Мощный блок питания с защитой по току

Мощный блок питания с защитой по току

Всех приветствую. Эта статья является дополнением к видео. Рассмотрим мы мощный лабораторный блок питания, который пока не полностью завершен, но функционирует очень хорошо.

4264051720.JPG3112713944.JPG

Лабораторный источник одноканальный, полностью линейный, с цифровой индикацией, защитой по току , хотя тут имеется еще и ограничение выходного тока.

2229802856.JPG

Блок питания может обеспечить выходное напряжение от нуля до 20 вольт и ток от нуля до 7,5-8 Ампер, но можно и больше, хоть 15, хоть 20 А, а напряжение может быть до 30 Вольт, мой же вариант имеет ограничение в связи с трансформатором .

1453509222.png 2951610613.png

На счет стабильности и пульсаций — очень стабильный, на видео видно, что напряжение при токе в 7Ампер не проседает даже на 0,1В, а пульсации при токах 6-7Ампер около 3-5мВ! по классу он может тягаться с промышленными профессиональными источниками питания за пару-тройку сотен долларов.

2938862431.png

При токе в 5-6 Ампер пульсации всего 50-60 милливольт, у бюджетных китайских блоков питания промышленного образца — такие же пульсации, но при токах всего в 1-1,5 ампера, то есть наш блок гораздо стабильней и по классу может тягаться с образцами за пару тройку сотен долларов

Не смотря на то, что бок линейный, у него высокий кпд, в нем предусмотрена система автоматического переключения обмоток, что позволит снизить потери мощности на транзисторах при малых выходных напряжениях и большом токе.

2963231230.JPG 1999275003.JPG

Эта система построена на базе двух реле и простой схемы управления, но позже плату убрал, поскольку реле не смотря на заявленный ток более 10 Ампер не справлялись, пришлось купить мощные реле на 30 Ампер, но плату для них пока не сделал, но и без системы переключения блок работает отлично.

3419358592.png

Кстати, с системой переключения блок не будет нуждаться в активном охлаждении, хватит и громадного радиатора сзади.

2302296446.JPG 3025823950.JPG

Корпус от промышленного сетевого стабилизатора, стабилизатор куплен новый, с магазин, только ради корпуса.

2660962967.png 3427126080.png

Оставил только вольтметр, сетевой тумблер, предохранитель и встроенную розетку.

3296298479.JPG 4179209311.JPG

Под вольтметром два светодиода, один показывает то, что на плату стабилизатора поступает питание, второй, красный, показывает, что блок работает в режиме стабилизации тока.

2068396942.JPG

Индикация цифровая, разработана моим хорошим другом. Это именной индикатор, о чем свидетельствует приветствие, прошивку с платой найдете в конце статьи, а ниже схема индикатора

695708718.JPG

2974146710.png 446594871.png

А по сути это вольт/ампер ваттметр, под дисплеем три кнопки, которые позволят выставить ток защиты и сохранить значение, максимальный ток 10 Ампер, Защита релейная, реле опять же слабенькое, и при больших токах наблюдается довольно сильное нагревание контактов.

1990453844.png

Снизу клеммы питания, и предохранитель по выходу, тут к стати реализована защита от дурака, если использовать БП в качестве зарядного устройства и случайно перепутать полярность подключения, диод откроется спалив предохранитель.

2432450803.jpg 2912708931.jpg

Теперь о схеме. Это очень популярная вариация на базе трех ОУ, также китайцы штампуют массово, в этом источнике применена именно китайская плата, но с большими изменениями.

2983905300.jpg

4197356816.JPG

Вот схема, которая у меня получилась, красным выделено то, что было изменено.

1478283139.jpg

Начнем с диодного моста. Мост двухполупериодный, выполнен на 4-х мощных сдвоенных диодах шоттки типа SBL4030, на 40 вольт 30 ампер, диоды в корпусе TO-247.

1159605105.JPG

В одном корпусе два диода, я их запараллелил, в итоге получил мост, на котором очень малое падение напряжение, следовательно и потерь, при максимальных токах ‘тот мост еле теплый, но не смотря на это диоды установлены на алюминиевый теплоотвод, в лице массивной пластины. Диоды изолированы от радиатора слюдяной прокладкой.

