Схема профессионального лабораторного бп

Испытания блока питания

Как оказалось, большая часть измеренного шума исходит от дисплея V/A метр. Импульсный регулятор, который стоит в этом дисплее, подает много шума обратно в источник питания. Для решения этих проблем вернемся к использованию LM7824, который был частью набора, и применим его вместо D10, стабилитрона 10 В, который использовался для создания питания для U3, U5 и Q3.

Чтобы противодействовать просачиванию шума с дисплея, используем D10 для уменьшения питания и для питания дисплея.

Также переместим токовый шунт дисплея с выходной клеммы за пределы токовой петли обратной связи. Это уменьшило еще немного шума и сделало настройку более точной. Поскольку шунт находился внутри контура обратной связи, напряжение на шунте при более высоких токах создавало ошибку. Небольшое, потому что шунт всего 25 мОм, но все же создавало.

Чтобы максимально устранить большие токи на печатной плате, подключим коллекторы Q4 и Q3 непосредственно к точке, где объединяются катоды D1 и D2 и конденсаторы фильтра C1 и C2.

Ещё установим дополнительные подстроечники, чтобы установить максимальное выходное напряжение (RV2) и максимальный выходной ток (RV3)

Важно установить максимальный предел тока. Конденсатор C16 используется тоже для устранения шума

Поскольку светодиоды D14 и D15 теперь подключены к шинам 24 В, их резисторы ограничения тока (R27 и R23) должны удвоиться в значении.

Наконец, выходной конденсатор C7 был увеличен с 10 мкФ до 470 мкФ. Вот окончательная схема с последними изменениями:

Время нарастания питания теперь составляет около 5 мсек, а время спада составляет чуть более 2 мсек при максимальном напряжении и токе, измеренных с помощью динамической электронной нагрузки.

Со всеми этими модификациями выходной шум теперь составляет 18 мВ по всему спектру напряжения и тока и, что более важно, остается на этом уровне в режиме CC / CL. Трансформатор, который в итоге установлен, это 15-0-15 В при 3,5 А

Выбран диодный мост с напряжением 600 В на 10 A, который можно установить на радиатор охлаждения. Немного излишне, но это из-за пусковых токов к конденсаторам основного фильтра. Два 3300 мкФ не подходят для таких токов, поэтому установлены 2 х 10 000 мкФ на напряжение 63 В

Трансформатор, который в итоге установлен, это 15-0-15 В при 3,5 А. Выбран диодный мост с напряжением 600 В на 10 A, который можно установить на радиатор охлаждения. Немного излишне, но это из-за пусковых токов к конденсаторам основного фильтра. Два 3300 мкФ не подходят для таких токов, поэтому установлены 2 х 10 000 мкФ на напряжение 63 В.

Корпус укомплектован главным выключателем, предохранителем и индикатором питания. Также подается с трансформатора AC 15-0-15 на гнезда на передней панели, чтобы использовать переменку для различных целей.

Позже удалось найти простой, но эффективный способ объединить два стабилизатора и создать источник питания с напряжением +30 0 -30 В или источник +60 В.

Принцип прост: если вы подключите выход 0 В одного источника питания к выходу +0-30 В второго, то фактически можете создать источник питания +30 0 -30 В или 0-60 В. Нужно отрегулировать оба измерителя напряжения для установки таких значений, но если хотите измерить цепь с переменным напряжением, нужен механизм отслеживания.

Хитрость заключается в том, чтобы сделать настройку напряжения одного источника в зависимости от настройки другого. После экспериментов с разными способами в итоге остановились на следующей схеме:

Переключатель R41 должен быть установлен так, чтобы настройка напряжения на главном устройстве совпадала с выходным напряжением на ведомом устройстве. Сигнал идущий к выключателю будет близко к опорному напряжению 11V2.

Слева направо: Q4, Q3 и LM7812. Q4 и Q3 изолированы, радиатор LM заземлен, поэтому не нуждается в нем.

