Как самому сделать мощный регулируемый лабораторный блок питания 0-30 вольт 0-3 ампер
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
Первый обзор. Сборка силового модуля. Плата, радиатор, силовой транзистор, 2 переменных многооборотных резистора и зеленый трансформатор (из Восьмидесятых ®) Как подсказал мудрый
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:
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 внутри
Сборка 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.
Пропилил дремелем отверстия под цифровые индикаторы, и обработал напильником.
Ставим на «уголки» зеленый трансформатор
Примеряем 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:
На этом Всё мои дорогие радиогубители и сочувствующие… Спасибо всем, кто дочитал до конца. Прибор получился брутальный, тяжелый и я надеюсь надежный. До новых встреч в эфире!
UPD: Осциллограммы на выходе блока питания при включении напряжения:
И выключения напряжения:
UPD2: Друзья с форума «Паяльник» дали идею, как с минимальными переделками схемы запустить модуль переключения обмоток. Спасибо всем за проявленный интерес, буду доделывать прибор. Поэтому — продолжение следует.
Как сделать блок питания регулируемым 3-25 В
Данная инструкция поможет вам переделать источник питания в регулируемый 3-25 В. Если у вас имеется блок питания от ноутбука на 19 В или блок от светодиодной гирлянды на 12 В, то все подобные источники можно превратить в регулируемые, и устанавливать на выходе любое напряжение легким вращением переменного резистора.
Понадобится
- Два конденсатора 470 мкФ 25 В.
- Переменный резистор 10 кОм.
- Резистор 2,2 кОм.
Переделка блока питания с фиксируемым напряжением в источник с регулируемым напряжением
Вскрываем корпус блока при помощи отвертки. Конечно не все корпуса имеют защелки, если он склеен, то как его разобрать читайте тут — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/5130-kak-razobrat-korpus-bloka-pitanija-ot-noutbuka.html
Перед нами предстает вся плата импульсного источника питания.
Все что левее синего трансформатора мы трогать не будем. Это высоковольтная часть и она нас не интересует. Справа, из нескольких элементов состоит низковольтная часть, вот ее то и будем дорабатывать.
Схемы и теория доработки
Блок имеет стабилизацию посредством обратной связи через оптрон. Этим оптроном управляет микросхема-стабилизатор TL431. Она имеет 3 вывода и внешне похожа на транзистор.
Схема управления выглядит так:(Если у вас нет микросхемы TL431 в блоке, то возможно стабилизация достигается применением стабилитрона. Как доработать такой блок читайте тут — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/7039-kak-povysit-naprjazhenie-bloka-pitanija-s-5-do-12-volt.html)
Один резистор в цепи оптрона ограничивающий, другие два делители на выходе микросхемы. Сзади платы эти резисторы отчетливо видны.
То есть, если менять коэффициент деления на входе микросхемы, то соответственно будет и меняться выходное напряжение на выходе блока питания.
Чтобы это сделать необходимо заменить один резистор, а вместо другого подключить переменный. Примерно вот так:
Выпаиваем резисторы делителя.
Обязательно нужно заменить выходные конденсаторы на другие с более высоким рабочим напряжением.
Также выпаиваем их.
Запаиваем новые.
Припаиваем резистор 2,2 кОм, согласно схемы доработки.
Берем переменный резистор, припаиваем к нему провода.
Припаиваем провода к плате вместо чип резистора.
Теперь, очень осторожно, включаем блок в сеть и проверяем работу. К выходу подключим мультиметр.
Если все работает исправно, то собираем корпус. Так как в корпусе нет дополнительного места, вынесем резистор за пределы, приклеив его с боку на клей.
Проверяем под нагрузкой. Источник хорошо регулируется и выдает напряжение в промежутке 3,4-21,5 В.
Все работает исправно.
Пару слов о технике безопасности
- Перед разборкой блока, если вы его только отключили от сети, обязательно подождите пару минут, пока все внутренние емкости разрядятся.
- Напряжение на выходе, при максимальном положении переменного резистора, не должно превышать 25 В, так как выходные конденсаторы могут выйти из строя. Чтобы уменьшить регулируемое напряжение, увеличьте сопротивление резистора 2,2 кОм.
Смотрите видео
|
Лабораторный блок питания My DIY |
Регулируемый регулируемый источник питания является необходимым инструментом для лаборатории электроники. Вот лабораторный блок питания 2,7-30 В до 4 А, который я построил, работал 30 лет назад и до сих пор работает. Его функция заключается в подаче стабильного напряжения, установленного потенциометром управления напряжением, до тока, установленного управлением ограничения тока. Ограничение тока регулируется в диапазоне 0–1 А или может быть установлено на фиксированное значение около 4 А. Есть старые переработанные измерители напряжения и тока, а также новый дополнительный цифровой измеритель напряжения.
На передней панели надписи на финском языке JANNITE означают напряжение, а VIRTA означает ток.
Взгляните на проводку внутри:
Здесь я представляю самую важную часть моей схемы сетевого питания. Принципиальные схемы — это мои нарисованные от руки принципиальные схемы, которые я сделал в то время. Вот принципиальные схемы наиболее важных частей.
Цепь сетевого трансформатора преобразует нерегулируемый переменный ток (переменный ток) в постоянное напряжение, которое может подаваться на схему регулирования. Трансформатор, который я использовал, был большим тороидальным трансформатором, предназначенным для преобразования 230 В переменного тока в 48 В переменного тока, но он был преобразован для получения несколько более низкого напряжения с подходящим отводом на вторичной обмотке. На первичной стороне у меня был сетевой входной разъем с предохранителем и сетевым выключателем, который отключал питание от обоих проводов под напряжением и нейтрали. С помощью выпрямительного моста электроэнергия переменного тока преобразуется в постоянный ток. Напряжение сглаживается большим электролитическим конденсатором.
Регулировка выходного напряжения и тока осуществляется с помощью схемы на микросхеме регулятора L200 от ST. L200 — это положительный регулируемый регулятор напряжения, который включает в себя ограничитель тока и подает до 2 А при напряжении от 2,85 до 36 В. Выходное напряжение фиксируется двумя резисторами или, если требуется плавное регулирование выходного напряжения, одним фиксированным и одним переменным резистором. резистор.
Поскольку максимальный ток регулятора L200 составляет 2 А, а потери мощности, которые он может выдержать, ограничены, мне пришлось увеличить выходной ток L200 с помощью транзистора. Традиционное усиление L200 выполняется с одним силовым транзистором PNP, но в своей схеме я использовал один транзистор PNP, который управляет силовым транзистором NPN (я хотел использовать силовые транзисторы 2N3055, которые у меня были). Вот основная схема, которую я планировал использовать в первую очередь. Выходное напряжение регулируется потенциометром 10 кОм, а выходной ток регулируется потенциометром мощности 20 Ом (который может выдерживать потери мощности до нескольких ватт).
L200 начинает ограничивать выходной ток, когда падение напряжения на токоограничивающем управляющем резисторе достигает около 0,45 В. Этот резистор построен путем последовательного включения потенциометра на 20 Ом с резистором на 0,1 Ом, поэтому у меня был хороший диапазон регулирования выходного тока. Резистор 0,1 Ом ограничивает максимальный выходной ток (когда потенциометр равен нулю) примерно до 4-4,5 А. Схема намеренно ограничена этим током из-за номинала сетевого силового трансформатора.
Проведя дополнительные исследования и расчеты, я решил изменить эту идею. Один 2N3055 может выдерживать постоянный ток коллектора 15 А и рассеиваемую мощность 115 Вт. Рассеиваемая мощность 115 Вт может быть превышена, если я подниму полный ток до минимального выходного напряжения, и мне потребуется очень хорошее охлаждение, чтобы соответствовать этому максимальному рейтингу потерь мощности (очень большой радиатор был хорошо прикреплен к 2N3055).
В итоге я построил схему таким образом, что основное регулирование осуществлялось стабилизатором L200, усиленным двумя транзисторами 2N3055. Таким образом, мне могли понадобиться только большие, а не огромные радиаторы для каждого транзистора (я мог установить их на задней панели моего блока питания). Вот схема, которую я использовал для двух транзисторов. При правильном охлаждении я мог получать большой ток при низком напряжении в течение длительного времени без перегрева радиаторов. Я также добавил отключение при перегреве для защиты транзисторов.
В этой конструкции я также добавил предварительный регулятор (7812 + стабилитрон выдает 34 В), чтобы ограничить напряжение, идущее на регулятор L200, потому что при небольшой нагрузке основной конденсатор после выпрямителя может иметь напряжение более 40 В, а L200 рассчитан на максимальное напряжение 40 В. входное напряжение. Транзисторы 2N3055 могут работать с этим более высоким напряжением напрямую (номинальное напряжение 60 В или более в зависимости от производителя).
Конструкция схемы как таковая должна выдерживать ток более 4 А, но я намеренно ограничил ток до этого максимума с помощью токоограничивающего резистора 0,1 Ом. Это ограничивает выходной ток примерно до 4,5 ампер, потому что L200 начинает ограничивать ток, когда падение напряжения на этом резисторе достигает около 0,45 В.
Я также добавил некоторую защиту на выходе в виде конденсатора, диода и VDR на выходе. Эти средства защиты защищают электронику внутри источника питания от внешних перенапряжений через выходные клеммы питания (например, при питании индуктивных компонентов, таких как реле, соленоиды и электродвигатели). Здесь представлен обзор подключения различных блоков питания и защиты. Выходной конденсатор также гарантирует очень чистое выходное напряжение и отсутствие опасности того, что источник питания начнет колебаться при какой-либо требовательной нагрузке. Недостатком выходного конденсатора является то, что в нем накапливается некоторый заряд, поэтому снижение напряжения занимает некоторое время, и если вы замкнете выход накоротко, вы получите всплеск тока из-за разрядки конденсатора до того, как сработает ограничение тока.
Это были основные части этого лабораторного блока питания, который исправно служил мне очень много лет без проблем. Я использовал его для питания очень многих проектов электроники, электрических устройств и даже использовал его для зарядки аккумуляторов. Раздельная настройка напряжения и тока позволяет безопасно заряжать различные типы аккумуляторов, если вы знаете, что делаете (правильно установите напряжение и ток и правильно подключите аккумулятор).
Несколько дней назад я опубликовал несколько фотографий этого блока питания в группе электроники на Facebook и получил вопрос: что мне использовать для 10 ампер??
Базовая конструкция схемы как таковая должна выдерживать ток более 4 А, но я намеренно ограничил ток до этого максимума с помощью токоограничивающего резистора 0,1 Ом. Это ограничивает выходной ток примерно до 4,5 ампер, потому что L200 начинает ограничивать ток, когда падение напряжения на этом резисторе достигает около 0,45 В. Поставьте меньший резистор, и вы можете получить более высокий ток.