Мощный блок питания на 12 вольт 30 ампер на кт827 своими руками
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 04.10.2024
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
Этот проект является одним из самых долгих, который делал. Заказал блок питания один человек для усилителя мощности.
Ранее никогда не довелось делать такие мощные импульсники стабилизированного типа, хотя опыт в сборке ИИП довольно большой. Проблем во время сборки было много. Изначально хочу сказать, что схема часто встречается в сети, а если точнее, то на сайте интервалка, но. схема изначально не идеальна, с ошибками и скорее всего ничего не заработает, если собрать точно по схеме с сайта.
В частности изменил схему подключения генератора, взял схему с даташита. Переделал узел питания управляющей цепи, вместо параллельно соединенных 2-х ваттных резисторов, задействовал отдельный ИИП 15 Вольт 2 Ампер, что дало возможность избавиться от многих хлопот.
Заменил некоторые компоненты под свои удобства и все запустил по частям, настроив каждый узел отдельно.
Несколько слов о конструкции блока питания. Это мощный импульсный сетевой блок питания по мостовой топологии, имеет стабилизацию выходного напряжения, защиту от кз и перегруза, все эти функции подлежат регулировке.
Мощность в моем случае 2000 ватт, но схема без проблем позволит снять до 4000 ватт, если заменить ключи, мост и напичкать электролитов на 4000 мкФ. На счет электролитов - емкость подбирается исходя из расчета 1 ватт - 1мкФ.
Диодный мост - 30 Ампер 1000 Вольт - готовая сборка, имеет свой отдельный обдув (кулер)
Сетевой предохранитель 25-30 Ампер.
Транзисторы - IRFP460, старайтесь подобрать транзисторы с напряжением 450-700 Вольт, с наименьшей емкостью затвора и с наименьшим сопротивлением открытого канала ключа. В моем случае эти ключи были единственным вариантом, хотя в мостовой схеме обеспечить заданную мощность они могут. Устанавливаются на общий теплоотвод, обязательно нужно изолировать их друг от друга, теплоотвод нуждается в интенсивном охлаждении.
Реле режима плавного пуска - 30 Ампер с катушкой 12 Вольт. Изначально, когда блок подключается в сеть 220 Вольт пусковой ток на столь велик, что может спалить мост и еще много чего, поэтому режим плавного пуска для блоков питания такого ранга необходим. При подключении в сеть через ограничительный резистор (цепочка последовательно соединенных резисторов 3х22Ом 5 Ватт в моем случае) заряжаются электролиты. Когда напряжение на них достаточно велико, срабатывает блок питания управляющей цепи (15 Вольт 2 Ампер), который и замыкает реле и через последний подается основное (силовое) питание на схему.
Трансформатор - в моем случае на 4-х кольцах 45х28х8 2000НМ, сердечник не критичен и все, что с ним связано придется рассчитать по специализированным программам, тоже самое с выходными дросселями групповой стабилизации.
Мой блок имеет 3 обмотки, все они обеспечивают двухполярное напряжение. Первая (основная, силовая) обмотка на +/-45 Вольт с током 20 Ампер - для запитки основных выходных каскадов (усилителя по току) УМЗЧ, вторая +/-55 вольт 1,5Ампер - для запитки дифф каскадов усилителя, третья +/-15 для запитки блока фильтров.
Генератор построен на TL494, настроен на частоту 80 кГц, дальше драйвера IR2110 для управления ключей.
Трансформатор тока намотан на кольце 2000НМ 20х12х6 - вторичная обмотка намотана проводом МГТФ 0,3мм и состоит из 2х45 витков.
В выходной части все стандартно, в качестве выпрямителя для основной силовой обмотки задействован мост из диодов KD2997 - с током 30 ампер. Мостом для обмотки 55 вольт стоят диоды UF5408, а для маломощной обмотки 15 Вольт - UF4007. Использовать только быстрые или ультрабыстрые диоды, хотя и можно обычные импульсные диоды с обратным напряжением не менее 150-200 Вольт (напряжение и ток диодов зависит от параметров обмотки).
Конденсаторы после выпрямителя стоят на 100 Вольт (с запасом), емкость 1000мкФ, но разумеется на самой плате усилителей будут еще.
Устранение неполадок начальной схемы.
Приводить свою схему не буду, поскольку она мало чем отличается от указанной. Скажу только, что в схеме 15 вывод ТЛ отцепляем от 16 и припаиваем к 13/14 выводам. Дальше убираем резисторы R16/19/20/22 2 ватт, и питаем узел управления отдельным блоком питания 16-18 Вольт 1-2 ампер.
R42 - заменяем на стабилитрон с нужным напряжением стабилизации. Все переменные резисторы в схеме очень советую использовать многооборотного типа, для наиболее точной настройки.
Во многих источниках упомянули, что данный блок не включается без нагрузки - но это не так! Он очень даже хорошо запускается и на всех обмотках есть напряжение.
Никогда не выставляйте максимальное выходное напряжения - блок может в нагруженном состоянии издавать свист - на своем опыте понял, что это полностью безопасно, но неприятно.
Требования были следующие: регулируемое выходное напряжение до 30 В с регулируемым токоограничением до 5 А. Разумеется должна применяться цифровая индикация. Дизайн должен напоминать MASTECH HY3005D и им подобные. Единственное - мне никогда не нравилось что первый прибор показывает ток. Ну неправильно это - напряжение всегда первично, соответственно первый прибор должен показывать именно напряжение.
Первоначально проектировал схему на базе линейного стабилизатора К142ЕН2А, но в итоге отказался от этой идеи - низкий КПД, регулирующий силовой транзистор сильно грелся даже с учетом того что был предусмотрен переключатель отпаек на вторичной стороне трансформатора. Да и вообще всё как-то криво работало. Пришлось выпилить.
Второй вариант схемы разработал на базе легендарного ШИМ-контроллера TL494, который в разных вариациях встречается во многих компьютерных блоках питания. На этот раз всё получилось как надо.
Вкратце о конструкции:
Принципиальная схема (кликабельно)
Как уже говорил - девайс собрал из запчастей, большинство которых были в радиусе 5 метров от меня.
Понижающий трансформатор нашелся под столом, марки я его не знаю. Напряжение на вторичке около 40 В.
D1 - TL494, VD1 - диод шоттки и тороидальный дроссель L1 выпаял из неисправного компьютерного блока питания: диод шоттки используется в схеме выпрямления, он установлен на радиаторе возле импульсного трансформатора, тороидальный дроссель расположен рядом с ним.
LM358 - весьма хороший и распространенный операционный усилитель. Продаётся почти на каждом углу. Рекомендован к приобретению.
Шунт R12 - взял из какого-то старого связисткого оборудования: представляет собой 3 толстых изогнутых проволочки.
Резисторы R9, R10 используются для регулирования выходного напряжения (грубо, точно). Резисторы R3, R4 используются для регулирования токоограничения (грубо, точно).
При наладке БП подстроечным резистором R15 регулируется порог переключения светодиодной сигнализации. Еще возникли проблемы с интегральным стабилизатором 7805 - при входном напряжении около 40 В он начинал ужасно глючить - просаживал выходное напряжение, решил проблему установив по входу 1 Вт гасящий резистор R13.
Сам корпус взят от древнего самопишущего регистратора. Компоновка получилась следующей - в середине корпуса установлен силовой трансформатор, который вошел туда как родной, видимо они были созданы друг для друга. В передней части БП расположена электронная схема управления, органы управления и сигнализации. В задней части корпуса расположена вся силовая электроника. Таким образом трансформатор как бы делит БП на 2 части - слаботочную и силовую.
Передняя часть корпуса с откинутой лицевой крышкой. Цифровые измерительные приборы приехали из Китая, они заводского производства. Электронная схема управления состоит из 2 плат: плата регулятора напряжения - TL494 c обвязкой, и плата сигнализации - включает в себя микросхемы D3,D4. Почему не сделал на одной плате? Просто сигнализацию я делал несколько позже чем регулятор, и отдельно доводил её "до ума". Там тоже были свои заморочки.
Задняя часть корпуса. На общем радиаторе установлены диодный мост KBPC 3510, силовой транзистор КТ827А, дроссель L1, шунт R12. Всё это дело изнутри обдувается 12 сантиметровым вентилятором. В задней части корпуса установлены также предохранители, сглаживающие конденсаторы C1, C4 и маленький вспомогательный импульсный блок питания для работы вентилятора и цифровых измерительных приборов.
Конечно, можно было бы купить фирменный БП и не городить огород. Но иногда хочется самому поизобретать велосипед
Если кто-то задумает повторить конструкцию вот здесь выложил принципиальную схему в высоком разрешении и чертежи печатных плат в формате Sprint Layout.
Обновление 09.01.2019
Модификация № 1
Драйвер полевика (точнее, двух параллельно - выравниванием токов занимаются сами полевики) запитан от отдельного источника 15в. У себя взял промагрегат 9-36в/15в TEN 12-2413. От него же запитаны кулеры.
TL494 запитана от отдельного источника 24 в.
Потенциометр вольтажа любой, замер тока с шунта амперметра. Трансформатор выдает 34 в, выпрямленного около 45.
Проблема мощности упиралась в дросселе. Если 5-амперник нормально шел, то 20 помучал.
Практическим путем нашел вариант два параллельно на кольцах от компового. 23 витка проводом 1,15мм.
Внешний вид конструкции
Модификация № 2
Сегодня настраивал свой БП. Спасибо большое shc68 за подсказку проверять пульсации на выходе динамиком если нет осциллографа. При малой нагрузке (лампочка 12в, 21вт) из динамика слышался гул и вой когда крутил регулятор тока. Устранил это безобразие установкой дополнительных конденсаторов (на схеме обведено красным цветом).
Как рекомендовал shc68 конденсатор С15 действительно жизненно важный. Еще с помощью динамика определил бракованный потенциометр на регулировку тока. При его вращении из динамика слышался шорох и треск. После его замены и установки доп. конденсаторов из динамика тишина (чуть слышное шипение) при разной нагрузке на выходе БП.
Делал тест на нагрев деталей блока. При такой нагрузке в течении 1.5 часов только транзистор грелся (трогал пальцем его корпус), а радиатор, где он установлен, чуть теплый (обдувается вентилятором). Дроссель - холодный, трансформатор тоже.
Внешний вид конструкции
Модификация № 3
Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.
Схема управления вентилятором
В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры - при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.
Блок индикации тока и напряжения
Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.
Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.
Сборка платы блока питания
Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.
Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.
Сборка корпуса
Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.
Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.
Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.
Настройка
Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.
Смотрите видео
Читайте также: