Блок питания. Блок питания: с регулировкой и без, лабораторный, импульсный, устройство, ремонт Защита для блока питания 0 30 вольт

Собираем лабораторный БП 0-30В 3(5)А.

В этой статье мы представляем вам схему регулируемого от нуля до 30 вольт блока питания для домашней лаборатории радиолюбителя, способного отдавать в нагрузку ток 3 ампера и больше. Рассмотрим принципиальную схему устройства:

В схеме блока питания применяется микросхема TLC2272 (операционный усилитель), которая получает питание от однополярного источника, собранного на элементах VT1, VD2. По схеме этот узел выдает напряжение 6,5 вольт, но можно применить и 5-ти вольтовое питание, при этом номинал резистора R9 необходимо будет уменьшить примерно до 1,6 кОм, на схеме он помечен звездочкой, это означает, что путем его подбора необходимо будет задать опорное напряжение, которое должно быть равно 2,5 вольта.

Резистор R11 – определяет максимальный уровень напряжения диапазона регулирования.

Переменным резистором R14 производится плавная регулировка выходного напряжения блока питания, а резистором R7 настраивается ограничение по току (0…3 Ампера). В принципе, параметры ограничения можно расширить, и сделать регулировку, например, от 0 до 5А. Для этого необходимо будет пересчитать номиналы резисторов делителя R6 и R8.

Светодиод VD4 применен как индикатор наличия перегрузки или короткого замыкания.

Печатная плата блока питания:

Вид на печатную плату со стороны установленных элементов:

Печатная плата рассчитана на установку панельки для микросхемы DA1. Это пригодится при налаживании блока питания после его сборки.

Первое включение и как настроить блок питания:

Микросхема DA1 в панельку не вставлена, резистор R14 в нижнем по схеме положении.
Включаем питание, меряем напряжение на емкости С1, оно должно быть в пределах 35…38 вольт.
Резистором R2 (серия СП5) устанавливаем на 8-ом контакте панельки микросхемы DA1 напряжение 6,5 вольта.
Выключаем питание, вставляем DA1 в панельку, включаем питание, и еще раз замеряем напряжение питания микросхемы. Если оно отлично от 6,5В, производим подстройку.
Устанавливаем опорное U = 2,5 вольта на верхнем по схеме выводе потенциометра R14 (как уже написано выше, он находится в нижнем по схеме положении), то есть подбираем номинал R9.
Выкручиваем потенциометр R14 в верхнее по схеме положение, производим настройку верхнего предела регулирования напряжения путем подстройки резистора R11 (серия СП5), устанавливаем 30 вольт.
Резистор R16 на схеме обозначен пунктирной линией. Если его не ставить, U выходное минимальное будет равно 3,3 мВ, в принципе это практически нуль. При установке R16 номиналом 1,3 МОм минимальное напряжение должно составлять 0,3 мВ. Печатная плата предусматривает установку этого резистора.
Последним этапом настройки является проверка узла защиты, реализованной на элементе DA1.2. При необходимости подберите номиналы резисторов R6 и R8.

Возможные изменения схемы.

Как уже было написано выше, вместо узла, формирующего напряжение питания микросхемы DA1 величиной 6,5 В, можно применить 5-ти вольтовый источник. Его можно собрать на микросхеме интегрального стабилизатора 7805 по следующей схеме (при этом не забудьте подобрать R9):

Еще можно сделать преобразование узла, выдающего опорное напряжение 2,5 вольта, то есть вместо VD3 (TL431) поставить TLE2425, у которой напряжение на входе может быть от 4 до 40 вольт, а на выходе у нее будут стабильные 2,5 вольта. Схема на TLE2425 ниже:

Вместо операционного усилителя TLC2272 можно поставить TLC2262 без каких-либо изменений схемы.
Отечественным аналогом микросхемы TL431 является 142ЕН19.
Вместо 2N2222A можно поставить ВС109, BSS26, ECG123A, 91L14, 2114 или похожие по характеристикам.

Сколько всяких интересных радиоустройств собирают радиолюбители, но основа, без которой не будет работать практически ни одна схема - блок питания. От чего только не пытаются запитывать начинающие мастера свои устройства - батарейки, китайские адаптеры, зарядки от мобильных телефонов... И часто до сборки приличного блока питания просто не доходят руки. Конечно промышленность выпускает достаточно качественных и мощных стабилизаторов напряжения и тока, однако не везде они продаются и не у всех есть возможность их купить. Проще спаять своими руками.

Предлагаемая схема простого (всего 3 транзистора) блока питания выгодно отличается от аналогичных точностью поддержания выходного напряжения - тут применена компенсационная стабилизация, надёжностью запуска, широким диапазоном регулировки и дешёвыми недефицитными деталями.

После правильной сборки работает сразу, только подбираем стабилитрон согласно требуемому значению максимального выходного напряжения БП.

Корпус делаем из того, что под рукой. Классический вариант - металлическая коробочка от компьютерного БП ATX. Уверен, каждый имеет их немало, так как иногда они сгорают, а купить новый проще, чем чинить.

В корпус прекрасно влазит трансформатор на 100 ватт, и плате с деталями найдётся место.

Кулер можно оставить - лишним не будет. А чтоб не шумел, просто питаем его через токоограничительный резистор, который подберёте экспериментально.

Для передней панели не поскупился и купил пластиковую коробочку - в ней очень удобно делать отверстия и прямоугольные окна для индикаторов и регуляторов.

Амперметр берём стрелочный - чтоб хорошо были видны броски тока, а вольтметр поставил цировой - так удобнее и красивее!

После сборки регулируемого блока питания проверяем его в работе - он должен давать почти полный ноль при нижнем (минимальном) положении регулятора и до 30В - при верхнем. Подключив нагрузку пол ампера - смотрим на просадку выходного напряжения. Она должна быть тоже минимальной.

В общем, при всей своей кажущейся простоте, данный блок питания наверное один из лучших по своим параметрам. При необходимости можно добавить в него узел защиты - пару лишних транзисторов.

Блок питания 0-30 Вольт своими руками

Сколько всяких интересных радиоустройств собирают радиолюбители, но основа, без которой не будет работать практически ни одна схема - блок питания . .Часто до сборки приличного блока питания просто не доходят руки. Конечно промышленность выпускает достаточно качественных и мощных стабилизаторов напряжения и тока, однако не везде они продаются и не у всех есть возможность их купить. Проще спаять своими руками.

Схема блока питания:

В корпус прекрасно влазит трансформатор на 100 ватт, и плате с деталями найдётся место.

Данную схему я взял в интернете, много лет назад. Причина, по которой я решил ее выложить - в оригинале есть ошибки, которые я исправил. Поэтому, можете смело брать схему и делать этот блок питания. У меня он работает уже на протяжении четырех лет.

Данный блок питания построен на распространенной радио элементной базе и не содержит дефицитных деталей. Особенностью блока является то, что регулируемая микросхема DA4 не требует двух полярного питания. На микросхеме DA1 введена плавная регулировка выходного тока в интервале 0 … 3А (согласно схеме). Этот предел можно расширить и до 5А, пересчитав резистор R4. В авторском варианте резистор R7 заменен на подстроечный, т.к. плавная регулировка тока не требовалась. Ограничение тока при установленных номиналах деталей наступает при токе 3,2А и выходное напряжение упадет до 0. Ограничение тока подбирается резистором R7. Во время ограничения тока включается светодиод HL1, сигнализируя о коротком замыкании в нагрузке блока питания или превышении выбранного значения тока резистором R7. Если резистором R7 выбран порог срабатывания 1,5А, то при превышении данного порога на выходе микросхемы появиться низкое напряжение (-1,4В) и на базе транзистора VT2 установится 127мВ. Напряжение на выходе блока питания становиться равным » 1мкВ, что для большинства радиолюбительских задач нормально, а на блоке индикации напряжения будет стоять 00,0 вольт. Светодиод HL1 будет светиться. При нормальной работе узла перегрузки по току на базе микросхемы DA1 будет напряжение 5,5В и диод HL1 светиться не будет.

Характеристики блока питания следующие:

Выходное напряжение регулируется от 0 до 30 В.

Выходной ток 4А.

Работа микросхемы DA4 особенностей не имеет и работает она в режиме однополярного питания. На ножку 7 подается 9В, ножка 4 соединена с общей шиной. В отличие от большинства микросхем серии 140УД… добиться нулевого уровня на выходе блока питания при таком включении весьма трудновато. Экспериментальным путем выбор сделан на микросхему КР140УД17А. При таком схемном решении удалось получить на выходе блока питания напряжение 156 мкВ, что на индикаторе будет отображаться как 00,0В.

Конденсатор С5 предотвращает возбуждение блока питания.

При исправных деталях и безошибочном монтаже блок питания начинает работать сразу. Резистором R12 установлен верхний уровень выходного напряжения, в пределах 30,03В. Стабилитрон VD5 применен для стабилизации напряжения на регулирующем резисторе R16 и, если блок питания работает без сбоев, от стабилитрона можно отказаться. Если резистор R7 применен как подстроечный, то им устанавливают порог срабатывания при превышении максимального тока.

Транзистор VT1 устанавливается на радиатор. Площадь радиатора рассчитывается по формуле: S = 10In*(Uвх. - Uвых.), где S - площадь поверхности радиатора (см 2); In - максимальный ток потребляемый нагрузкой; Uвх. - входное напряжение (В); Uвых. - выходное напряжение (В).

Схема блока питания показана на рис.1, печатная плата на рисунках 2 и 3.

То, что выделено красным, ошибки, которые я исправил. Если так не сделать схема не работает.

Резисторы R7 и R12 многооборотные СП5-2. Вместо диодной сборки RS602 можно применить диодную сборку RS407, RS603, в зависимости от тока потребления, или диоды 242 с любым буквенным индексом, но разместить их надо отдельно от печатной платы. Входное напряжение на конденсаторе C1 может варьироваться в пределах 35… 40В без изменения номиналов деталей. Трансформатор Т1 должен быть рассчитан на мощность не менее 100 Вт, ток обмотки II не менее 5 А при напряжении 35 … 40 В. Ток обмотки III не менее 1 А. Обмотка III ДОЛЖНА (иначе схема работать не будет, это одна из ошибок) быть с отводом от середины, который подключается к общей шине блока питания. В печатной плате предусмотрена для этой цели контактная площадка. Размер печатной платы блока питания 110 х 75 мм. Транзистор КТ825 составной и стоит он немало, поэтому его можно заменить транзисторами, как показано на рисунке 4.

Транзисторы могут быть с буквенными индексами Б - Г, соединенных по схеме Дарлингтона.

Резистор R4 - отрезок нихромовой проволоки диаметром 1мм и длиной около 7см (подбирается экспериментально). Микросхемы DA2, DA3 и DA5 допустимо заменить отечественными аналогами К142ЕН8А, КР1168ЕН5 и К142ЕН5А. Если панель цифровой индикации применяться не будет, то вместо микросхемы DA2 можно применить КР1157ЕН902 , а микросхему DA5 исключить. Резистор R16 переменный с зависимостью группы А. В авторском варианте применен переменный резистор ППБ-3А номиналом 2,2К - 5% .

Если не предъявлять к узлу защиты больших требований, а требоваться он будет только для защиты блока питания от перегрузки по току и КЗ, то такой узел можно применить по схеме на рис.6, а печатную плату немного переработать.

Узел защиты собран на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры, резисторах R1 - R3 и конденсаторе С1. Ток короткого замыкания 16мА. Резистором R1 регулируют порог срабатывания защитного блока. При нормальной работе блока на эмиттере транзистора VT2 напряжение порядка 7 В и на работу блока питания влияния не оказывает. При срабатывание защиты напряжение на эмиттере транзистора VT2 падает до 1,2 В и через диод VD4 подается на базу транзистора VT2 блока питания. Напряжение на выходе блока питания падает до 0 В. и Светодиод HL1 сигнализирует о срабатывании защиты. При нормальной работе блока питания и узла защиты светодиод - горит, при срабатывании защиты - гаснет. При использовании узла защиты на рис.6 микросхему DA3 и конденсаторы С3, С5 можно из схемы исключить.

Цифровая панель служить для визуального контроля напряжения и тока блока питания. Она может быть использована отдельно от блока питания с другими конструкциями, выполняя вышеназванные задачи.

Вольтметр и амперметр я взял отсюда .

Вот несколько фото моего блока питания, на которых видно, что я еще прикрепил вентилятор для охлаждения, питания которого, я взял с третьей обмотки трансформатора, предварительно намотав ее с этим расчетом.

(для увеличения кликните по изображениям)

Александр, благодарен вам за проделаную работу!

Множество радиолюбительских блоков питания (БП) выполнено на микросхемах КР142ЕН12, КР142ЕН22А, КР142ЕН24 и т.п. Нижний предел регулировки этих микросхем составляет 1,2...1,3 В, но иногда необходимо напряжение 0,5...1 В. Автор предлагает несколько технических решений БП на базе данных микросхем.

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А (рис. 1) представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2...37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

Рис. 1. ИМС КР142ЕН12А

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис. 2. Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе. Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DA1 и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга. В авторском варианте DA1 установлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2.

Рис. 2. Регулируемый БП на ИМС КР142ЕН12А

Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора, и подбираются согласно формуле:

U вых = U вых.min (1 + R3/R5).

На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диодного моста КЦ407А и стабилизатора 79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.

Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.

После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rдоб. Резисторы R2 (рис. 2) и резистор Rдоб (рис. 3) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.

Рис. 3. Схема включения Rдоб

Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 - на ток 3 A, LM338 - на ток 5 А. Данные по этим микросхемам можно найти на сайте National Semiconductor .

В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1...1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25...30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.

Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1 %/В.

На рис. 4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис. 2. Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А.

Максимально рассеиваемую мощность на выходе стабилизатора Рmax можно рассчитать по формуле:

Р max = (U вх - U вых) I вых,
где U вх - входное напряжение, подаваемое на микросхему DA3, U вых - выходное напряжение на нагрузке, I вых - выходной ток микросхемы.

Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, U вх =39 В, выходное напряжение на нагрузке U вых =30 В, ток на нагрузке I вых =5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт.

Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый - не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить.

Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, ближе к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ.

Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металло-фольгированный с погрешностью не хуже 1 %. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис. 3. Схемное решение защиты, приведенное в , автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в . В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В.

Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис. 5, внешний вид БП - на рис. 6. Размеры печатной платы 112x75 мм. Радиатор выбран игольчатый. Микросхема DA3 изолирована от радиатора прокладкой и прикреплена к нему с помощью стальной пружинящей пластины, прижимающей микросхему к радиатору.

Рис. 5. Печатная плата БП и расположение элементов

Конденсатор С1 типа К50-24 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов емкостью 4700 мкФх50 В. Можно применить импортный аналог конденсатора типа К50-6 емкостью 10000 мкФх50 В. Конденсатор должен располагаться как можно ближе к плате, а проводники, соединяющие его с платой, должны быть как можно короче. Конденсатор С7 производства Weston емкостью 1000 мкФх50 В. Конденсатор С8 на схеме не показан, но отверстия на печатной плате под него есть. Можно применить конденсатор номиналом 0,01...0,1 мкФ на напряжение не менее 10...15 В.

Рис. 6. Внешний вид БП

Диоды VD1-VD4 представляют собой импортную диодную микросборку RS602, рассчитанную на максимальный ток 6 А (рис. 4). В схеме защиты БП применено реле РЭС10 (паспорт РС4524302). В авторском варианте применен резистор R7 типа СПП-ЗА с разбросом параметров не более 5%. Резистор R8 (рис. 4) должен иметь разброс от заданного номинала не более 1 %.

Блок питания обычно настройки не требует и начинает работать сразу после сборки. После прогрева блока резистором R6 (рис. 4) или резистором Rдоп (рис. 3) выставляют 0 В при номинальной величине R7.

В данной конструкции применен силовой трансформатор марки ОСМ-0,1УЗ мощностью 100 Вт. Магнитопровод ШЛ25/40-25. Первичная обмотка содержит 734 витка провода ПЭВ 0,6 мм, обмотка II - 90 витков провода ПЭВ 1,6 мм, обмотка III - 46 витков провода ПЭВ 0,4 мм с отводом от середины.

Диодную сборку RS602 можно заменить диодами, рассчитанными на ток не менее 10 А, например, КД203А, В, Д или КД210 А-Г (если не размещать диоды отдельно, придется переделать печатную плату). В качестве транзистора VT1 можно применить транзистор КТ361Г.

Литература

national.com/catalog/AnalogRegulators_LinearRegulators-Standardn-p-n_PositiveVoltageAdjutable.html
Морохин Л. Лабораторный источник питания//Радио. - 1999 - №2
Нечаев И. Защита малогабаритных сетевых блоков питания от перегрузок//Радио. - 1996.-№12