2021524161.JPG 3190993685.JPG

Была создана отдельная плата для этого узла.

2203228837.JPG

Далее силовая часть. Родная схема всего на 3 Ампера, переделанная спокойно может отдать 8 Ампер с таким раскладом. Ключей уже два Это мощные составные транзисторы 2SD2083 с током коллектор 25 Ампер. уместно замена на КТ827, они покруче.
Ключи, по сути запараллеляны, в эмиттерной цепи стоят выравнивающие резисторы на 0,05 Ом 10 ватт, а точнее для каждого транзистора использовано 2 резистора по 5 ватт 0,1Ом параллельно.

3304251509.JPG 4187146693.JPG

Оба ключа установлены на массивный радиатор, их подложки изолированы от радиатора, этого можно не сделать, поскольку коллекторы общие, но радиатор прикручен к корпусу, а любое короткое замыкание может иметь плачевные последствия.

1269962197.JPG

Далее заменил токовый шунт в лице низкоомного резистора, в родной схеме он на 0,47Ом, заменил на 4 резистора, сопротивление каждого 0,33ом плюс минус, мощность 5 ватт, все резисторы стоят параллельно.

1993489509.JPG

Сглаживающие конденсаторы после выпрямителя имеют суммарную емкость около 13.000 мкФ, подключены параллельно.
Токовый шунт и указанные конденсаторы расположены на одной печатной плате.

829572789.JPG

Поверх (на схеме) переменного резистора, отвечающего за регулировку напряжения, был добавлен постоянный резистор. Дело в том, что при подачи питания (скажем 20Вольт) от трансформатора, мы получаем некоторое падение на диодном выпрямителе, но затем конденсаторы заряжаются до амплитудного значения ( около 28 Вольт), то есть на выходе блока питания максимальное напряжение будет больше, чем напряжение отдаваемое трансформатором. Поэтому при подключении нагрузки на выход блока будет большая просадка, это неприятно. Задача ранее указанного резистора ограничить напряжение до 20 Вольт, то есть если даже крутить переменник на максимум, более 20Вольт выставить на выходе невозможно.

Трансформатор — переделанный ТС-180, обеспечивает переменное напряжение около 22-х вольт и ток не менее 8 А, имеются отводы на 9 и 15 вольт для схемы переключения. К сожалению, под рукой не было нормального обмоточного провода, поэтому новые обмотки были намотаны монтажным, многожильмым медным проводом 2,5кв.мм. Такой провод имеет толстую изоляцию, поэтому мотать обмотку на напряжение более 20-22В было невозможно (это с учетом того, что оставил родные обмотки накала на 6,8В, а новую подключил параллельно с ними).

3005403492.JPG 2386753748.JPG

Дисплей и плату с кнопками прикрепил к лицевой панели хитрым способом, вместо того, чтобы сверлить отверстия под винты, решил эти же винты запаять к корпусу с обратной стороны, в итоге все получилось отлично за исключением того, что от перегрева местами пострадала кожаная пленка, которой обклеена лицевая панель.

2738324397.JPG 2656545309.JPG

3656896717.JPG

Чтобы и вовсе убрать всякие шумы с от трансформатора, последний прикручен через резиновые прокладки, это обеспечивает снижение вибраций и одновременно шума.

3835165053.JPG 1454843245.JPG

1809255645.JPG 551762798.JPG

На этом думаю все, следите за новостями, поскольку статья будет дополняться по мере завершения проекта

Скачать архив можно тут

Архив с прошивками тут

Двух-канальный мощный лабораторный блок питания.

Необходимость в лабораторном источнике питания с возможностью регулировки выходного напряжения и порога срабатывания защиты по току потребления нагрузкой возникла давно.
Проработав кучу материала на просторах интернета и набив шишки на собственном опыте, я остановился на этой разработке.
Этот блок питания хорош для повторения, но его выходное напряжение зависило от напряжения питания операционного усилителя TL081, и если оно было +31В, то на выходе этого БП максимальное напряжение не было больше.
Расчётное выходное напряжение вторичной обмотки силового трансформатора этого БП было 24В, постоянка на входе стабилизатора (после моста) +31В. При повышении нагрузки на выходе до расчетной (для меня — 5А), выходное напряжение БП падало, и в следствии того, питание ОУ соответственно гуляло, т.е. прослеживалось как вариант — не стабильность выходного напряжения при граничных токах (не очень приятно случилось, когда гонял усилок на TDA7293, и при max мощности чуть в разнос не пошел. ).
Для устранения этого недостатка, в ниже описываемой конструкции своего БП, я повысил напряжение на входе стабилизатора до +45В и соответственно, чтобы не вышли из строя ОУ, (граничное питание у TL081 — 36 вольт), поставил параметрический стабилизатор на цепи питания ОУ.

Диапазон регулирования напряжения в своём блоке питания оставил 0-30 Вольт, ток отдаваемый в нагрузку определяется в основном примененным трансформатором, в моём варианте я спокойно снимаю с него более 5-ти Ампер. Для каждого канала блока питания на трансформаторе имеется своя обмотка.

Есть регулировка порога срабатывания защиты по току потребляемого нагрузкой, а также защита от короткого замыкания в нагрузке. Индикация выполнена на ЖК дисплее LSD8x2, LSD16x1 или на LSD16х2.
Кстати об индикации;
В вышеупомянутом блоке питания, индикация тока и напряжения, так же была выполнена на ЖК-дисплее, но на одном индикаторе, и автору пришлось мудрить с подключением такого индикатора к двух-полярному БП.
Я пошёл другим путём и поставил на каждый канал свой собственный индикатор тока и напряжения. В итоге получил два полностью независимых блока питания (канала), которые можно включать и параллельно и последовательно (двух-полярное или удвоенное), где ток нагрузки каждого канала до 5А.

Читайте также  Публикация материалов на сайте

Для упрощения намотки силового трансформатора, я в схему БП добавил стабилизатор для питания вольтамперметра, и теперь каждый канал стабилизатора БП и вольтамперметра питается от одной обмотки.
Схему и описание вольтамперметра приводить здесь (дублировать) не вижу смысла, я их взял отсюда, а ещё можно посмотреть и здесь.

И так привожу схему блока питания одного канала, второй абсолютно идентичен.

highslide.js

Вся схема одного канала блока питания собрана на печатной плате. размером 125х65 мм.

highslide.js

highslide.js

Выходные транзисторы и диодный мост установлены отдельно, для каждого канала на своём радиаторе.

highslide.js

Изначально в качестве выходных транзисторов использовал три штуки КТ819Г в пластмассовом корпусе(ТО220) и 10-ти амперный диодный мост на канал.
Диодный мост устанавливался на плату блока питания и имел свой отдельный радиатор.

highslide.js

Потом в процессе эксплуатации блока питания в тяжёлых условиях, выходные транзисторы не выдержали издевательств и "полетели" от перегрева. Так же и диодный мост на 10 ампер не очень хорошо себя вёл.
Поэтому в качестве выходных транзисторов поставил силовые TIP35C (две штуки в параллель, корпус ТО-247), ставил так же и TIP142 (аналог — кт827), тоже нормально себя ведут.

highslide.js

Ну соответственно поменял и диодный мост (на 24 А) и поставил его так же на общий радиатор.
При испытаниях у меня максимальный ток нагрузки был 8 ампер, ну и выходные транзисторы грелись как утюги. В связи с этим пришлось ограничить максимальный ток нагрузки до 5-ти ампер, поставить вентиляторы на каждый радиатор, так же ещё поставил термозащиту от перегрева.

highslide.js

После года эксплуатации, усовершенствованного таким образом блока питания, и в качестве лабораторного БП, и в качестве зарядного, и при параллельной и последовательной работе его каналов, никаких нареканий к нему нет.

highslide.js

Вся схема блока питания, как я уже говорил выше, собрана на печатной плате, размером 125х65 мм.
Схема соединений платы с регуляторами, силовым трансформатором, выходными транзисторами и др. соединениями, показана на рисунке ниже.

Общая компоновка всех блоков внутри корпуса.

highslide.js

highslide.js

highslide.js

Силовой трансформатор применённый в блоке питания с расчётной мощностью около 350 Вт. Первичная обмотка намотана проводом, диаметром 0,7-0,8 мм, и две вторичных обмотки — проводом 1,2-1,5 мм. с выходным напряжением 32-33 вольта.
Моточные данные трансформатора не привожу, так как мотал давно, да и они мало, что дадут. На практике каждый радиолюбитель ставит себе такой транс, который найдёт, или сумеет достать, лишь бы мощность транса была не меньше необходимой.

