С тех пор как возобновил свою радиолюбительскую деятельность, меня часто посещала мысль о качественном и универсальном . Имевшийся в наличии и произведенный лет 20 назад блок питания имел лишь два напряжения на выходе - 9 и 12 вольт при токе порядка одного Ампера. Остальные необходимые в практике напряжения приходилось «выкручивать» добавляя разные стабилизаторы напряжения, а для получения напряжений выше 12 Вольт - использовать трансформатор и разные преобразователи.
Такая ситуация порядком надоела и стал присматривать схему лабораторника в интернете для повторения. Как оказалось многие из них это одна и та же схема на операционных усилителях, но в разных вариациях. При этом на форумах обсуждения этих схем на тему их работоспособности и параметров напоминали тему диссертаций. Повторять и тратиться на сомнительные схемы не хотелось, и во время очередного похода на Алиэкспресс вдруг набрел на набор конструктора линейного блока питания с вполне приличными параметрами: регулируемым напряжением от 0 до 30 Вольт и током до 3 Ампер. Цена в 7,5 $, делала процесс самостоятельной покупки компонентов, разработки и травлением платы просто бессмысленным. В итоге, получил по почте вот такой набор:
Не взирая на цену набора, качество изготовления платы могу назвать отменным. В комплекте даже оказалось два лишних конденсатора на 0,1 мкф. Бонус - пригодятся)). Все что нужно сделать самому - это «включив режим внимания», расставить компоненты по своим местам и спаять. Китайские товарищи позаботились о том, чтобы перепутать, что либо смог только человек, впервые узнавший о батарейке и лампочке - на плату нанесена шелкография с номиналами компонентов. В финале получается вот такая плата:
Для получения полноценного блока следует добавить лишь три компонента - трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 24 вольта при 220 вольтах на входе (важный момент, о котором подробно ниже) и током 3,5-4 А, радиатор для выходного транзистора и кулер на 24 Вольта для охлаждения радиатора при большом токе нагрузки. Кстати, в интернете нашлась и схема данного блока питания:
Из основных узлов схемы можно выделить:
Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:
Кроме того, входное напряжение для микросхем 7805-7818 регламентировано производителем на уровне 35 Вольт, для 7824 на уровне 40 Вольт. Таким образом, в случае простой замены 7824 на 7812, последняя будет работать на грани. Вот ссылка на даташит .
Учитывая вышеприведенное, имевшийся в наличии кулер на 12 Вольт подключил через стабилизатор 7812, запитав ее от выхода штатного стабилизатора 7824. Таким образом, схема питания кулера получилась хоть и двухступенчатой, но надежной.
Операционные усилители TL081, согласно даташита требуют двуполярное питание +/- 18 Вольт - в целом 36 Вольт и это максимальное значение. Рекомендуемое +/- 15.
И вот тут начинается самое интересное относительно переменного входного напряжения величиной 24 Вольта! Если взять трансформатор, который при 220 В на входе, выдает 24 В на выходе, то опять же после моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 В.
Таким образом, до достижения критической величины остается всего 2,16 Вольта. При увеличении напряжения в сети до 230 Вольт (а такое бывает в нашей сети), с фильтрующего конденсатора снимем уже 39,4 Вольта постоянного напряжения, что приведет к гибели операционных усилителей.
Выхода тут два: либо заменить операционные усилители другими, с более высоким допустимым напряжением питания, либо уменьшить количество витков во вторичной обмотке трансформатора. Я пошел по второму пути, подобрав количество витков во вторичной обмотке на уровне 22-23 Вольта при 220 В на входе. На выходе БП получил 27,7 Вольта, что меня вполне устроило.
В качестве радиатора для транзистора D1047 нашел в закромах радиатор процессора. На нем же закрепил стабилизатор напряжения 7812. Дополнительно установил плату контроля оборотов вращения вентилятора. Ею со мной поделился донорский компьютерный блок питания ПК. Терморезистор закрепил между ребер радиатора.
При токе в нагрузке до 2,5 А вентилятор вращается на средних оборотах, при повышении тока до 3 А в течении длительного времени вентилятор включается на полую мощность и снижает температуру радиатора.
Для визуализации показаний напряжения и тока в нагрузке применил вольтамперметр DSN-VC288, который обладает следующими характеристиками:
Учитывая диапазон рабочего напряжения существует два способа подключения:
В случае с данным блоком питания, напряжение для питания ампервольтметра есть из чего выбрать. В блоке питания есть два стабилизатора - 7824 и 7812. До 7824 длина провода получалась короче, поэтому запитал прибор от него, подпаяв провод к выходу микросхемы.
При подключении и сравнении показаний с показаниями мультиметра, расхождения составили 0,2 Вольта. Производитель предусмотрел подстроечные сопротивления на плате для калибровки показаний напряжения и тока, что является большим плюсом. В некоторых экземплярах наблюдается отличные от нуля показания амперметра без нагрузки. Оказалось, что решить проблему можно сбросом показаний амперметра, как показано ниже:
Картинка из интернета, потому прошу простить за грамматические ошибки в надписях. В общем со схемотехникой закончили -
Сегодня мы соберем лабораторный блок питания своими руками. Разберемся в устройстве блока, подберем правильные компоненты, научимся правильно паять, собирать элементы на печатные платы.
