Лабораторный блок питания шелестова своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Лабораторный блок питания (ЛБП), представленный в этой статье, имеет простую, но в то же время надежную и хорошо повторяемую схему. В качестве основных компонентов устройства используются биполярные транзисторы. ЛБП может служить для: тестирования силовых транзисторов, питания светодиодов (LED-панелей), зарядки различных типов аккумуляторов, питания электронных устройств напряжением 0–40В и током до 2,5А.

В качестве защиты от короткого замыкания лабораторного блока питания используется стабилизация выходного тока. Порог максимального тока можно установить с помощью подстроечного резистора в пределе 0,5–2,5А. Регулировка тока нагрузки в процессе эксплуатации выполняется от нуля до установленного порога с помощью переменного резистора.

Верхний предел выходного напряжения также может быть установлен с помощью подстроечного резистора в диапазоне 10–40В. Регулировка выходного напряжения в процессе эксплуатации осуществляется переменным резистором от нуля до установленного порога.

Схема лабораторного блока питания на транзисторах

Схема ЛБП надежная и имеет хорошую повторяемость, взята она из журнала Elektor Electronics №4 1999 года. Оригинал этой статьи можно скачать в формате PDF, ссылка под данной статьей.

На схеме присутствует только блок самого стабилизатора. Отсутствие выпрямителя обусловлено неопределенностью номиналов компонентов исходя из конкретных параметров лабораторного блока питания.

Транзисторы T5 и T6 образуют дифференциальный усилитель, который сравнивает часть опорного напряжения с напряжением на выходе ЛБП. Опорное напряжение образует параметрический стабилизатор R7D2D3. Часть его отбирается переменным резистором P1. Выходное значение напряжения берется с делителя P4R5.

Когда Uвых ЛБП возрастает, то и на делителе P4R5 падение напряжения увеличивается. Когда значение на делителе станет больше чем установленное потенциометром P1, то транзистор T5 прикроется больше чем T6 и на резисторе R2 падение увеличится. Вследствие чего транзистор T4 откроется и подтянет базу T3 к общему проводу (Gnd). Транзисторы T3, T4 и силовой регулирующий транзистор T1 прикроются, уменьшив выходное напряжение лабораторного блока питания, до тех пор, пока значения на базах (T5 и T6) дифференциального усилителя не станут равными.

Транзистор T7 отвечает за стабилизацию тока. Его датчиком является резистор R4, через который протекает весть ток нагрузки. При возрастании тока на датчике R4, а, следовательно, и на цепи P3R6P2 падение напряжения также повысится. Это падение через токоограничивающий резистор R8 попадает на базу T7. При достижении определенного значения транзистор T7 открывается и подтягивает базу T3 через резистор R2 к общему проводу (Gnd) и на выходе эмиттерного повторителя напряжение начнет снижаться. Так работает стабилизация тока.

Максимальный (предельно возможный) ток ЛБП устанавливается подстроечным резистором P3. При P3=0, максимальный выходной ток составит 2,5А, а при P3=250кОм максимальное значение составит 500мА.

Регулировка тока нагрузки ЛБП выполняется вращением движка потенциометра P2.

Максимальное (предельное) напряжение на выходе ЛБП устанавливается подстроечным резистором P4. При P4=0 максимальное Uout=10В, а при P4=25кОм Uout=40В.

Регулировка выходного напряжения осуществляется потенциометром P1.

Компоненты схемы

Резистор R7 должен быть мощностью 0,5Вт. Шунт R4 лучше поставить мощностью 5Вт (греется здорово).

В качестве стабилитрона D2 я установил BZX55C 2V4, а в качестве стабилитрона D3 я установил 1N4740A.

Силовой транзистор 2N3055 можно заменить на более мощный NPN транзистор, например TIP35C, 2SC5200 или другой им подобный, но напрямую в плату их устанавливать нельзя, цоколевка не подходит, необходимо редактировать печатную плату, поэтому устанавливаем на проводах.

Транзисторы BC547/BC557 меняются на BC546/BC556.

Транзисторы дифференциального каскада (T5 и T6) желательно подобрать по коэффициенту передачи тока (h21э).

Печатная плата лабораторного блока питания

Печатную плату ЛБП я разводил под свои нужды и размеры компонентов, ссылка на нее под статьей. При желании вы можете ее откорректировать под свои требования.

Размер печатной платы 84×65 мм. На ней есть подписи порядковых номеров компонентов и их значения.

Обратите внимание на номера выводов переменных резисторов P1 и P2 (P2 относительно P1 развернут на угол 180 0 ). У меня они устанавливаются на шлейфах, поэтому проблем с этим нет.

Потенциометры не рекомендую устанавливать через разъемы, показанные ниже на фото. При потере их контакта, может произойти скачок выходного напряжения или не работать стабилизация по току, что приведет к выходу из строя T1.

А вообще, я не советую применять 4-разрядные китайские вольтамперметры, похожие на мой, так как у них малая частота обновления показаний. Очень неудобно им пользоваться и устанавливать необходимое значение.

Транзистор T1 соединяется с печатной платой с помощью проводов, в соответствии с цоколевкой на 2N3055.

Выпрямитель лабораторного блока питания

На схеме выпрямитель отсутствует. Автор схемы предусматривает его расчет индивидуально, под необходимые параметры.

Диодный мост я установил с токовым запасом. Мост KBU610 рассчитан на 6А 1000В, а также на его корпусе есть отверстие для крепления теплоотвода. Также подойдет и любой другой диодный мост на 4А и мощнее. При выборе рекомендую взять запас, цена от этого возрастет незначительно.

Емкость фильтра выпрямителя для лабораторного блока питания также рассчитывается индивидуально, исходя из требований пульсаций и параметров трансформатора. На моей печатной плате имеются два посадочных места под электролитические конденсаторы 3300мкФ 50В. Можно обойтись и грубым расчетом – 1000мкФ на каждый 1А.

Трансформатор, примененный мною, имеет две обмотки по 25В, и каждая обмотка рассчитана на 1,8А. Эти обмотки я соединил параллельно (соблюдая фазировку).

Вообще ток обмотки должен быть рассчитан на превышение тока нагрузки в √2 раз, то есть для нагрузки 2А обмотка должна быть рассчитана на 2,8А.

Не стоит забывать и про выпрямленное напряжение, которое после выпрямления, на холостом ходу, на конденсаторе фильтра будет иметь значение в √2 раз больше. То есть, для трансформатора напряжением 25В после выпрямления на емкости фильтра (C4 и C5) получится примерно 35В постоянного тока.

Внимание! Для данного лабораторного блока питания я настоятельно рекомендую не применять трансформатор с напряжением вторичной обмотки более 27В. Это обусловлено напряжением перехода коллектор-эмиттер транзисторов BC547/BC557 (оно составляет 45В) и другими предельными параметрами примененных компонентов.

Охлаждение лабораторного блока питания

Самым горячим элементом лабораторного блока питания является регулирующий силовой транзистор T1. Тепло, рассеиваемое на нем пропорционально разнице между входным и выходным значениями напряжения. Транзистор 2N3055 способен рассеять максимум 115Вт.

Таким образом, если на входе стабилизатора 37В, а на выходе мы установим значение 3В, то при токе 2,5А на транзисторе рассеивается примерно (не учитывая падение на шунте R4):

Это рядом с максимумом, учитывая, что транзистор T1 будет работать в линейном режиме и отвести от него такое количество тепла будет очень сложно. Выходом будет применение радиатора с вентилятором от ПК или применение радиатора с достаточно большой площадью поверхности (читать ниже).

При эксплуатации лабораторного блока питания с нагрузкой 1,5А – 2,5А на диодный мост можно установить небольшой теплоотвод в виде алюминиевой пластинки.

