Лабораторный блок питания своими руками

Лабораторный блок питания своими руками

Подача напряжения питания для различной электронной аппаратуры может осуществляться не только от заводских устройств. Блок питания (БП) своими руками можно сделать и в домашних условиях. В том случае, когда такой аппарат нужен для постоянной работы с различными напряжениями при регулировке: усилителей, генераторов и других самодельных схем, желательно, чтобы он был лабораторным.

Принципиальная схема

Схема источника питания приведена на рис. 1. Его выпрямитель собран по схеме с удвоением напряжения на диодах VD1 и VD2, которые для снижения уровня коммутационных помех зашун-тированы конденсаторами С1 и С2. Чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую на транзисторах стабилизатора, при работе в интервале 5. 55 В отключают часть вторичной обмотки трансформатора Т1 переключателем SA2.

Транзистор VT2 служит генератором тока. Напряжение на его базе стабилизировано светодиодом HL1, значение тока коллектора (8. 9 мА) задает резистор R2. Через делитель из резисторов R4-R8 часть выходного напряжения стабилизатора поступает на управляющий вход микросхемы DA1.

Если напряжение здесь менее 2,5 В, анодный ток микросхемы и коллекторный ток транзистора VT1 не превышают 0,4 мА. Благодаря этому транзистору, включенному по схеме с общей базой, напряжение на аноде микросхемы DA1 не превышает 3,3 В, а рассеиваемая ею мощность не выходит за допустимое значение.

В этом режиме почти весь коллекторный ток транзистора VT2 поступает в базу транзистора VT4 открывая последний. Напряжение на выходе стабилизатора и на входе управления микросхемы DA1 растет.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторного блока питания.

Когда последнее достигнет 2,5 В, анодный ток DA1, а с ним и коллекторный ток транзистора VT1 резко возрастет, ток базы транзистора VT4 уменьшится и напряжение на выходе источника будет стабилизировано на уровне, определяемом соотношением сопротивлений резисторов R4-R8. Плавно регулируют выходное напряжение переменным резистором R5, интервал регулировки выбирают с помощью переключателя SA2.

Транзистор VT3 нормально закрыт. Но при увеличении тока нагрузки и коллекторного тока транзистора VT4 примерно до 250 мА падение напряжения на резисторе R10 достигает значения, при котором транзистор VT3 открывается, шунтируя светодиод HL1. Это приводит к уменьшению коллекторных токов транзисторов VT2 и VT4.

В результате выходной ток стабилизатора оказывается ограниченным указанным выше значением. О срабатывании ограничителя тока можно судить по уменьшению яркости свечения светодиода.

Когда в результате действия ограничителя напряжение на выходе стабилизатора снизится примерно до 2,7 В, текущий по цепи HL1R1 ток пойдет в нагрузку через открывшийся диод VD4, несколько увеличивая суммарный протекающий через нее ток. Если бы диода VD4 не было, в результате изменения полярности приложенного напряжения открылся бы коллекторный переход транзистора VT1 и ток, текущий через R1, направился бы в базу транзистора VT4. В результате усиления транзистором VT4 приращение тока нагрузки было бы гораздо большим.

Имеется возможность полностью устранить эффект увеличения тока с помощью диода, включенного в разрыв цепи, соединяющей коллектор транзистора VT1 с базой транзистора VT4 и коллектором транзистора VT2. Но в таком случае транзисторы VT1 и VT2 нельзя будет устанавливать на общий теплоотвод без изолирующих прокладок.

Следует рассказать о назначении диодов VD5 и VD6 Предположим, переключатель SA2 находится в положении “50. 100 В”, а на выходе установлено минимальное напряжение (движок переменного резистора R5 — в верхнем по схеме положении). После перевода переключателя SA2 в положение “5. 55 В» напряжение 50 В, до которого заряжен конденсатор С7, оказывается приложенным к резисторам R6-R9, причем более его половины (около 30 В) — к управляющему входу микросхемы DA1.

Последняя из строя не выйдет, но по внутренним цепям микросхемы это напряжение попадет на ее анод и на эмиттер транзистора VT1, закрывая последний. В результате весь коллекторный ток транзистора VT2 потечет в базу транзистора VT4 и на выходе стабилизатора появится максимально возможное напряжение. К сожалению, это состояние устойчиво и самостоятельно стабилизатор выйти из него не сможет

Диод VD5 служит для исключения подобной критической ситуации. Открываясь, он ограничивает напряжение на входе микросхемы DA1 допустимым значением. Правильный выбор напряжения стабилизации стабилитрона VD3 и номиналов резисторов R7 и R8 гарантирует, что в нормальном рабочем режиме диод VD5 остается закрытым и не влияет на работу стабилизатора.

При резком изменении положения органов управления в сторону уменьшения выходного напряжения возможна ситуация, когда за счет медленной разрядки конденсатора С7 напряжение на эмиттере транзистора VT4 “не поспевает” за напряжением на его базе.

Возникает опасность пробоя эмиттер-ного перехода транзистора напряжением, приложенным к нему в обратном направлении. Диод VD6 предотвращает этот обратимый, но нежелательный пробой. Конденсатор С7 разряжается по цепи VD6, VT1, R3, DA1 Благодаря резистору R3 ток разрядки не превышает 100 мА.

Трансформатор

На первичную обмотку трансформатора W1 (иногда её называют сетевой, так как она подключается к сети 220 вольт) поступает входное напряжение. При подаче на первичную обмотку переменное напряжение, в нашем случае — сетевое напряжение 220 В, по магнитопроводу будет протекать переменное электромагнитное поле. Если на магнитопроводе находится вторая обмотка, электромагнитное поле будет проходить и через вторичную обмотку W2. При этом во вторичной обмотки будет наводится электродвижущая сила, и на вторичной обмотке появится выходное напряжение. Со вторичной обмотки трансформатора выходит переменное, обычно пониженное напряжение для питания устройств напряжением 3,3 В, 5 В, 9 В, 12 В и 15 В и тд. Но бывают и повышающие трансформаторы, у них на входе напряжение ниже чем на выходе. Но мы будем рассматривать понижающие трансформаторы.

Мы возьмем трансформатор на выходе вторичной обмотки которой будет выходить 12 вольт.

Можно уже и таким блоком питания пользоваться, но только если для подключения лампы накаливания на 12 Вольт, ведь на выходе у нас переменное напряжение.

Шаг 3: Пускаем ток!

В учебных пособиях, которые я прочитал, существует множество различных способов подключения разъемов для подключения ваших устройств к питанию. Мы начнем с самого лучшего и дойдем до худшего.

Некоторые учебные пособия расскажут вам, как собрать все детали внутри корпуса, но это опасно и приведет к чрезмерному нагреву и поломкам. Я рекомендую использовать внешний монтаж.

Добавление переменного резистора

Я лично считаю, что это лучший метод, так как он может обеспечить любое напряжение от 1,5 до 24 В. Причина того, что он на 22В, а не 12В, потому что он использует синий провод, который имеет напряжение -12 В, а не обычную землю (черный провод).

• Регулятор напряжения LM317 или LM338K
• Конденсаторы 100nF (керамика или тантал)
• Конденсаторы 1uF Электролитические
• Силовой диод 1N4001 или 1N4002
• Резистор 120 Ом
• Переменный резистор 5 кОм

Сначала постройте схему с основного изображения и соедините ваши линии +12 и -12 В. Затем просверлите отверстия в блоке питания или в внешнем корпусе, чтобы установить переменный резистор. Все остальные детали должны находиться внутри. Теперь я предлагаю добавить две клеммных колодки, чтобы вы могли подключать устройства напрямую. Также можно подключить к ним «крокодилы». Когда вы поворачиваете переменный резистор, напряжение должно находиться в диапазоне от 1,5 до 24 В.

ПРИМЕЧАНИЕ. На главном изображении есть опечатка, которую следует учесть: + 24В вместо 22В. Если у вас есть старый вольтметр, вы можете подключить его в цепь, чтобы отслеживать выходящее напряжение.

Разъемы

Теперь нужно установить разъемы для подключения оборудования. Просверлите для них отверстия (обязательно оберните печатную плату в пластик, так как металлические осколки могут закоротить ее), а затем проверьте, подходят ли они по размеру, вставив разъемы и затянув болт. Выберите, какое напряжение должно идти на каждый разъем и сколько разъемов нужно вставить. Обозначения проводов по цветам:

• Красный: + 5В
• Желтый: + 12В
• Оранжевый: + 3,3В
• Черный: Земля
• Белый: -5В

Выше приведено изображение с использованием метода с разъемами.

Крокодиловые зажимы

Если у вас не так много опыта или у вас нет вышеуказанных деталей, и по какой-то причине вы не можете их купить, вы можете просто подключить любые линии напряжения, которые вы хотите к крокодиловым зажимам. Если вы выбрали этот вариант, я рекомендую использовать изоляцию, чтобы предотвратить КЗ.

Советы и устранение неполадок

1. Не бойтесь добавлять ингредиенты в коробку: светодиоды, наклейки и т.д.
2. Убедитесь, что вы используете блок питания ATX. Если это AT или более старый источник питания, у него, скорее всего, будет другая цветовая схема для проводов. Если у вас нет данных о проводке, даже не начинайте никаких работ, иначе вы просто сломаете свой блок.
3. Если светодиод на передней панели не горит, значит ножки подключены неправильно. Просто поменяйте провода местами и он должен загореться.
4. Некоторые современные блоки питания имеют провод «Сигнал обратной связи стабилизатора», который должен быть подключен к источнику питания для работы блока. Если провод серый, подключите его к оранжевому проводу, если он розовый, подключите его к красному проводу.
5. Силовой резистор с высокой мощностью может довольно сильно нагреваться; вы можете использовать радиатор, чтобы охладить его, но убедитесь, что он не создает КЗ.
6. Если вы решили монтировать детали внутрь корпуса, вентилятор можно установить снаружи, чтобы освободить немного места.
7. Вентилятор может шумно работать, ведь он питается от 12В. Так как это не компьютер, который сильно нагревается, можно обрезать красный провод вентилятора и подключить оранжевый 3,3 В. Следите за температурой после этого. Если она слишком большая, подключите обратно красный провод.

Поздравляю! Вы успешно сделали ваш блок питания.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

2 место — Yaogong 1502DD

Этот блок питания имеет внутри тяжелый медный трансформатор, который значительно снижает пульсации. Вес при этом 3,5 кг, против 1,5 кг у первого места. За счет качества напряжения и тока источник имеет полное право называться лабораторным.

• Установка напряжения 0 — 15 В;
• Пульсации по напряжению до 1 мВ RMS;
• Установка тока 0 — 2 А;
• Пульсации по току до 3 мА RMS;
• Точность установки значений ±0,01 %.

• Имеет целых 3 ручки регулировки напряжения и 1 ручку регулировки ограничения по току;
• Уменьшенный диапазон напряжения и тока.

• Хорошее соотношение цена/качество;
• Очень маленькие пульсации;
• Большие цифровые индикаторы;
• Есть защита от короткого замыкания;
• Контакты под штекер и под зажим.

Стоимость источника питания Yaogong 1502DD всего-то 40 $ . Но внимательно смотрите на доставку таких посылок. Из-за большого веса доставка может стоить немалых денег.

Аналоги:

1. YIHUA 1502DD всего за 35 $ (15 В, 2 А, очень популярная модель у ремонтников телефонов и смартфонов);
2. ELEMENT 305D 15305 при стоимости 70 $можно приобрести в России (30 В, 5 А, полный аналог китайских клонов с другой этикеткой);
3. Hong Sheng Feng PS-305 по цене 70 $ (30 В, 5 A, имеет дополнительные ручки точной установки напряжения и тока);
4. Korad KD3005D по цене около 100 $ (30 В, 5 А, приятный дизайн, пульсации 10 мВ и 1 мА, смотрите стоимость доставки);
5. Zhaoxin KXN-3020D стоимостью 120 $ (30 В, 20 А, расширенный диапазон по току, внушительные габариты, удобные ручки);

Нагрузка блока питания

При тестировании блоков питания к ним необходимо подключать нагрузку.

Дело в том, что питаюшие блоки снабжены в большинстве своем элементами защиты и сигнализации. Эти цепи сообщают контроллеру об отсутствии нагрузки. Он может останавливать инвертор, уменьшая выходные напряжения до нуля.

В дешевых моделях эти цепи могут быть упрощены или вообще отсутствовать, и поэтому не исключена поломка блока питания.

При запуске блока питания достаточно подключить нагрузку в виде проволочных сопротивлений ПЭВ-25 6 -10 Ом (к шине +12 В) и 2 — 3 Ом (к шине +5 В).

Правда, могут быть случаи, когда с такой нагрузкой питающий блок запускается, а с реальной нагрузкой – нет.

Но такое бывает редко, и это, опять же, сложный случай. Если уж по-честному, то нагружать надо сильнее, в том числе и шину +3,3 В.

После ремонта надо обязательно проконтролировать напряжения +3,3 В, +5 В, +12 В. Они должны быть в пределах допуска — плюс-минус 5% . С другой стороны, + 12 В + 5% — это 12,6 В, что многовато…

Это напряжение подается на двигатели приводов, в том числе и на шпиндель винчестера, который и так греется достаточно сильно. Если есть регулировка, лучше снизить напряжение до +12 В. Впрочем, в недорогих моделях регулировки обычно нет.

Ещё вариант сборки блока питания

Поскольку до этого паял обычным сетевым паяльником, заодно решил построить паяльную станцию.

На боковой стороне корпуса розетка для подключения паяльника, выключатель, позволяющий использовать только станцию или блок питания. Есть также два разъёма, в которые можно подключить мультиметр и в любое время считывать температуру с термопары. Файлы проекта в архиве.