Блок питания с регулировкой выходного напряжения. Регулируемый мощный блок питания или зарядное устройство
Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.
Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.
При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.
Индикатор для блока питания
Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.
Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:
Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.
Дополнения от BFG5000
Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.
Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.
Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .
Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Этот блок питания на микросхеме LM317, не требует каких – то особых знаний для сборки, и после правильного монтажа из исправных деталей, не нуждается в наладке. Несмотря на свою кажущуюся простоту, этот блок является надёжным источником питания цифровых устройств и имеет встроенную защиту от перегрева и перегрузки по току. Микросхема внутри себя имеет свыше двадцати транзисторов и является высокотехнологичным устройством, хотя снаружи выглядит как обычный транзистор.
Питание схемы рассчитано на напряжение до 40 вольт переменного тока, а на выходе можно получить от 1.2 до 30 вольт постоянного, стабилизированного напряжения. Регулировка от минимума до максимума потенциометром происходит очень плавно, без скачков и провалов. Ток на выходе до 1.5 ампер. Если потребляемый ток не планируется выше 250 миллиампер, то радиатор не нужен. При потреблении большей нагрузки, микросхему поместить на теплопроводную пасту к радиатору общей площадью рассеивания 350 – 400 или больше, миллиметров квадратных. Подбор трансформатора питания нужно рассчитывать исходя из того, что напряжение на входе в блок питания должно быть на 10 – 15 % больше, чем планируете получать на выходе. Мощность питающего трансформатора лучше взять с хорошим запасом, во избежание излишнего перегрева и на вход его обязательно поставить плавкий предохранитель, подобранный по мощности, для защиты от возможных неприятностей.
Нам, для изготовления этого нужного устройства, потребуются детали:
- Микросхема LM317 или LM317T.
- Выпрямительная сборка почти любая или отдельные четыре диода на ток не менее 1 ампер каждый.
- Конденсатор C1 от 1000 МкФ и выше напряжением 50 вольт, он служит для сглаживания бросков напряжения питающей сети и, чем больше его ёмкость, тем более стабильным будет напряжение на выходе.
- C2 и C4 – 0.047 МкФ. На крышке конденсатора цифра 104.
- C3 – 1МкФ и больше напряжением 50 вольт. Этот конденсатор, так же можно применить большей ёмкости для повышения стабильности выходящего напряжения.
- D5 и D6 – диоды, например 1N4007, или любые другие на ток 1 ампер или больше.
- R1 – потенциометр на 10 Ком. Любого типа, но обязательно хороший, иначе выходное напряжение будет «прыгать».
- R2 – 220 Ом, мощностью 0.25 – 0.5 ватт.
Сборка регулируемого стабилизированного блока питания
Сборку я произвел на обычной макетной платы без всякого травления. Мне этот способ нравится из-за своей простоты. Благодаря ему схему можно собрать за считанные минуты.
Проверка блока питания
Вращением переменного резистора можно установить желаемое напряжение на выходе, что очень удобно.
Те новички, которые только начинают изучение электроники спешат соорудить нечто сверхъестественное, вроде микрожучков для прослушки, лазерный резак из DVD-привода и так далее… и тому подобное… А что насчёт того, чтобы собрать блок питания с регулируемым выходным напряжением? Такой блок питания – это крайне необходимая вещь в мастерской каждого любителя электроники.
С чего же начать сборку блока питания?
Во-первых, необходимо определиться с требуемыми характеристиками, которым будет удовлетворять будущий блок питания. Основные параметры блока питания – это максимальный ток (I max ), который он может отдать нагрузке (питаемому устройству) и выходное напряжение (U out ), которое будет на выходе блока питания. Также стоит определиться с тем, какой блок питания нам нужен: регулируемый или нерегулируемый .
Регулируемый блок питания – это блок питания, выходное напряжение которого можно менять, например, в пределах от 3 до 12 вольт. Если нам надо 5 вольт - повернули ручку регулятора – получили 5 вольт на выходе, надо 3 вольта – опять повернул – получил на выходе 3 вольта.
Нерегулируемый блок питания – это блок питания с фиксированным выходным напряжением – его менять нельзя. Так, например, многим известный и широко распространённый блок питания «Электроника» Д2-27 является нерегулируемым и имеет на выходе 12 вольт напряжения. Также нерегулируемыми блоками питания являются всевозможные зарядники для сотовых телефонов, адаптеры модемов и роутеров. Все они, как правило, рассчитаны на какое-то одно выходное напряжение: 5, 9, 10 или 12 вольт.