Если представить максимально тяжелый режим и на выходе лабораторного блока питания будет короткое замыкание, то в этом случае на транзисторе T1 упадет практически все напряжение (без учета падения на R4), пусть это падение будет равно 35В (берем по максимуму). При этом максимальный ток будет равен 2,5А. Мощность, рассеиваемая на транзисторе T1, будет примерно равна 80-90 Вт. Для такой мощности необходим радиатор с площадью поверхности 1500 – 2000 см 2 .

Запуск и налаживание лабораторного блока питания

Пункты 8 и 9 рекомендую обязательно выполнять. Если не сработает схема стабилизации тока, и вы замкнете выход или нагрузите ЛБП больше чем положено, то моментально выйдет из строя силовой транзистор.

Печатная плата лабораторного блока питания на транзисторах СКАЧАТЬ

Принципиальная схема ЛБП

Это простейший блок питания с регулировкой 0…30 В / 0…3 А. Конечно же у этого устройства есть серьезные недостатки:

Это одноканальный стабилизатор. Приличный же лабораторный блок питания обычно имеет несколько независимых регулируемых каналов (с возможностью совместной работы).
Это линейный стабилизатор. Нагревается при работе с большой нагрузкой. Количество потерянной мощности зависит от параметров выхода — чем больше ток и напряжение — тем больше потеря мощности. Способность эффективно рассеивать тепло также будет полезна при проектировании БП.
Простота решений это хорошо, но аппетит растет во время еды — если делаете базовую версию, стоит дополнить ее рядом интересных и полезных добавлений — вентилятором с терморегулятором, автоматическим выключателем трансформатора, цифровым потенциометром управляемым энкодером, отображение рабочих параметров: тока, напряжения, мощности, заряда, температуры, тепловой защиты, защиты от обратной полярности, системой плавного пуска, сигнализации рабочего состояния (стабилизация напряжения / стабилизация тока / стабилизация температуры / стабилизация мощности / защита сработала), акустическая сигнализация, память настроек и так далее.

Кстати, схема хороша тем, что на её основе можно даже сделать блок питания для напряжения от 0 до 300 В. Понадобится изменить следующее:

T2 на FQI2P40 (QFET P-Chanel);
T1 — BUL416 (можете использовать практически любой NPN, например с умножителя в телевизорах с ЭЛТ);
T3 — BUT11A (транзистор весьма популярный);
R5 7,5 Ом (для диапазона до 200 мА);
R12 600 кОм / 1 Вт (для диапазона от 0 до 300 В)
R11 47 Ом (максимум 30 мА протекает через полевой транзистор при нагрузке 200 мА).

Питание US1 от независимого напряжения + 18 В. Электролиты на входе и выходе блока питания конечно от 450 В. В принципе этого достаточно.

Простой лабораторный блок питания — версия 2

Существует и специальная версия блока питания 2,0. Полевого транзистора в ней нет. Параметры отслеживаются хуже, но все еще на высоком уровне. Транзистор Т2 теперь имеет относительно низкую мощность. Свойства малого падения напряжения на схеме (Low Drop Ouput — LDO) были сохранены.

Преимущества использования полевого транзистора с P-каналом в регулируемом источнике питания очевидны: упрощение применения и отличные параметры стабилизации напряжения и тока. Правила выбора значений элементов приведены на каждой принципиальной схеме. Можете использовать IRF9540 в качестве T2.

Софт старт трансформатора

Принципиальная схема автоматического старта трансформатора прилагается.

Она работает довольно хорошо, потому что:

Трансформатор оснащен схемой плавного пуска, которая эффективно уменьшает импульс тока;
2. МОП-транзистор может быть перегружен в импульсном режиме, то есть он может пропускать гораздо более высокие токи, чем номинально. Здесь он работает с постоянным напряжением, пульсирующим от 0 В до максимального значения.
Сам МОП-транзистор имеет низкое сопротивление (0,2 Ом) и последовательно с сопротивлением ЭПС электролитического конденсатора и другими паразитными сопротивлениями (например, от трансформатора, диодного моста, проводов) эффективно ограничивает значение максимального тока.

