Линейный блок питания своими руками с защитой от кз

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 04.10.2024

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

На разработку этого блока питания потребовался один день, за этот же день он был реализован, и весь процесс был снят на видео камеру. Несколько слов о схеме. Это стабилизированный блок питания с регулировкой выходного напряжения и ограничением тока. Схематические особенности позволяют скинуть минимальную грань выходного напряжения до 0,6 Вольт, а минимальных выходной ток в районе 10мА.

Не смотря на простату конструкции, данному блоку питания уступают даже хорошие лабораторные блоки питания со стоимостью 5-6 тысяч рублей!. Максимальный выходной ток схемы 14Ампер, максимальное выходное напряжение до 40 Вольт - больше не стоит.

Довольно плавное ограничение тока и регулировка напряжения. Блок имеет также фиксированную защиту от коротких замыканий, к стати - ток защиту тоже можно выставить (этой функции лишены почти все промышленные образцы) к примеру, если вам нужно, чтобы защита срабатывала при токах до 1 Ампер - то всего лишь нужно настроить такой ток помощью регулятора настройки тока срабатывания. Максимальный ток - 14Ампер, но и это не предел.

В качестве датчика тока задействовал несколько резисторов 5 ватт 0,39Ом подключенных параллельно, но их номинал можно менять, исходя от нужного тока защиты, к примеру - если планируете блок питания с максимальным током не более 1 Ампер, то номинал этого резистора в районе 1Ом при мощности 3Ватт.

При коротких замыканиях падение напряжения на датчике тока достаточно для срабатывания транзистора BD140, При его открывании срабатывает также нижний транзистор - BD139, через открытый переход которого поступает питание на обмотку реле, в следствии чего, реле срабатывает и размыкается рабочий контакт (на выходе схемы). Схема в таком состоянии может находится сколько угодно времени. Вместе с защитой срабатывает также индикатор защиты. Для того, чтобы снять блок с защиты нужно нажать и опустить кнопку S2 по схеме.

Реле защиты с катушкой 24 Вольт с допустимым током 16-20 и более Ампер.

Маломощные транзисторы типа BD139 можно заменить на полный аналог - KT815Г,(можно также - KT817, 805), BD140 - на КТ816Г (можно также КТ814).
Маломощные транзисторы устанавливать на теплоотводы не нужно.

По сути - представлена только схема управления(регулировки) и защиты (рабочий узел). В качестве блока питания я задействовал доработанные компьютерные блоки питания (последовательно соединенные), но можно любой сетевой трансформатор с мощностью 300-400 ватт, во вторичной обмоткой 30-40 Вольт, ток обмотки 10-15 Ампер - это в идеале, но можно трансформаторы и меньшей мощности.

Диодный мост - любой, с током не менее 15 Ампер, напряжение не важно. Можно использовать готовые мосты, стоят они не более 100 руб.

За 2 месяца было собрано и продано свыше 10 таких блоков питания - никаких жалоб. Для себя собрал точно такой БП, и как только я его не мучил - неубиваемый, мощный и очень удобный для любых дел.

Если есть желающие стать владельцем такого БП, то могу сделать под заказ, свяжитесь со мной по адресу Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. , остальное расскажут видео уроки по сборке.

У каждого радиолюбителя, будь он чайник или даже профессионал, на краю стола должен чинно и важно лежать блок питания. У меня на столе в данный момент лежат два блока питания. Один выдает максимум 15 Вольт и 1 Ампер (черный стрелочный), а другой 30 Вольт, 5 Ампер (справа):

Ну еще есть и самопальный блок питания:

Вот здесь можно прочитать про его сборку.

Думаю, вы часто их видели в моих опытах, которые я показывал в различных статьях.

Заводские блоки питания я покупал давненько, так что они мне обошлись недорого. Но, в настоящее время, когда пишется эта статья, доллар уже пробивает отметку в 70 рублей. Кризис, мать его, имеет всех и вся.

Ладно, что-то разошелся… Так о чем это я? Ах да! Думаю, не у всех карманы лопают от денег… Тогда почему бы нам не собрать простую и надежную схему блока питания своими ручонками, которая будет ничуть не хуже покупного блока? Собственно, так и сделал наш читатель. Нарыл схемку и собрал самостоятельно блок питания:

Получилось очень даже ничего! Итак, далее от его имени…

Первым делом давайте разберемся, в чем хорош данный блок питания:

— выходное напряжение можно регулировать в диапазоне от 0 и до 30 Вольт

— можно выставлять какой-то предел по силе тока до 3 Ампер, после которого блок уходит в защиту (очень удобная функция, кто использовал, тот знает).

— очень низкий уровень пульсаций (постоянный ток на выходе блока питания мало чем отличается от постоянного тока батареек и аккумуляторов)

— защита от перегрузки и неправильного подключения

Итак, теперь обо всем по порядку. Схема давно уже гуляет в интернете (кликните по изображению, откроется в новом окне на полный экран):

Цифры в кружочках — это контакты, к которым надо припаивать провода, которые пойдут на радиоэлементы.

Обозначение кружочков на схеме:
— 1 и 2 к трансформатору.
— 3 (+) и 4 (-) выход постоянного тока.
— 5, 10 и 12 на P1.
— 6, 11 и 13 на P2.
— 7 (К), 8 (Б), 9 (Э) к транзистору Q4.

На входы 1 и 2 подается переменное напряжение 24 Вольта от сетевого трансформатора. Трансформатор должен быть приличных габаритов, чтобы в нагрузку он смог выдать до 3 Ампер в легкую. Можно его купить, а можно и намотать).

Диоды D1…D4 соединены в диодный мост. Можно взять диоды 1N5401…1N5408 или какие-нибудь другие, которые выдерживают прямой ток до 3 Ампер и выше. Можно также использовать готовый диодный мост, который бы тоже выдерживал прямой ток до 3 Ампер и выше. Я же использовал диоды таблетки КД213:

Микросхемы U1,U2,U3 представляют из себя операционные усилители. Вот их цоколевка (расположение выводов). Вид сверху:

Транзистор Q1 марки ВС547 или BC548. Ниже его распиновка:

Транзистор Q2 возьмите лучше советский, марки КТ961А

Не забудьте его поставить на радиатор.

Транзистор Q3 марки BC557 или BC327

Транзистор Q4 обязательно КТ827!

Вот его распиновка:

Схему я перечерчивать не стал, поэтому есть элементы, которые могут ввести в замешательство — это переменные резисторы. Так как схема блока питания болгарская, то у них переменные резисторы обозначают так:

Я даже указал, как узнать его выводы с помощью вращения столбика (крутилки).

Ну и, собственно, список элементов:

R1 = 2,2 кОм 1W
R2 = 82 Ом 1/4W
R3 = 220 Ом 1/4W
R4 = 4,7 кОм 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 кОм 1/4W
R7 = 0,47 Ом 5W
R8, R11 = 27 кОм 1/4W
R9, R19 = 2,2 кОм 1/4W
R10 = 270 кОм 1/4W
R12, R18 = 56кОм 1/4W
R14 = 1,5 кОм 1/4W
R15, R16 = 1 кОм 1/4W
R17 = 33 Ом 1/4W
R22 = 3,9 кОм 1/4W
RV1 = 100K многооборотный подстроечный резистор
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ
C5 = 200нФ
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5401…1N5408
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = стабилитроны на 5,6V
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548 или BC547
Q2 = КТ961А
Q3 = BC557 или BC327
Q4 = КТ 827А
U1, U2, U3 = TL081, операционный усилитель
D12 = светодиод

Теперь я расскажу, как я его собирал. Трансформатор уже взял готовый от усилителя. Напряжение на его выходах составило порядка 22 Вольта. Потом стал подготавливать корпус для моего БП (блок питания)

Далее с помощью ЛУТа сделал печатную плату (печатка и описание работы блока питания будут в конце статьи по ссылке):

Запаял кроватки для ОУ (операционных усилителей) и все другие радиоэлементы, кроме двух мощных транзисторов (они будут лежать на радиаторе) и переменных резисторов:

А вот так плата выглядит уже с полным монтажом:

Подготавливаем место под платку в нашем корпусе:

Приделываем к корпусу радиатор:

Не забываем про кулер, который будет охлаждать наши транзисторы:

Ну и после слесарных работ у меня получился очень хорошенький блок питания. Ну как вам?

Описание работы, печатку и список радиоэлементов я взял здесь в конце статьи.

Ну а если кому лень заморачиваться, то всегда можно приобрести за копейки подобный кит-набор этой схемы на Алиэкпрессе по этой ссылке

На этой странице вы найдёте видеоинструкции, схемы и советы по сборке лабораторного блока питания из китайских модулей своими руками. Здесь представлены два варианта регулируемых блоков питания: полноразмерный “всё-в-одном” с мощностью около 100 Ватт и размерами корпуса 170х120х45 мм, а также мини-версия с отдельным блоком питания, мощностью 50 Ватт (100 Ватт пик), и компактным корпусом 100х60х25 мм. Оба проекта имеют регулируемое напряжение, регулируемый ток (ограничение по току), вольтметр и амперметр. Делитесь своими вариантами исполнения в теме проекта в нашем сообществе!

ВАМ ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРИГОДИТСЯ

Паяльники, припой

Мультиметры

Радиодетали

Блоки питания

Инструменты

Шуруповёрты

КИТАЙСКИЕ ЛБП

300W, 0-30V, 0-10A, CC/CV, QC

300W, 30V/10A или 60V/5A, CC/CV

DIY ВЕРСИЯ

ВИДЕО

КОРПУС ПОД 3D ПЕЧАТЬ

КОМПОНЕНТЫ

AC DC 24V 6A

DC ВС XL4016

40 мм вентилятор

Выключатель

Термореле

Термореле мини

Понижайка

Гнёзда С8

Провод С8

Силовой провод

Гнёзда под банану

Клеммник

Банана – крокодилы

USB 1 выход 3A

USB 2 выхода

USB QC 4.0

МИНИ ВЕРСИЯ

ВИДЕО

КОРПУС ПОД 3D ПЕЧАТЬ

Крутой корпус от Андрея Бесараба (EVERYLIGHT). Файлы можно скачать с Яндекс.диска или из статьи (статья включает рекомендации по сборке)

Попробовал недавно собрать схему мощного лабораторного блока питания 0-30 В с защитой 0-10 А, работает нормально. Принципиальная схема, печатная плата и файлы в общем архиве. Тут нужна однослойная печатная плата 92 х 72 мм.

Схема БП 0-30 В и 0-10 А

Этот лабораторный источник питания, несомненно, будет полезным устройством как для профессионального электронщика, так и для начинающего радиолюбителя.

Параметры БП

плавно регулируемое выходное напряжение от 0 до 30 В;
ограничение выходного тока регулируется от 0 до 10 А;
сигнализация ограничения тока с помощью светодиода;
выходной ток: 8 А непрерывный, 10 А пиковый;
максимальная пульсация 0,5 мВ;
защита от короткого замыкания.

Схема на первый взгляд сложновата, но если вы хотите создать действительно стоящую вещь на все случаи жизни, то рекомендую за неё взяться. Ведь часто бывает что сделав на скорую руку простейший параметрический стабилизатор на паре транзисторов и снабдив его стрелочным вольтметром (типа на первое время), потом годами приходится работать с этим делом, особенно если оно уже в корпусе.

Здесь такой большой ток нагрузки достигается за счёт 5-ти параллельных транзисторов, так сказать распределенная нагрузка.

И второй момент: переключаемая вторичная обмотка, благодаря которой на низких напряжениях снижается бесполезно расходуемая энергия. За автоматическое переключение отвечает микросхема IC1 вкупе с переменником 10 кОм. Соответственно, выходное напряжение контролируется IC2, а ограничитель тока это IC3.

Токовый детектор – 6 параллельно собранных 5-ваттных резисторов по 0,33 Ома (итого 0,05 Ом). Такая сборка позволит работать с токами до 10 ампер. Диод D3 на выходе – обычная защита от обратной полярности, его выбираем чем по-мощнее.

Читайте также: