Лабораторный блок питания своими руками из китайских модулей

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Как сделать для начинающих блок питания с регулированием по напряжению и току. Делаем своими руками на основе готовых модулей с Алиэкспресс.

Размещаем всю электронику в корпусе от старого неисправного компьютерного CD ROM. В результате получим недорогой компактный лабораторный блок питания с напряжением от 1,25 до 24 Вольт и ограничением по току от 0,1 до 5 Ампер.

Номинальная нагрузка - 3А (5Ав пике). В корпусе еще много свободного места - можно добавить вентилятор для охлаждения электроники (небольшой кулер от компьютера). Одновременно этот ЛБП можно использовать для зарядки для всех типов аккумуляторов небольшой емкости.

Заявлены довольно высокие параметры, а стоимость готового модуля меньше стоимости входящих в него деталей. Прельщают малые размеры платы.
Я решил приобрести несколько штук и испытать их. Надеюсь, мой опыт будет полезен не слишком опытным радиолюбителям.

Содержание / Contents

Я купил на Aliexpress модули LM2596, как на фото выше. Хотя на сайте были показаны твердотельные конденсаторы на напряжение 50 В, конденсаторы обычные, а половина модулей с конденсаторами на напряжение 16 В.

↑ Это трудно назвать стабилизатором.

Можно подумать, что достаточно взять трансформатор, диодный мост, подключить к ним модуль, и перед нами стабилизатор с выходным напряжением 3…30 В и током до 2 А (кратковременно до 3 А).

Я так и сделал. Без нагрузки всё было хорошо. Трансформатор с двумя обмотками по 18 В и обещанным током до 1,5 А (провод на глаз был явно тонковат, так оно и оказалось).
Мне нужен был стабилизатор +-18 В и я выставил нужное напряжение.

При нагрузке 12 Ом ток 1,5 А, вот осциллограмма, 5 В /клетка по вертикали.

Это трудно назвать стабилизатором.

Причина проста и понятна: конденсатор на плате 200 мкФ, он служит только для нормальной работы DC-DC преобразователя. При подаче на вход напряжения от лабораторного блока питания, всё было нормально. Выход очевиден: надо питать стабилизатор от источника с малыми пульсациями, т. е. добавить после моста ёмкость.

↑ Борьба с пульсациями

↑ Увеличенная ёмкость на входе

С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).

Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.

Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.

Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц.

↑ LC-фильтр на выходе

Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.

На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.

Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.

Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.

Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.

↑ Итоговая схема включения модулей LM2596

При длительной нагрузке током 1 А детали заметно нагреваются: диодный мост, микросхема, дроссель модуля, больше всего дроссель (дополнительные дроссели холодные). Нагрев на ощупь 50 градусов.

При работе от лабораторного блока питания, нагрев при токах 1,5 и 2 А терпимый в течение нескольких минут. Для длительной работы с большими токами желателен теплоотвод на микросхему и дроссель большего размера.

↑ Монтаж

Это обеспечило удобный монтаж и охлаждение модулей. Стойки можно сильно нагревать при пайке, они не сместятся в отличие от простых штырей. Эта же конструкция удобна, если надо припаять к плате внешние провода – хорошая жесткость и контакт.
Плата позволяет легко заменить при необходимости модуль DC-DC.

Общий вид платы с дросселями от половинок какого-то ферритового сердечника (индуктивность не критична).

Несмотря на крошечные размеры модуля DC-DC, общие размеры платы получились соизмеримыми с платой аналогового стабилизатора.

↑ Выводы

1. Необходим трансформатор с сильноточной вторичной обмоткой или с запасом по напряжению, в этом случае ток нагрузки может превышать ток обмотки трансформатора.

2. При токах порядка 2 А и более желателен небольшой теплоотвод на диодный мост и микросхему 2596.

3. Конденсатор питания желателен большой ёмкости, это благоприятно сказывается на работе стабилизатора. Даже крупная и качественная ёмкость немного нагревается, следовательно желательно малое ESR.

4. Для подавления пульсаций с частотой преобразования, LC фильтр на выходе необходим.