В общем такой БП конечно не предел мечтаний для профессионального радиолюбителя, но в данном случае это вполне приличный и не очень сложный блок питания, как раз для бытовых нужд.

Для создания источника питания использовался трансформатор ТС 120/14, дающий напряжение 2x 24 В и ток 2x 2 А. Подключены обе вторичные обмотки параллельно и получилось солидных 4 ампера. Мост выпрямительный GBU10M и конденсаторы.

Транзисторы: управляющие, как по на схеме BC337, управляемый IRF9540, и 2SC4288A поддерживает его. Помещены оба этих транзистора на довольно большой радиатор от процессора, оборудованного вентилятором.

Корпус раньше служил в качестве корпуса простого усилителя. Из-за большого количества пустого пространства внутри (на вырост) решено было использовать именно его.

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.

Здравствуйте, друзья! Лабораторный блок питания является прибором первой необходимости для начинающего радиолюбителя и по этому я хочу представить вашему вниманию свою новую самоделку. Очень простой и надежный лабораторный блок питания с регулятором напряжения от 1,5 до 30 вольт, максимальной силой тока 5А и защитой от короткого замыкания с звуковой сигнализацией. Источником питания для приведенной ниже схемы может служить любой трансформатор или импульсный блок питания, например от ноутбука с выходным напряжением от 16 до 40 вольт и максимальной силой тока до 5А.

Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ

Как работает блок питания?

Напряжение от источника питания проходя через диодный мост Br1 выпрямляется и поступает на регулятор напряжения состоящий из транзистора Т1, резистора R1 и переменного резистора Р1. На выходе из регулятора получается 12 вольт. Этим напряжением постоянно питается вентилятор, реле К1 и вольт амперметр V/A1.

В режиме ожидания от диодного моста Br1 через постоянно замкнутые контакты реле К1 подается напряжение на звуковой сигнализатор короткого замыкания в результате чего в бипере SP1 раздается постоянный звуковой сигнал, что свидетельствует о исправной системе защиты от короткого замыкания.

При кратковременном нажатии кнопки START S1 подается напряжение через резистор R2 на базу транзистора Т2 в результате, чего транзистор Т2 открывается и подает питание на обмотку реле К1, контакты реле К1 переключаются и происходит самоблокировка реле К1. В момент срабатывания реле К1 отключается звуковой сигнализатор короткого замыкания, а в место него подключается регулятор напряжения на микросхеме LM338T. Далее напряжение через шунтирующий диод D2 поступает на выход блока питания. Регуляция напряжения на выходе из блока питания выполняется переменным резистором Р2. Контроль напряжения и силы тока осуществляется вольт амперметром V/A1. В случае короткого замыкания происходит падение напряжения на базе транзистора Т2, транзистор закрывается в следствии чего, контакты реле переключаются. Нагрузка отключается, а на звуковой сигнализатор короткого замыкания подается питание и раздается звуковой сигнал. После устранения короткого замыкания следует кратковременно нажать кнопку START S1 и блок питания снова перейдет в рабочий режим. И так может продолжаться до бесконечности.

Список радиодеталей для сборки лабораторного блока питания:

Источник питания любой подходящий трансформатор или импульсный блок питания от 16 до 40 вольт
Транзисторы Т1, Т2 TIP41C, КТ819Г и их аналоги
Микросхема LM338T на 5А или LM350T на 3А, LM317T на 1,5А все зависит от мощности источника питания
Микросхема NE555
Диодный мост Br1 любой не менее 6А можно заменить диодами.
Диоды любые D1 0,5А, D2 от 1,5А до 10А зависит от нагрузки возможно параллельное соединение диодов
Конденсаторы С1, С2, С4 100нф, С3 470мкф 35в, С5 1000мкф 50в
Резисторы R1, R4 1k, R2 5,1k, R3 270, R5 10k, R6 330, R7 150, R8 200
Переменные резисторы Р1 10К, Р2 5К
Реле SRD12VDC-SL-C 12В 10А
Кнопка START S1 без фиксации на замыкание
Вентилятор М1 от компьютера
Бипер SP1 от компьютера или маленький динамик
Вольт амперметр китайский универсальный с Alliexpress

Внимание: При сборке лабораторного блока питания не изменяйте номиналы конденсаторов С1, С4, С5 иначе не будет срабатывать система защиты от короткого замыкания.