Понятно, что для начинающего радиолюбителя наибольший интерес представляет именно регулируемый блок питания. Им можно запитать огромное количество как самодельных, так и промышленных устройств, рассчитанных на разное напряжение питания.
Далее нужно определиться со схемой блока питания. Схема должна быть простая, легка для повторения начинающими радиолюбителями. Тут лучше остановиться на схеме с обычным силовым трансформатором. Почему? Потому что найти подходящий трансформатор достаточно легко как на радиорынках, так и в старой бытовой электронике. Делать импульсный блок питания сложнее. Для импульсного блока питания необходимо изготавливать достаточно много моточных деталей, таких как высокочастотный трансформатор, дроссели фильтров и пр. Также импульсные блоки питания содержат больше радиоэлектронных компонентов, чем обычные блоки питания с силовым трансформатором.
Итак, предлагаемая к повторению схема регулируемого блока питания приведена на картинке (нажмите для увеличения).
Параметры блока питания:
Выходное напряжение (U out ) – от 3,3…9 В;
Максимальный ток нагрузки (I max ) – 0,5 A;
Максимальная амплитуда пульсаций выходного напряжения – 30 мВ.;
Защита от перегрузки по току;
Защита от появления на выходе повышенного напряжения;
Высокий КПД.
Возможна доработка блока питания с целью увеличения выходного напряжения.
Принципиальная схема блока питания состоит из трёх частей: трансформатора, выпрямителя и стабилизатора.
Трансформатор. Трансформатор Т1 понижает переменное сетевое напряжение (220-250 вольт), которое поступает на первичную обмотку трансформатора (I), до напряжения 12-20 вольт, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора (II). Также, по «совместительству», трансформатор служит гальванической развязкой между электросетью и питаемым устройством. Это очень важная функция. Если вдруг трансформатор выйдет из строя по какой-либо причине (скачок напряжения и пр.), то напряжение сети не сможет попасть на вторичную обмотку и, следовательно, на питаемое устройство. Как известно, первичная и вторичная обмотки трансформатора надёжно изолированы друг от друга. Это обстоятельство снижает риск поражения электрическим током.
Выпрямитель. Со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 пониженное переменное напряжение 12-20 вольт поступает на выпрямитель. Это уже классика. Выпрямитель состоит из диодного моста VD1, который выпрямляет переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора (II). Для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямительного моста стоит электролитический конденсатор C3 ёмкостью 2200 микрофарад.
Регулируемый импульсный стабилизатор.
Схема импульсного стабилизатора собрана на достаточно известной и доступной микросхеме DC/DC преобразователя – MC34063 .
Чтобы было понятно. Микросхема MC34063 является специализированным ШИМ-контроллером, разработанным для импульсных DC/DC преобразователей. Эта микросхема является ядром регулируемого импульсного стабилизатора, который используется в данном блоке питания.
Микросхема MC34063 снабжена узлом защиты от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки. Выходной транзистор, встроенный в микросхему, способен отдать в нагрузку до 1,5 ампер тока. На базе специализированной микросхемы MC34063 можно собрать как повышающие (Step-Up ), так и понижающие (Step-Down ) DC/DC преобразователи. Так же возможно построение регулируемых импульсных стабилизаторов.
Особенности импульсных стабилизаторов.
К слову сказать, импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД по сравнению со стабилизаторами на микросхемах серии КР142ЕН (КРЕНки ), LM78xx, LM317 и др. И хотя блоки питания на базе этих микросхем очень просты для сборки, но они менее экономичны и требуют установки охлаждающего радиатора.
Микросхема MC34063 не нуждается в охлаждающем радиаторе. Стоит заметить, что данную микросхему можно довольно часто встретить в устройствах, которые работают автономно или же используют резервное питание. Использование импульсного стабилизатора увеличивает КПД устройства, а, следовательно, уменьшает энергопотребление от аккумулятора или батареи питания. За счёт этого увеличивается автономное время работы устройства от резервного источника питания.
Думаю, теперь понятно, чем хорош импульсный стабилизатор.
Детали и электронные компоненты.
Теперь немного о деталях, которые потребуются для сборки блока питания.
Силовые трансформаторы ТС-10-3М1 и ТП114-163М
Также подойдёт трансформатор ТС-10-3М1 с выходным напряжением около 15 вольт. В магазинах радиодеталей и на радиорынках можно найти подходящий трансформатор, главное, чтобы он соответствовал указанным параметрам.
Микросхема MC34063 . Микросхема MC34063 выпускается в корпусах DIP-8 (PDIP-8) для обычного монтажа в отверстия и в корпусе SO-8 (SOIC-8) для поверхностного монтажа. Естественно, в корпусе SOIC-8 микросхема обладает меньшими размерами, а расстояние между выводами составляет около 1,27 мм. Поэтому изготовить печатную плату для микросхемы в корпусе SOIC-8 сложнее, особенно тем, кто только недавно начал осваивать технологию изготовления печатных плат. Следовательно, лучше взять микросхему MC34063 в DIP-корпусе, которая больше по размерам, а расстояние между выводами у такого корпуса – 2,5 мм. Сделать печатную плату под корпус DIP-8 будет легче.
Дроссели. Дроссели L1 и L2 можно изготовить самостоятельно. Для этого потребуется два кольцевых магнитопровода из феррита 2000HM типоразмера К17,5 х 8,2 х 5 мм. Типоразмер расшифровывается так: 17,5 мм. – внешний диаметр кольца; 8,2 мм. - внутренний диаметр; а 5 мм. – высота кольцевого магнитопровода. Для намотки дросселя понадобиться провод ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. На каждое кольцо необходимо намотать 40 витков такого провода. Витки провода следует распределять по ферритовому кольцу равномерно. Перед намоткой, ферритовые кольца нужно обмотать лакотканью. Если лакоткани нет под рукой, то обмотать кольцо можно скотчем в три слоя. Стоит помнить, что ферритовые кольца могут быть уже покрашены – покрыты слоем краски. В таком случае обматывать кольца лакотканью не надо.
Кроме самодельных дросселей можно применить и готовые. В этом случае процесс сборки блока питания ускориться. Например, в качестве дросселей L1, L2 можно применить вот такие индуктивности для поверхностного монтажа (SMD - дроссель).
Как видим, на верхней части их корпуса указано значение индуктивности – 331, что расшифровывается как 330 микрогенри (330 мкГн). Также в качестве L1, L2 подойдут готовые дроссели с радиальными выводами для обычного монтажа в отверстия. Выглядят они вот так.
Величина индуктивности на них маркируется либо цветовым кодом, либо числовым. Для блока питания подойдут индуктивности с маркировкой 331 (т.е. 330 мкГн). С учётом допуска ±20%, который разрешён для элементов бытовой электроаппаратуры, также подойдут дроссели с индуктивностью 264 - 396 мкГн. Любой дроссель или катушка индуктивности рассчитана на определённый постоянный ток. Как правило, его максимальное значение (I DC max ) указывается в даташите на сам дроссель. Но на самом корпусе это значение не указывается. В таком случае можно ориентировочно определить значение максимально допустимого тока через дроссель по сечению провода, которым он намотан. Как уже говорилось, для самостоятельного изготовления дросселей L1, L2 необходим провод сечением 0,56 мм.
Дроссель L3 самодельный. Для его изготовления необходим магнитопровод из феррита 400HH или 600HH диаметром 10 мм. Найти такой можно в старинных радиоприёмниках. Там он используется в качестве магнитной антенны. От магнитопровода нужно отломать кусок длиной 11 мм. Сделать это достаточно легко, феррит легко ломается. Можно просто плотно зажать необходимый отрезок пассатижами и отломить излишки магнитопровода. Также можно зажать магнитопровод в тисках, а потом резко ударить по магнитопроводу. Если с первого раза аккуратно разломить магнитопровод не получиться, то можно повторить операцию.
Затем получившийся кусок магнитопровода нужно обмотать слоем бумажного скотча или лакоткани. Далее наматываем на магнитопровод 6 витков сложенного вдвое провода ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. Для того чтобы провод не размотался, обматываем его сверху скотчем. Те выводы проводов, с которых начиналась намотка дросселя, в последующем впаиваем в схему в том месте, где показаны точки на изображении L3. Эти точки указывают на начало намотки катушек проводом.
Дополнения.
В зависимости от нужд можно внести в конструкцию те или иные изменения.
Например, вместо стабилитрона VD3 типа 1N5348 (напряжение стабилизации – 11 вольт) в схему можно установить защитный диод – супрессор 1,5KE10CA .
Супрессор – это мощный защитный диод, по своим функциям схож со стабилитроном, однако, основная его роль в электронных схемах – защитная. Назначение супрессора – это подавление высоковольтных импульсных помех. Супрессор обладает высоким быстродействием и способен гасить мощные импульсы.
В отличие от стабилитрона 1N5348, супрессор 1.5KE10CA обладает высокой скоростью срабатывания, что, несомненно, скажется на быстродействии защиты.
В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно частенько встретить в импульсных блоках питания – там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.
О назначении и параметрах защитных диодов можно узнать из статьи про супрессор .
Супрессор 1,5KE10C A имеет букву С в названии и является двунаправленным – полярность установки его в схему не имеет значения.
Если есть необходимость в блоке питания с фиксированным выходным напряжением, то переменный резистор R2 не устанавливают, а заменяют его проволочной перемычкой. Нужное выходное напряжение подбирают с помощью постоянного резистора R3. Его сопротивление рассчитывают по формуле:
U вых = 1,25 * (1+R4/R3)
После преобразований получается формула, более удобная для расчётов:
R3 = (1,25 * R4)/(U вых – 1,25)
Если использовать данную формулу, то для U вых = 12 вольт потребуется резистор R3 с сопротивлением около 0,42 кОм (420 Ом). При расчётах, значение R4 берётся в килоомах (3,6 кОм). Результат для резистора R3 также получаем в килоомах.
Для более точной установки выходного напряжения U вых вместо R2 можно установить подстроечный резистор и выставить по вольтметру требуемое напряжение более точно.
При этом следует учесть, что стабилитрон или супрессор стоит устанавливать с напряжением стабилизации на 1…2 вольта больше, чем расчётное напряжение на выходе (U вых ) блока питания. Так, для блока питания с максимальным выходным напряжением равным, например, 5 вольт следует установить супрессор 1,5KE6V8 CA или аналогичный ему.
Изготовление печатной платы.
Печатную плату для блока питания можно сделать разными способами. О двух методах изготовления печатных плат в домашних условиях уже рассказывалось на страницах сайта.
Наиболее быстрый и комфортный способ – это изготовление печатной платы с помощью маркера для печатных плат. Применялся маркер Edding 792 . Показал он себя с лучшей стороны. Кстати, печатка для данного блока питания сделана как раз этим маркером.
Второй метод подходит для тех, у кого в запасе есть много терпения и твёрдая рука. Это технология изготовления печатной платы корректирующим карандашом . Это, довольно простая и доступная технология пригодиться тем, кто не смог найти маркер для печатных плат, а делать платы ЛУТом не умеет или не имеет подходящего принтера.
Третий метод похож на второй, только в нём используется цапонлак - Как сделать печатную плату с помощью цапонлака?
В общем, выбрать есть из чего.
Налаживание и проверка блока питания.
Чтобы проверить работоспособность блока питания его для начала нужно, конечно же, включить. Если искр, дыма и хлопков нет (такое вполне реально), то скорее БП работает. Первое время держитесь от него на некотором расстоянии. Если ошиблись при монтаже электролитических конденсаторов или поставили их на меньшее рабочее напряжение, то они могут «хлопнуть» - взорваться. Это сопровождается разбрызгиванием электролита во все стороны через защитный клапан на корпусе. Поэтому не торопитесь. Подробнее об электролитических конденсаторах можно почитать . Не ленитесь это прочитать – пригодиться не раз.
Внимание! Во время работы силовой трансформатор находиться под высоким напряжением! Пальцы к нему не совать! Не забывайте о правилах техники безопасности . Если надо что-то изменить в схеме, то сначала полностью отключаем блок питания от электросети, а потом делаем. По-другому никак – будьте внимательны!
Под занавес всего этого повествования хочу показать готовый блок питания, который был сделан своими руками.
Да, у него ещё нет корпуса, вольтметра и прочих «плюшек», которые облегчают работу с таким прибором. Но, несмотря на это, он работает и уже успел спалить офигенный трёхцветный мигающий светодиод из-за своего бестолкового хозяина, который любит безбашенно крутить регулятор напряжения . Желаю и вам, начинающие радиолюбители, собрать что-нибудь похожее!
Не только радиолюбителям, но и просто в быту, может понадобиться мощный блок питания. Чтоб было до 10А выходного тока при максимальном напряжении до 20 и более вольт. Конечно-же, мысль сразу направляется на ненужные компьютерные блоки питания ATX. Прежде чем приступать к переделке, найдите схему на именно ваш БП.
Последовательность действий по переделке БП ATX в регулируемый лабораторный.
1. Удаляем перемычку J13 (можно кусачками)
2. Удаляем диод D29 (можно просто одну ногу поднять)
3. Перемычка PS-ON на землю уже стоит.
4. Включаем ПБ только на короткое время, так как напряжение на входа будет максимальное (примерно 20-24В). Собственно это и хотим увидеть. Не забываем про выходные электролиты, расчитанные на 16В. Возможно они немного нагреются. Учитывая Ваши "вздутости", их все равно придется отправить в болото, не жалко. Повторюсь: все провода уберите, они мешают, а использоваться будут только земляные и +12В их потом назад припаяете.
5. Удаляем 3.3-х вольтовую часть: R32, Q5, R35, R34, IC2, C22, C21.
6. Удаляем 5В: сборку шоттки HS2, C17, C18, R28, можно и "типа дроссель" L5.
7. Удаляем -12В -5В: D13-D16, D17, C20, R30, C19, R29.
8. Меняем плохие: заменить С11, С12 (желательно на бОльшую ёмкость С11 - 1000uF, C12 - 470uF).
9. Меняем несоответствующие компоненты: С16 (желательно на 3300uF х 35V как у меня, ну хотя бы 2200uF x 35V обязательно!) и резистор R27 - у Вас его уже нет вот и замечательно. Советую его заменить на более мощный, например 2Вт и сопротивление взять 360-560 Ом. Смотрим на мою плату и повторяем:
10. Убираем всё с ног TL494 1,2,3 для этого удаляем резисторы: R49-51 (освобождаем 1-ю ногу), R52-54 (...2-ю ногу), С26, J11 (...3-ю ногу)
11. Не знаю почему, но R38 у меня был перерублен кем-то:) рекомендую Вам его тоже перерубить. Он участвует в обратной связи по напряжению и стоит параллельно R37-му.
12. Отделяем 15-ю и 16-ю ноги микросхемы от "всех остальных", для этого делаем 3 прореза существуюших дорожек а к 14-й ноге восстанавливаем связь перемычкой, как показано на фото.
13. Теперь подпаиваем шлейф от платы регулятора в точки согласно схемы, я использовал отверстия от выпаянных резисторов, но к 14-й и 15-й пришлось содрать лак и просверлить отверстия, на фото.
14. Жила шлейфа №7 (питание регулятора) можно взять от питания +17В ТЛ-ки, в районе перемычки, точнее от неё J10/ Просверлить отверстие в дорожку, расчистить лак и туда. Сверлить лучше со стороны печати.
Ещё посоветовал бы поменять конденсаторы высоковольтные на входе (С1, С2). У Вас они очень маленькой ёмкости и наверняка уже изрядно подсохли. Туда нормально станут 680uF x 200V. Теперь, собираем небольшую платку, на которой будут элементы регулировки. Вспомогательные файлы смотрите
Доброго времени суток форумчане и гости сайта Радиосхемы ! Желая собрать приличный, но не слишком дорогой и крутой блок питания, так чтоб в нём всё было и ничего это по деньгам не стоило, . В итоге выбрал лучшую, на мой взгляд, схему с регулировкой тока и напряжения, которая состоит всего из пяти транзисторов не считая пары десятков резисторов и конденсаторов. Тем не менее работает она надёжно и имеет высокую повторяемость. Эта схема уже рассматривалась на сайте, но с помощью коллег удалось несколько улучшить её.
Я собрал эту схему в первоначальном виде и столкнулся с одним неприятным моментом. При регулировке тока не могу выставить 0.1 А - минимум 1.5 А при R6 0.22 Ом. Когда увеличил сопротивление R6 до 1.2 Ом - ток при коротком замыкании получился минимум 0.5 А. Но теперь R6 стал быстро и сильно нагреваться. Тогда задействовал небольшую доработку и получил регулировку тока намного более шире. Примерно от 16 мА до максимума. Также можно сделать от 120 мА если конец резистора R8 перекинуть в базу Т4. Суть в том, что до падения напряжения резистора добавляется падения перехода Б-Э и это дополнительное напряжение позволяет раньше открыть Т5, и как следствие - раньше ограничить ток.
На базе этого предложения провёл успешные испытания и в итоге получил простой лабораторный БП. Выкладываю фото моего лабораторного блока питания с тремя выходами, где:
- 1-выход 0-22в
- 2-выход 0-22в
- 3-выход +/- 16в
Также помимо платы регулировки выходного напряжения устройство было дополнено платой фильтра питания с блоком предохранителей. Что получилось в итоге - смотрите далее.