Теперь краткое пояснение по куску схемы внесённых изменений и дополнений оригинала.

highslide.js

На транзисторах VT1, VT2, и операционном усилителе DA1, собрана схема защиты от перегрева.
Терморезистор R2 — датчик перегрева. Он устанавливается на радиатор выходных транзисторов. Светодиод — индикатор перегрева.
Выход операционника, через буферный транзистор VT3 управляет реле К1, которое контактом К1.1 при перегреве, замыкает средний вывод резистора регулировки напряжения на общий провод, уменьшая тем самым выходное напряжение блока питания до нуля.
На транзисторе VT4 собран стабилизатор на 12 вольт, для питания вольтамперметра своего канала.

Следующая схема термозащиты рассчитана на питание от пятивольтового источника. В ней использован вентилятор на рабочее напряжение 5вольт.
Её добавил наш пользователь сайта Юрий (Yura_rus). Может кому и пригодится, если имеются 5-ти вольтовые вентиляторы.

highslide.js

Ниже в прикреплении (в архиве) собраны все необходимые файлы и материалы для сборки данного блока питания.
Если по сборке и наладке этого БП у кого-то возникнут какие либо вопросы и непонятки, то задавайте их здесь в аналогичной теме. По возможности постараюсь ответить и помочь разобраться со всеми трудностями, возникшими в процессе сборки этого БП.

Удачи всем и всего наилучшего!

/> Архив "Двух-канальный мощный лабораторный блок питания"."

Как защитить блок питания от КЗ и перегрузок

Практически каждый автолюбитель имеет в своем арсенале сетевое зарядное устройство. Но, к сожалению, далеко не все подобные приборы оснащены защитой от короткого замыкания. То же самое можно сказать о лабораторных блоках питания – обязательном инструменте любого радиотехника. В этой статье мы рассмотрим схемы защиты от КЗ для блока питания и зарядного устройства.

3 схемы на транзисторах и тиристорах

Для начала рассмотрим схемы защиты блока питания на полупроводниковых компонентах. Они просты, надежны и, главное, обладают большим, чем у схем с электромагнитным реле быстродействием.

Простейшая на биполярном транзисторе

Эта несложная для повторения конструкция подойдет для относительно маломощного (до 5-6 А) блока питания или зарядного устройства. В качестве управляющего ключа в блоке защиты используется довольно распространенный и недорогой кремниевый транзистор КТ819.

Схема защиты от КЗ на биполярном транзисторе

Пока ток, протекающий через токоизмерительный резистор R3 в нагрузку не превышает допустимого, управляющий транзистор Т2 закрыт. А Т1 благодаря напряжению смещения с резистора R1 открыт. Нагрузка получает питание. При перегрузке или коротком замыкании на выходе схемы напряжение, вызванное падением на токоизмерительном резисторе R3, открывает T2. Тот в свою очередь запирает ключ Т1, одновременно зажигая светодиод LED1 «Перегрузка». В этом состоянии схема будет находиться до тех пор, пока ток потребления нагрузкой не войдет в допустимый диапазон.

На месте Т1 могут работать транзисторы 2N5490, 2N6129, 2N6288, 2SD1761, BD291, BD709, BD953, КТ729. Т2 – любой маломощный кремниевый транзистор типа n-p-n. К примеру, популярный КТ315 с любой буквой. Светодиод – любой индикаторный. Наладка схемы сводится к подбору номинала резистора R3, выполненного из куска нихромового провода. Чем ниже сопротивление резистора, тем выше ток, при котором сработает защита. Силовой транзистор Т1 нужно установить на радиатор с эффективной площадью рассеивания не менее 300 мм2.

Схема устойчиво работает при напряжении от 8 до 25 В. Если оно иное, придется подобрать номиналы резисторов. R1 должен надежно отпирать силовой транзистор Т1 при отсутствии перегрузки. От номиналов R2, R3 будет зависеть порог срабатывания схемы по току.

На полевом транзисторе

В этой конструкции в качестве силового ключа используется полевой транзистор, имеющий меньшее, чем биполярный падение напряжения и способный коммутировать больший ток.