Цоколевка применяемых транзисторов

Возможно вам это пригодиться…

Все детали следует разместить на печатной плате изготовленной по лазерно-утюжной технологии.

Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 5А с защитой от КЗ

Как настроить блок питания?
Схема лабораторного блока очень простая, но все равно требуется небольшая настройка. Поставьте переменный резистор Р1 в среднее положение. Включите блок питания в сеть, подключите мультиметр параллельно вентилятору, резистором Р1 установите напряжение 12 вольт. Резистором R3 регулируется напряжение питания звукового сигнализатора короткого замыкания, смотрите по схеме напряжение на входе сигнализатора должно быть 12 вольт.

Тональность сигнализатора изменяется резистором R4 и конденсатором С2. Громкость регулируется подбором резистора R6. Порог срабатывания системы защиты от короткого замыкания подбирается резистором R2. Напряжение на выходе из блока питания изменяется переменным резистором Р2 его ручка выведена на лицевую панель блока питания.

В процессе работы транзистор Т1, микросхема LM338T и диодный мост будут сильно нагреваться, поэтому их следует установить на радиатор, перед установкой обязательно изолировать от радиатора. Как это сделать читайте здесь: Как изолировать транзисторы от радиатора?

Для контроля напряжения и силы тока лучше всего установить вот такой универсальный вольт амперметр.

Кстати, его надо откалибровать. С обратной стороны прибора находится два маленьких переменных резистора один отвечает за вольтаж, второй за ампераж. Делаем так, подключаем параллельно к выходу блока питания мультиметр, включаем в режим вольтметра и сравниваем показания приборов, если показания не соответствуют крутим переменный резистор в разные стороны, чтобы добиться наиболее точных показаний прибора. Чтобы откалибровать амперметр переключите мультиметр в режим амперметра. К блоку питания подключите лампочку последовательно с мультиметром и сверьте показания приборов.

Все компоненты лабораторного блока питания легко помещаются в корпусе от компьютерного блока питания.

Так выглядит готовое устройство. Для чего я установил два выключателя и кнопку на крыше блока питания? Красный выключатель сеть, он отключает трансформатор от сети 220В. Синяя кнопка START предназначена для перевода блока питания в рабочий режим.

В своем лабораторном блоке питания я установил трансформатор на 1,5 ампера. Его мощности вполне хватает, чтобы зарядить небольшой 12 вольтовый аккумулятор от бесперебойника емкостью 7А, его я установил на аккумуляторный шуруповерт. Если вы хотите собрать мощное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, тогда надо увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер.

Как увеличить мощность лабораторного блока питания до 10 ампер?

Чтобы увеличить мощность лабораторного блока питания достаточно параллельно микросхеме LM388T подключить мощный 12 амперный транзистор MJE13009. И соответственно заменить источник питания на более мощный трансформатор или импульсный блок питания. Схема будет выглядеть так.

Схема лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ

Печатная плата будет выглядеть так.

Печатная плата лабораторного блока питания 1,5-30В 10А с защитой от КЗ

А для любителей чего либо измерять, я решил снять пару осциллограмм в разных режимах работы блока питания.

На этой осциллограмме напряжение на выходе из блока питания снижено до 12 вольт.

Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 12 вольт.

А здесь максимальное напряжение на выходе из блока питания 25 вольт.

Осциллограмма трансформаторного лабораторного блока питания. Напряжение на выходе 25 вольт.

P. S. Все схемы и печатные платы в этой статье я разработал самостоятельно. И прежде чем написать я убедился в 100% работоспособности лабораторного блока питания во всех режимах. Если у вас, что то не получилось, проверьте все ли вы сделали правильно…

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как работает лабораторный блок питания.

Мощный лабораторный стабилизированный блок питания

Есть необходимость в таком устройстве со след. параметрами:

Uвых = +/-5. +/-40В с возможностью плавной регулировки(шаг 1В)
Iвых = 0,5 . 4А также с регулировкой. (шаг 0,1 . 1A)

Может кто собирал что-нибудь подобное? Вопрос в том, как регулировать ток, если собирать, скажем, на стабах типа LM? как их умощнить, чтобы от 4-х ампер не позагибались? Или есть иное схемотехническое решение?

A s x
Может кто собирал что-нибудь подобное? Вопрос в том, как регулировать ток, если собирать, скажем, на стабах типа LM? как их умощнить, чтобы от 4-х ампер не позагибались? Или есть иное схемотехническое решение?
LM можно паралелить. Поставь паралельно четыре штуки на радиаторы и будет тебе до 6,5А. 4А точно выдержат. Для регулировки используй сдвоенный переменник и два вольтметра для наглядность. Дешево и сердито.

А ток каким образом регулировать? И как спаралелить LM?

A s x добавил 29.06.2006 в 17:10
И как расширить Диапазон выходного напряжения? (т.е. LM-ки выдают на выход +/- 30В при входе +/-35, как увеличить до +/-40 на выходе?). На вход больше не подашь же, насколько я понимаю, загнутся LM-ки то.

На ЛМках трудно тебе будет добиться стабилизации напряжения и тока одновременно. Лучше использовать ОУ(высоковольтные)Когда-то я сам проектировал такую штуку и пришел к этому выводу.И еще:для стаб.5в
4А радиатор должен рассеивать где-то 160вт для одного канала.. Что-бы уменьшить радиатор я переключал вых. обмотки с помощью 1108ПВ1 (он это делал автоматически), и поддерживал падение напр. на транзисторе
с точностью до 2В (младший разряд). Было 4 переключаемых обмоток(2в,
4в,8в,16в)в суме 30в и одна на 5в.Мне нужно было 30в. Для такой сх.
не нужен большой радиатор.Если тебе нужно на 40в то будет где-то 22в,11в, 5,5в и 2,25В + 5. 6в доп. обмотка.
Это всего лишь один из многих возможных вариантов..
Удачи..

A s x
LM можно паралелить. Поставь паралельно четыре штуки на радиаторы и будет тебе до 6,5А. 4А точно выдержат. Для регулировки используй сдвоенный переменник и два вольтметра для наглядность. Дешево и сердито.

А не проще ли будет мощный транзюк поставить и меньше мудистики будет, у меня БП на LM+819(818) в пластике отлично работает и держит 5А правда БП до +-30вольт.

В Радио №3 2004 есть схема импульсно-линейного стабилизатора 0. 35 В 0. 7,5 А, только защиту по току придется самому придумать, но это несложно.

The time is gone, The song is over, Thought I*d something more to say. (Pink Floyd - Dark Side Of The Moon - Time - 1973)

vizzy схему можешь выложить?

aknodik добавил 29.06.2006 в 21:00
A s x молодец . очень даже правильную тему повёл.

На ЛМках трудно тебе будет добиться стабилизации напряжения и тока одновременно. Лучше использовать ОУ(высоковольтные)Когда-то я сам проектировал такую штуку и пришел к этому выводу.И еще:для стаб.5в
4А радиатор должен рассеивать где-то 160вт для одного канала.. Что-бы уменьшить радиатор я переключал вых. обмотки с помощью 1108ПВ1 (он это делал автоматически), и поддерживал падение напр. на транзисторе
с точностью до 2В (младший разряд). Было 4 переключаемых обмоток(2в,
4в,8в,16в)в суме 30в и одна на 5в.Мне нужно было 30в. Для такой сх.
не нужен большой радиатор.Если тебе нужно на 40в то будет где-то 22в,11в, 5,5в и 2,25В + 5. 6в доп. обмотка.
Это всего лишь один из многих возможных вариантов..
Удачи..

Читайте также: