 А, имеются отводы на 9 и 15 вольт для схемы переключения. К сожалению, под рукой не было нормального обмоточного провода, поэтому новые обмотки были намотаны монтажным, многожильмым медным проводом 2,5кв.мм, Такой провод имеет толстую изоляцию, поэтому мотать обмотку на напряжение более 20-22В было невозможно (это с учетом того, что оставил родные обмотки накала на 6,8В, а новую подключил параллельно с ними).

Конкурс начинающих радиолюбителей
“Моя радиолюбительская конструкция”

Конструкция несложного лабораторного блока питания на транзисторах от “0” до “12” вольт, и подробное описание всего процесса изготовления устройства

Конкурсная конструкция начинающего радиолюбителя:
“Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах”

Здравствуйте уважаемые друзья и гости сайта!
Представляю на ваш суд четвертую конкурсную работу.
Автор конструкции – Фолкин Дмитрий, город Запорожье, Украина.

Регулируемый блок питания 0-12 В на транзисторах

Мне нужен был БП, регулируемый от 0 и до … В (чем больше, тем лучше). Я пересмотрел несколько книг и остановился на конструкции, предложенной в книге Борисова «Юный радиолюбитель». Там очень хорошо все расписано, как раз для начинающего радиолюбителя. В процессе создания такого сложного для меня устройства я допускал некоторые ошибки, анализ которых я сделал в данном материале. Мое устройство состоит из двух частей: электрической части и деревянного корпуса.

Часть 1. Электрическая часть БП.

Рисунок 1
– Принципиальная электрическая схема блока питания из книги

Я начал с подбора необходимых деталей. Некоторые из них я нашел у себя, а другие покупал на радиорынке.

Рисунок 2
– Детали для электрической части

На рис. 2 представлены такие детали:

1 – вольтметр
, показывающий выходное напряжение БП (я купил вольтметр без названия с тремя шкалами, к которому для правильных показаний необходимо подбирать шунтирующий резистор);

2 – вилка сетевого питания БП
(я взял зарядку от Motorola, вынул плату, а вилку оставил);

3 – лампочка с патроном
, которая будет служить индикатором подключения БП к сети (лампочка 12.5 В 0.068 А, две таких я нашел в каком-то старом радиоприемнике);

4 – выключатель из сетевого удлинителя
для компьютера (внутри него есть лампочка, к сожалению, у меня была сгоревшая);

5 – резистор 10 кОм переменный регулировочный группы А
, т.е. с линейной функциональной характеристикой и ручка к нему; нужен для плавного изменения выходного напряжения БП (я взял СП3-4ам, а ручку из радиоприемника);

6 – красная «+» и черная «-» клеммы
, служащие для подключения нагрузки к БП;

7 – плавкий предохранитель 0.5 А
, установленный в фиксаторах на ножках (я нашел в старом радиоприемнике стеклянный предохранитель 6Т500 с четырьмя ножками);

8 – трансформатор понижающий 220 В/12 В
также на четырех ножках (можно ТВК-70; у меня был без маркировки, но продавец написал на нем «12 В»);

9 – четыре диода с максимальным выпрямленным током 0.3 А
для выпрямительного диодного моста (можно Д226, серии Д7 с любой буквой или выпрямительный блок КЦ402; я взял Д226Б);

10 – транзистор средней или большой мощности
с радиатором и фиксирующим фланцем (можно П213Б или П214 – П217; я взял П214 сразу с радиатором, чтобы не грелся);

11 – два электролитических конденсатора на 500 мкФ
или больше, один 15 В или больше, второй 25 В или больше (можно К50-6; я взял К50-35 оба на 1000 мкФ, один 16 В, второй 25 В);

12 – стабилитрон с напряжением стабилизации 12 В
(можно Д813, Д811 или Д814Г; я взял Д813);

13 – маломощный низкочастотный транзистор
(можно МП39, МП40 – МП42; у меня МП41А);

14 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт
(можно МЛТ; я взял подстроечный СП4-1 на 1 кОм, потому что его сопротивление надо будет подбирать);

15 – резистор постоянный 1 кОм, 0.25 Вт
(мне попался высокоточный ±1%);

16 – резистор постоянный 510 Ом, 0.25 Вт
(у меня МЛТ)

Также для электрической части мне понадобилось:

– односторонний фольгированный текстолит
(рис. 3);

– самодельная минидрель
со сверлами диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм;

– проводки, болтики, гаечки и другие материалы и инструменты.

Рисунок 3
– На радиорынке мне попался очень старый советский текстолит

Далее, измеряя геометрические размеры имеющихся элементов, я нарисовал будущую плату в программе , которая не требует установки. Затем я взялся за изготовление печатной платы методом ЛУТ. Делал это первый раз, поэтому воспользовался данным видеоуроком _http://habrahabr.ru/post/45322/.

Этапы изготовления печатной платы:

1
. Распечатал в типографии на лазерном принтере на глянцевой бумаге 160 г/м2 нарисованную плату и вырезал (рис. 4).

Рисунок 4
– Изображение дорожек и расположение элементов на глянцевой бумаге

2
. Отрезал кусок текстолита размером 190х90 мм. За неимением ножниц по металлу воспользовался обычными канцелярскими ножницами, резалось долго и тяжело. С помощью наждачной бумаги нулевки и 96% этилового спирта подготовил текстолит к переносу тонера (рис. 5).

Рисунок 5
– Подготовленный фольгированный текстолит

3
. Сначала с помощью утюга перенес тонер с бумаги на металлизированную часть текстолита, грел долго, около 10 минут (рис. 6). Потом вспомнил, что хотел сделать еще и шелкографию, т.е. нанесение рисунка на плату со стороны деталей. Приложил бумагу с изображением деталей на не металлизированную часть текстолита, грел не долго, около 1 минуты, получилось плоховато. Все-таки сначала надо было шелкографию, а потом переносить дорожки.

Рисунок 6
– Бумага на текстолите после прогревания утюгом

4
. Далее необходимо удалить эту бумагу с поверхности текстолита. Я использовал теплую воду и щетку для обуви с металлическими ворсинками в середине (рис. 7). Оттирал бумагу очень усердно. Возможно, это была ошибка.

Рисунок 7
– Щетка для обуви

5
. После отмывки от глянцевой бумаги, на рисунке 8 видно, что тонер перевелся, но некоторые дорожки разорваны. Наверняка это из-за усердной работы щеткой. Поэтому пришлось купить маркер для CDDVD дисков и дорисовать им практически все дорожки и контакты вручную (рис. 9).

Рисунок 8
– Текстолит после переноса тонера и удаления бумаги

Рисунок 9
– Дорисованные маркером дорожки

6
. Далее необходимо вытравить ненужный металл с текстолита, оставив нарисованные дорожки. Делал это так: налил в пластиковую посудину 1 л теплой воды, насыпал туда пол баночки хлорного железа и размешал пластиковой чайной ложкой. Затем положил туда фольгированный текстолит с размеченными дорожками (рис. 10). На баночке с хлорным железом обещанное время травления 40-50 минут (рис. 11). Подождав указанной время, я не обнаружил на будущей плате никаких изменений. Поэтому высыпал все хлорное железо, что было в баночке, в воду и размешал. В процессе травления я помешивал раствор пластмассовой ложечкой для ускорения процесса. Травилось долго, около 4 часов. Чтобы ускорить травление, можно было бы подогревать воду, но я такой возможности не имел. Раствор с хлорным железом можно восстановить с помощью железных гвоздей. У меня их не оказалось, поэтому я использовал толстые болты. Медь осела на болтах, а в растворе появился осадок. Раствор я слил в трехлитровую пластмассовую бутылку с толстым горлышком и поставил в кладовке.

Рисунок 10
– Заготовка печатной платы плавает в растворе хлорного железа

Рисунок 11
– Баночка с хлорным железом (масса не указана)

7
. После травления (рис. 12) я аккуратно промыл плату теплой водой с мылом и удалил тонер с дорожек этиловым спиртом (рис. 13).

Рисунок 12
– Текстолит с вытравленными дорожками и тонером

Рисунок 13
– Текстолит с вытравленными дорожками без тонера

8
. Далее я принялся за сверление отверстий. Для этого у меня есть самодельная минидрель (рис. 14). Для ее изготовления пришлось разобрать старый сломанный принтер Canon i250. Оттуда я взял моторчик на 24 В, 0.8 А, блок питания к нему и кнопку. Затем на радиорынке я приобрел цанговый патрон на вал 2 мм и 2 комплекта сверл диаметром 1, 1.5, 2, 2.5 мм (рис. 15). Патрон надевается на вал моторчика, вставляется сверло с держателем и зажимается. Сверху на моторчик я приклеил и припаял кнопку, которая приводит минидрель в действие. Сверла не особо поддаются центрированию, поэтому их немного «водит» по сторонам при работе, но в любительских целях использовать можно.

Рисунок 14
–

Рисунок 15
–

Рисунок 16
– Плата с высверленными отверстиями

9
. Потом покрываю плату флюсом, смазывая ее толстым слоем аптечного глицерина с помощью кисточки. После этого можно лудить дорожки, т.е. покрывать их слоем олова. Начав с широких дорожек, большой каплей припоя на паяльнике я водил по дорожкам, пока полностью не залудил плату (рис. 17).

Рисунок 17
– Луженая плата

10. В конце произвел монтаж деталей на плату. Начал я с самых массивных трансформатора и радиатора, а закончил транзисторами (где-то читал, что в конце всегда паяют транзисторы) и соединительными проводами. Также в конце монтажа в разрыв цепи стабилитрона, отмеченный на рис. 1 крестом, я включил мультиметр и подобрал такое сопротивление подстроечного резистора СП4-1, чтобы в этой цепи установился ток 11 мА. Такая наладка описана в книге Борисова «Юный радиолюбитель».

Рисунок 18
– Плата с деталями: вид снизу

Рисунок 19
– Плата с деталями: вид сверху

На рисунке 18 видно, что я немного не угадал с расположением отверстий для монтажа трансформатора и радиатора, пришлось досверливать. Также почти все отверстия для радиодеталей оказались немного меньше в диаметре, потому что ножки радиодеталей не влазили. Возможно дырки стали меньше после лужения припоем, поэтому следовало бы их сверлить после лужения. Отдельно надо сказать про отверстия под транзисторы – их расположение также оказалось неправильным. Тут мне надо было внимательнее и тщательнее рисовать схему в программе Sprint-Layout. При расположении базы, эмиттера и коллектора транзистора П214 мне следовало бы учитывать, что радиатор устанавливается на плату своей нижней стороной (рис. 20). Чтобы припаять выводы транзистора П214 к нужным дорожкам пришлось использовать медные кусочки провода. А у транзистора МП41А пришлось отогнуть вывод базы в другую сторону (рис. 21).

Рисунок 20
– Отверстия для выводов транзистора П214

Рисунок 21
– Отверстия для выводов транзистора МП41А

Часть 2. Изготовление деревянного корпуса БП.

Для корпуса мне понадобилось:

— 4 фанерных доски 220х120 мм;

– 2 фанерных доски 110х110 мм;

– 4 фанерных кусочка 10х10х110 мм;

– 4 фанерных кусочка 10х10х15 мм;

– гвозди, 4 тюбика суперклея.

Этапы изготовления корпуса:

1
. Сначала я распилил большой кусок фанеры на доски и кусочки необходимого размера (рис.22).

Рисунок 22
– Отпиленные фанерные доски для корпуса

2
. Потом просверлил с помощью минидрели отверстие под провода на вилку питания БП.
3
. Затем соединил с помощью гвоздей и суперклея дно и боковые стенки корпуса.
4
. Далее приклеил внутренние деревянные части конструкции. Длинные стойки (10х10х110 мм) склеиваются к низу и по бокам, удерживая собой боковые стенки. Маленькие квадратные кусочки приклеил к низу, на них будет устанавливаться и крепиться печатная плата (рис. 23). Также внутри вилки и сзади корпуса я закрепил держатели для проводов (рис. 24).

Рисунок 23
– Корпус: вид спереди (видны подтеки от клея)

Рисунок 24
– Корпус: вид сбоку (и тут клей дает о себе знать)

5
. На лицевую панель корпуса выносились: вольтметр, лампочка, выключатель, переменный резистор, две клеммы. Мне требовалось просверлить пять круглых и одно прямоугольное отверстие. Это заняло продолжительное время, так как нужных инструментов не было и приходилось использовать что было под рукой: минидрель, прямоугольный напильник, ножницы, наждачная бумага. На рис. 25 можно увидеть вольтметр, к одному из контактов которого присоединен шунтирующий подстроечный резистор на 100 кОм. Опытным путем с помощью 9 В батарейки и мультиметра было установлено, что вольтметр дает правильные показания при сопротивлении шунта 60 кОм. Патрон для лампочки отлично приклеился на суперклей, а выключатель и без клея хорошо закрепился в прямоугольном отверстии. Переменный резистор неплохо вкрутился в дерево, а клеммы закрепились на гайках и болтах. Из выключателя я удалил подсвечивающую лампочку, поэтому на выключателе вместо трех осталось два контакта.

Рисунок 25
– Внутренности БП

Закрепив плату в корпусе, установив необходимые элементы на передней панели, соединив компоненты с помощью проводов и прикрепив переднюю стенку суперклеем я получил готовое функциональное устройство (рис. 26).

Рисунок 26
– Готовый БП

На рис. 26 можно увидеть по цвету, что лампочка стоит другая, не та, которая подбиралась изначально. Действительно, при подключении 12.5 В лампочки, рассчитанной на ток 0.068 А ко вторичной обмотке трансформатора (как было указано в книге), она перегорала через несколько секунд работы. Вероятно из-за большого тока во вторичной обмотке. Следовало подыскать новое место присоединения лампочки. Лампочку я заменил на целую такую же по параметрам, но покрашенную в темно-синий цвет (чтобы глаза не слепило) и с помощью проводов подпаял ее параллельно после конденсатора C1. Теперь она работает продолжительное время, но в книге указано напряжение в той цепи равное 17 В и я боюсь придется снова подыскивать новое место для лампочки. Также на рис. 26 видно, что в выключатель сверху вставлена пружина. Она необходима для надежной работы кнопки, которая болталась. Ручка на переменном резисторе, изменяющая выходное напряжение БП для лучшей эргономичности была укорочена.

При включении БП сверяю показания вольтметра и мультиметра (рис. 27 и 28). Максимальное выходное напряжение равно 11 В (куда-то подевался 1 В). Дальше я решил измерить максимальный выходной ток и при выставлении на мультиметре максимального предела в 500 мА стрелка зашкаливала. Это значит, что максимальный выходной ток несколько больше 500 мА. При плавном кручении ручки переменного резистора также плавно изменяется выходное напряжение БП. Но изменение напряжения от нуля стартует не сразу, а примерно через 1/5 оборота ручки.

Итак, потратив значительное количество времени, сил и финансов, я все-таки собрал БП с регулируемым выходным напряжением 0 – 11 В и выходным током более 0.5 А. Если смог я, то сможет и кто-либо другой. Всем удачи!

Рисунок 27
– Проверка БП

Рисунок 28
– Проверка правильности показаний вольтметра

Рисунок 29
– Установка выходного напряжения 5 В и проверка с помощью контрольной лампочки

Уважаемые друзья и гости сайта!

Не забывайте высказывать свое мнение по конкурсным работам и принимайте участие в обсуждениях на форуме сайта. Спасибо.

Приложения к конструкции:

(15.0 KiB, 1,655 hits)

(38.2 KiB, 1,534 hits)

(21.0 KiB, 1,042 hits)

Этот регулированный блок питания сделан по очень распространённой схеме (а значит её успешно повторяли уже сотни раз) на импортных радиоэлементах. Напряжение выхода плавно меняется в пределах 0-30 В, ток нагрузки может достигать 5 ампер, но так как трансформатор попался не слишком мощный — то удалось снять с него только 2,5 А.

Схема БП с регулировками тока и напряжения

Схема принципиальная

Вот ещё вариант этой схемы:

Используемые детали

Тут был использован трансформатор TS70/5 (26 V — 2,28 А и 5,8 V — 1 А). Итого 32 вольта вторичное напряжение. Применены в данном варианте операционники uA741 вместо TL081, так как они были в наличии. Транзисторы также не критичны — лишь бы по току и напряжению подходили, ну и по структуре естественно.

Печатная плата с деталями

Светодиод сигнализирует о переходе в режим СТ (стабильный ток). Это не короткое замыкание или перегрузка, а стабилизация тока — полезная функция работы блока питания. Это можно использовать, например, для зарядки аккумуляторных батарей — в режиме холостого хода устанавливается конечное значение напряжения, затем подключаем провода и устанавливаем ограничение тока. В первой фазе зарядки, БП работает в режиме CТ (горит светодиод) — ток зарядки такой как установлен, а напряжение медленно растет. Когда по мере зарядки аккумулятора напряжение достигает установленного порога, блок питания переходит в режим стабилизации напряжения (СН): светодиод гаснет, ток начинает уменьшаться, а напряжение остается на заданном уровне.

Предельное значение напряжения питания на конденсаторе фильтра 36 В. Следите за его вольтажом — иначе не выдержит и бахнет!

Иногда имеет смысл применять по два потенциометра для регулирования тока и напряжения по принципу грубой и точной регулировки.

Вид внутри корпуса на индикаторы

Провода внутри стоит связать в жгуты тонкими кабельными стяжками.

Диод и транзистор на радиаторе

Корпус самодельного блока питания

Для БП использован корпус модели Z17W. Печатная плата размещается в нижней части, прикручиваясь к днищу винтами 3 мм. Под корпусом приделаны резиновые черные ножки от какого-то прибора, вместо жестких пластиковых, которые были в комплекте. Это важно, иначе при нажатиях на кнопки и вращении регуляторов блок питания будет «ездить» по столу.

Блок питания регулированый: самодельная конструкция

Надписи на лицевой панели сделаны в графическом редакторе, затем печать на меловой самоклеющейся бумаге. Вот такая вышла самоделка, а если вам мало такой мощности — .