ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Не так давно возникла насущная необходимость собрать двуполярный блок питания (взамен внезапно сгоревшего) по простой схеме и из доступных деталей. За основу была взята схема, опубликованная ранее на этом же сайте.

Исходная схема

По ссылке существует подробное описание сути работы и настройки, поэтому останавливаться на этих моментах и тонкостях не стану.

Сначала была собрана исходная однополярная схема для пробы и поиска возможных ошибок, про которые писали некоторые собиравшие данную конструкцию. У меня всё сразу заработало нормально, возникли лишь вопросы с регулировкой тока ограничения и индикацией срабатывания этого ограничения. 

Поскольку исходная схема, как видно, разрабатывалась для выходных токов порядка 3 ампер и более, то и схема ограничения выходного тока соответствует этим заданным параметрам. Величина минимального тока ограничения определяется номиналом сопротивления R6, а с помощью переменного резистора R8 можно лишь несколько увеличивать величину тока срабатывания защиты (чем меньше суммарное сопротивление резисторов R6 и R8, тем больше будет допустимый выходной ток).

Светодиод VD6  служит для индикации работы блока питания и срабатывания защиты (при срабатывания защиты и ограничении тока на выходе он гаснет).

Далее была собрана аналогичная схема для напряжения отрицательной полярности — полностью аналогичная, лишь с заменой полярности включения электролитических конденсаторов, диодов (стабилитронов) и с применением транзисторов противоположной структуры (n-p-n / p-n-p). Обозначения элементов «минусового» плеча оставлены такими же, как у «плюсового» для упрощения рисования схемы 🙂

Новая схема БП

При изготовлении был применён валяющийся без дела трансформатор мощностью 60 ватт, с двумя вторичными обмотками по 28 вольт переменного напряжения и одной на 12 вольт (для питания дополнительных маломощных полезных устройств, например — кулера охлаждения радиаторов мощных транзисторов со схемой управления). Получившаяся схема приведена на рисунке.

Чтобы иметь возможность регулировать выходной ток в широких пределах, вместо резисторов R6 и R8 в обоих плечах были применены наборы сопротивлений R6 — R9 и сдвоенный галетный переключатель на 5 положений.

При этом резистор R6 определяет величину минимального тока ограничения, поэтому он включен в выходную цепь постоянно. Остальные же резисторы при помощи переключателя S1 подключаются параллельно этому R6, суммарное сопротивление уменьшается и выходной ток, соответственно, увеличивается.

Резисторы R6 и R7  могут быть мощностью 0,5 ватт или более R8 — 1-2 ватта, а R9 — не менее 2 ватт (у меня стоят резисторы типа С5-16МВ-2ВТ и заметного их нагрева при нагрузке до 3 ампер не наблюдается). На схеме (рис.1) указаны значения выходных токов, при которых срабатывает защита и выходной ток даже при КЗ не превышает этих значений.

Здесь следует отметить, что индикация срабатывания защиты работает только при выходных токах более 3 ампер (то есть светодиод гаснет при срабатывании защиты), при меньших же токах светодиод не гаснет, хотя сама защита при этом срабатывает нормально, это проверено на практике.

Транзисторы Т1 (обозначение дано по исходной схеме, у меня это А1658 и КТ805) стоят без теплоотводов и практически вообще не нагреваются. Вместо А1658 можно поставить КТ837, например. Вообще, при сборке схемы мною пробовались самые разные транзисторы, соответствующие по структуре и мощности и всё работало без проблем. Переменный резистор R (сдвоенный, для синхронной регулировки выходного напряжения) применён советский, сопротивлением 4,7 кОм, хотя пробовались и сопротивления до 33 кОм, всё работало нормально. Разброс выходных напряжений по плечам составляет порядка 0,5-0,9 вольт, чего для моих целей, например, вполне достаточно. Хорошо бы, конечно, поставить сдвоенный переменник с меньшим разбросом сопротивлений, но таких пока нет под рукой…

Стабилитроны VD1 — составные, по два соединённых последовательно Д814Д (14 + 14 = 28 вольт стабилизации). Следовательно, пределы регулировки выходных напряжений получились от 0 до 24 вольт. Диоды выпрямительных мостов — любые, соответствующей мощности, я использовал импортные диодные сборки — KBU 808 без радиатора (ток до 8 А) и ещё одну маломощную, без обозначения (?), для питания кулера.

 

На теплоотводы установлены только выходные регулирующие транзисторы КТ818, 819. Теплоотводы небольшие, что определено габаритами корпуса (по размеру он как БП от компа), поэтому потребовалось сделать дополнительное принудительное их охлаждение. Для этих целей был использован небольшой кулер (от системы обдува процессора старого компьютера) и простая схема управления, всё это питается от отдельной обмотки трансформатора, которая там оказалась весьма кстати.

В качестве термодатчика был использован германиевый транзистор типа МП42 (большие залежи остались и девать некуда. Оказалось, что замечательно работают в качестве термодатчиков!) Схема простая и понятная, в особом описании не нуждается. База транзистора-термодатчика никуда не подключается, этот вывод можно просто откусить, желательно только не своими зубами, а то стоматология нынче дорогое удовольствие!

Корпус этого транзистора металлический, поэтому его необходимо изолировать, например, трубкой-термоусадкой и расположить как можно ближе к теплоотводам выходных транзисторов. Температуру, при которой запускается кулер, можно регулировать подстроечным резистором (сопротивление может быть от 50 до 250 кОм). Максимальный ток и скорость вращения вентилятора определяются гасящим резистором в цепи питания. У меня это сопротивление 100 Ом (подбирается экспериментально, в зависимости от напряжения питания и тока потребления кулера).

Блок питания, собранный по данной схеме, неоднократно был испытан с нагрузкой во всём диапазоне выходных напряжений и токах от 30 мА до 3,5 ампер и показал свою полную работоспособность и надёжность работы. При токах более 2 ампер применённый трансформатор грелся довольно сильно из-за недостаточной его мощности, в остальном же схема вела себя вполне адекватно.

Есть возможность увеличить выходной ток нагрузки более 3-4 ампер, если использовать соответствующей мощности трансформатор и выходные (регулирующие) транзисторы, возможно применить параллельное включение нескольких мощных транзисторов. Схема не требует особой наладки и подбора компонентов, при изготовлении можно использовать практически любые транзисторы с коэффициентом усиления 80-350.

Специально для сайта Радиосхемы, автор – Андрей Барышев

   Форум по блокам питания

Двухполярный блок питания постоянного напряжения 5,12 и 15 вольт

Что такое двухполярный блок питания и для чего он нужен? Для корректной работы любой электронной схемы требуется хороший источник питания. Если говорить о аудио устройствах, то они чаще всего получают питание от регулируемых БП постоянного тока. Но некоторые схемы используют двухполярные блоки питания: положительная цепь (+ V), заземляющая (GND) и отрицательная (-V).

Содержание

1. Для чего нужен двухполярный блок питания
2. Принципиальная схема двойного блока питания 5 В
3. Принципиальная схема двойного блока питания 12 В
4. Принципиальная схема двойного блока питания 15 В
5. Обязательные компоненты
6. Конструирование и работа
7. Стабилизаторы напряжения
8. Пояснение к применению

Эта статья поможет вам построить схему двухполярного блока питания с использованием понижающего трансформатора и линейных регуляторов напряжения.

Для большинства электронных схем и устройств необходимо, чтобы диапазон напряжения постоянного тока составлял 5, 12 и 15 Вольт. Поэтому мы здесь представляем вам три типа схем двойного источника питания, обозначенных как:

1. Схема двойного питания 5 Вольт
2. Схема двойного источника питания 12 В
3. Схема двойного питания 15 Вольт

Все схемы имеют индивидуальный понижающий трансформатор и регуляторы напряжения, при необходимости можно включить светодиодный индикатор.

Принципиальная схема двойного блока питания 5 В

Принципиальная схема двойного блока питания 12 В

Принципиальная схема двойного блока питания 15 В

Обязательные компоненты

• Понижающий трансформатор — отвод со вторичной обмотки 6 или 15 или 20 вольт переменного напряжения в зависимости от ваших потребностей
• Модуль мостового выпрямителя или (4 диода 1N4007)
• Конденсатор 1000 мкФ = 2, 10 мкФ = 2, 0,1 мкФ = 2 (диапазон напряжения зависит от выходного напряжения схемы)
• Линейный стабилизатор постоянного напряжения IC ( 78XX = положительный), (79XX = отрицательный) выбор диапазона напряжения зависит от ваших потребностей.

Конструирование и работа

Каждый двухполярный блок питания из трех, схемы которых представлены выше, имеют конструкцию и принцип работы одинаковый, но характеристики компонентов меняются только в зависимости от диапазона выходного напряжения. Понижающий трансформатор снижает амплитуду входного переменного напряжения с 220 В до 6-0-6 В или 15-0-15 В или 20-0-20 В в соответствии от его спецификации.

Низковольтное питание переменного тока от вторичной обмотки трансформатора подается в модуль мостового выпрямителя (1N4007 X 4). Затем выходное выпрямленное постоянное напряжение фильтруется с помощью фильтрующих конденсаторов C1 и C2. А именно, конденсатор C1 во всей схеме фильтрует положительную цепь, а конденсатор C2 фильтрует отрицательную.

Стабилизаторы напряжения

Стабилизатор напряжения 78XX отвечает за регулирование положительной стороны напряжения постоянного тока, а 79XX контролирует отрицательную цепь постоянного напряжения. Расположение выводов этих двух микросхем напряжения и схема соединения, проиллюстрирована на картинке выше.

Конденсаторы C3, C4 в выходной цепи устраняют любые колебания в питании постоянного тока, а конденсаторы C5, C6 удаляют высокочастотные пульсации, если они есть на положительной и отрицательной стороне выхода постоянного тока. Общая точка заземления берется непосредственно от центрального отвода трансформатора (0) и действует как клемма заземления (GND) для выхода питания +V и -V постоянного тока.

Пояснение к применению

Некоторые аудио усилители, операционные усилители и усилители мощности требуют именно двухполярный блок питания.

Также, для управления направлением двигателя постоянного тока низкого напряжения мы можем использовать эти схемы двухполярного блока питания. Выберите номинал тока трансформатора и диода в зависимости от ваших потребностей.

Биполярные источники питания

работают в диапазоне напряжений

В предыдущей статье я писал о генерировании отрицательного напряжения с помощью стандартного однополярного источника питания постоянного тока, оснащенного реле смены полярности

(см. «Превращение положительного напряжения в отрицательное с помощью реле») . Этот метод хорошо работает для определенных приложений, а именно для тех, где требуются дискретные условия тестирования, иногда положительные, а иногда отрицательные.

Для таких приложений реле изменения полярности предлагают недорогой способ генерировать желаемое положительное/отрицательное напряжение. Однако эти реле также имеют три существенных ограничения: прерывание питания во время работы реле с изменением полярности, невозможность обеспечить малые положительные и отрицательные напряжения и увеличенное время выполнения теста.

Что такое биполярный источник питания?

Биполярный источник питания преодолевает эти ограничения. Самое главное, он может обеспечивать как положительное, так и отрицательное напряжение с одной пары клемм. Реле для переключения полярности отсутствуют, поэтому биполярный источник питания может плавно переходить от положительного напряжения через ноль к отрицательному. Он также регулирует ноль вольт или другие очень малые напряжения. По сути, биполярные источники питания представляют собой большие усилители мощности со связью по постоянному току. Фактически, их иногда называют биполярными усилителями мощности.

Часто биполярный источник питания называют четырехквадрантным источником питания. Возьмем, к примеру, геометрическое место выходных напряжений и токов для биполярного источника питания, нанесенное на набор осей (рис. 1) . Обратите внимание, что биполярный источник питания может генерировать положительные и отрицательные напряжения, а также положительные и отрицательные токи. В результате источник питания будет работать в любом месте в пределах четырех квадрантов — отсюда и прозвище «четырехквадрантный источник питания».

1. Четырехквадрантный биполярный источник питания может генерировать положительные и отрицательные выходные сигналы и токи.

Напротив, стандартный источник питания постоянного тока генерирует только положительное напряжение. Таким образом, это однополярный источник питания, работающий только в одном квадранте (только с положительным напряжением и положительным током).

Два квадранта против. Четыре квадранта

Некоторые блоки питания будут работать всего в двух квадрантах (рис. 2) . Они всегда генерируют положительное напряжение, но также могут быть источником тока (положительный ток) или потреблять ток (отрицательный ток). Такие источники особенно подходят для тестирования батарей или цепей зарядки батарей, которые включают в себя как ток источника (например, зарядку батареи), так и ток потребления (например, разрядку батареи).

2. Помимо четырехквадрантного биполярного источника питания имеются одно- и двухквадрантные однополярные источники питания. Эти варианты лучше подходят для определенных приложений, таких как тестирование аккумуляторов.

Биполярные источники питания

Как правило, биполярный источник питания обеспечивает гораздо более широкую полосу пропускания, чем обычный источник питания, что означает, что он может быстро переключаться с одного напряжения на другое. Поэтому, когда тест требует генерации быстрого сигнала, такого как узкий импульс, некоторые инженеры выбирают биполярный источник питания.

Для этого теста биполярный источник питания работает только в квадранте 1 (положительное напряжение, положительный ток), но желаемой характеристикой является скорость биполярного источника. В то время как обычный однополярный источник постоянного тока может создавать импульс шириной 100 мс, а высокопроизводительный однополярный источник постоянного тока может создавать импульс шириной 1 мс, биполярный источник питания часто обеспечивает ширину импульса менее миллисекунды.

Поскольку биполярные источники питания создают положительные и отрицательные напряжения и токи, они являются идеальным выбором для тестирования магнитных и индуктивных устройств, таких как двигатели, катушки индуктивности, магниты, катушки и магнитные датчики. Они также хорошо подходят для генерации сигналов, которые колеблются между положительным и отрицательным напряжением, чтобы имитировать выходные данные датчиков.

Более того, биполярные источники питания можно использовать для проверки аккумуляторов. Напряжение никогда не становится отрицательным при тестировании батареи, а это означает, что необходимы только два из четырех квадрантов биполярного источника питания.

Другое применение связано с тестированием солнечных элементов. При освещении солнечный элемент становится источником энергии. Таким образом, требуется электронная нагрузка для поглощения выходной энергии солнечной панели.

Для теста солнечной батареи биполярный источник питания может поглощать ток и действовать как электронная нагрузка в квадранте 2 (где напряжение положительное, а ток отрицательный). Однако другой важный тест касается измерения темнового тока солнечного элемента 9.0003 (рис. 3) . В этом тесте на солнечный элемент не подается свет, а на панель подается обратное (отрицательное) напряжение. В панель будет поступать ток, что позволяет оценить внутреннее сопротивление солнечного элемента и характеристики диода.

3. При измерении темнового тока солнечного элемента биполярный источник питания создает отрицательное напряжение и переводит солнечную панель в состояние обратного смещения.

С биполярным питанием испытание может проходить в прямом направлении, при этом солнечная панель вырабатывает энергию, а биполярное питание действует как электронная нагрузка. Затем можно провести испытание темновым током, при этом биполярный источник питания создает отрицательное напряжение и переводит солнечную панель в состояние обратного смещения.

Резюме

Биполярный источник питания кажется идеальным источником питания, поскольку он может обеспечить любое напряжение от положительного до нуля и до отрицательного. Тем не менее, он проявляет несколько ограничений. Во-первых, из-за сложности конструкции эти источники обычно намного дороже, чем их однополярные аналоги с источниками питания постоянного тока.

Во-вторых, стандартные однополярные источники питания постоянного тока могут адекватно работать с большинством приложений питания постоянного тока, поэтому большинство производителей источников питания не предлагают широкий выбор биполярных источников питания. Таким образом, найти правильный биполярный источник питания может быть сложно. Таким образом, биполярные источники питания, как правило, доступны только в качестве специализированных продуктов (например, очень высокоточные источники-измерители для маломощных или больших источников высокой мощности).

В-третьих, большинство биполярных источников питания являются линейными. Следовательно, они довольно большие и тяжелые, особенно при большой мощности.

Учебное пособие по биполярным источникам питания

Рисунок 1

, автор Lewis Loflin

На рисунке 1 показан пример биполярного источника питания , использующего две 9-вольтовые батареи. Они имеют общую землю, и на выходе может быть любая комбинация полярности или напряжения. Например, блоки питания ATX, используемые сегодня в большинстве ПК, имеют несколько выходов напряжения, но имеют один общий. В питании ATX имеем плюс-минус 5 вольт, плюс-минус 12 и три вольта.

Помимо использования в домашних ПК, биполярные источники питания используются во многих схемах операционных усилителей и мощных аудиоусилителях.

Рисунок 2

На рисунке 2 мы сконструировали двухполярный блок питания с использованием трансформатора на 12,6 В. D2 заряжает C3 в положительный полупериод, а D3 заряжает C4 в отрицательный полупериод. В обоих случаях выходное напряжение будет 17,8 вольт. (12,6 * 1,414.) Полярности будут противоположны по отношению к земле.

Те же правила однополупериодного выпрямления для обеих полярностей остаются в силе. Поскольку конденсаторы C3 и C4 должны быть большими (не менее 3300 мкФ), резистор R1 ограничивает бросок тока при подаче питания. Значения обычно составляют 1-10 Ом при 5 Вт.

Рисунок 3

На рисунке 3 показано двухполярное питание с использованием диодного моста и центрального ответвления трансформатора в качестве общего. Применяются те же правила, что и раньше, при половинном напряжении и удвоении тока. Это двухполупериодное выпрямление, и для той же нагрузки могут использоваться конденсаторы меньшего размера, чем на рис. 7.

Если мы используем трансформатор на 25,5 В 3 А, каждое выходное напряжение будет 25,2/2 * 1,414 или 17,8 В.

Рисунок 4

На рисунке 4 показан регулируемый биполярный источник питания для использования в схемах на операционных усилителях.

• Быстрая навигация по этому сайту:
• Базовое обучение электронике и проекты
• Основные проекты твердотельных компонентов
• Проекты микроконтроллеров Arduino
• Электроника Raspberry Pi, программирование

• Сборка автотрансформатора-Variac Источник питания переменного и постоянного тока
• Последовательно-параллельное соединение трансформаторов
• Создание регулируемого источника питания 0–34 В с помощью LM317
• Исправление источника питания переменного тока
• Базовые силовые трансформаторы
• Схемы стабилизатора транзистор-стабилитрон
• Наконечники для регуляторов напряжения серии LM78XX
• Биполярные источники питания
• Подключение последовательно-параллельных батарей

Тиристоры и симисторы используются для управления системами переменного и постоянного тока.