Лабораторный блок питания своими руками 0 30в 0 5а

Обновлено: 26.07.2024

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

Обычно для переделки компьютерных блоков питания используют блоки ATX, собранные на микросхемах TL494 (KA7500), но в последнее время такие блоки не попадаются. Их стали собирать на более специализированных микросхемах, на которых сложнее сделать регулировку тока и напряжения с нуля. По этой причине был взят для доработки старый блок типа AT на 200W, который был в наличии.

Содержание / Contents

↑ Этапы переделки

1. Вмонтирована плата зарядного устройства от мобильного телефона Nokia AC-12E с доработкой. В принципе можно использовать и другие зарядные устройства.

Доработка заключалась в перемотке III обмотки трансформатора и установке дополнительного диода и конденсатора. После переделки блок стал выдавать напряжения +8V для питания вентилятора и вольтметра-амперметра и +20V для питания микросхемы управления TL494N.

2. С платы блока AT выпаяны детали самозапуска первичной цепи и цепи регулировки выходного напряжения. Также были удалены все вторичные выпрямители.

Выходной выпрямитель переделан по мостовой схеме. Использованы три диодных сборки MBR20100CT. Дроссель перемотан — диаметр кольца 27 мм, 50 витков в 2 провода ПЭЛ 1 мм. В качестве нелинейной нагрузки применена лампа накаливания 26V 0,12A. С ней напряжение и ток хорошо регулируются от нуля.
Для обеспечения устойчивой работы микросхемы изменены цепи коррекции. Для грубой и точной регулировок напряжения и тока применено особое подключение потенциометров. Такое подключение позволяет плавно изменять напряжение и ток в любом месте при любом положении потенциометра грубой регулировки.

Особого внимания требует шунт, провода для регулировки и измерения должны подключатся непосредственно к его выводам, так как напряжение, снимаемое с него невелико. На схеме эти подключения показаны фиолетовыми стрелками. Измеряемое напряжение для цепи регулирования снимается с делителя с коррекцией для устранения самовозбуждения в цепях управления.
Верхний предел установки напряжения подбираются резисторами R38, R39 и R40. Верхний предел установки тока подбирается резистором R13.

3. Для измерения тока и напряжения применен вольтметр-амперметр

4. Программа для микроконтроллера написана на СИ (mikroC PRO for PIC)и снабжена комментариями.

↑ Конструкция и детали

Конструктивно все элементы размещены в корпусе блока AT. Плата зарядного устройства закреплена на радиаторе с силовыми транзисторами. Сетевые разъемы убраны и на их месте установлен выключатель и выходные зажимы. Сбоку на крышке блока находятся резисторы установки напряжения и тока и индикатор вольтметра-амперметра. Закреплены они на фальшпанели с внутренней стороны крышки.

↑ Замеченные особенности недостатки

В качестве базового блока использован блок AT 200 W. К сожалению, он имеет довольно маленький радиатор для силовых транзисторов. При этом вентилятор подключен к напряжению 8 Вольт (для уменьшения создаваемого шума), поэтому токи больше 6 – 7 Ампер , снимать можно только кратковременно, во избежание перегрева транзисторов.

После изготовления нескольких проектов, требовавших токи до десятка ампер, естественно с возможностью регулировать напряжение, решено было построить новый мощный источник питания, который должен заменить старый на Lm317. Но чтобы устройство получилось действительно лабораторным и универсальным, оно должно ещё мерять температуру, конденсаторы и дросселя.

Технические характеристики самодельного БП

Регулируемый источник питания 0-32 В и 0.002-7 A
Измерение температуры DS18B20
Измерение емкости от 1pF к 100mF
Измерение индуктивности 0,001uH – 100H
Возможность заряжать разные аккумуляторы

Модуль выпрямителя источника питания

трансформатор 200 Вт 24 В
дополнительный потенциометр 1k для точного регулирования напряжения
конденсатор фильтра – 10000uF / 63V
выпрямительные диоды на 8 A

Принципиальная схема БП 30В 5А

Список деталей для сборки блока питания:

R1 = 2,2 K 1W
R2 = 82 Ohm 1/4W
R3 = 220 Ohm 1/4W
R4 = 4,7 K 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10K 1/4W
R7 = 0,47 Ohm 5W
R8, R11 = 27 K 1/4W
R9, R19 = 2,2 K 1/4W
R10 = 270 K 1/4W
R12, R18 = 56 K 1/4W
R14 = 1,5 K 1/4W
R15, R16 = 1 K 1/4W
R17 = 33 Ohm 1/4W
R22 = 3,9 K 1/4W
RV1 = 100K переменный
P1, P2 = 10 K линейный
C1 = 3300uF/50V
C2, C3 = 47uF/50V
C4 = 100nF полиэстер
C5 = 200nF полиэстер
C6 = 100pF керамика
C7 = 10uF/50V
C8 = 330pF керамика
C9 = 100pF керамика
D1, D2, D3, D4 = 1N5402 2А
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V стабилитрон
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 1A
Q1 = BC548
Q2 = 2N2219
Q3 = BC557, BC327
Q4 = 2N3055
U1, U2, U3 = TL081
D12 = LED

Охлаждение блока питания

Измерение температуры производится с включением внешнего датчика, благодаря миниджеку, который переключает разъем 2 (в данном случае Vdd и DQ массы, общим для обоего датчиков).

Есть регулируемое охлаждение при максимальных оборотах на температуре 40C. Внутренний датчик измеряет температуру радиатора. При выходе 10 В и 7 A максимальная температура (в комнате 18C) достигнута через 10 минут и держится стабильно 45C.

радиатор 192x70x50 мм с фрезерованием под вентиляторы на 12 В, анодированный черный
термистор LM317 + 4k7 вентилятора контроллер
на радиаторе установлены 3xTIP3055 + 3x0R22, 2x 0R47 5W в металлическом корпусе, термистор и датчик температуры DS18B20.

Измерительная система ЛБП

Измеритель V / A / Т: готовый модуль измерителя напряжения и тока с возможностью измерения температуры и индикации мощности, всё одновременно отображено на дисплее 2×20 HD47.

L / C-метр: тоже готовый купленный на китайском сайте (ссылки не будут – выбирайте любой сами под свои потребности). Вот его описание:

Модель: LC100-A
Размер: 81 x 47 x 30 мм (L * W * H)
Питание: + 5v, интерфейс miniUSB
Точность измерения: 1%
Диапазон измерения малой емкости: 0.01 pF – 10 uF
Минимальное разрешение : 0.01 pF
Диапазон измерения большой емкости 1 uF – 100 mF
Минимальное разрешение: 0,01 uF
Диапазон измерения индуктивности: 0,001 uH – 100 mH
Диапазон измерения большой индуктивности: 0,001 mH – 100H
Минимальное разрешение: 0,001 uH
Диапазон тестовых частот: L / C около 500 кГц
ЖК-дисплей: 1602

Корпус устройства изготовлен из алюминиевой плиты, задний лист перфорированный, с порошковым покрытием, передний – черный анодированный.

На передней панели 3 пары разъемов банан – 5В, 12В, 0-32В. Регулятор грубой и точной настройки вольтажа.

Если не требуется столь большой ток, его можно ограничить установкой вместо резистора 0,23R, R7 = 0,47R, что даст 3 A на выходе. Но учтите, что с током 5-7 A можно заряжать автомобильные аккумуляторные батареи, тем более, что индикатор имеет функцию измерения заряда. Так что данный БП ещё прекрасно работает как зарядное устройство. Ещё один вариант аналогичного устройства смотрите по ссылке.