Наилучшая точность отслеживания может быть достигнута, если оба источника питания установлены на 30 В в режиме +/-, как на схеме. Затем можно переключить переключатель в режим слежения и настраивать R41 до тех пор, пока ведомый не покажет 30 В. Вы заметите, что отслеживание является довольно точным (около 1%) до тех пор, пока не опуститесь ниже 5 В, затем оно все больше рассинхронизируется до примерно 200 мВ при 1 В. Это должно быть связано с разницей в линейности усиления обоих операционных усилителей U2. В принципе эта точность достаточно хороша.

Учтите, что нужно установить оба предела тока независимо для обоих источников, но если стабилизатор «мастер» переходит в режим ограничения тока, ведомый будет следовать его примеру независимо от своей настройки.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

А. ПОГОРЕЛЬСКИЙ, пос. Пойковский Тюменской обл.

Описываемый блок питания собран из доступных элементов. Он почти не требует налаживания, работает в широком интервале подводимого переменного напряжения, снабжен защитой от перегрузки по току.

Предлагаемый блок питания позволяет получать выходное стабилизированное напряжение от 1 В почти до значения выпрямленного напряжения с вторичной обмотки трансформатора (см. схему). На транзисторе VT1 собран узел сравнения: с движка переменного резистора R3 на базу подается часть образцового напряжения (задается источником образцового напряжения VD5VD6HL1 R1), а на эмиттер — выходное напряжение с делителя R14R15. Сигнал рассогласования поступает на усилитель тока, выполненный на транзисторе VT2, который управляет регулирующим транзистором VT4.

При замыкании на выходе блока питания или чрезмерном токе нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R8. Транзистор VT3 открывается и шунтирует базовую цепь транзистора VT2, ограничивая тем самым ток нагрузки. Светодиод HL2 сигнализирует о включении защиты от перегрузки потоку.

Схемы модулей лабораторного БП

Все схемы плат питания были спроектированы с нуля, также и все печатные платы являются самостоятельной разработкой. Первый модуль «Z» — это диодный мост, фильтрация напряжения, формирование отрицательного напряжения для питания операционных усилителей, источник положительного напряжения 34 В постоянного тока для операционных усилителей, питание от отдельного вспомогательного трансформатора, реле, используемое для переключения обмоток главного трансформатора, управляемых от другой печатной платы, и источник питания 5 В 1 A для измерители мощности.

Модули «Z» обоих блоков были сконструированы так, чтобы быть почти симметричными (чтобы лучше вписываться в корпус БП). Благодаря этому разъемы ARK были размещены на одной стороне для подключения проводов и радиатора для мостового выпрямителя, а платы, как показано на рисунках, размещены симметрично.

Здесь использован 8-амперный диодный мост. Основные трансформаторы имеют двойные вторичные обмотки, каждая 14 В и ток чуть более 5 А. Блок питания был рассчитан на 5 ампер, но оказалось, что при полном напряжении 30 В не получается полных 5 А. Тем не менее, нет проблем с нагрузкой 5 ампер при более низком напряжении (до 25 В).

Второй модуль представляет собой расширенный вариант блока питания с операционными усилителями.

В зависимости от того, нагружен источник питания или находится в режиме ожидания, напряжение в области усилителя U3, ответственного за ограничение тока, изменяется (при той же настройке пределов потенциометра). Схема сравнивает напряжение на потенциометре P2 с напряжением на резисторе R7. Часть этого падения напряжения подается на инверсный вход U4. Благодаря этому выходное напряжение зависит от настройки потенциометра и практически не зависит от нагрузки. Почти потому, что по шкале от 0 до 5 А отклонение находится на уровне 15 мВ, чего на практике достаточно, чтобы получить стабильный источник для управления схемами LM3914, образующими светодиодную линейку.

Схема визуализации особенно полезна, когда для регулировки используются многооборотные потенциометры. Замечательно, что с помощью такого потенциометра можно легко установить напряжение с точностью до третьего знака после запятой. Каждый светодиод в линейке соответствует току 0,25 А, поэтому, если предел тока ниже 250 мА, линия не отображается.
Способ отображения линейки можно изменить с точки до линейки, но здесь выбрана точка, чтобы избежать влияния слишком большого количества световых точек и снизить энергопотребление.

Следующим модулем является система переключения обмоток и система управления вентиляторами, что установлены на радиаторах старых процессоров.

Питание цепей от независимых обмоток вспомогательного трансформатора. Тут использованы м/с ОУ LM358, которые содержат внутри два операционных усилителя. В качестве датчика температуры использован транзистор BD135. После превышения 55C вентиляторы включаются, а после охлаждения примерно до 50C автоматически выключаются. Система переключения обмотки реагирует на значение напряжения на клеммах прямого выхода источника питания и имеет гистерезис около 3 В, поэтому не будет слишком частого срабатывание реле.

Измерение напряжения и тока нагрузки осуществляется с помощью чипов ICL7107. Платы счетчиков являются двухсторонними и имеют такую конструкцию, что для каждого источника питания на одной плате имеется вольтметр и амперметр.

С самого начала идея состояла в том, чтобы визуализировать параметры блоков питания на семисегментных LED дисплеях, потому что они более читабельны, чем ЖК-дисплей. Но ничто не мешает измерять температуру радиаторов, переключателей обмоток и системы охлаждения на одном МК Atmega, даже сразу для обоих источников питания. Это вопрос выбора. Использование микроконтроллера выйдет дешевле, но как уже писали выше — это дело вкуса.

Все вспомогательные системы питаются от трансформатора, который был перемотан путем удаления всех обмоток, кроме сетевой 220 В (первичной). Для этой цели использовался TS90 / 11.

В качестве вторичной обмотки намотаны 2 x 26 В переменки для питания операционных усилителей, 2 x 8 В переменки для питания индикаторов и 2 x 13 В для питания контроля температуры. Всего было создано шесть независимых обмоток.

Лабораторный блок питания своими руками 1,3-30В 0-5А

Немножко подумав, мы сделали свою интерпретацию данного блока питания. Повысили емкость входных конденсаторов, убрали элементы измерительной головки и добавили парочку защитных диодов. Применения в этой схеме КТ818 было абсолютно неоправданно, он безбожно грелся и безвозвратно издох, пока его не заменили парой недорогих транзисторов TIP36C, которые включили параллельно.

Настройку блока питания необходимо проводить в несколько этапов:

Первое включение производится без LM301 и транзисторов. Регулятором Р3 проверяем, как регулируется напряжение. За регулировку напряжения отвечают LM317, Р3, R4 и R6, С9.

Если регулировка напряжения производиться нормально, тогда к схеме подключаем транзисторы. Пару транзисторов покупать лучше с одной партии, с максимально близким hFE. Для нормальной работы параллельно включенных транзисторов, в цепи эмиттера должны находиться балансировочные резисторы R7 и R8. Номинал R7 и R8 необходимо подбирать, сопротивление должно быть максимально низким, но достаточным, что бы ток проходящий через Т1 был равен току проходящим через Т2. На данном этапе к выходу БП можно подключать нагрузку, но ни в коем случае не стоит устраивать КЗ – транзисторы моментально выйдут из строя, забрав с собой и LM317.

Следующим этапом станет установка LM301

Важно убедиться, что на 4-й ножке операционного усилителя присутствует -6 В. Если там +6 В, то необходимо внимательно осмотреть, как у Вас включен диодный мост BR2 и правильно ли подключен конденсатор С2

Питание LM301 (7я ножка) МОЖНО брать с выхода БП.

Вся дальнейшая настройка сводиться к подгону Р1 под максимальный рабочий ток блока питания. Как видим, настроить лабораторный блок питания своими руками будет совсем не трудно, главное не допустить ошибки при монтаже.

Используемые нами основные компоненты:

Трансформатор ТПП 306-127/220-50. Позволяет выжать с каждой 20 вольтовой обмотки по 2,56 А, включив их параллельно получим 5,12 А. Остальные обмотки идут на питание операционного усилителя, вентилятора и цифрового вольтамперметра;
Стабилизатор — LM317К;
Транзисторы — TIP36C;
Операционный усилитель — LM301AN;
Конденсаторы электролитические – номинал см. схему, максимальным напряжением до 50В;
Диоды BR2 – 1N1007;
Диоды BR1 — MBR20100CT;
Резисторы R1 – 33 Ом, 2Вт;
Резисторы R5, R7, R8 – 0,1 Ом, 5Вт;
Остальные резисторы мощностью — 0,25Вт;
Резисторы Р1 – многооборотный подстроечный 470 кОм;
Предохранитель F2 – самовосстанавливающейся предохранитель от Littelfuse на 7А/30В.

Схемы блоков питания

Напряжение лабораторного БП располагается в интервале от 0 до 35 вольт. Для этой цели подходят схемы, по которым можно собрать следующие БП:

однополярный;
двуполярный;
лабораторный импульсный.

Конструкции подобных устройств обычно собраны либо на обычных трансформаторах напряжения (ТН), либо на импульсных трансформаторах (ИТ).

Внимание! Отличие ИТ от ТН в том, что на обмотки ТН подается синусоидальное переменное напряжение, а на обмотки ИТ приходят однополярные импульсы. Схема включения обоих абсолютно идентична

Импульсный трансформатор

Простой лабораторный

Однополярный БП с возможностью регулировать выходное напряжение можно собрать по схеме, в которую входят:

понижающий трансформатор Tr ( 220/12…30 В);
диодный мост Dr для выпрямления пониженного переменного напряжения;
электролитический конденсатор С1 (4700 мкФ*50В) для сглаживания пульсации переменной составляющей;
потенциометр для регулировки выходного напряжения Р1 5 кОм;
сопротивления R1, R2, R3 номиналом 1кОм, 5,1 кОм и 10 кОм, соответственно;
два транзистора: Т1 КТ815 и Т2 КТ805, которые желательно установить на теплоотводы;
для контроля напряжения на выходе устанавливают цифровой вольтамперметр, с интервалом измерений от 1,5 до 30 В.

В коллекторную цепь транзистора Т2 включены: С2 10 мкф * 50 В и диод Д1.

Схема простого БП

К сведению. Диод устанавливают для защиты С2 от переполюсовки при подключении к аккумуляторам для подзарядки. Если такая процедура не предусмотрена, можно заменить его перемычкой. Все диоды должны выдерживать ток не менее 3 А.

Печатная плата простого БП

Двухполярный источник питания

Для питания усилителей низкой частоты (УНЧ), имеющих два “плеча” усиления возникает необходимость в применении двухполярного БП.

Важно! Если монтировать лабораторный БП, стоит остановить внимание именно на аналогичной схеме. Источник питания должен поддерживать любые форматы выдаваемого постоянного напряжения

Двухполярный ИП на транзисторах

Для такой схемы допустимо применять трансформатор с двумя обмотками на 28 В и одной на 12 В. Первые две – для усилителя, третья – для питания охлаждающего вентилятора. Если таковой не окажется, то достаточно двух обмоток равного напряжения.

Для регулировки выходного тока применены наборы резисторов R6-R9, подключаемые с помощью сдвоенного галетного переключателя (5 положений). Резисторы подбирают такой мощности, чтобы они выдерживали ток более 3 А.

Переменный резистор R нужно брать сдвоенный номиналом 4.7 Ом. Так проще осуществлять регулировку по обоим плечам. Стабилитроны VD1 Д814 соединены последовательно для получения 28 В (14+14).

Для диодного моста можно взять диоды подходящей мощности, рассчитанные на ток до 8 А. Допустимо устанавливать диодную сборку типа KBU 808 или аналогичную. Транзисторы КТ818 и КТ819 необходимо установить на радиаторы.

Подбираемые транзисторы должны иметь коэффициент усиления от 90 до 340. БП после сборки не требует специальной наладки.

Лабораторный импульсный бп

Отличительной чертой ИПБ является рабочая частота, которая в сто раз выше частоты сети. Это дает возможность получить большее напряжение при меньшем количестве витков обмотки.

Информация. Чтобы получить 12 В на выходе ИПБ с током 1 А для сетевого трансформатора достаточно 5 витков при сечении провода 0,6-0,7 мм.

Простой полярный ИП можно собрать, используя импульсные трансформаторы от компьютерного БП.

Лабораторный блок питания своими руками можно собрать по схеме приведенной ниже.

Схема импульсного блока питания

Данный источник питания собран на микросхеме TL494.

Важно! Для управления Т3 и Т4 используется схема, в которую входит управляющий Тr2. Это связано с тем, что встроенные ключевые элементы микросхемы не имеют достаточной мощности

Трансформатор Тr1 (управляющий) берут от компьютерного БП, он «раскачивается» при помощи транзисторов Т1 и Т2.

Особенности сборки схемы:

для минимизации потерь при выпрямлении используют диоды Шоттки;
ESR электролитов в фильтрах на выходе должен быть как можно ниже;
дроссель L6 от старых БП применяют без изменения обмоток;
дроссель L5 перематывают, намотав на ферритовое кольцо медный провод диаметром 1,5 мм, набрав 50 витков;
Т3, Т4 и D15 крепят на радиаторы, предварительно отформатировав выводы;
для питания микросхемы, управления током и напряжением применяют отдельную схему на Tr3 BV EI 382 1189.

Вторичная обмотка выдает 12 В, которые выпрямляются и сглаживаются при помощи конденсатора. Микросхема линейного стабилизатора 7805 стабилизирует его до 5 В для питания схемы индикации.

Внимание! Допустимо использовать в этом БП любую схему вольтамперметра. В таком случае микросхема для стабилизации 5 В не понадобится

Сборка и настройка ЛБП

Рекомендуем строить этот лабораторный БП в следующем порядке:

Сборка и проверка модуля с мостовым выпрямителем, фильтрацией и реле, подключение к трансформатору и активация реле от независимого источника для проверки выходных напряжений.
Исполнение модуля переключения обмоток и контроля охлаждения радиаторов. Запуск этого модуля облегчит настройку будущего источника питания. Для этого понадобится другой источник питания для подачи регулируемого напряжения на вход системы, отвечающей за управление реле.
Температурная часть схемы может быть настроена путем моделирования температуры. Для этой цели использовалась тепловая пушка, которая аккуратно нагревала радиатор с датчиком (BD135). Температура измерялась с помощью датчика, включенного в мультиметр (в то время не было готовых точных измерителей температуры). В обоих случаях настройка сводится к подбору PR201 и PR202 или PR301 и PR302 соответственно.
Затем запускаем блок питания, регулируя RV1 таким образом, чтобы получить 0 В на выходе, что полезно при настройке ограничения тока. Само ограничение зависит от значений резисторов R18, R7, R17.
Регулирование А/В индикаторов сводится к настройке опорных напряжений между контактами 35 и 36 микросхем ICL. В измерителях напряжения и тока использовался внешний эталонный источник. В случае с измерителями температуры такая точность не нужна, а отображение с десятичным знаком все же несколько преувеличено. Передача показаний температуры осуществляется одним выпрямительным диодом (на схеме их три). Это связано с дизайном печатной платы. На ней есть две перемычки.
Непосредственно на выходных клеммах к вольтметру подключен делитель напряжения и резистор 0,01 Ом / 5 Вт, на котором падение напряжения используется для измерения тока нагрузки.

Дополнительным элементом источников питания является схема, которая позволяет включать только один источник питания без необходимости использования второго канала, несмотря на тот факт, что вспомогательный трансформатор питает оба канала источника питания сразу. На той же плате размещена система для включения и выключения блока питания с помощью одной слаботочной кнопки (для каждого канала блока питания).

Схема питается от инвертора, который в состоянии ожидания потребляет около 1 мА от сети 220 В. Все схемы в хорошем качестве можете скачать в архиве

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С СИГНАЛИЗАЦИЕЙ ПЕРЕГРУЗКИ

Звуковая сигнализация позволяет пользователю быстро среагировать на аварийную ситуацию, если при экспериментах с различной радиоэлектронной аппаратурой возникла перегрузка источника питания. Схема источника питания с звуковым сигнализатором превышения потребления тока показана на рисунке.

Выпрямитель на диодах VD1—VD4 питается от трансформатора, вторичная обметка которого рассчитана на напряжение 18 В при токе нагрузки не менее 1 А, Регулируемый стабилизатор напряжения выполнен на транзисторах VT2 — VT5 по известной схеме. Переменным резистором R3 на выходе стабилизатора может быть установлено напряжение от 0 до +15 В.

Характеристики лабораторного блока питания

входное напряжение: 24 В переменного тока;
выходное напряжение: от 0 до 30 В (регулируемое);
выходной ток: 2 мА — 3 А (регулируемый);
пульсации выходного напряжения: менее 0.01%
размер платы 84 х 85 мм;
защита от короткого замыкания;
защита по превышению установленной величины тока.
О превышении установленного тока сигнализирует светодиод.

Для получения полноценного блока следует добавить лишь три компонента – трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 24 вольта при 220 вольтах на входе (важный момент, о котором подробно ниже) и током 3,5-4 А, радиатор для выходного транзистора и кулер на 24 Вольта для охлаждения радиатора при большом токе нагрузки. Кстати, в интернете нашлась и схема данного блока питания:

Из основных узлов схемы можно выделить:

диодный мост и фильтрующий конденсатор;
регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2;
узел защиты на транзисторе VT3 отключает выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824;
на элементах R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5 построен узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Наличие этого узла обуславливает питание всей схемы именно переменным током от трансформатора;
выходные конденсатор С9 и защитный диод VD9.

Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:

выпрямительные диоды 1N5408, выбраны впритык – максимальный выпрямленный ток 3 Ампера. И хоть диоды в мосте работают попеременно, все же не будет лишним заменить их более мощными, например диодами Шотки на 5 А;
стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824 выбран на мой взгляд не совсем удачно – под рукой у многих радиолюбителей наверняка найдутся вентиляторы на 12 вольт от компьютеров, а вот куллеры на 24 В встречаются гораздо реже. Покупать такой не стал, решив заменить 7824 на 7812, но в процессе испытаний БП отказался от этой идеи. Дело в том, что при входном переменном напряжении в 24 В, после диодного моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 Вольта. Микросхема 7824 прекрасно справится с задачей рассеивания лишних 9, 84 Вольта, а вот 7812 приходится тяжко, рассеивая в тепло 21,84 Вольта.

Кроме того, входное напряжение для микросхем 7805-7818 регламентировано производителем на уровне 35 Вольт, для 7824 на уровне 40 Вольт. Таким образом, в случае простой замены 7824 на 7812, последняя будет работать на грани. Вот ссылка на даташит.

Учитывая вышеприведенное, имевшийся в наличии кулер на 12 Вольт подключил через стабилизатор 7812, запитав ее от выхода штатного стабилизатора 7824. Таким образом, схема питания кулера получилась хоть и двухступенчатой, но надежной.

Операционные усилители TL081, согласно даташита требуют двуполярное питание +/- 18 Вольт – в целом 36 Вольт и это максимальное значение. Рекомендуемое +/- 15.

И вот тут начинается самое интересное относительно переменного входного напряжения величиной 24 Вольта! Если взять трансформатор, который при 220 В на входе, выдает 24 В на выходе, то опять же после моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 В.

Таким образом, до достижения критической величины остается всего 2,16 Вольта. При увеличении напряжения в сети до 230 Вольт (а такое бывает в нашей сети), с фильтрующего конденсатора снимем уже 39,4 Вольта постоянного напряжения, что приведет к гибели операционных усилителей.

Выхода тут два: либо заменить операционные усилители другими, с более высоким допустимым напряжением питания, либо уменьшить количество витков во вторичной обмотке трансформатора. Я пошел по второму пути, подобрав количество витков во вторичной обмотке на уровне 22-23 Вольта при 220 В на входе. На выходе БП получил 27,7 Вольта, что меня вполне устроило.

В качестве радиатора для транзистора D1047 нашел в закромах радиатор процессора. На нем же закрепил стабилизатор напряжения 7812. Дополнительно установил плату контроля оборотов вращения вентилятора. Ею со мной поделился донорский компьютерный блок питания ПК. Терморезистор закрепил между ребер радиатора.

При токе в нагрузке до 2,5 А вентилятор вращается на средних оборотах, при повышении тока до 3 А в течении длительного времени вентилятор включается на полую мощность и снижает температуру радиатора.