5. Данный стабилизатор имеет явное преимущество перед обычным компенсационным в том, что может работать в широком диапазоне выходных напряжений, при малых напряжениях можно получить на выходе ток больше, чем может обеспечить трансформатор.

6. Модули позволяют сделать блок питания с неплохими параметрами просто и быстро, обойдя подводные камни изготовления плат для импульсных устройств, то есть хороши для начинающих радиолюбителей.

ЛБП 0-30в/3А (китайский кит)

Достался по случаю такой наборчик, собрал - работает. Тюнинговал по мотивам.
Все бы ничего, но только регулировка напряжения получилась очень грубой (переменник штатный - 10 кОм "В"). Как сделать более точную?
Походу девайс боится козы (ограничение тока при этом работает корректно) - уже две пары транзюков спалил! Как сделать защиту?
Схемко прилагаеццо.

Миниатюры

А потому, что он определяет ток, который будет течь через транзистор в режиме КЗ.
И будет этот ток в 3 раза больше, чем при 0,47 Ом.
Транзистор при этом выйдет за ОБР (область безопасной работы).
И вообще, при низких выходных напряжениях и больших токах очень легко выйти за ОБР. Выходом из этой ситуации может быть включение нескольких транзисторов впараллель, с небольшими резисторами в эмиттерной цепи.
Растянуть регулировку можно либо многооборотным переменным резистором, либо сделать двухступенчатую регулировку двумя потенциометрами - грубо и точно.

Понятно. Хотя две пары транзисторов, при КЗ, спалил еще с резистором 0.47 Ом.
Как рассчитать резисторы в эмиттерной цепи, в случае нескольких транзисторов в параллель?
Двумя потенциометрами - грубо и точно. В моем случае второй потенциометр включать вот так? (картинко)
А какой номинал и характеристика? Извиняюсь за подобные вопросы, но экспериментировать нет возможности - потенциометров в наличии нет, придется покупать, так что хотелось бы наверняка.
Спасибо.

Миниатюры

Схема с потенциометрами правильная. Дополнительный потенциометр я бы взял 1 кОм. А можно и меньше.
Особой точности здесь не нужно.
Эмиттерные резисторы - сколько не жалко. На них упадет чуток напряжение, но это скомпенсируется стабилизатором.
Можно брать 0.1 . 0.5 Ом. Мощность на каждом из них будет ((I/n)^2)*R, где I - максимальный выходной ток стабилизатора, n - количество включенных параллельно транзисторов, R - ну, это понятно.
Чтобы не сильно грелись, номинальную мощность резистора брать хотя-бы в 2 раза больше, чем предполалагаемая максимальная мощность.

регулировка напряжения получилась очень грубой (переменник штатный - 10 кОм "В"). Как сделать более точную?

Родная схема очень сбалансирована, не надо её модернизировать. Замена транзисторов тоже чревата, т.к. корректировать надо заново.
Я заменил ОУ на моторолы, защитные и выпрямительные диоды заменил на шотки. Остальное из набора.Работает отлично.

Можно ли питать вот такой вольтметр от рабочей вторички трансформатора через свой отдельный выпрямитель и стабилизатор 7812 ? Где то читал что для этих вольтметров нужно отдельное питание, иначе врут в части измерения тока.

Миниатюры

Собрал второй канал, продолжил тесты.
КЗ держит уверенно - как кратковременное, так и длительное, при любом выходном напряжении. Загорается светодиод и напряжение (соответственно и ток) падают до 0. После удаления КЗ - все возвращается в исходное состояние.
Переменка с трансформатора 24в. В качестве нагрузки: 1. Резистор 4.7ом 50Вт сам в радиаторе и установлен на радиатор, обдуваемом кулером. 2. Автомобильная лампочка 24в 70Вт.
С нагрузкой-резистором снимается до 4А при выходном напряжении 20в. При увеличении напряжения - начинается срабатывание ограничения тока и происходит уменьшение напряжения.
С нагрузкой-лампочкой снимается до 2.9А при выходном напряжении 25в (максимальное в моей версии)
Показометры мои фиксируют ограничение тока от 0.03А. Если питать показометр от рабочей обмотки транса, даже с отдельным выпрямителем и стабилизатором - ограничение начинает срабатывать только от 0.28А. Следовательно для питания показометра должна быть все же отдельная обмотка или трансформатор.
Оба теста, с резистором и лампочкой, проводились по часу+. Нагрев большого общего радиатора - в разумных пределах, даже без включения кулера. Очень сильно (палец не терпит) греется резистор шунта (0.47ом 5Вт) на плате стабилизатора! Уменьшать его сопротивление, как упоминалось выше) не рекомендуется. Поставить резистор большей мощности конструктивно нет возможности, выносить на общий радиатор некуда. Что если взять 4 резистора 2ом 5Вт и напаять их друг на друга оставив на плате через текстолитовую прокладку - получим 0.5ом 20Вт. ?
Как измерить напряжение пульсаций на выходе?

Я что бы не сомневаться с напряжением поставил ОУ МС34071. У них 44 вольта максимальное напряжение.
При максимальных токах конечно будет греться резистор (датчик тока). Его температура может быть достаточно высокой, лишь бы не выпаивался и не горел.
Заменить на более мощный можно, собрать из нескольких тоже можно, а можно поставить радиатор из кусочков металла, можно надставить выводы трубками и т.д.
Пульсации можно померить переключением тестера с измерения постоянного напряжения на переменное на выходе блока под нагрузкой.

Мне дешевле было дисишки поставить, чем ОУ менять.
За два+ часа стресс-тестов вроде не выпаялся и не сгорел, но уж очень горячий! Про самодельный радиатор из оцинковки думал, но наверное лучше скомбинировать: несколько штук в параллель + радиатор.

В этой части соберем лабораторный блок питания на 24 вольта и 12 ампер тока, из китайских комплектующих в корпусе от привода компьютера. Такой блок отлично подходит для питания светодиодов (LED), зарядки аккумуляторов, питания всевозможных схем и устройств, где нужна точность параметров. Процесс сборки блока питания очень простой, пошаговый и можно все сделать своими руками соединив элементы схемы и не производя дополнительных настроек.

Комплектующие

Комплектующие попроще

Инструмент

Предыстория создания ЛБП

Мне приспичило собрать лабораторный блок питания, потому как задолбался изобретать велосипед придумывая, где взять нужные вольты с амперами под конкретную самоделку или для проверки работы очередного мотка проводов называемого гордо Схема!

Сначала решил посмотреть предложения на Алиэкспресс, хотя это было скучно и деньги было в лом тратить. Не долгие поиски привели к понимаю того, что там ЛБП в основном размером с системник от компа и не вписываются в мои желания. Сами можете посмотреть.

К ЛБП у меня были свои требования:

Напряжение более 20 вольт;
Ток более 4 ампер;
Раздельная плавная регулировка по току и напряжению;
Минимальные габариты, места у меня, как в метро в час пик.

Блок питания должен был мне заменить по сути 3 устройства:

Зарядник для литиевых аккумуляторов и прочих свинцовых батарей;
Драйвер светодиодов;
Универсальный источник питания.

Чесание в затылке в поиске решения

Естественно за хорошими идеями я отправился на просторы ютуба. Ютуб не подвел. Наткнулся на несколько прикольных вариантов, после выпуска видео на ютубе, кое кто из ребят даже одобрил мое творение, лайк им взаимный!

Короче я смог определиться со всеми комплектующими для сборки, естественно это не предел и можно расширить функционал и увеличить надежность текущей версии, но нужно было быстро и просто.

Я не компьютерный маньяк хранящий горы железа, но тем не менее у меня завалялось пара старых CD приводов, корпус одного из них и пошел в дело. Пожалуй, выбор корпуса тут самое геморройное занятие и зависит от доступности материалов, кто-то из дюралевых листов собирает стильный корпус, а у кого то уже есть 3D принтер и человек просто его печатает. Но мы не гордые запилим и в корпусе CD привода, пленочкой затянем, красочкой покрасим, ленточками подсветим ЛБП будет просто мёд!

Проще говоря при наличии всех комплектующих и нужного инструмента сделать его можно за пару часов, ура понеслась! Бежим на Алиэкспресс, ищем все деталюхи: блок питания на 24 вольта, мощный понижающий модуль на нцать ампер, прецизионные потенциометры, вольтамперметр с точностью до 0,001А, разъем бананас, прочую мелочевку если нет и заказываем все это дело, не забывая про кешбэк. Дальше ложимся спать, потому как время часа 3 – 4 ночи. На утро несемся смотреть статус заказов и громко материмся если заказ еще не отправили, идем завтракать!

Сборка блока питания в корпус

Будем считать, что заказ вы получили быстро и никто нигде не накосячил.

Теперь надо полазить по полкам и шкафчикам в поиске нужного инструмента. Набор инструментов для сборки прост: небольшие отвертки, пассатижи, паяльник, набор сверл, желательно шуруповерт или дрель, напильник, удобный термофен. Дальше на ваше усмотрение, вдруг завалялся ЧПУ фрезер или 3D принтер.

Появляется вопрос – С чего начать?

Начните с примерки всех комплектующих к вашему корпусу и их компоновки с учетом естественного или принудительного охлаждения и перспективы расширения функционала в виде модулей тепловых реле, дополнительных DC конвертеров для повышения или понижения напряжения, плат стабилизации питания для мощных usb выходов. Потому как пословица семь раз отмерь потом отрежь не работает, поэтому пользуемся другой. Делаем с минимальными потерями и, если что легко переделываем, потому что хорошая мысля всегда приходит опосля.

В случае с приводом от компа разбираем его и оставляем только металлический корпус, остальное вряд ли пригодиться в этом проекте, но не выкидываем и оставляем на запчасти! По сути ключевыми являются только 2 основных модуля, это плата питания и DC-DC понижающий модуль с возможностью раздельной регулировки по току и напряжению. Закидываем их в корпус и смотрим как их удобней разместить, учитывая охлаждение и удобство размещения проводки до остальных элементов ЛБП. Делаем нужную разметку и сверлим, пилим, точим, дырявим зависит от возможностей каждого. Крепить платы можно с помощью пластиковых или металлических стоек, ну или как я сделать трубочки-проставки от чупа-чупсов и длинные винты, чтобы контакты на нижней части плат не коротили о корпус.

Перед установкой понижающего модуля не забудьте выпаять потенциометры и на их контакты припаять провода для подсоединения к новым многооборотным, точным синим потенциометрам. Иначе откручивать все придется:)

В задней части корпуса нужно закрепить сетевой разъем, например от БП компа или попроще как в видео про лабораторный блок питания, но можно этого и не делать, если у вас он будет стоять все время на столе или просто не зудит кое где, желание его сделать

Передняя панель ЛБП

В моем варианте передняя панель оказалась самой трудоемкой деталью, поэтому если нет желания пыхтеть с напильником и прочими надфилями, надо найти вариант попроще. Подойдет листовой пластик от канцелярских лотков, контейнеров для еды и подобных вещей.

При разметке, чтобы не накосячить как я, перенесите размеры всех деталей, точнее проекции их самых широких частей) на будущую переднюю панель. Чтоб было где рисовать и не испортить панель, приклеиваем малярный скотч, ну или обычную бумагу обычным скотчем. Погнали!

Дальше просто размечаем и горячим лезвием скальпеля прорезаем все нужные дырочки и отверстия. Для эстетики я затянул морду пленкой, вы можете сделать то же самое разными самоклейками из хозмага или автозапчастей, на крайняк красим перманентным маркером.

Не забываем придумать крепление панели к корпусу, я засверлился в выступы корпуса для крепления родной панели загнув их перпендикулярно широкой части корпуса. Вариантов масса: припаять гайки к корпусу, сделать маленькие уголки, приклеить пластиковые трубки к корпусу на клей, экпоксидку, термоклей, в которые и будут вкручиваться маленькие саморезы. Короче решите сами исходя из своих возможностей и уровня озабоченности крутостью исполнения задуманного.

Читайте также: