Блок питания с регулировкой напряжения и тока
Приветствую всех, особенно начинающих радиолюбителей, поскольку именно они очень часто сталкиваются с проблемой поиска источников питания для своих самоделок и поэтому в ходе этой статьи будет рассмотрен вариант постройки простейшего лабораторного блока питания с возможностью ограничения тока.
Наш блок питания может обеспечивать на выходе стабилизированное напряжения от ноля до пятнадцати вольт итог до полутора Ампер, эти параметры можно изменять и походу поясню как это сделать.
В проекте специально использованы наиболее доступные компоненты, чтобы ни у кого не возникнет трудности с их поиском, а теперь давайте рассмотрим схему и поймем принцип ее работы.
Схема состоит из трех основных частейСетевой понижающий трансформатор (красным обозначен) он обеспечивает нужные для наших целей выходные параметры, а также гальваническую развязку.
В моем варианте был использован трансформатор от блока питания старого кассетного магнитофона, подойдет и любой другой, основные параметры блока питания будут зависеть в первую очередь от трансформатора, притом нужно учитывать один момент — максимальное выходное напряжение лабораторного блока питания будет на несколько вольт меньше, чем напряжение на выпрямителе. Трансформатор подбирается с нужным током, в моем случае имеются две обмотки по 20 вольт, ток каждой из них составляет около 0,7 Ампер, обмотки посвящены параллельно то есть общий ток около полутора ампер.
Вторая часть из себя представляет выпрямитель для выпрямления переменного напряжения в постоянку и конденсатор для сглаживания напряжение после выпрямителя и фильтрации помех.
И наконец третий узел это плата самого стабилизатора, давайте ее рассмотрим поподробнее
Уже постоянное напряжение поступает на плату стабилизатора, где стабилизируется до некоторого уровня. В режиме стабилизации будет зависеть от стабилитрона, в нашем случае он на 15 Вольт, именно он задает максимальное выходное напряжение блока питания.
Беда в том, что ток у таких стабилитронов не велик, поэтому его нужно усилить с помощью простого каскада усиления по току, построенного на транзисторах VТ 1 и VТ 2, транзисторы подключены таким образом, чтобы обеспечить максимально большое усиление, то есть по сути это аналог составного транзистора.
Регулятор напряжения в лице переменного резистора R1 выполняет функцию простого делителя напряжения и может быть рассмотрен как 2 последовательно соединенных резистора с отводом от места их соединения.Изменяя сопротивление каждого из них мы можем регулировать напряжение. Это напряжение усиливается ранее указанным каскадом.
Второй переменный резистор позволит ограничивать выходной ток. Если такая функция не нужна, то схема будет выглядеть следующим образом.
Теперь подробнее о компонентах, большую их часть, а если точнее все компоненты можно найти в старой аппаратуре, например в телевизорах, усилителях, приемниках, магнитолах и прочей технике.
Также возможно использовать импортные аналоги, которые имеют одинаковое расположение выводов. В архиве также сможете найти некоторые варианты замены транзисторов, как на советские, так и на импортные.
можно использовать готовые мосты, которые можно найти в компьютерных блоках питания или же собрать мост из любых четырех аналогичных диодов с током от двух ампер.
Для увеличения выходного напряжения блока питания сначала нужно найти соответствующий трансформатор, затем заменить стабилитроны на более высоковольтные, скажем на 18 или 24 вольта, будет зависеть от нужного вам выходного напряжения.
Резистор ограничивает ток через стабилитрон, расчет производится исходя из напряжения выпрямителя. Рассчитываю так, чтобы ток через стабилитрон не превышал значение 20-25 миллиампер, в случае стабилитрона на пол ватта и 40-45 мм в случае если стабилитрон одноваттный.
Если под рукой не оказалось нужного стабилитрона, то можно использовать несколько последовательно соединенных с меньшим напряжением, в итоге сумма их напряжение будет равняться конечному напряжению стабилизации.
Схема стабилизатора работает в линейном режиме, поэтому силовой транзистор VT 2 нуждается в радиаторе.
А теперь давайте проверим конструкцию в работе
и как видим напряжения плавно регулируется от нуля до пятнадцати вольт
Теперь проверим функцию ограничения тока, обратите внимание без выходной нагрузки вращая регулятор тока напряжение у нас не будет меняться, что свидетельствует о каретной работе функции ограничения.
Выходной ток также регулируется достаточно плавно, минимальная граница 180 миллиампер.
Максимальный выходной ток в моём случае составляет около полутора ампер, этого вполне достаточно для средних нужд большинства радиолюбителей.
Несмотря на простоту конструкции при токах около одного Ампера наблюдаем просадку выходного напряжения меньше 200 милливольт, это очень хороший показатель для стабилизаторов такого класса.
Блок питания может переносить короткие замыкания с продолжительностью не более 5 секунд, в этом режиме ток ограничивается в районе одного — семи Ампер.
Монтаж при желании можно сделать навесным,но более красиво смотрится конструкция на печатной плате, тем более, что я ее для вас нарисовал,а файл платы также можете скачать с общим архивом проекта.
В качестве индикаторов советую использовать стрелочные приборы, чтобы не путаться с подключением, хотя можно и цифровые.
По мне это довольно годный вариант в качестве первого блока питания, так что смело собирайте.
Архив к статье: скачать…
Автор; АКА КАСЬЯН
Источник: https://xn--100–j4dau4ec0ao.xn--p1ai/blok-pitaniya-s-regulirovkoj-napryazheniya-i-toka/
Универсальный блок стабилизированного питания
Содержание
- 1 Основные требования, предъявленные к источникам питания:
- 2 Важно
В различных источниках – интернете, книжных изданиях встречаются схемы стабилизированных источников питания. Как правило, чем совершеннее (лучше) схема, тем она сложнее.
— понижающий трансформатор;
— выпрямительный мост;
— сглаживающие фильтры;
— схема компенсационного стабилизатора напряжения.
— контрольные измерительные приборы;
— схема (элементы) защиты от перегрузки.
Мной были изучены различные варианты лабораторных блоков стабилизированного питания, схемы которых публикуют в различных изданиях.
1. Пределы регулировки постоянного выходного напряжения – 0…25 вольт;
2. Максимальный ток нагрузки – 10 А;
3. Напряжение пульсаций на нагрузке током 10 А – не более 0,2 вольта;
4. Нестабильность выходного напряжения при нестабильности напряжения в сети 20% — не более 0,3%;
5. Порог срабатывания защиты по току – от 6 А и выше (устанавливается по желанию).
Эти требования довольно высоки и очень мало вариантов получения таких характеристик без значительного усложнения схем.
В результате изучения и переработки схем мощных источников питания была разработана наиболее оптимальная простейшая схема источника стабилизированного напряжения, полностью удовлетворяющая высоким предъявленным требованиям по параметрам.
Для уменьшения количества элементов (упрощения схемы), за основу стабилизатора был взят микросхемный стабилизатор напряжения с плавной регулировкой выходного напряжения – LM317 (его отечественный аналог – КР142ЕН12А). Исполнена микросхема в обычном транзисторном корпусе ТО-220.
Возможна замена этой микросхемы на LM350, LM338, LТ1083 (аналог – КР142ЕН22А), LТ1084 (аналог – КР142ЕН22), LТ1085 (аналог – КР142ЕН22Б). Все эти микросхемы обладают хорошей нагрузочной способностью (в зависимости от микросхемы – от 3-х, до 7,5 ампер).
Они все имеют собственную защиту от перегрузки по току, но так как предъявлено требование к выходному току в 10 ампер, то эта защита в моей схеме не используется. Кроме того, имеется недостаток – минимальное напряжение, которое микросхема выдаёт – 1,25 вольта, а нам надо – 0 вольт.
Для возможности получения выходного напряжения от нуля, радиолюбителями предлагаются схемы с дополнительными источниками отрицательного напряжения смещения, но мы пойдём по другому пути.
Для получения выходного напряжения от 0 вольт и повышения нагрузочной способности до тока более 10 ампер, в представленной мной схеме используются два составных транзистора КТ827А.
Суть снижения минимального предела выходного напряжения до нуля состоит в том, что эти самые 1,25 вольта «падают» на базово-эмиттерных переходах транзисторов. О том, что это за падение, я описывал в своей статье Стабилизаторы напряжения, их расчёт.
Кроме того, поставив в схему два составных транзистора КТ827А мы «убиваем второго зайца» – значительно увеличиваем нагрузочную способность блока питания, подняв запас по току до 40 ампер, чем повышаем надёжность блока питания.
Для выравнивания токов нагрузки между транзисторами в эмиттерных цепях транзисторов используются резисторы R13 и R14. Регулировка выходного напряжения блока питания осуществляется резистором R10.
В основном все «продвинутые» изученные мной схемы в качестве элементов защиты используют либо оптопары, либо электромагнитные реле.
Мне это крайне не понятно потому, что оптопары обычно используются для гальванической развязки, а в представленных схемах никакой гальванической развязки и не требовалось. Электромагнитные реле, это довольно медлительный элемент схемы, способный «залипать» и тогда Ваш блок питания всё равно сгорит.
Реле – это элемент электрики, а не электроники. Я лично использую электромагнитное реле, в крайнем случае, когда транзисторные и тиристорные схемы не могут заменить реле.
Разработанная мной схема защиты проста и надёжна. Работает она следующим образом:
В качестве элемента, на котором измеряется ток, используется резистор R2 на 0,1 Ом. При токе нагрузки, равном 6 ампер, на нём падает напряжение равное ровно 0,6 вольта (по закону Ома). Если шлиц резистора R4 находится в крайнем правом положении, то это напряжение в 0,6 вольта прикладывается к переходу эмиттер-база транзистора VT1. Транзистор открывается.
Ток, протекающий через открытый транзистор VT1, открывает транзистор VT2, а тот в свою очередь откроет транзистор VT3. Открытый транзистор VT3 закорачивает вывод 1 микросхемы (управления выходным напряжением) на корпус и выходное напряжение стабилизатора падает до нуля.
Транзисторы VT1 и VT2 совместно представляют собой схему тиристорного управления, они «самоблокируются» в открытом состоянии двумя токами, протекающими по пути: 1) плюс выпрямителя – эмиттер VT1 – база VT1 – коллектор VT2 – эмиттер VT2 – элементы R7, VD3, R8, R9, транзистор VT3 – минус выпрямителя; 2) плюс выпрямителя – эмиттер VT1 – коллектор VT1 – база VT2 – эмиттер VT2 – элементы R7, VD3, R8, R9, транзистор VT3 – минус выпрямителя. Одновременно загорается светодиод VD3 «Перегрузка». Для отключения защиты, необходимо кратковременно нажать кнопку S2, которая разорвёт цепь протекания первого тока и транзисторы закроются. Если причина срабатывания защиты не устранена (например замыкание выходных клемм), то нажатие кнопки не сбросит защиту. Для уменьшения чувствительности схемы защиты по току, необходимо двигать ползунок резистора R4 из крайнего правого положения влево. Настройка производится экспериментально, путём кратковременного создания соответствующей нагрузки. Я сделал просто: в качестве нагрузки использовал внешний 10-ти амперный Амперметр, подключив его напрямую к выходным клеммам. Повышая выходное напряжение резистором R10 от нуля, я добился срабатывания схемы защиты на выбранном мной уровне (9,5А). Дополнительная защита по первичной обмотке – предохранитель FU1.
Особое внимание следует уделить выбору трансформатора. Он должен быть достаточной мощности. Я использую всё тот же ТПП-320-220-50, который я использовал и в зарядном устройстве, подобрав выходное напряжение на выходе выпрямителя VD1, равным 30 вольтам, путём выбора определённых обмоток.
Не смотря на использование мощных транзисторов, при эксплуатации блока питания необходимо помнить, что нагрузочные способности любых блоков питания ограничены суммарной рассеиваемой мощностью выходных транзисторов. В данном случае, это — 250 ватт (по справочнику).
Силовые транзисторы будут сильно греться и могут выйти из строя от падения на их переходах отдаваемого трансформатором напряжения. Так, при выходном напряжении 2,5 В и токе нагрузки 9 А, рассеиваемая на транзисторах мощность будет равна (30 – 2,5) * 9 = 247,5 Ватт. Эта работа «на пределе» приведёт к быстрому выходу транзисторов из строя от перегрева.
Поэтому транзисторы необходимо установить на радиаторы достаточного размера. Я использовал в качестве радиаторов алюминиевый корпус своего блока, установив транзисторы через слюдяные прокладки.
В качестве выпрямителя VD1, как и в зарядном устройстве, я использовал силовой выпрямительный мост типа КЦ419 (импортный аналог – МВ5010), как результат – не нужна изоляция, компактность и запас по току до 25 ампер (МВ5010 – до 16А). Он также прикручивается непосредственно на корпус.
При сборке конструкции обязательно учтите тот факт, что ушко крепления микросхемы соединено с входным выводом микросхемного стабилизатора.
Поскольку её выходные токи не превышают 0,2 А, то можете её даже не прикручивать на радиатор, но лучший вариант, если вы прикрутите её через диэлектрическую прокладку на радиатор, на котором стоят выходные транзисторы.
Таким образом, Вы сможете использовать тепловую защиту, встроенную в микросхему. Если установить транзисторы и микросхему на отдельный изолированный теплоотвод, то никаких изолирующих прокладок не потребуется.
Для контроля тока использован миллиамперметр, резистор R3 подбирают таким, чтобы при подаче напряжения в 1 вольт, было отклонение стрелки прибора на максимум шкалы (на значение = 10). Вольтметр использован заводской, на 25 вольт, без дополнительных добавочных резисторов.
Читайте также: Измерение освещенности на arduino и вывод на дисплей nokia 5110
Большинство радиоэлементов блока питания размещено на радиоплате(печатной плате) размерами 130 х 75 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного текстолита.
Размещение элементов приводится на рисунке ниже.
Микросхема D1 установлена со стороны печатных проводников, под её ушко просверлено большое отверстие в плате (чтобы можно было прикрутить микросхему к металлическому корпусу винтом).
Правильно собранная конструкция начинает работать сразу. Настройке подлежит только установка уровня срабатывания защиты по току нагрузки. Если не установите, то блок всё равно будет выдавать требуемое Вам напряжение, но без защиты.
В крайнем случае – самое правое положение ползунка резистора R4 соответствует защите при токе около 6 Ампер. Обратите внимание, что при включении блока с выставленным на выходе выходным напряжением отличным от нуля, сразу срабатывает защита.
Это нормальная работа, связана с тем, что на выходе блока питания стоит конденсатор С5 достаточно большой ёмкости. Для работы блока необходимо нажать кнопку сброса аварии.
Впрочем, можете уменьшить номинал конденсатора на целый порядок, но это увеличит чувствительность схемы защиты к резким импульсным изменениям нагрузки, и на больших токах увеличит коэффициент пульсаций.
Перейти к оглавлению
Источник: https://meanders.ru/laboratorny_bp.shtml
У компьютерного блока питания, наряду с такими преимуществами, как малые габариты и вес при мощности от 250 Вт и выше, есть один существенный недостаток – отключение при перегрузке по току.
Этот недостаток не позволяет использовать БП в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, поскольку у последнего в начальный момент времени зарядный ток достигает нескольких десятков ампер.
Добавление в БП схемы ограничения тока позволит избежать его отключения даже при коротком замыкании в цепях нагрузки.
Зарядка автомобильного аккумулятора происходит при постоянном напряжении. При этом методе в течение всего времени заряда напряжение зарядного устройства остается постоянным.
Заряд аккумулятора таким методом в ряде случаев предпочтителен, так как он обеспечивает более быстрое доведение батареи до состояния, позволяющего обеспечить запуск двигателя.
Сообщаемая на первоначальном этапе заряда энергия тратится преимущественно на основной зарядный процесс, то есть на восстановление активной массы электродов.
Сила зарядного тока в первоначальный момент может достигать 1,5С, однако для исправных, но разряженных автомобильных аккумуляторов такие токи не принесут вредных последствий, а наиболее распространённые БП ATX мощностью 300 – 350 Вт не в состоянии без последствий для себя отдать ток более 16 – 20А.
Максимальный (начальный) зарядный ток зависит от модели используемого БП, минимальный ток ограничения 0,5А. Напряжение холостого хода регулируется и для заряда стартёрного аккумулятора может составлять 14…14,5В.
Вначале необходимо доработать сам БП, отключив у него защиты по превышению напряжений +3,3В, +5В, +12В, -12В, а также удалив неиспользуемые для зарядного устройства компоненты.
Для изготовления ЗУ выбран БП модели FSP ATX-300PAF. Схема вторичных цепей БП рисовалась по плате, и несмотря на тщательную проверку, незначительные ошибки, к сожалению, не исключены.
На рисунке ниже представлена схема уже доработанного БП.
Для удобной работы с платой БП последняя извлекается из корпуса, из неё выпаиваются все провода цепей питания +3,3V, +5V, +12V, -12V, GND, +5Vsb, провод обратной связи +3,3Vs, сигнальная цепь PG, цепь включения БП PSON, питание вентилятора +12V.
Вместо дросселя пассивной коррекции коэффициента мощности (установлен на крышке БП) временно впаивается перемычка, провода питания ~220V, идущие от выключателя на задней стенке БП, выпаиваются из платы, напряжение будет подаваться сетевым шнуром.
В первую очередь деактивируем цепь PSON для включения БП сразу после подачи сетевого напряжения. Для этого вместо элементов R49, C28 устанавливаем перемычки.
Убираем все элементы ключа, подающего питание на трансформатор гальванической развязки Т2, управляющего силовыми транзисторами Q1, Q2 (на схеме не показаны), а именно R41, R51, R58, R60, Q6, Q7, D16.
На плате БП контактные площадки коллектора и эмиттера транзистора Q6 соединяются перемычкой.
После этого подаем ~220V на БП, убеждаемся в его включении и нормальной работе.
Далее отключаем контроль цепи питания -12V. Удаляем с платы элементы R22, R23, C50, D12. Диод D12 находится под дросселем групповой стабилизации L1, и его извлечение без демонтажа последнего (о переделке дросселя будет написано ниже) невозможно, но это и не обязательно.
Удаляем элементы R69, R70, C27 сигнальной цепи PG.
Включаем БП, убеждаемся в его работоспособности.
Затем отключается защита по превышению напряжения +5В. Для этого выв.14 FSP3528 (контактная площадка R69) соединяется перемычкой с цепью +5Vsb.
На печатной плате вырезается проводник, соединяющий выв.14 с цепью +5V (элементы L2, C18, R20).
Выпаиваются элементы L2, C17, C18, R20.
Включаем БП, убеждаемся в его работоспособности.
Отключаем защиту по превышению напряжения +3,3В. Для этого на печатной плате вырезаем проводник, соединяющий выв.13 FSP3528 с цепью +3,3V (R29, R33, C24, L5).
Удаляем с платы БП элементы выпрямителя и магнитного стабилизатора L9, L6, L5, BD2, D15, D25, U5, Q5, R27, R31, R28, R29, R33, VR2, C22, C25, C23, C24, а также элементы цепи ООС R35, R77, C26.
После этого добавляем делитель из резисторов 910 Ом и 1,8 кОм, формирующий из источника +5Vsb напряжение 3,3В. Средняя точка делителя подключается к выв.
13 FSP3528, вывод резистора 931 Ом (подойдёт резистор 910 Ом) – к цепи +5Vsb, а вывод резистора 1,8 кОм – к «земле» (выв. 17 FSP3528).
Далее, не проверяя работоспособность БП, отключаем защиту по цепи +12В. Отпаиваем чип-резистор R12. В контактной площадке R12, соединённой с выв. 15 FSP3528 сверлится отверстие 0,8 мм.
Вместо резистора R12 добавляется сопротивление, состоящее из последовательно соединённых резисторов номинала 100 Ом и 1,8 кОм.
Один вывод сопротивления подсоединяется к цепи +5Vsb, другой – к цепи R67, выв. 15 FSP3528.
Отпаиваем элементы цепи ООС +5V R36, C47.
После удаления ООС по цепям +3,3V и +5V необходимо пересчитать номинал резистора ООС цепи +12V R34. Опорное напряжение усилителя ошибки FSP3528 равно 1,25В, при среднем положении регулятора переменного резистора VR1 его сопротивление составляет 250 Ом.
При напряжении на выходе БП в +14В, получаем: R34 = (Uвых/Uоп – 1)*(VR1+R40) = 17,85 кОм, где Uвых, В – выходное напряжение БП, Uоп, В – опорное напряжение усилителя ошибки FSP3528 (1,25В), VR1 – сопротивление подстроечного резистора, Ом, R40 – сопротивление резистора, Ом.
Номинал R34 округляем до 18 кОм. Устанавливаем на плату.
Конденсатор C13 3300х16В желательно заменить на конденсатор 3300х25В и такой же добавить на место, освободившееся от C24, чтобы разделить между ними токи пульсаций. Плюсовой вывод С24 через дроссель (или перемычку) соединяется с цепью +12V1, напряжение +14В снимается с контактных площадок +3,3V.
Включаем БП, подстройкой VR1 устанавливаем на выходе напряжение +14В.
После всех внесённых в БП изменений переходим к ограничителю. Схема ограничителя тока представлена ниже.
Резисторы R1, R2, R4…R6, соединённые параллельно, образуют токоизмерительный шунт сопротивлением 0,01 Ом. Ток, протекающий в нагрузке, вызывает на нём падение напряжения, которое ОУ DA1.1 сравнивает с опорным напряжением, установленным подстроечным резистором R8.
В качестве источника опорного напряжения используется стабилизатор DA2 с выходным напряжением 1,25В. Резистор R10 ограничивает максимальное напряжение, подаваемое на усилитель ошибки до уровня 150 мВ, а значит, максимальный ток нагрузки до 15А.
Ток ограничения можно рассчитать по формуле I = Ur/0,01, где Ur, В – напряжение на движке R8, 0,01 Ом – сопротивление шунта. Схема ограничения тока работает следующим образом.
Выход усилителя ошибки DA1.1 подсоединён с выводом резистора R40 на плате БП. До тех пор, пока допустимый ток нагрузки меньше установленного резистором R8, напряжение на выходе ОУ DA1.1 равно нулю. БП работает в штатном режиме, и его выходное напряжение определяется выражением: Uвых=((R34/(VR1+R40))+1)*Uоп.
Однако, по мере того, как напряжение на измерительном шунте из-за роста тока нагрузки увеличивается, напряжение на выв.3 DA1.1 стремится к напряжению на выв.2, что приводит к росту напряжения на выходе ОУ.
Выходное напряжение БП начинает определяться уже другим выражением: Uвых=((R34/(VR1+R40))+1)*(Uоп-Uош), где Uош, В – напряжение на выходе усилителя ошибки DA1.1. Иными словами, выходное напряжение БП начинает уменьшаться до тех пор, пока ток, протекающий в нагрузке, не станет чуть меньше установленного тока ограничения.
Состояние равновесия (ограничения тока) можно записать так: Uш/Rш=(((R34/(VR1+R40))+1)*(Uоп-Uош))/Rн, где Rш, Ом – сопротивление шунта, Uш, В – напряжение падения на шунте, Rн, Ом – сопротивление нагрузки.
ОУ DA1.2 используется в качестве компаратора, сигнализируя с помощью светодиода HL1 о включении режима ограничения тока.
Печатная плата (под “утюг”) и схема расположения элементов ограничителя тока изображена на рисунках ниже.
Несколько слов о деталях и их замене. Электролитические конденсаторы, установленные на плате БП FSP, имеет смысл заменить на новые. В первую очередь в цепях выпрямителя дежурного источника питания +5Vsb, это С41 2200х10V и С45 1000х10V.
Не забываем о форсирующих конденсаторах в базовых цепях силовых транзисторов Q1 и Q2 – 2,2х50V (на схеме не показаны). Если есть возможность, конденсаторы выпрямителя 220В (560х200V) лучше заменить на новые, большей ёмкости.
Конденсаторы выходного выпрямителя 3300х25V должны быть обязательно с низким ЭПС – серии WL или WG, в противном случае они быстро выйдут из строя. В крайнем случае, можно поставить б/у конденсаторы этих серий на меньшее напряжение – 16В.
Прецизионный ОУ DA1 AD823AN «rail-to-rail» как нельзя кстати подходит к данной схеме. Однако его можно заменить на порядок более дешёвым ОУ LM358N. При этом стабильность выходного напряжения БП будет несколько хуже, также придется подбирать номинал резистора R34 в меньшую сторону, поскольку у этого ОУ минимальное выходное напряжение вместо нуля (0,04В, если быть точным) 0,65В.
Максимальная суммарная рассеиваемая мощность токоизмерительных резисторов R1, R2, R4…R6 KNP-100 равна 10 Вт. На практике лучше ограничиться 5 ваттами – даже при 50% от максимальной мощности их нагрев превышает 100 градусов.
Диодные сборки BD4, BD5 U20C20, если их действительно стоит 2шт., менять на что-либо более мощное не имеет смысла, обещанные производителем БП 16А они держат хорошо. Но бывает так, что в действительности установлена только одна, и в этом случае необходимо либо ограничиться максимальным током в 7А, либо добавить вторую сборку.
Испытание БП током 14А показало, что уже спустя 3 минуты температура обмотки дросселя L1 превышает 100 градусов. Долговременная безотказная работа в таком режиме вызывает серьёзное сомнение. Поэтому, если подразумевается нагружать БП током свыше 6-7А, дроссель лучше переделать.
В заводском исполнении обмотка дросселя +12В намотана одножильным проводом диаметром 1,3 мм. Частота ШИМ – 42 кГц, при ней глубина проникновения тока в медь составляет около 0,33 мм. Из-за скин-эффекта на данной частоте эффективное сечение провода составляет уже не 1,32 мм2, а только 1 мм2, что недостаточно для тока в 16А.
Иными словами, простое увеличение диаметра провода для получения большего сечения, а следовательно, уменьшения плотности тока в проводнике неэффективно для этого диапазона частот. К примеру, для провода диаметром 2мм эффективное сечение на частоте 40 кГц только 1,73мм2, а не 3,14 мм2, как ожидалось. Для эффективного использования меди намотаем обмотку дросселя литцендратом.
Литцендрат изготовим из 11 отрезков эмалированного провода длиной 1,2м и диаметром 0,5мм. Диаметр провода может быть и другим, главное, чтобы он был меньше удвоенной глубины проникновения тока в медь – в этом случае сечение провода будет использовано на 100%.
Читайте также: Трэйсер
Провода складываются в «пучок» и скручиваются с помощью дрели или шуруповёрта, после чего жгут продевается в термоусадочную трубку диаметром 2мм и обжимается с помощью газовой горелки.
Готовый провод целиком наматывается на кольцо, и изготовленный дроссель устанавливается на плату. Наматывать обмотку -12В смысла нет, индикатору HL1 «Питание» какой-либо стабилизации не требуется.
Остаётся установить плату ограничителя тока в корпус БП. Проще всего её прикрутить к торцу радиатора.
Подключим цепь «ООС» регулятора тока к резистору R40 на плате БП. Для этого вырежем часть дорожки на печатной плате БП, которая соединяет вывод резистора R40 с «корпусом», а рядом с контактной площадкой R40 просверлим отверстие 0,8мм, куда будет вставлен провод от регулятора.
Подключим питание регулятора тока +5В, для чего припаяем соответствующий провод к цепи +5Vsb на плате БП.
«Корпус» ограничителя тока присоединяется к контактным площадкам «GND» на плате БП, цепь -14В ограничителя и +14В платы БП выходят на внешние «крокодилы» для подключения к аккумулятору.
Индикаторы HL1 «Питание» и HL2 «Ограничение» закрепляются на месте заглушки, установленной вместо переключателя «110V-230V».
Скорее всего, в вашей розетке отсутствует контакт защитного заземления. Вернее, контакт, может быть, и есть, а вот провод к нему не походит.
Про гараж и говорить нечего… Настоятельно рекомендуется хотя бы в гараже (подвале, сарае) организовать защитное заземление. Не стоит игнорировать технику безопасности. Это иногда заканчивается крайне плачевно.
Тем, у кого розетка 220В не имеет контакта заземления, оборудуйте БП внешней винтовой клеммой для его подключения.
После всех доработок включаем БП и корректируем подстроечным резистором VR1 требуемое выходное напряжение, а резистором R8 на плате ограничителя тока – максимальный ток в нагрузке.
Подключаем к цепям -14В, +14В зарядного устройства на плате БП вентилятор 12В. Для нормальной работы вентилятора в разрыв провода +12В, либо -12В, включаются два последовательно соединённых диода, которые уменьшат напряжение питания вентилятора на 1,5В.
Подключаем дроссель пассивной коррекции коэффициента мощности, питание 220В от выключателя, прикручиваем плату в корпус. Фиксируем нейлоновой стяжкой выходной кабель зарядного устройства.
Прикручиваем крышку. Зарядное устройство готово к работе.
В заключение стоит отметить, что ограничитель тока будет работать с БП ATX (или AT) любого производителя, использующего ШИМ-контроллеры TL494, КА7500, КА3511, SG6105 или им подобным. Разница между ними будет заключаться лишь в методах обхода защит.
Скачать печатную плату ограничителя в формате PDF и DWG (Autocad)
Источник: http://shemopedia.ru/zaryadnoe-ustroystvo-na-osnove-bloka-pitaniya-atx.html
Как сделать регулируемый блок питания?
Источник питания (ИП) — это часть любого электрического устройства. Он обеспечивает функциональную часть питающим напряжением. Его параметры должны соответствовать определенным критериям.
Обычно это:
- напряжение необходимой величины и знака;
- коэффициент пульсации выходного напряжения, соответствующий определенным частотам;
- наличие или отсутствие стабилизации выходного напряжения;
- номинальный и максимальный ток нагрузки;
- защита от перегрузки и короткого замыкания.
Общее описание
Особенность блока питания (БП) в том, что он сделан как отдельный внешний узел.
Лабораторный БП — это корпус с лицевой панелью, регуляторами-переключателями, вольтметром, амперметром, выходными клеммами и сетевым шнуром.
Далее расскажем нашим читателям о том, что необходимо учесть при самостоятельном изготовлении регулируемого блока питания и как получить оптимальный результат при минимальных затратах.
Для начала остановимся на более широком толковании критериев, которые перечислены выше. Начинаем по списку и рассматриваем напряжение необходимой величины и знака.
Это самый важный момент, который в целом определяет схему и конструкцию источника питания. Первое, что необходимо учитывать — это соответствие решаемым задачам.
Их число всегда ограничено мощностью БП и, как следствие этого, качеством выходного напряжения.
Пульсации выходного напряжения — это нежелательный параметр, который состоит из низкочастотной составляющей, кратной частоте питающего напряжения и дополнительных более высоких частот. Чтобы влиять теми или иными способами на этот параметр в широком спектре частот, потребуется осциллограф. Иначе его сложно будет оценить.
Стабилизация выходного напряжения — важнейшая характеристика блока питания. Она уменьшает до минимальной величины низкочастотные пульсации и улучшает качество работы нагрузки. Поскольку стабилизатор содержит управляемый элемент, появляется возможность управления выходным напряжением.
Максимальные токи определяют потребительские свойства БП. Чем они больше, тем шире область применения БП. Дополнительно можно упомянуть и напряжения.
Падение напряжения на управляемом элементе стабилизатора приводит к его нагреву и ограничивает область применения БП. Поэтому нужны поддиапазоны напряжения, которое подается на вход стабилизатора.
Переключение между ними позволяет уменьшить нагрев управляемого элемента стабилизатора при необходимом выходном напряжении.
Защита от перегрузки и короткого замыкания предохраняет управляемый элемент от повреждения током недопустимо большой силы.
Две концепции
Для безопасной эксплуатации любого электрооборудования, с которым непосредственно контактирует человек, необходима надежная изоляция от питающей сети 220 В. Наилучшим решением этой задачи является применение трансформатора. Современный уровень развития техники дает варианты решений, из которых можно сделать выбор. Например, трансформатор может быть:
- либо в качестве самостоятельного узла и выполнен на стальном сердечнике как стандартный трансформатор (СТ) с первичной обмоткой, непосредственно присоединяемой к электросети;
- либо в составе инверторной схемы как импульсный трансформатор (ИТ).
Рассмотрим потребительские свойства обоих вариантов. Начнем с непреодолимых характеристик. Для СТ это габариты и вес. Их невозможно изменить, поскольку они связаны воедино с электрической мощностью, соответствующей частоте 50 Гц сети 220 В. Для ИТ это электромагнитные помехи.
Если планируется электропитание чувствительных усилителей или радиосхем, ИП обязательно внесет помехи, которые что-то испортят, накладываясь на полезный сигнал. Но если перечисленных задач не планируется, можно взять за основу один из стандартных блоков питания для компьютера.
Компьютерный блок
В таком решении хорошей стороной является получение нескольких стабилизированных напряжений при мощности, которую можно выбрать. Ее величина стандартизована и лежит в пределах от 60 до 1700 Вт. Но можно найти и более мощный блок.
Соответственно, и его цена будет порядка $500. Но в результате получаем несколько напряжений компьютерного стандарта: 3,3 В, 5 В и 12 В и токи большой силы — 20 А или больше. Все они привязаны к общему проводу.
Поэтому их нельзя соединять последовательно с целью получения более высокого суммарного напряжения.
Другим неудобством компьютерного БП является его неспособность надежно работать с быстро меняющейся нагрузкой. Он спроектирован для электропитания в компьютере памяти, процессора и дисковых устройств. То есть при включении он сразу же загружается почти на полную мощность.
Она изменяется только по мере загруженности процессора, но несущественно. Для того чтобы без хлопот работать с таким БП, его надо минимально нагрузить на резистор по выходу 5 В. Для этого можно использовать самодельные спирали из нихрома.
Величина сопротивления определяется экспериментально подбором исходя из примерно 0,12 мощности БП и напряжения 5 В.
При слишком малом токе инвертор БП не будет работать, и на подбираемом резисторе не будет напряжения. Регулировать каждое из напряжений 3,3 В, 5 В и 12 В можно только дополнительным стабилизатором. Иначе надо вскрывать блок и вносить изменения в его схему.
Наиболее экономичным решением управляемого элемента является проходной транзистор. А это значит, что на выходе каждого канала после стабилизатора плавно регулируемое напряжение будет соответствовать примерно 2,3 В, 4 В и 8 В или меньше.
В зависимости от того, как настроен стабилизатор напряжения.
Выбираем схему
БП лучше всего сделать на основе специализированных микросхем 142ЕН3, 142ЕН4, 1145ЕН3, К142ЕН3А, К142ЕН3Б, К142ЕН4А, К142ЕН4Б, КР142ЕН3 или аналогичных им:
Стабилизаторы положительного напряжения
Для нашего БП применим микросхему 142ЕН3. У нее такие основные параметры:
Основные параметры микросхемы
Рекомендуемая схема включения этой микросхемы показана далее на изображении:
Базовая схема
- Напряжение на входе стабилизатора устанавливается переменным резистором R1.
Но для работы с большими величинами токов нагрузки в схему вводится один или больше силовых транзисторов. Это показано далее на изображениях:
Схема с одним дополнительным транзисторомИспользование трех транзисторов вместо одного для усиления тока. Резисторы R2–R3 изготавливаются из нихромовой проволоки. Их сопротивления подбираются экспериментально так, чтобы токи коллекторов транзисторов были примерно одинаковы.
Для правильной работы микросхему питаем от канала 12 В. Коллектор каждого транзистора соединяем с одним из выходных каналов компьютерного БП. Вариант с несколькими транзисторами обеспечивает номинальный ток нагрузки 20 А. Дополнительные транзисторы подбираются соответственно мощности компьютерного БП.
В результате получаем общую схему регулируемого блока питания:
Схема на основе одного компьютерного БП
- Транзисторы и микросхему обязательно размещаем на общем радиаторе.
Транзисторы будут нагреваться тем больше, чем меньше напряжение на выходе.
Поэтому надо расположить микросхему как можно ближе к транзистору. Срабатывание тепловой защиты в ней позволить избежать теплового повреждения транзисторов.
Такой блок питания можно использовать для зарядки аккумулятора автомобиля и других целей, соответствующих диапазону напряжений от 0 до 12 вольт.
- Чтобы использовать каждый канал по максимуму напряжения, надо сделать специальный переключатель на два положения (на схемах не показан). Его задача состоит в том, чтобы соединять выходную клемму канала напрямую, минуя стабилизатор.
Если необходимо получить более высокое напряжение, проще всего продублировать упомянутое устройство. В результате можно получить несколько комбинаций выходных параметров:
- биполярный источник питания 12 В;
- однополярный источник питания 3,7 В, 8,7 В, 12 В, 15,3 В, 17 В и 24 В.
Все перечисленные режимы можно получить в одном БП соответствующим положением переключателей. Для регулировки напряжения в каждом плече биполярного источника питания 12 В потребуется сдвоенный стабилизатор.
Схема его показана далее на изображении. Однополярный источник питания не нуждается во втором стабилизаторе.
Микросхема стабилизатора напряжения позволяет применить еще один компьютерный БП и тем самым достичь напряжения 36 В.
Биполярная схема на основе двух компьютерных БП
- Однополярный источник питания, собранный на основе двух–трех компьютерных БП, использует один стабилизатор и дополнительный коммутатор. Он переключает каналы компьютерных БП и формирует на входе стабилизатора то или иное напряжение поддиапазона. Поскольку при этом схема усложняется, эта опция не показана.
Заключение
Следует заметить, что два компьютерных БП удвоят мощность, а три — утроят. При этом в сравнении с трансформаторным вариантом (на стальном сердечнике) полученная конструкция будет компактнее и легче.
Это объясняется тем, что для получения эффективной фильтрации напряжения выпрямителя на низкой стороне при частоте 50 Гц потребуются электролитические конденсаторы в тысячи микрофарад.
Если повторять все 6–9 каналов напряжений, которые получаются при использовании двух–трех компьютерных БП, габариты варианта СТ получатся заметно больше.
Также не получится достичь силы тока, характерной для компьютерного БП. Поэтому рекомендуем остановить свой выбор на предложенном регулируемом блоке питания. Поскольку схема его проста, ее можно собрать навесным монтажом.
Опорные монтажные колодки при этом размещаются на радиаторе транзистора. Корпус и дизайн БП может быть разнообразным. Он зависит от выбора радиаторов, коммутаторов, амперметра и вольтметра.
Поскольку своими руками такое устройство может сделать только умелец с определенным опытом, не имеет смысла навязывать особое мнение.
Источник: https://domelectrik.ru/oborudovanie/drugoe/reguliruemyj-blok-pitaniya
Делаем блок питания с регулировкой напряжения
Источник: http://elwo.ru/publ/delaem_blok_pitanija_s_regulirovkoj_naprjazhenija/1-1-0-859
Блок питания с регулировкой напряжения (Очень любительский)
Испытываете ли вы нужду в регулируемом источнике питания? Уверены?
Данный прибор будет непременно полезен тем, кто что то делает своими руками в области электроники. Можно произвести тестовую запитку устройства перед намоткой соответствующего трансформатора, узнать поведение устройства при разряде батарей.
Интересно? Читаем дальше.
Для создания такого устройства я взял компьютерный блок питания AT. Главным критерием выбора является наличие микросхемы широтно-импульсной модуляции tl494. Будьте внимательны! Возможно у вас аналог tl949, тогда всё в порядке. Если у вас блок собран вокруг другой микросхемы, например lm324, данная статья вам не поможет.
Разборка корпуса блока питания происходит путём отвинчивания двух шурупов с верхней части корпуса. Снимаем крышку. Ищем tl949. Нашли? Идём дальше.
Переделка моим способом (способом, который я использовал сам и предлагаю вам) минимальна. Первая нога микросхемы соединена с землёй и выходами питания. Иногда только с +12, иногда только с +5. У меня с обоими. Соединена она не на прямую, а через резистор.
Что сделал я. На половину уменьшил номинал резистора, идущего на землю от первой ноги микросхемы. Выпаял резисторы между первой ногой и +5 и +12. Между первой ногой микросхемы и шиной +12 поставил подстрочный (переменный резистор) на 100 КОм.
Можно поставить на 47КОм Между шиной +5 и первой ногой микросхемы. Скажу заранее, чтобы лишний раз не перепаивать, при увеличении сопротивления переменного резистора возрастает напряжение.
Для меня удобнее сделать так, чтобы напряжение увеличивалось при повороте ручки по часовой стрелке, чем против.
Должно получиться так:
Давайте проверим работоспособность! Если ваш БП стандарта АТХ, то замыкаем зелёный провод на землю(чёрный провод) и БП запущен. Если у вас БП стандарта АТ, то нужно создать нагрузку. Можно повесить вентилятор, имеющийся в блоке питания, можно подключить лампочку автомобильную, мощный резистор. Ориентироваться нужно на то, чтобы создать ток 0.
5а по шине +5. Несложными рассчётами можно определить, что нам потребуется сопротивление 10 (Ом) а мощность резистора будет 2.5 ватта. Для подстраховки давайте возьмём 3 ватта. если у вас нет мощных резисторов, то можно спаять несколько штук маломощных в параллель, их мощность (при равных сопротивлениях) будет равна сумме мощностей всех резисторов.
Я же, взял керамический предохранитель из «пробок» старого типа, разорвал проволоку на нём, намотал на него спиралью проволоку из вольфрама. Уместить достаточную длину на одном предохранителе мне не удалось, я использовал 3, затем соединил их последовательно.
Подключаем нашу нагрузку между землёй (чёрный провод) и +5 в (красный провод), вольтметр выставляем на 20в и подсоединяем параллельно нагрузке. Устанавливаем наименьшее сопротивление переменного резистора, накрываем крышкой блок питания. Отключаем все чувствительные электроприборы от эл.сети в рамках безопасности.
Включаем в сеть наш блок питания, находясь как можно дальше от самого блока питания. Помните, !!!ВЫ РАБОТАЕТЕ С ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ!!!
Смотрим на напряжение. У меня минимум получился 2.6 вольта. Крайне осторожно поднимаем напряжение поворотом ручки переменного резистора. Следим, чтобы не превысить 8 вольт по шине +5!!!!! При превышении этого порога на шине +12 будет больше 16 вольт.
Прекрасно? Пока это не так. Фильтрующие конденсаторы на шине +12 рассчитаны на 16в. При превышении будет взрыв. Я, как человек, которому наплевать на жизнь, превысил напряжение. Был взрыв конденсатора: гора дыма, искры, громкий хлопок, капли жидкости из конденсатора.
Не повторяйте этого!
Но как же нам повысить напряжение до максимально без взрывов? Для этого можно использовать два конденсатора на 16в соединённых последовательно + к -. Их ёмкость при этом будет высчитываться так же, как и сопротивление параллельно соединённых резисторов. Лучше всего пойти на радиорынок, заглянуть в радиолавку и купить конденсатор рассчитанный на 30в.
Ёмкость его должна быть выше 1000 мкФ. У меня сейчас стоит на 3300мкФ 35в. Обратите внимание, что регулироваться напряжение будет на всех имеющихся шинах. +5, +12, +3.3 (на ат таковой нет), -5, -12. Просматриваем все конденсаторы по этим шинам. На шине 5в ставим по 16в и ёмкость от 500мкФ (чем выше, тем стабильнее) а на 12 ставим 30в.
Как только мы заменили конденсаторы мы просто обязаны проверить максимальное напряжение, которое мы можем выжать. Проверяем. Сколько у вас? У меня +25 по шине 12в и 12 по шине 5в. На отрицательных плечах напряжение такое же, только с отрицательным знаком. Выпаиваем все провода с выходом питания.
Ленивым и расточительным разрешается оставить по 2 провода на каждую жилу, остальное выпаять и обрезать от штекеров. Покупаем в магазине электрики клеменную колодку и вжимаем в неё провода с одной стороны. Затем выводим её наружу через вентиляционные дырки, крепим. Располагаем напряжения по логике. Моя логика. это -12, -5, 0, +5, +12 слева направо.
В дырку, через которую раньше выходили провода, устанавливаем переменный резистор. Ну просто красота!
Откуда же у меня 7 клейм?! Я взял две земли и два выхода +5. К ним удобно подключать мультиметр на долгое время.
Подключаем вентилятор между контактами +5 и +12. Этим мы добъёмся регуляции оборотов в зависимости от напряжения блока питания. Максимальное напряжения 25-12.5=12.5. Всё прекрасно. Если у вас ATX блок питания и имеется выход +3.3 вольта, то рекомендую вентилятор подключить между +3.3 и +12.
Вентиляторы данного типа спокойно держат 16в. разворачиваем вентилятор так, чтобы он дул вовнутрь корпуса, а не наружу. Изолируем землю от корпуса блока питания.
Это я рекомендую сделать потому, что если вы коснётесь случайно проводом под напряжением корпуса ничего не случится, в отличии о искр при заземлении корпуса. Наш блок питания не имеет регулировки по току, однако почитав умных статей в интернете вы, думаю, сможете сделать себе таковой.
Наш БП имеет защиту от КЗ. Замкните любые провода с разными потенциалами и бп просто отключится. Нужно именно замкнуть а не коротнуть с искрой.
Прокладка из бумаги.
Кабель питания можно использовать стандартный, но мне это показалось слишком расточительным, потому что внутри бп провода питания идут уже тонкие. Я использовал шнур от старого магнитофона.
Ранее, я указал, что максимальное напряжение это 25в. Но ведь между -25 и 25 напряжение будет 50в! Так и есть, однако допустимый ток по отрицательным каналам очень мал, порядка 500 мА. Если у вас есть приборы, работающие от такого напряжения и потребляющие так мало тока, то конечно, используйте эту возможность. Регулировку напряжение я советую производить плавно, не рывками.
После всего можно сделать «лицо нашему прибору». Тут уже проявляйте своё творчество как хотите. Рекомендую печатать на глянцевой бумаге формата А6 и клеить на супер клей. Мой вариант не оконченный, т.к принтер уже пол года не печатает цветом, а идти к другу попа не хочет)
Источник: http://mozgochiny.ru/electronics-2/blok-pitaniya-s-regulirovkoy-napryazheniya-ochen-lyubitelskiy/
Спасибо за чтение!