один за всех! / Корпуса, БП, ИБП, корпусное охлаждение, сетевые фильтры / iXBT Live

Лабораторные блоки питания отличаются от обычных возможностью регулировки выходных параметров (напряжения и тока защиты) и, дополнительно, могут напряжение и ток измерять и доводить до сведения пользователя.

Благодаря этому пользователь (обычно — радиолюбитель или специалист по настройке или ремонту техники) может не разводить у себя на столе гору разнообразных блоков питания и измерителей тока и напряжения, а пользоваться одним-единственным прибором (что и отображено в заголовке обзора).

Сегодня мы познакомимся с лабораторным блоком питания Longwei LW-K3010D, рассчитанным на максимальное напряжение выхода 30 Вольт при максимальном выходном токе 10 Ампер (обе эти цифры являются частью наименования блока).

Помимо регулировки выходного напряжения (от нуля!), блок позволяет регулировать и величину тока срабатывания защиты (тоже от нуля).

Блок был приобретён на AliExpress, цена на момент составления обзора составляла около $60 (в дальнейшем может меняться как цена, так и курс доллара).

Технические характеристики лабораторного блока питания Longwei LW-K3010D

С пульсациями, стабильностью и прочим будем разбираться по ходу обзора.

Дизайн и внутреннее устройство лабораторного блока питания LW-K3010D (30 В, 10 А)

Вид спереди:

Боковая поверхность содержит множество отверстий для вентиляции.

Лицевую панель рассмотрим более детально:

Сверху расположены трёхзначные индикаторы напряжения и тока, далее вниз — обычная механическая кнопка ВКЛ/ВЫКЛ, переменники настройки выходного напряжения и тока защиты, пара светодиодов (зелёный — нормальная работа, красный — перегрузка), и, наконец, три выходных гнезда для подключения кабелей со штырями или клеммами.

Переменный резистор установки напряжения — многооборотный, и им, действительно, можно при достаточной аккуратности установить выходное напряжение с точностью до 0.1 Вольт.

Переменник установки тока защиты — обыкновенный, но от него и не требуется высокой точности.

Два крайних гнезда внизу (чёрное и красное) предназначены для подключения нагрузки, а среднее (желтое) — со схемой блока не соединяется, а соединяется с нулевым проводом в разъёме питания на задней стенке блока.

Соответственно, при питании блока от двухпроводной бытовой сети этот контакт получается ни с чем не соединённым.

Посмотрим на лабораторный блок питания сзади:

Здесь, конечно. сразу бросается в глаза решетка вентилятора.

Вентилятор здесь не включается сразу «на всю катушку» при включении блока питания. Он начинает вращаться только по мере необходимости, т.е. при нагреве блока.

Благодаря этому достигаются сразу две цели: и вентилятор не надоедает непрерывным жужжанием, и блок питания не перегревается.

Кстати, вентилятор работает на вдув воздуха. Не забывайте хотя бы раз в год чистить блок от пыли!

Под решеткой вентилятора — переключатель 110/220 Вольт. Перед первым включением проверьте, что он — в правильном положении.

Под ним — почти обычный питательный разъём, как в компьютере.

Но он — не совсем обычный: в его нижней части расположен лоток с плавким предохранителем.

Также на задней панели есть маркировка, в том числе со ссылкой на сайт производителя. Но на момент обзора сайт не работал, показывал «ошибку 522»; так что этот ссылку на этот сайт приводить не буду.

Снизу блока питания — традиционные 4 резиновых ножки:

Ножки — хорошие, не скользят.

Глянем, для порядка, на «комплектуху», прилагаемую к блоку питания (сетевой шнур не показан):

Кабель для подключения нагрузки имеет «тропическую» конфигурацию — с «бананами» и «крокодилами».

Руководство пользователя содержит полезные сведения в части того, как настроить ток защиты.

Кратко, это делается так:  установить напряжение 3-5 V, выкрутить регулировку тока на ноль, сделать «козу» (короткое замыкание) на выходе, регулировкой тока установить желаемый ток защиты, убрать короткое замыкание.

Теперь — делаем разборку блока питания. Проблемы это не представляет, крышка держится на пяти винтах без всяких хитростей.

 Смотрим на главную плату лабораторного блока питания LW-K3010D:

 Схема блока питания — весьма и весьма непроста. Ограничусь кратким описанием только силовой части.

Напряжение сети проходит через фильтр с индуктивными элементами и ёмкостями и поступает на мост KBU810 (1000 В, 8 А), затем — на два «больших» электролита 560 мкФ 200 В.

В качестве мощных ключевых транзисторов применены MOSFET-ы FQPF10N60C.

Их основные характеристики: предельное напряжение 600 В, предельный ток 9.5 А, максимальная мощность 50 Вт, сопротивление в открытом состоянии  — не более 0.73 Ом.

Они установлены на радиаторы; один из радиаторов установлен на плате кривовато (не трогаем, а то сломаем!).

В низковольтной силовой части применён сдвоенный диод Шоттки MBR30200CT с радиатором (макс. обратное напряжение 200 В, макс прямой ток — 15 А на каждое плечо). Далее — фильтры из индуктивностей и шести электролитических кондёров.

 Интересно, что плата содержит маркировку LW-K305D (в левом верхнем углу на фото). Вероятно, что точно такая же плата используется и в блоке питания K305D (30 В, 5 А).

Возможно, более слабый блок отличается более слабой силовой частью. А может, и ничем не отличается, кроме настроек. 🙂

 Ещё одна небольшая плата в блоке питания прикреплена к лицевой панели. Она отвечает за измерения и индикацию.

Попытаемся её рассмотреть, не откручивая.

На этой маленькой плате видим две маленькие микросхемки, отвечающих за измерение напряжения и тока.

А самое главное на этой плате — два синеньких многооборотных резистора-подстроечника, с помощью которых можно подстроить показания встроенного вольтметра и амперметра, если они окажутся неточными.

Эти подстроечники обозначены на плате VRV1 (для напряжения) и ARV2 (для тока).

 Забегая вперёд, скажу, что необходимости крутить подстроечник напряжения не было; а вот подстроечник тока пришлось слегка крутануть. Но это — потом, а пока досматриваем картинки вскрытия блока.

Последняя из картинок «потрохов» блока — вид главной платы с обратной стороны:

Здесь нет, в общем-то, ничего особо интересного.

Видна пара разрезов на плате, помогающих обеспечить электробезопасность устройства.

Вверху видна пара керамических резисторов, которая, видимо, просто не поместилась на основной стороне платы.

На этом можно завершить рассказ о конструкции и перейти непосредственно к тестам.

Технические испытания лабораторного блока питания LW-K3010D (30В 10А)

 Испытания начинаем с традиционного так называемого «опробования» — контроле общей работоспособности и проверки, нет ли где существенных погрешностей.

Для этого нагружаем блок питания на не очень большую нагрузку, и проверяем сначала максимальное выдаваемое блоком напряжение:

Здесь с чувством глубокого удовлетворения отмечаем, что показания собственного вольтметра блока питания и внешнего прибора совпали «тютелька в тютельку».

Дальше ещё более развиваем достигнутое чувство глубокого удовлетворения и отмечаем, что лабораторный блок питания смог отдать напряжение даже выше, чем заявлено в его технических данных (32 В при заявленных 30 В).

 Теперь устраиваем аналогичную проверку для контроля измерения тока:

А вот тут уже вышла нестыковочка в показаниях: собственный амперметр блока питания показал 1.48 Ампера, а внешний прибор — только 1.38 Ампера.

Пришлось открывать блок питания и подкрутить синенький подстроечник ARV2 до тех пор, пока показания не совпали.

Все дальнейшие тесты проведены уже с подстроенным собственным амперметром блока питания.

 Сейчас — самый главный тест: выдаст ли блок питания заявленные 10 Ампер?!

10 Ампер, ведь это, знаете ли, очень серьёзный ток!

Поскольку мощность рассеяния в таком режиме ожидалась около 300 Вт, то тут никакая китайская электронная нагрузка на «прокатывала».

Пришлось для охлаждения нагрузки (резистора 3 Ом) использовать дополнительное специальное оборудование: стакан из комплекта «Bacardi» и тарелочку с голубой каёмочкой. В стакан была налита вода примерно наполовину.

Максимальный ток оказался 9.63 Ампера, т.е. чуть ниже заявленного (10 А). При попытке ещё больше повысить ток он уже не повышался, а ограничивался на этой величине. Кроме того, загорался красный светодиод — превышение тока защиты.

Расхождение с заявленным максимальным током оказалось небольшим — всего 3.7%. В связи с этим всё-таки ставим «зачёт» блоку питания по выполнению заявленного максимального тока.

Через пару минут работы в таком режиме вода в стакане закипела:

На этом данный эксперимент был завершен.

 Теперь приступаем к более тонким экспериментам — проверке на пульсации выходного напряжения при разной нагрузке.

 Сначала — проверка при токе в 1 Ампер (лёгкая нагрузка):

В целом всё — довольно благообразно; а короткие «иголки» на осциллограмме, вероятнее всего, не «всплески» выходного напряжения, а просто помехи, попавшие на кабели.

Однако уже при токе в 2.8 Ампера осциллограмма стала меня беспокоить:

Частота пульсаций составила чуть выше 2 кГц. Это — довольно странная величина, поскольку не похожа ни на частоту питающей сети, ни на частоту импульсного преобразователя.

Форма пульсаций — почти идеальный синус.

И при токе в 9 Ампер (близко к максимуму) началась просто какая-то вакханалия пульсаций:

Величина пульсаций колебалась на уровне 0.6 — 0.7 Вольт.

«Это провал», — подумал Штирлиц.

А вот как выглядели эти пульсации в более мелком масштабе по шкале времени:

В надежде как-то снизить размер пульсаций я полез в свой ящик с радиобарахлом и достал оттуда самый ёмкий электролит, который только у меня был, — 10000 мкФ.

Но реакция на его подключение оказалась совершенно непредсказуемой: пульсации не просто снизились, а полностью исчезли, «от слова совсем»:

 Повторение эксперимента полностью подтвердило: при подключении ёмкого электролита параллельно выходу пульсации не просто уменьшаются, а исчезают. Эффект оказался устойчив даже при снижении ёмкости дополнительного внешнего электролита до 1000 мкФ (ниже не пробовал).

Что это было? Вероятнее всего, какой-то реальный резонанс в цепи выходного фильтра; или же «виртуальный» резонанс сквозь все цепочки обратной связи в блоке питания. Подключение дополнительного конденсатора вынесло его частоту за те пределы, где его могли «раскачать» внутренние процессы блока питания; и он исчез.

Но этот спасительный электролитический конденсатор внутрь блока питания встраивать я не стал.

Я философски рассудил, что в устройствах, для которых важно качество питания, и так уже бывает напаяно электролитов по самое некуда.

А об устройствах, менее чувствительных к качеству питания, вообще нет повода беспокоиться.

В итоге я оставил блок питания «как есть» и собираюсь и далее им пользоваться на благо себя, любимого (как мне хочется верить).

После этих философских рассуждений позвольте перейти к последнему эксперименту — определению реакции на короткое замыкание («козу») и выход из него.

При выходе из короткого замыкания блок питания ведёт себя правильно: напряжение нарастает более-менее плавно; и, главное — никаких выбросов вверх выше установленного номинала напряжения нет!

Какого-то заметного температурного ухода выходного напряжения обнаружить не удалось. Возможно, это связано с тем, что блок сам по себе хорошо борется с повышением температуры (включает вентилятор, когда надо).

 Окончание симпозиума

Теперь пора сделать выводы из всей проделанной работы.

Начну с того, что блок лабораторный блок питания LW-K3010D не только выполнил, но и перевыполнил заявленные параметры (по напряжению перевыполнил на 2 Вольта — вместо 30 В осилил целых 32 В). Лишние два Вольта всегда пригодятся!

Есть у него проблема с пульсациями, но она — решаемая.

Как я пояснял в обзоре, я решил не бороться с пульсациями, а оставить всё «как есть». Но радиолюбители-перфекционисты могут для успокоения совести установить внутрь блока питания электролитический конденсатор для полного гашения пульсаций. Только надо помнить, что его номинальное напряжение должно быть строго выше 32 В.

 В качестве особого преимущества этого блока питания отмечу, что, благодаря узкой вертикальной конструкции он занимает на столе очень мало места. Собственно, это и была одна из причин его выбора (главная причина — это всё-таки его высокая выходная мощность).

И, на всякий случай напомню, где его можно купить:  Вариант 1 или здесь Вариант 2. Если где-то точно такой же блок вдруг найдётся дешевле, то тоже можно брать — товар одинаковый.

Схема импульсного блока питания — четыре версии на чипе IR2153

Содержание

1. Схема импульсного блока питания — 4 рабочие схемы
2. В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:
3. Теперь рассмотрим следующий блок питания:
4. Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:
5. Четвертая схема импульсника:

Схема импульсного блока питания, но не одна, а сразу четыре. В этом материале будет представлено вам несколько схем импульсных источников питания, выполненных на популярной и надежной микросхеме IR2153. Все эти проекты были разработаны известным пользователем Nem0. Поэтому я здесь буду писать от его имени. Показанные здесь все схематические решения были пару лет назад лично автором собраны и протестированы.

Но вот сейчас, в середине 2018 года, автор решил вновь предложить их вам для повторения, схемы абсолютно рабочие. В данной статье к сожалению не каждая схема имеет для наглядности фото уже готового прибора, но это пока все, что есть.

В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:

Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v. Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.

В блоке питания предусмотрена эффективная защита предотвращения короткого замыкания и пиковой нагрузки во вторичном силовом тракте. Роль датчика тока выполняет постоянный резистор R11, а регулировку тока срабатывания защиты выполняется с помощью подстроечника R10. Во время отсечки тока защитой, начинает светится светодиод, сигнализирующий о том, что защита сработала. Выходное двух полярное выпрямленное напряжение составляет +/-70v.

Трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой, состоящей из пятидесяти витков, а 4 вторичные обмотки, содержат по двадцать три витка. Диаметр медной жилы и магнитопровод трансформатора расчитываются в зависимости от заданной мощности определенного блока питания.

Теперь рассмотрим следующий блок питания:

Эта версия блока питания во много схожа с описанной выше схемой, хотя в ней имеется существенное отличие. Дело в том, что здесь напряжение питания на драйвер поступает от специальной обмотки трансформатора, через балластный резистор. Все остальные компоненты в конструкции практически одинаковы.

Мощность на выходе этого источника питания обусловлено как характеристикой трансформатора и параметрами микросхемы IR2153, но и ресурсом диодов в выпрямителе. В данной схеме были задействованы диоды КД213А, у которых обратное максимальное напряжение 200v и прямой максимальный ток 10А. Для обеспечения корректной работы диодов при больших токах, их нужно устанавливать на радиатор.

Отдельного внимания заслуживает дроссель Т2. Наматывают его на совместном кольцевом магнитопроводе, в случае необходимости можно использовать другой сердечник. Намотка делается эмаль-проводом с сечением рассчитанным согласно току в нагрузке. Также и мощность импульсного трансформатора определяется в зависимости от того, какую выходную мощность вы хотите получить. Очень удобно делать расчеты трансформаторов с помощью специальных компьютерных калькуляторов.

Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:

Этот вариант схемы уже имеет конкретную разницу относительно предыдущих моделей. Главные отличия, это система защиты от КЗ и перегруза здесь собрана с использованием трансформатора по току. И есть еще одна разница, это наличие в схеме пары предвыходных транзисторов BD140. Именно эти транзисторы дают возможность отрезать большую входную емкость мощных полевых ключей, относительно выхода драйвера.

Есть еще маленькое отличие, это гасящий напряжение резистор, относящейся к модулю плавного включения, установлен он в цепи 230v. В предыдущей схеме он расположен в силовом тракте +310v. Кроме этого в схеме имеется ограничитель перенапряжения, служащий для гашения остаточного импульса трансформатора. Во всем остальном никаких различий между приведенными выше схемами у этой больше нет.

Четвертая схема импульсника:

В этой схеме все упрощено до придела, здесь нет защиты от короткого замыкания, но собственно она не особо и нужна. В этом варианте блока питания, ток на выходе вторичной цепи 260v уменьшается на сопротивлении R6. Резистор R1 обрезает пиковый ток при пуске, а также сглаживает сетевые искажения.

Скачать: Дополнительные файлы

0-60V LM317HV Цепь регулируемого источника питания

Высоковольтные микросхемы серии LM317HV позволят выйти за пределы традиционных пределов напряжения ИС LM317 и позволят управлять источниками питания, напряжение которых может достигать 60 В.

Регулирование 0–60 В с помощью одной микросхемы LM317

Таким образом, теперь вы можете построить универсальную схему регулируемого источника питания 0–60 В со всеми основными характеристиками схемы источника питания для лабораторных испытаний.

Обычно стандартный блок питания LM317 IC предназначен для работы с входами, не превышающими 40 В, что означает, что вы не можете пользоваться функциями этого замечательного линейного устройства для входов, которые могут быть выше этого предела.

Вероятно, разработчики заметили этот недостаток устройства и решили обновить его улучшенной версией LM317 HV, которая специально разработана для работы с напряжением до 60 В, что означает, что теперь вы можете использовать все особенности ИС LM317 даже при более высоких входах. чем его более ранние характеристики.

Это делает IC чрезвычайно универсальным, гибким и настоящим другом всех любителей электроники, которые всегда ищут простую в сборке, но прочную и мощную схему источника питания для рабочего места.

Давайте узнаем, как эта высоковольтная конструкция LM317 HV создана для предлагаемых операций схемы регулируемого источника питания 0-60 В.

Конфигурация выводов LM317HV

На следующей схеме показана схема выводов устройства LM317HV

Изображение предоставлено: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117hv.pdf

LM317HV 0-60В регулируемый регулируемый источник питания Конструкция

На следующей диаграмме показана стандартная регулируемая регулируемая схема источника питания LM317HV 0-60В, на самом деле эта конфигурация может быть универсально применима ко всем LM317/LM117, LM338 и LM396 семья ИК.

Ссылаясь на конструкцию, взятую из его технического описания, мы видим, что переменный резистор или потенциометр указаны как потенциометр 5K, но на самом деле это значение должно быть намного выше, чем это значение, может быть около 22K для достижения полной регулировки от 0 до макс. выход.

Вход показывает 48 В, но мы можем пойти немного выше этого и использовать до 56 В постоянного тока в качестве входа, но, пожалуйста, не растягивайте его до полных 60 В, так как это будет означать работу устройства на грани его аварийного предела, и это может сделать IC уязвимым для повреждений.

Если вы работаете с входным напряжением 60 В или чуть выше этого, то случайное короткое замыкание выходных клемм может привести к мгновенному повреждению ИС, поэтому не рекомендуется заставлять ИС работать на полную мощность. Ниже этого предела можно ожидать, что функция внутренней защиты от короткого замыкания будет работать нормально и защитит микросхему от любого возможного короткого замыкания на выходе.

C1 может быть включен только в том случае, если показанный каскад схемы находится на расстоянии более 6 дюймов от мостового выпрямителя, а связанная сеть конденсаторов фильтра

C2 не является обязательной и может быть включена только для улучшения характеристик, что поможет устранить все возможные выбросы или переходные процессы в линия постоянного тока.

Для достижения фиксированного регулируемого напряжения R2 можно заменить постоянным резистором по отношению к R1, это можно рассчитать по следующей формуле:

Vout = 1,25(1 + R2/R1),

, где 1,25 — фиксированное значение опорного напряжения, генерируемое внутренней схемой ИС.

Вы также можете использовать следующее программное обеспечение для расчетов:

LM317 LM338 Калькулятор

Добавление защитных диодов и байпасного конденсатора

усилить цепь дополнительной защитой, хотя это может быть и не слишком важно.

Здесь D1 защищает ИС от разряда C1 из-за случайного короткого замыкания Vin с линией заземления, а D2 делает то же самое от разряда C2.

Роль конденсатора C1 уже описана в предыдущем абзаце, конденсатор C2 используется в качестве шунтирующего конденсатора. C2 может быть включен для дальнейшего улучшения стабилизации выходного постоянного тока, поскольку это поможет устранить все виды пульсаций напряжения, которые могут появиться на выходе.

Добавление каскада простого ограничителя тока

Хотя LM317HV имеет внутренние ограничения по выдаче на выходе не более 1,5 А, в случае, если требуется, чтобы выходной ток был строго ниже этого предела или любого другого желаемого предела ниже 1,5 А, тогда эта функция может быть достигнута путем добавления простой ступени BC547, как показано ниже:

На схеме также показана полная схема высоковольтного регулируемого источника питания LM317HV 0–60 В в графическом формате.

Здесь R1 относится к 240 Ом, R2 может быть потенциометром 22 кОм, а Rc можно рассчитать по следующей формуле для достижения требуемой функции управления током:

Rc = 0,6/Максимальное предельное значение тока.

Например, если выбрано максимальное значение 1 ампер, приведенная выше формула может быть рассчитана как:
Rc = 0,6/1 = 0,6 Ом
мощность резистора можно рассчитать, как указано ниже:
0,6 x 1 = 0,6 Вт
Диод в мостовом выпрямителе предпочтительно должен быть диодом 1N5408 для обеспечения плавного выпрямления без проблем с нагревом.
C1 может быть чем угодно выше 2200 мкФ/100 В, хотя более низкие значения также подходят для более низких токовых нагрузок и для некритических нагрузок, которые не возражают против небольшого коэффициента пульсации в линии.
Трансформатор может быть 0–42 В/220 В/2 ампера.
Рекомендуется значение 0–42 В, поскольку после выпрямления и сглаживания итоговое значение постоянного тока может превысить 55 В.

В следующей статье мы, возможно, обсудим различные прикладные схемы, использующие микросхему высоковольтного стабилизатора LM317HV.

Схема печатной платы (со ссылкой на вторую диаграмму)

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете ответить через комментарии, я буду очень рад помочь!

Источник питания постоянного тока с использованием LM317

← Предыдущая страница

Следующая страница →

Источник питания постоянного тока Обычно используется стабилизатор постоянного напряжения, когда необходимо зафиксировать напряжение в какой-либо цепи. Много раз нам нужен источник питания с переменным напряжением для управления напряжениями в соответствии с нашим выбором, и здесь нам нужен источник питания с переменным напряжением. LM 317 является лучшим выбором для этой цели. Недостаток LM 317 заключается в том, что он может управлять и может использоваться при очень малых токах. добавления еще одного транзистора.

LM317 – это полностью регулируемый стабилизатор положительного напряжения, который может управлять током 1,5 А с выходным напряжением от 1,25 В до 30 В. Используя соотношение двух сопротивлений, одно из которых имеет фиксированное значение, а другое переменное или оба фиксированных, мы можем установить выходное напряжение на желаемый уровень. Всего на этот регулятор можно подать от 3 до 30 вольт постоянного тока.