Схема защиты от КЗ на полевом транзисторе

Пока ток через нагрузку не превышает критический, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 невелико, транзистор Т2 закрыт. Т1 открывается напряжением, которое подаётся через LED1. В это время ток, протекающий через светодиод и резистор R4 очень мал и светодиод не светится.

При коротком замыкании или перегрузке падение напряжения на токоизмерительном резисторе увеличивается, транзистор Т2 открывается и запирает полевой транзистор, отключая нагрузку. При этом ток через светодиод увеличивается и последний начинает светиться, указывая на перегрузку. Налаживание конструкции сводится к подбору номинала токоизмерительного резистора R1 – чем его сопротивление ниже, тем при большем токе нагрузки включится защита.

Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросЕсли вместо постоянного резистора R4 установить подстроечный номиналом около 10 кОм, то регулировать ток срабатывания схемы можно им в достаточно широком диапазоне и без подбора R1. При указанных на схеме элементах и выходном напряжении 13-14 В (ЗУ для автомобильного аккумулятора) ток срабатывания защиты составляет около 8 А.

В узле можно использовать практически любые полевые транзисторы, выдерживающие ток 15-20 А и соответствующее напряжение. Подойдут, к примеру, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48. Если ток через нагрузку не будет превышать 8 А транзистору радиатор не нужен. Т2 – любой маломощный кремниевый n-p-n проводимости, скажем КТ315 или КТ3102.

На тиристоре

Эта схема предназначена для защиты от короткого замыкания зарядного устройства, но может работать с любым трансформаторным блоком питания без сглаживающих конденсаторов.

Схема защиты зарядного устройства на тиристоре

Пока ток через нагрузку не превышает нормальный, T1 открыт. При этом при каждой полуволне напряжения коллекторным током открытого транзистора открывается тиристор, питая нагрузку. При коротком замыкании выходное напряжение падает, Т1 закрывается и запирает тиристор. Критическое напряжение, а значит, и порог срабатывания настраивается потенциометром Р1. В схеме можно использовать любой тиристор серии КУ202, Транзистор КТ814 можно заменить на BD136, BD138, BD140. Тиристор необходимо установить на радиатор площадью не менее 300 см2.

При необходимости сглаживающие конденсаторы можно установить после блока и использовать конструкцию в качестве обычного БП. Но в этом случае на выходе конструкции нужно установить токоограничивающий резистор номиналом 0.1 – 1 Ом. В противном случае схема будет срабатывать от перегрузки во время зарядки конденсаторов.

Схема защиты на реле

А теперь перейдем к конструкциям, в которых в качестве управляющего элемента используется электромагнитное реле. С одной стороны это несколько снижает надежность – контакты реле при больших токах могут подгорать. Но с другой такие схемы достаточно просты и могут использоваться с БП, рассчитанные на разное выходное напряжение – достаточно подобрать реле нужного типа.

Читайте также  Лабораторный источник питания из блока ATX компьютера

На одном реле

Конструкция исключительно проста, содержит минимум деталей и не нуждается в настройке. Единственно, как было отмечено выше, необходимо подобрать реле по напряжению срабатывания и соответствующей мощности.

Блок защиты от короткого замыкания на одном реле

Работает устройство следующим образом. В исходном положении горит светодиод LED2, нагрузка обесточена. При нажатии на кнопку S2 на обмотку реле К1 поступает питание и оно срабатывает, подключая нагрузку к источнику питания и одновременно отключая кнопку и светодиод LED2. При этом конденсатор С1 служит для задержки отключения реле на время переключения его контактов. Вместе с нагрузкой питание через диод D1 поступает на обмотку К1 и оно становится на самоблокировку. Кнопку можно отпустить. Загорится светодиод LED1, сигнализируя о том, что нагрузка питается.

При коротком замыкании напряжение в цепи питания реле падает, и его отпускает, отключая нагрузку и снова подключая кнопку. LED1 гаснет, LED2 загорается. Для того, чтобы перезапустить узел необходимо устранить перегрузку и снова нажать кнопку S1.

Важно! При указанном на схеме реле устройство можно использовать с 12-ти вольтовым БП или зарядным устройством. Если напряжение источника отличается, необходимо подобрать реле, срабатывающего от этого напряжения.

На реле и однопереходном транзисторе

Эта схема несколько сложнее предыдущей, но она позволяет регулировать ток срабатывания защиты.

Защита от перегрузки с регулировкой порога срабатывания

Пока ток через нагрузку не превышает определенного значения, составной транзистор T1, T2 закрыт. При увеличении тока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R1 заставляет открыться Т1 и Т2, а вслед за ними и сработать реле К1. Реле отключает нагрузку и подключает к плюсовой шине резистор R4, не позволяющий отключиться реле.

Чтобы привести конструкцию в исходное состояние, достаточно нажать на кнопку S2. Реле отключится, нагрузка снова получит питание. Если причина КЗ не устранена, то после отпускания кнопки защита сработает вновь. Величину тока срабатывания можно регулировать при помощи переменного резистора P1.

Важно! Не рекомендуется держать кнопку S2 длительное время. Если причина КЗ не устранена, то БП будет перегружен и сгорит, так как узел защиты будет принудительно отключен.

В блоке можно использовать транзисторы КТ805 с любой буквой, 2SC2562, 2N3054 (Т2) и любые маломощные кремниевые транзисторы структуры p-n-p. Напряжение срабатывания реле должно быть несколько ниже напряжения источника питания. LED1 «Перегрузка» любой индикаторный.

Регулируемый блок питания с защитой от кз своими руками

Этот лабораторный блок питания собран на специализированной микросхеме LM723. Он позволяет регулировать выходное напряжение от 2 до 30 В, имеет защиту от короткого замыкания и обеспечивает ток до 20 А.

Схема лабораторного блока питания с защитой от КЗ

Сердцем устройства является микросхема, представляющая собой регулятор напряжения с защитой от перегрузки. Поскольку выходная мощность микросхемы невелика, она оснащена мощным ключом, собранным на транзисторах VT1-VT5. Резисторы R4, R6, R8, R10 токовыравнивающие. Они компенсируют разброс коэффициентов передачи транзисторных ключей.

Датчик тока собран на резисторах R5, R7, R9, R11, включенных параллельно. Он подключен к выводам 2 и 3 микросхемы. Как только напряжение на этих выводах станет больше 0.6 В, сработает защита по току и закроет силовые транзисторы. Резистор R2 служит для регулировки выходного напряжения. Мощные транзисторы установлены на общий радиатор площадью около 1000 см2. Изолировать их от радиатора не нужно.

Вместо указанных на схеме 2N3055 можно установить КТ819. Выпрямительные диоды должны выдерживать ток 30 А и обратное напряжение не ниже 50 В. Трансформатор выдает напряжение 35 В и обеспечивает ток 25 А.

Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.Задать вопросНе следует путать защиту от перегрузки со стабилизацией тока. Эта схема не обеспечивает стабилизацию на заданном уровне, а просто отключает нагрузку при превышении определенного тока.

Вот мы и закончили краткий обзор схем защиты от КЗ, которые можно использовать в блоках питания и зарядных устройствах. Несмотря на то, что конструкции довольно простые, они вполне справятся со своей задачей и спасут жизнь блоку питания при небрежном с ним обращении.

Мощный блок питания с защитой по току

При построении сильноточных стабилизаторов напряжения радиолюбители обычно используют специализированные микросхемы серии 142 и аналогичные, «усиленные» одним или несколькими, включенными параллельно, биполярными транзисторами. Если для этих целей применить мощный переключательный полевой транзистор, то удастся собрать более простой сильноточный стабилизатор.

Схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рис.1. В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR2905. Хотя он и предназначен для работы в ключевом (переключательном) режиме, в данном стабилизаторе он используется в линейном режиме. Транзистор имеет в открытом состоянии весьма малое сопротивление канала (0,027 Ом), обеспечиваетток до 30 А при температуре корпуса до 100 °С, обладает высокой крутизной и требует для управления напряжения на затворе всего 2,5. 3 В [1]. Мощность, рассеиваемая транзистором, может достигать 110 Вт.

Stabilizator-napryajeniya-na-mownom-polevom-tranzistore-1

Полевым транзистором управляет микросхема параллельного стабилизатора напряжения КР142ЕН19 (TL431). Ее назначение, устройство и параметры подробно описаны в статье [2]. Работает стабилизатор (рис. 1) следующим образом. При подключении сетевого трансформатора Т1 к сети на его вторичной обмотке появляется переменное напряжение около 13 В (эффективное значение). Оно выпрямляется диодным мостом VD1, и на сглаживающем конденсаторе большой емкости (обычно несколько десятков тысяч микрофарад) выделяется постоянное напряжение около 16 В.

Лабораторный БП на К143ЕНЗ

Лабораторный БП на К143ЕНЗ

Мой рабочий «лабораторный» блок питания служит уже более 20 лет. Неоднократно ремонтируя его после экстремальных нагрузок, я пришел к выводу, что необходима регулируемая токовая защита. Лет 5 назад я разработал схему блока питания на микросхеме К142ЕНЗА, и с тех пор забыл о его ремонте. Предлагаемая схема блока питания (БП) может служить как лабораторным источником напряжения с пределами регулировки напряжения 3. 30 В, так и зарядным устройством с регулировкой тока заряда аккумуляторной батареи (АБ).

Рис.1. Принципиальная схема БП

Стабилизатор на К142ЕН5 — с регулируемым выходным напряжением

Стабилизатор на К142ЕН5 — с регулируемым выходным напряжением

В заметке С. Савина «Вариант включения стабилизатора К142ЕН5», опубликованной в «Радио» 1989, № 12, с, 66, речь шла о том, что если вывод 8 этой микросхемы подключить к общему проводу через стабилитрон, то напряжение на выходе стабилизатора увеличится на напряжение стабилизации включенного стабилитрона. Подобный совет повторил А. Гвоздак в статье «Доработка радиоконструктора «Юниор-1», помещенной в «Радио» № 6, с. 81—83 за 1991 г. Опыт показывает, что подборкой соответствующего стабилитрона можно в необходимой мере повысить выходное напряжение стабилизатора, но оно, как и при традиционном включении стабилизатора К142ВН5, фиксированное. Вместе с тем читатели нашего журнала сообщают, что аналогичный способ включения микросхемных стабилизаторов К142ЕН5 позволяет получить на выходе стабилизатора повышенное регулируемое напряжение. Об этом, в частности, рассказывают в своих письмах радиолюбители А. Чумаков из г. Йошкар-Ола и А. Черкасов из Караганды.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

А. ПОГОРЕЛЬСКИЙ, пос. Пойковский Тюменской обл.

Описываемый блок питания собран из доступных элементов. Он почти не требует налаживания, работает в широком интервале подводимого переменного напряжения, снабжен защитой от перегрузки по току.

Предлагаемый блок питания позволяет получать выходное стабилизированное напряжение от 1 В почти до значения выпрямленного напряжения с вторичной обмотки трансформатора (см. схему). На транзисторе VT1 собран узел сравнения: с движка переменного резистора R3 на базу подается часть образцового напряжения (задается источником образцового напряжения VD5VD6HL1 R1), а на эмиттер — выходное напряжение с делителя R14R15. Сигнал рассогласования поступает на усилитель тока, выполненный на транзисторе VT2, который управляет регулирующим транзистором VT4.

При замыкании на выходе блока питания или чрезмерном токе нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R8. Транзистор VT3 открывается и шунтирует базовую цепь транзистора VT2, ограничивая тем самым ток нагрузки. Светодиод HL2 сигнализирует о включении защиты от перегрузки потоку.

Мощный блок питания с защитой по току

Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:

  • Регулировку напряжения до 24 вольт;
  • Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
  • Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
  • Активное охлаждение для работы при больших токах;
  • Стрелочные индикаторы тока и напряжения;
Читайте также  Как сделать подарочные пуговицы со своим изображением (с 3D-эффектом)

Схема регулятора напряжения

Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.

Схема управления вентилятором

В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры — при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.

Схема защиты по току

Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.

Блок индикации тока и напряжения

Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.

Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.

Сборка платы блока питания

Плата печатная:
moschnyj-laboratornyj-blok-pitanija-s-zaschitoj-po-toku.zip [135,37 Kb] (cкачиваний: 494)
Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.

Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.

После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.

Сборка корпуса

Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.

Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.

Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.

Настройка

Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.

Смотрите видео

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: