В лаборатории радиолюбителя или домашнего мастера, занимающегося ремонтом электронного оборудования, лабораторный блок питания абсолютно необходим. Он должен выдавать регулируемое напряжение от 0 до 12 В (а лучше до 30) при токе хотя бы до 1,5 (а лучше до 5) ампер. Также не будет лишней защита от перегрузки, удобно иметь ограничение максимального тока. Подобный блок питания можно собрать своими руками.
Виды источников питания
Все источники питания можно разделить на два больших класса:
- импульсные;
- трансформаторные.
Эти термины не очень точные – трансформаторный источник питания может иметь как линейный, так и импульсный стабилизатор напряжения, а импульсный БП содержит трансформатор.
Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, базирующиеся на принципе действия. Трансформаторный источник питания с линейным регулятором напряжения распределяет энергию между нагрузкой и регулирующим элементом (как правило, мощным транзистором) и представляет собой делитель напряжения. Одним плечом служит регулирующий элемент, другим – нагрузка.
Рекомендуем: Виды блоков питания и их назначение
При уменьшении напряжения на нагрузке (например, из-за увеличения потребляемого тока) транзистор приоткрывается и поддерживает это напряжение постоянным. При увеличении напряжения на нагрузке процесс обратный – транзистор призакрывается. Так происходит процесс стабилизации.
Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.
Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.
Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.
Как подобрать компоненты
Для трансформаторного источника подбирается, в первую очередь, трансформатор. В большинстве случаев он берется готовый из того, что есть. Этот узел должен выдавать требуемый ток при максимальном напряжении. Сочетание этих параметров обеспечивается габаритной мощностью трансформатора. Для промышленных устройств параметры можно узнать из справочника. Для случайных трансформаторов мощность можно определить по размерам сердечника (в сантиметрах).
Большинство элементов размещены на платах, рисунок и расположение деталей можно найти в интернете. Можно разработать и изготовить свою плату.
Изменена схема измерения – применены блоки вольтметр-амперметр, которые можно купить на торговых площадках в интернете. Элементы R8, R9, P4 и аналоговый вольтметр в этом варианте устанавливать не надо. Выходные транзисторы установлены на радиаторах, имеющихся на задней стенке корпуса. Диоды выпрямителя установлены на самодельные радиаторы.
Отечественным аналогом LM317 является микросхема 142ЕН12А.
При наладке БП был нагружен автомобильными лампочками до тока в 5 А, подстроечным резистором P1 (при максимальном сопротивлении Р2) выставлено срабатывание защиты.
Схема показала себя работоспособной, хотя ограничение тока работает не по лучшему алгоритму. При выходе тока за пределы напряжение просто снижается до минимума. Лучше найти схему, которая в этом случае переводит БП в режим стабилизации тока. Если нужен более высоковольтный ЛБП (с выходным уровнем до 60 вольт), его можно сделать на микросхеме LM317HV и применить трансформаторы с соответствующим напряжением.
Вместо микросхемы LM317 можно применить LT1083. Ее специфические отличия:
- низкое падение напряжения (при максимальном токе не более 1,5 В);
- повышенный выходной ток.
Первое преимущество ведет к тому, что на микросхеме будет рассеиваться меньшая мощность, поэтому при малых значениях напряжения с нее можно снять повышенный ток. К тому же выходное напряжение трансформатора можно сделать более низким (ненамного, на 1..2 вольта, но иногда и это критично).
Второй плюс ведет к тому, что во многих случаях можно обойтись без внешнего мощного транзистора. Наибольший ток, отдаваемый стабилизаторами серии LT108X, приведен в таблице.
| Микросхема | Максимальный ток, А |
|---|---|
| LT1083 | 3 |
| LT1084 | 5 |
| LT1085 | 7,5 |
Ток в 7,5 ампер закрывает 90+ процентов нужд домашней лаборатории. В остальном по теме обзора схема не отличается от схемы на LM317.
Статья в тему: Схемы компьютерных блоков питания — полное описание с примерами
Регулировка напряжения и тока
Универсального способа регулировать ток и напряжение не существует. Все зависит от конструкции и схемы регулируемого блока питания. В некоторых вариантах это происходит изменением параметров обратной связи, в других изменением опорного напряжения (для напряжения) или установкой опорного уровня компаратора (для тока). Но все оперативные регулировки производятся органами управления, вынесенными на переднюю панель БП – так удобнее.
Как собрать лабораторный блок из китайских модулей
На торговых площадках в интернете можно приобрести готовые китайские модули, на основе которых можно построить неплохой лабораторный источник питания.
ЛБП строится по структуре линейного источника, но составляющие имеют совершенно другой принцип работы. Так, вместо обмоточного трансформатора можно применить плату WX-DC2416 36V-5, которая при питании от сети 220 вольт переменного тока на выходе выдает 36 вольт постоянного при токе до 5 А.
В качестве стабилизатора можно применить плату на базе микросхемы LM2596. В продаже имеется несколько вариантов таких плат, удобнее всего использовать модуль с готовым техническим решением по регулировке максимального тока. Отличить такой модуль можно по наличию трех (а не одного) подстроечных резисторов на плате.
При подаче на вход 35 вольт путем регулировки на выходе можно получить 1,5..30 вольт постоянного напряжения. Производитель декларирует наибольший ток в 3 ампера, но на практике уже при токах, превышающих 1 А микросхема начинает греться. Для отдачи максимальной мощности нужен дополнительный радиатор достаточной площади. Есть сведения, что микросхема комфортно работает и при нагрузке до 4 А при условии организации принудительного обдува теплоотвода.
Для оперативной регулировки надо выпаять два крайних подстроечных резистора и заменить их потенциометрами, которые надо вывести на переднюю панель блока питания. Чтобы получился полноценный блок питания надо добавить еще прибор для измерения тока и напряжения. Его также можно приобрести через интернет. Удобнее применять измеритель в едином блоке, чем два прибора отдельно.
Осталось только добавить тумблер питания, клеммник для подключения потребителя, связать модули в единую систему и поместить в корпус. По габаритам неплохо подойдет корпус от неисправного компьютерного блока питания.
Некоторые пользователи жалуются, что выходное напряжение грязновато. Это не удивительно, ведь блок питания импульсный. Если это не устраивает владельца БП, можно попробовать исправить проблему установкой дополнительных конденсаторов (показаны на схеме). Емкость подбирается экспериментально, но не менее 1000 мкФ.
Для наглядности рекомендуем к просмотру серию тематических видеороликов.
Лабораторный источник питания при самостоятельном изготовлении обходится совсем недорого. Многие комплектующие могут быть извлечены из куч радиохлама, имеющегося у каждого любителя электронных самоделок. Но служить ЛБП будет долго и принесет большую пользу.