Это — высококачественный лабораторный (и не только) блок питания с переменным регулируемым напряжением от 0 до 30 вольт. Цепь также включает электронный ограничитель по току на выходе, который эффективно регулирует выходной ток 2 мА из максимально возможного в этой цепи (3 А). Данная характеристика делает этот блок питания незаменимым в лаборатории, так как она дает возможность регулировать мощность, ограничивать максимальный ток, который подключаемое устройство может потреблять, без боязни ее повреждения, если что-то пойдет не так.
Есть также визуальный признак того, что этот ограничитель действует (светодиод), чтобы Вы могли видеть, что ваша цепь превышает допустимые пределы.
Принципиальная схема лабораторного блока питания представлена ниже:
Входное напряжение: ……………. 24 В- переменного тока;
Входной ток: ……………. 3 А (макс.);
Выходное напряжение: …………. 0-30 В — регулируемое;
Выходной ток: …………. 2 мА -3 А- регулируемый;
Пульсация выходного напряжения: …. 0,01% максимум.
— Небольшой размер, легко сделать, простая конструкция.
— Выходное напряжение легко регулируется.
— Ограничение выходного тока с визуальной индикацией.
— Защита от перегрузки и неправильного подключения.
Начнем с того, что для лабораторного блока питания используется трансформатор с вторичной обмоткой 24В/3А, который подключается через входные зажимы 1 и 2 (качество выходного сигнала пропорционально качеству трансформатора). Напряжение переменного тока с вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодным мостом, сформированным диодами D1-D4. Пульсации выпрямленного напряжения DC на выходе диодного моста сглаживает фильтр, образованный резистором R1 и конденсатором С1. Цепь имеет некоторые особенности, которые делают этот блок питания отличным от других блоков этого класса.
Вместо использования обратной связи для управления выходным напряжением, в нашей цепи используется операционный усилитель, чтобы обеспечивать необходимое напряжение для стабильной работы. Это напряжение падает на выходе U1. Цепь работает благодаря зенеровскому диоду D8 — 5.6 V, который здесь работает при нулевом температурном коэффициенте тока. Напряжение на выходе U1 падает на диоде D8 включая его. Когда это происходит цепь стабилизируется также напряжение диода (5.6) падает на резисторе R5.
Ток который течет через опер. усилитель изменяется незначительно, а значит тот же ток будет течь через резисторы R5, R6, и так как оба резистора имеют одинаковую величину напряжения, то общее напряжение будет суммироваться как при их последовательном соединении. Таким образом напряжение, полученное на выходе опер. усилителя будет равно 11.2 вольт. Цепь с опер. усилителем U2 имеет постоянный коэффициент усиления приблизительно равный 3,согласно формуле A=(R11+R12)/R11 увеличивает напряжения 11.2 вольт приблизительно до 33 вольт. Триммер RV1 и резистор R10 использованы для установки выходных параметров напряжения, чтобы оно не уменьшилось до 0 вольт, независимо от величины других компонентов в цепи.
Другая очень важная характеристика цепи — это возможность получить максимальный выходной ток, который можно получить из p.s.u. Чтобы сделать это возможным напряжение падает на резисторе (R7), который связан последовательно с нагрузкой. IC отвечающий за эту функцию цепи — U3. Инвертированный сигнал на вход U3 равный 0 вольт подается через R21. В то же самое время, не изменяя сигнала того же самого IC можно задать любое значение напряжения посредством P2. Допустим, что для данного выхода напряжение равно несколько вольт, P2 установлен так, чтобы на входе IC был сигнал в 1 вольт. Если нагрузку усилить выходное напряжение будет постоянным и наличие R7 последовательно соединенного с выходом будет иметь незначительный эффект из-за своей низкой величины и из-за своей позиции за пределами цикла обратной связи управляющей цепи. Пока нагрузка и выходное напряжение постоянны цепь стабильно работает. Если нагрузку увеличить, чтобы напряжение на R7 было больше, чем 1 вольт, U3 включен и стабилизируется в исходные параметры. U3 работает не изменяя сигнал к U2 через D9. Таким образом напряжение через R7 постоянно и не увеличивается выше заданной величины (1 вольт в нашем примере) уменьшая выходное напряжение цепи. Это под силу устройству — поддерживать выходной сигнал постоянным и точным, что дает возможность получать на выходе 2 mA.
Конденсатор C8 делает цепь более устойчивой. Q3 необходим для управления LED всякий раз, когда вы используете индикатор ограничителя. Чтобы сделать это возможным для U2 (изменял выходное напряжение вплоть до 0 вольт) необходимо обеспечить отрицательную связь, которая делается посредством цепи C2 и C3. Та же отрицательная связь использована для U3. Отрицательное напряжение подается стабилизируясь посредством R3 и D7.
Для избежания неконтролируемых ситуаций есть своеобразная цепь защиты, построенная вокруг Q1. IC имеет внутреннюю защиту и не может быть поврежден.U1- источник опорного напряжения, U2 — регулятор напряжения, U3 — стабилизатор тока.
Прежде всего, давайте рассмотрим основы в построении электронных цепей на печатных платах — основы любого лабораторного блока питания. Плата сделана из тонкого изоляционного материала покрытого тонким проводящим слоем меди, которая формируется таким образом, чтобы элементы цепи можно было соединить проводниками как показано на принципиальной схеме. Необходимо правильно спроектировать печатную плату для избежания неправильной работы устройства. Для защиты платы в дальнейшем от окисления и сохранения ее в отличном состоянии ее необходимо покрыть специальным лаком, который защищает от окисления и облегчает пайку.
Пайка элементов в плату — единственный способ собрать лабораторный блок питания качественно и от того как вы это сделаете, будет зависеть успех вашей работы. Эта не очень сложно, если вы будете следовать нескольким правилам и тогда у вас не будет никаких проблем. Мощность паяльника, который вы используете, не должна превышать 25 Ватт. Жало должно быть тонким и чистым на протяжении всей работы. Для этого есть влажная своеобразная губка и время от времени вы можете очищать горячее жало, чтобы удалить все остатки, которые накапливаются на нем.
Для того, чтобы припаять элемент правильно, вы должны делать следующее:
— Зачищать выводы элементов наждачной бумагой (желательно с небольшим зерном).
— Сгибать выводы компонентов на правильном расстоянии от выхода из корпуса для удобного расположения на плате.
— Вы можете встретить элементы, выводы которых толще, чем отверстия в плате. В этом случае необходимо немного расширить отверстия, но не делайте их слишком большими – это затруднит пайку.
— Вставить элемент необходимо так, чтобы его выводы немного выступали от поверхности платы.
— Когда припой расплавится, он равномерно растечется по всей области вокруг отверстия (добиться этого можно при правильной температуре паяльника).
— Пайка одного элемента должна быть не более 5 секунд. Удалите излишки припоя и дождитесь пока припой на плате остынет естественно (не дуя на него). Если все сделали правильно, поверхность должна иметь яркий металлический оттенок, края должны быть гладкими. Если припой выглядит тусклыми, с трещинами, или имеет форму капли, то это называется сухой пайкой. Вы должны удалить его и сделать все снова. Но будьте осторожны, чтобы не перегреть дорожки, иначе они будут отставать от платы и легко ломаться.
— Когда вы паяете чувствительный элемент, необходимо держать его металлическим пинцетом или щипцами, которые будут поглощать лишнее тепло, чтобы не сжечь элемент.
— Когда вы завершаете вашу работу, обрежьте избыток от выводов элемента и можете очистить плату спиртом, чтобы удалить все остатки флюса.
Перед началом сборки блока питания необходимо найти все элементы и разделить их по группам. Для начала установите гнёзда для ICs и выводы для внешних связей и припаяйте их на свои места. Затем резисторы. Не забудьте разместить R7 на определенном расстоянии от печатной платы так как он очень сильно нагревается, особенно когда течет большой ток, и это может повредить её. Это также рекомендуется сделать для R1. затем размещайте конденсаторы не забывая про полярность электролитического и наконец припаивайте диоды и транзисторы, но будьте осторожны, чтобы не перегреть их и припаять их так как показано на схеме.
Установите силовой транзистор в heatsink. Чтобы сделать это необходимо следить за диаграммой и не забывать использовать изолятор (слюда) между телом транзистора и heatsink и специальное очищающее волокно, чтобы изолировать винты от heatsink.
Подсоедините изолированный провод к каждому выводу, будьте осторожны, чтобы сделать хорошее качественное соединение, так как здесь течет большой ток, особенно между эмиттером и коллектором транзистора.
Также при сборке блока питания неплохо было бы прикинуть где какой элемент будет находиться, для того, чтобы вычислить длину проводов, которые будут между PCB и потенциометрами, силовым транзистором и для входной и выходной связей.
Соедините потенциометры, LED и силовой транзистор и подключайте две пары концов для входной и выходной связей. Убедитесь по диаграмме, что вы все делаете правильно, старайтесь ни чего не перепутать, так как в цепи 15 внешних связей и допустив ошибку ее потом сложно будет найти. Также было бы неплохо использовать провода разных цветов.
Печатная плата лабораторного блока питания, ниже будет ссылка на скачивание печатки в формате.lay:
Схема расположения элементов на плате блока питания:
Схема соединения переменных резисторов (потенциометров) для регулирования выходного тока и напряжения, а также соединение контактов силового транзистора блока питания:
Обозначение выводов транзисторов и операционного усилителя:
Обозначение клемм на схеме:
— 1 и 2 к трансформатору.
— 3 (+) и 4 (-) ВЫХОД DC.
— 5, 10 и 12 на P1.
— 6, 11 и 13 на P2.
— 7 (E), 8 (B), 9 (E) к транзистору Q4.
— LED нужно установить на внешней стороне платы.
Когда все внешние связи сделаны необходимо проверить плату и почистить ее, чтобы удалить остатки припоя. Убедитесь, что нет соединения между смежными дорожками которое может привести к короткому замыканию и если все хорошо — подсоедините трансформатор. И подключите вольтметр.
НЕ КАСАЙТЕСЬ ЛЮБОГО УЧАСТКА ЦЕПИ ПОКА ОН ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.
Вольтметр должен показывать напряжение от 0 до 30 вольт в зависимости от того, в каком положении P1. Поворот P2 против часовой стрелки должен включать LED, показывая, что наш ограничитель работает.
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 триммер
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ полиэстр
C5 = 200нФ полиэстр
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 диод 2A — RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V зенеревский
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548, NPN транзистор или BC547
Q2 = 2N2219 NPN транзистор — (Заменяют на КТ961А
— все работает)
Q3 = BC557, PNP транзистор или BC327
Q4 = 2N3055 NPN силовой транзистор (заменить на КТ 827А
)
U1, U2, U3 = TL081, опер. усилитель
D12 = LED диод
В итоге я самостоятельно собрал лабораторный блок питания, но столкнулся на практике с тем, что считаю нужным подправить. Ну во первых это силовой транзистор Q4 = 2N3055 его нужно в срочном порядке вычеркнуть и забыть. Не знаю как других устройствах, но в данном регулируемом блоке питания он не подходит. Дело в том, что данный тип транзисторов выходит из строя моментально при коротко замыкании и ток в 3 ампера не тянет совершенно!!! Я не знал в чем дело пока не поменял его на наш родной совковый КТ 827 А . После установки на радиатор я и горя не знал и больше не возвращался к этому вопросу.
Что же касается остальной схемотехники и деталей, то трудностей нет. За исключением трансформатор — мотать пришлось. Ну это чисто из-за жадности, пол ведра их стоит в углу — не покупать же =))
Ну и чтобы не нарушать старую добрую традицию, я выкладываю результат своей работы на общий суд 🙂 пришлось по шаманить с колонкой, но в целом получилось не дурно:
Собственно лицевая панель — вынес потенциометры в левую часть в правой разместились амперметр и вольтметр + светодиод красного цвета, для индикации ограничения по току.
На следующей фотографии вид сзади. Тут я хотел показать способ монтажа кулера с радиатором от материнской платы. На этот радиатор с обратной стороны примостился силовой транзистор.
Вот и он, силовой транзистор КТ 827 А. Смонтирован на заднюю стенку. Пришлось просверлить отверстия под ножки, смазать все контактные части теплопроводной пастой и закрепить на гайки.
Вот они….внутренности! Собственно все в куче!
Немного крупнее внутрь корпуса
Лицевая панель с другой стороны
Поближе, тут видно как смонтирован силовой транзистор и трансформатор.
Плата блока питания сверху; тут я схитрил и транзисторы маломощные упаковал снизу платы. Тут их не видно, так что не удивляйтесь если не найдете их.
Вот и трансформатор. Перемотал на 25 вольт выходного напряжения ТВС-250 Грубо, кисло, не эстетично зато все работает как часы =) Вторую часть не использовал. Оставил место для творчества.
Ну вот как-то так. Немного творчества и терпения. Блок работает замечательно уже 2 год. Для написания данный статьи мне пришлось его разобрать и заново собрать. Это просто ужас! Но все для вас, дорогие читатели!
Конструкции наших читателей!
Всех приветствую. Эта статья является дополнением к видео. Рассмотрим мы мощный лабораторный блок питания, который пока не полностью завершен, но функционирует очень хорошо.
Лабораторный источник одноканальный, полностью линейный, с цифровой индикацией, защитой по току, хотя тут имеется еще и ограничение выходного тока.
Блок питания может обеспечить выходное напряжение от нуля до 20 вольт и ток от нуля до 7,5-8 Ампер, но можно и больше, хоть 15, хоть 20 А, а напряжение может быть до 30 Вольт, мой же вариант имеет ограничение в связи с трансформатором.
На счет стабильности и пульсаций - очень стабильный, на видео видно, что напряжение при токе в 7Ампер не проседает даже на 0,1В, а пульсации при токах 6-7Ампер около 3-5мВ! по классу он может тягаться с промышленными профессиональными источниками питания за пару-тройку сотен долларов.
При токе в 5-6 Ампер пульсации всего 50-60 милливольт, у бюджетных китайских блоков питания промышленного образца - такие же пульсации, но при токах всего в 1-1,5 ампера, то есть наш блок гораздо стабильней и по классу может тягаться с образцами за пару тройку сотен долларов
Не смотря на то, что бок линейный, у него высокий кпд, в нем предусмотрена система автоматического переключения обмоток, что позволит снизить потери мощности на транзисторах при малых выходных напряжениях и большом токе.
Эта система построена на базе двух реле и простой схемы управления, но позже плату убрал, поскольку реле не смотря на заявленный ток более 10 Ампер не справлялись, пришлось купить мощные реле на 30 Ампер, но плату для них пока не сделал, но и без системы переключения блок работает отлично.
Кстати, с системой переключения блок не будет нуждаться в активном охлаждении, хватит и громадного радиатора сзади.
Корпус от промышленного сетевого стабилизатора, стабилизатор куплен новый, с магазин, только ради корпуса.
Оставил только вольтметр, сетевой тумблер, предохранитель и встроенную розетку.
Под вольтметром два светодиода, один показывает то, что на плату стабилизатора поступает питание, второй, красный, показывает, что блок работает в режиме стабилизации тока.
Индикация цифровая, разработана моим хорошим другом. Это именной индикатор, о чем свидетельствует приветствие, прошивку с платой найдете в конце статьи, а ниже схема индикатора
А по сути это вольт/ампер ваттметр, под дисплеем три кнопки, которые позволят выставить ток защиты и сохранить значение, максимальный ток 10 Ампер, Защита релейная, реле опять же слабенькое, и при больших токах наблюдается довольно сильное нагревание контактов.
Снизу клеммы питания, и предохранитель по выходу, тут к стати реализована защита от дурака, если использовать БП в качестве зарядного устройства и случайно перепутать полярность подключения, диод откроется спалив предохранитель.
Теперь о схеме. Это очень популярная вариация на базе трех ОУ, также китайцы штампуют массово, в этом источнике применена именно китайская плата, но с большими изменениями.
Вот схема, которая у меня получилась, красным выделено то, что было изменено.
Начнем с диодного моста. Мост двухполупериодный, выполнен на 4-х мощных сдвоенных диодах шоттки типа SBL4030, на 40 вольт 30 ампер, диоды в корпусе TO-247.
В одном корпусе два диода, я их запараллелил, в итоге получил мост, на котором очень малое падение напряжение, следовательно и потерь, при максимальных токах "тот мост еле теплый, но не смотря на это диоды установлены на алюминиевый теплоотвод, в лице массивной пластины. Диоды изолированы от радиатора слюдяной прокладкой.
Была создана отдельная плата для этого узла.
Далее силовая часть. Родная схема всего на 3 Ампера, переделанная спокойно может отдать 8 Ампер с таким раскладом. Ключей уже два Это мощные составные транзисторы 2SD2083 с током коллектор 25 Ампер. уместно замена на КТ827, они покруче.
Ключи, по сути запараллеляны, в эмиттерной цепи стоят выравнивающие резисторы на 0,05 Ом 10 ватт, а точнее для каждого транзистора использовано 2 резистора по 5 ватт 0,1Ом параллельно.
Оба ключа установлены на массивный радиатор, их подложки изолированы от радиатора, этого можно не сделать, поскольку коллекторы общие, но радиатор прикручен к корпусу, а любое короткое замыкание может иметь плачевные последствия.
Сглаживающие конденсаторы после выпрямителя имеют суммарную емкость около 13.000 мкФ, подключены параллельно.
Токовый шунт и указанные конденсаторы расположены на одной печатной плате.
Поверх (на схеме) переменного резистора, отвечающего за регулировку напряжения, был добавлен постоянный резистор. Дело в том, что при подачи питания (скажем 20Вольт) от трансформатора, мы получаем некоторое падение на диодном выпрямителе, но затем конденсаторы заряжаются до амплитудного значения (около 28 Вольт), то есть на выходе блока питания максимальное напряжение будет больше, чем напряжение отдаваемое трансформатором. Поэтому при подключении нагрузки на выход блока будет большая просадка, это неприятно. Задача ранее указанного резистора ограничить напряжение до 20 Вольт, то есть если даже крутить переменник на максимум, более 20Вольт выставить на выходе невозможно.
Трансформатор - переделанный ТС-180, обеспечивает переменное напряжение около 22-х вольт и ток не менее 8 А, имеются отводы на 9 и 15 вольт для схемы переключения. К сожалению, под рукой не было нормального обмоточного провода, поэтому новые обмотки были намотаны монтажным, многожильмым медным проводом 2,5кв.мм, Такой провод имеет толстую изоляцию, поэтому мотать обмотку на напряжение более 20-22В было невозможно (это с учетом того, что оставил родные обмотки накала на 6,8В, а новую подключил параллельно с ними).
Приведена принципиальная схема простого в изготовлении стабилизированного и мощного блока питания с регулируемым выходным напряжением от 5В до 35В и током нагрузки 5А, 10А, 20А, 30А, 40А и более (в зависимости от количества микросхем).
Источник питания может обеспечить токи до 5А (одна микросхема), 10А(две микросхемы), 20А(4шт), 30А(6шт), 40А(8шт) и т.д. Напряжение можно регулировать, например можно выставить часто используемые напряжения 5В, 12В, 24В, 28В, 30В и другие.
В основе блока питания лежат мощные интегральные стабилизаторы LM338, каждый из которых может обеспечить выходной ток до 5А при напряжении от 1,2 до 35В (данные из даташита).
Рис. 1. Принципиальная схема мощного блока питания на напряжение 5В-30В и ток 5А, 10А, 20А, 30А и более.
Вторичная обмотка силового трансформатора должна выдавать переменное напряжение со значением не менее 18-25В. Мощность трансформатора желательно выбрать с запасом, в зависимости от требуемого напряжения и тока на выходе будущего блока питания.
Транзистор BD140 нужно установить на небольшой радиатор. Все интегральные стабилизаторы LM338 должны быть установлены на отдельные радиаторы достаточной площади для надежного отвода тепла.
Рис. 2. Внешний вид мощных интегральных стабилизаторов LM338.
Рис. 3. Цоколевка (расположение выводов) у микросхем LM338.
Все мощные микросхемы можно установить на один общий радиатор через слюдяные прокладки, поскольку корпуса микросхем не должны соединяться вместе.
Ток выдаваемый на выходе блока питания может быть увеличен или уменьшен соответственно добавлением или уменьшением количества применяемых пар "стабилизатор LM338 + резистор Rx".
К радиатору можно применить активное охлаждение - установить небольшой вентилятор от компьютера, подав для него питание через стабилизатор на 5-12В (7805, 7812), это позволит уменьшить размеры радиатора и увеличить эффективность теплоотвода.
Диодный мост можно применить готовый на нужный ток, также его можно собрать из четырех отдельных мощных диодов (D1-D4). Эти диоды должны быть рассчитаны на ток, который планируется получить на выходе стабилизатора.
Рис. 4. Цоколевка транзистора BD140 (P-N-P).
Например, диодный мост из четырех выпрямительных диодов Д242 обеспечит рабочие токи до 10А. Диоды или диодный мост желательно установить на отдельный небольшой радиатор.
В качестве резисторов R3, R4...Rx можно установить керамические цементные или использовать проволочные, поскольку на каждом таком резисторе будет рассеиваться примерно 4-7 Ватт мощности (в зависимости от общей нагрузки на стабилизатор).
Разводку печатной платы в формате Sprint Layout 6 нам прислал Александр. На ней отсутствует конденсатор С4 - его припаиваем к выводам переменного резистора R1, который будет крепиться на корпусе устройства и послужит для регулировки напряжения.
Рис. 4. Печатная плата для схемы мощного блока питания на микросхемах LM338.
Подготовлено для сайта сайт.
Комментарии (68):
#1 Александр Январь 25 2017
Скажите, а есть ли печатка для этой схемы? Очень надо!
#2 Бкгкмот Январь 27 2017
мост из Д242 способен отдать 10 А, замените на что нибудь более серьёзное.ну типа KBPC5002 ,KBPC5010
#3 root Январь 28 2017
Александр, спасибо за присланную печатную плату! Разместили ее в публикации.
#4 Антон Март 19 2017
Бкгкмот, д242 с радиаторами 15 ампер выдают и больше
#5 Игорь Апрель 20 2017
Спасибо за схему и печатку. Все собрал, но к сожалению не регулируется напряжение и при нагрузке на выходе просаживается с 25В до 6В. Подскажите пожалуйста в чем может быть причина.
#6 root Апрель 20 2017
Игорь, сперва узнайте какой ток потребляет ваша нагрузка при необходимом значении напряжения, возможно что значение тока превышает возможности собранного стабилизатора напряжения.
Внимательно осмотрите монтаж, проверьте соответствие номиналов всех резисторов на плате, прозвоните тестером транзистор и диод, сверьте монтаж со схемой.
Также обратите внимание на резисторы Rx - они должны быть одинакового сопротивления. В схеме указаны 0.3 Ома, но можно попробовать установить по 0,1-0,2 Ома. Корпуса всех микросхем (и транзистора) не должны быть соединены вместе!
#7 Алексей Апрель 28 2017
Ребят, подскажите начинающему, пожалуйста. Все вроде реально собрать, но что за элемент 741? Тот, что в центре схемы. Спасибо!
#8 root Апрель 29 2017
Микросхема 741 (LM741) - это одноканальный операционный усилитель.
#9 Almas Май 04 2017
Добрый день! сделал. работает.
прошу подскажите пожалуиста, как в этой схеме сделать регулируемое ограничение по току.
#10 Владимир Май 13 2017
Добрый день! В печатной плате есть ошибка, полдня убил пока разобрался. Пятая нога операционного усилителя должна висеть в воздухе. На печатке она соединена с шестой и в таком виде не работает... После выкусывания этой пятой ноги все заработало на ура!
#11 root Май 15 2017
Здравствуйте, Владимир! Благодарим за замечание, внесли исправление в печатную плату.
#12 Александр Июль 06 2017
Подскажите микросхема LM78H24K как подключить правильно или она такая как у LM 388.
Корпус то же (то-3).
#13 Олег Июль 14 2017
а можно сделать так:
Если у трансформатора 3 напряжения (+25,0,-25)
К + первого стабилизатора, 0 к - первого стабилизатора и +второго, -25 к - второго стабилизатора, а выход - первого соединить с +второго и поставить сдвоенный резистор регулировки, то можно добиться того, чтобы на выходе было 0..50В 10А(между +первого и - второго)?
#14 Сергей Июль 14 2017
Добрый вечер. Собрал схему на операционном усилителе UA741 и трёх LM338, все компоненты перед монтажом проверил мультиметром все номиналы совпадают со схемой. Но регулировка напряжения не работает и при нагрузке в 2А просаживается напряжение с 34В до 30В. Подскажите пожалуйста в чём может быть причина, и можно ли отладить схему после монтажа.
#15 Алексей Сентябрь 09 2017
Привет, коллеги!
Собрал эту схему для питания от источника постоянного напряжения 28 В. Поэтому конденсаторы не применял. На выходе полное входное напряжение и не регулируется. Сильно греется резистор R5 100 Ом. В чем проблема? Какой мощности должен быть R5?
#16 root Сентябрь 09 2017
Алексей, возможно вышел из строя или был установлен неисправным один из компонентов: транзистор, диод VD5 или микросхема. Внимательно сверьте весь монтаж с принципиальной схемой, осмотрите нет ли лишних соединений и замыканий.
#17 Alex Октябрь 28 2017
Доброго времени суток всем какой мощности нужны резисторы в этой схеме (0.5 ват хватит)??
#18 root Октябрь 28 2017
Мощность резисторов для приведенной схемы:
#19 Юрий Октябрь 30 2017
Добрый день root. А можно ли собрать эту схему с трансформатором, на выходе которого 12 вольт? После диодной напряжение - 14,6 вольта. Мне нужно 12 вольт.
#20 root Октябрь 30 2017
Добрый день, Юрий. Напряжение на входе стабилизатора должно превышать напряжения на его выходе, у вас получается запас: 14.6-12 = 2,6В. При значительном токе нагрузки и не достаточно мощном трансформаторе напряжение на вторичной обмотке может опуститься ниже 12В.
Желательно поднять напряжение на вторичной обмотке - домотать к ней некоторое количество витков такого же провода чтобы получить хотя бы 14В, после выпрямителя и конденсаторов получится примерно 19В.
Также можно собрать схему стабилизатора на макетной панели и измерить насколько будет проседать напряжение на вторичной обмотке трансформатора при нужной нагрузке.
Для минимизации потерь, соединительные проводники линий питания и земли должны быть большого сечения!
#21 Андрей Январь 05 2018
Здраствуйте! Собрал схему,все детали по номиналу.Подскажите почему не регулируется напряжение на выходе?
#22 Александр Январь 06 2018
Здравствуйте! Я собрал выложенную Вами схему, но регулировки нет, проверил все связи и номиналы, всё соответствует схеме! Подскажите в чём проблема?
#23 root Январь 07 2018
Изготавливая печатную плату по технологии "лазерный принтер + утюг" нужно внимательно отнестись к распечатке трафарета в зеркальном отображении.
Если печатная плата изготовлена не верно, то запаять микросхему-ОУ с верным расположением ножек не получится, схема работать не будет. При верно изготовленной печатной плате ножка 2 операционного усилителя должна быть подключена к двум резисторам - R7 и R8 (по 4,7кОм).
Если схема не работает:
Для проверки работоспособности ОУ можно собрать схему не сложного генератора:
Возможно попалась бракованная микросхема LM338. Для проверки можно собрать простую схему и проверить работает ли регулировка напряжения у каждой из микросхем-стабилизаторов:
Если вывод ADJ микросхемы подключить к минусу, то на выходе у нее должно быть напряжение примерно 1,2В.
Схема каскадного включения микросхем LM338 из даташита:
Она практически повторяет схему приведенную в этой публикации.
#24 Александр Январь 08 2018
Здравствуйте! Скажите, в классической схеме нет диода между 6й ногой мс и базой, может ли это влиять на управление?
#25 Евгений Февраль 16 2018
Здравствуйте! Скажите пожалуйста по ограничению по току, случайно нельзя Rx,R3,R4 объеденить в один переменный мощный проволочный, получиться или я чего то не понимаю?
#26 root Февраль 16 2018
Здравствуйте, Евгений. Заменить резисторы Rx,R3,R4 одним мощным нельзя, они нужны для выравнивания токов через каждую из микросхем.
#27 Genadi Март 08 2018
Скажите, пожалуйста,где добавить перем. резистор что бы можно было регулировать током на выходе?
Ребята добрый день. я у вас новичок и хочу спросить,скажите пож эта схема вообще рабочая или просто время коту под хвост??? мне очень нужен хороший и регулируемый мощный блок питания от минимума до максимума. скажите честно стоить собирать эту схему???
#29 Александр Компромистер Март 28 2018
Обычный трансформаторный блок питания с компенсационным стабилизатором.
#30 Александр Апрель 06 2018
Регулировка напряжения не работает. держится на 33 в хоть крути резистор переменный R1 хоть нет. Плату проверил, ничего не греется. Подскажите в чем дело?
#31 Толик Апрель 17 2018
Собрал схему вроде всё правильно резистор R6 поставил 150 Ом 2 Вт, подскажите пожалуйста почему он у меня сгорает:)?
#32 Толик Апрель 17 2018
С резисторами разобрался, если кто-нибудь вообще читает. Прошу очень надо не хочу новую схему искать.
#33 root Апрель 17 2018
Резистор R6 не может сгореть просто так, через него пошел большой ток - где-то совершена ошибка или какой-то из компонентов уже неисправен.
Может быть что вы не верно включили транзистор BD140 - в интернете встречались ошибочные цоколевки для этого компонента, всегда смотрите цоколевку в документации от производителей - даташитах!
На рисунке 4 показана верная цоколевка транзистора из даташита. Возможно что транзистор уже вышел из строя и требует замены - прозвоните его тестером.
Схема из рисунка 1 - аналогичная той, которая приведена производителем в даташите на микросхему LM338.
#34 root Апрель 17 2018
Собрали схему, что на рисунке 1 на макетнице. Вместо LM338 использовали ее более слабый по мощности аналог - LM317. Диод DS - 1N4002. Микросхема - 741CN в корпусе DIP-8. Резисторы R4, R3, Rx - были в наличии на 1Ом, использовали их для эксперимента.
Выходное напряжение отлично регулируется как под нагрузкой, так и в холостом режиме. Начальное напряжение на выходе - 4В, максимальное - напряжение питания минус несколько Вольт.
Схема абсолютно РАБОЧАЯ!
Если у вас схема не заработала - ищите ошибки в монтаже, на печатной плате, а также проверяйте на исправность все используемые электронные компоненты. В комментариях описано как проверить на исправность микросхемы и другие компоненты этой схемы.
#35 Сергей Май 14 2018
Здравствуйте. Собрал схему в холостую работала и регулировала напряжение от 4 до 31 вольта. Подключил нагрузку 2 секунды продержался и все. больше не работает. Не подскажите что может быть?
#36 Владимир Июнь 19 2018
Собрал схему. При емкости на выходе 4700 мкф. сгорает нижняя по схеме LM338. При уменьшении емкости до 22 мкф. включается и регулируется от 3,85 в до 31 в. При перегорани LM, у нее вход коротится с выходом, поэтому не регулируется напряжение на выходе. Под небольшой нагрузкой (стоит 4 шт. LM338) до 1,2А работает стабильно. НО при увеличении тока нагрузки снова перегорает LM. В чем может быть проблема??? Сжег уже 10 микросхем. Теоретически 4 шт. LM должны держать ток до 20А. А он не дотягивает и до 2А. Помогите!!!
#37 root Июнь 19 2018
Владимир, временно оставьте в схеме только одну LM338 (нижнюю по схеме), обязательно установите ее на радиатор. Сопротивление резистора R4 уменьшите до 0,1 Ом и в его разрыв включите амперметр на 10А. Проводите эксперименты с различными нагрузками, наблюдайте за током.
После можно подключить вторую и третью LM338. Сопротивления резисторов R3, R4...Rx должны быть одинаковыми и максимально точными. В разрыв каждого из резисторов можно включить по амперметру, это поможет узнать не берет ли на себя одна из микросхем больше нагрузки чем остальные.
В комментарии #23 приведена типовая схема включения LM338, с помощью этой схемы и амперметра можете проверить как хорошо выдерживают нагрузку каждая из купленных вами микросхем по отдельности.
#38 Владимир Июнь 19 2018
Сопротивления резисторов R3, R4...Rx думаю максимально точные, т.к изготовлены из нихромовой проволоки, зажатой между болтами М3 на расстоянии 3 см. Радиаторы стоят большие и с принудительным охлаждением. Еще вопрос: Есть ли защита от КЗ и перегрузки в данном БП? А вот вопрос с качеством LM338 пока остается спорным, т.к в наличии не осталось ни одной штуки. Теперь пока не куплю новые. И почему горели LM при емкости на выходе в 4700мкф?
#39 root Июнь 20 2018
В даташите на микросхему LM338 указано что на выходе у нее есть защита от короткого замыкания, а также имеется ограничение по пиковому току 8А(12А 0,5мс). Защита от перегрузки действует даже когда вывод Adjust никуда не подключен.
Емкости в 4700мкф на выходе стабилизатора пожалуй что многовато, от нее больше пользы будет на выходе выпрямителя. Внесли в схему и печатную плату изменения:
Отсутствие защитного диода и наличие на выходе большой емкости при некоторых обстоятельствах могли стать причиной повреждения микросхем, но это лишь предположение. Не исключено что попалась бракованная или поддельная партия микросхем, особенно если они в корпусе TO-220.
#40 Андрей Июнь 24 2018
А может кто-нибудь подсказать, как сделать эту схему на 40-50 вольт?
#41 root Июнь 26 2018
Максимально допустимое напряжение на входе микросхемы LM338 - 40В (данные из даташита).
#42 Андрей Июнь 26 2018
А в этой схеме можно управлять током если добавить переменный резистор, и куда, и на сколько?
#43 root Июнь 26 2018
Андрей, просто добавив переменный резистор в эту схему превратить ее в стабилизатор тока, скорее всего что не получится. Максимальный ток через стабилизатор можно попробовать ограничить изменением сопротивлений резисторов R3, R4...Rx.
Схемы стабилизаторов тока на LM338 из даташита:
В схеме с регулировкой тока потребуется дополнительный источник питания с напряжением -5В..-10В относительно земли.
#44 Андрей Июнь 30 2018
Спасибо root, просто я в электронике не силен, а блок питания очень хочется!!! Ну чтож, без тока так без тока.(
#45 Владимир Июль 04 2018
В общем запустил этот БП. По порядку: Резисторы уменьшил до 0,1 ом (покупные), LM338 приобрел в магазине, установил 5 шт.(из Китая, видимо идет подделка), прежде, чем их установить каждую проверил на работоспособность с нагрузкой до 3 А. Каждая на отдельном радиаторе с общим принудительным охлаждением. На входе 2х4700 мкф, на выходе 22 мкф. Нагрузил до 6 А. Микросхемы почти не греются. Работает стабильно. Диодный мост GBJ2510 на радиаторе не греется совсем. Желательно R1 установить многооборотистый, для более точной регулировки. На вых. 3,85-30 вольт. Вопрос: для чего в этой схеме операционный усилитель? Вроде, как и без него можно обойтись? Что он делает?
#46 Алексей Август 30 2018
#45 Владимир Вопрос: для чего в этой схеме операционный усилитель? Вроде, как и без него можно обойтись? Что он делает?
Ответ:более точно и быстро компенсирует скачки напряжения на выходе стабилизатора, без него, возможны просадки при подключении большой нагрузки, так так у транзистора не такая крутая характеристика.
#47 Виталий Сентябрь 22 2018
Здравствуйте.
Подскажите пожалуйста, подойдет ли такой трансформатор?
У меня трансформатор осо-0,25-У3. Он на 250 ватт, на выходе 36 вольт.
Сколько ампер не написано, но я посчитал так: 250 разделил на 36, получается примерно 7 ампер, если применим такой подсчет..
#48 root Сентябрь 22 2018
Здравствуйте. Маркировка сетевого понижающего трансформатора ОСО-0,25 означает:
Встречаются с различными напряжениями вторичной обмотки - 12; 24; 36; 42; 110 (В).
Примерный расчет тока вами выполнен верно, сечение провода вторичной обмотки трансформатора (2,5мм) рассчитано примерно на 7А тока.
После выпрямления диодным мостом D1-D4, повышения и сглаживания электролитическим конденсатором C2 напряжение достигнет значения 36В * 1,4 = 50,4В.
В даташите на микросхему LM338 указано что разница между входным и выходным напряжениями должна быть в пределах -3..+40В (Vin-Vout <40V).
50В-3В=47В!
Исходя их данного ограничения, максимальное напряжение на входе микросхемы не должно превышать +40В. В вашем случае можно отмотать часть витков вторичной обмотки чтобы получить на ее выходе напряжение 25-27V.
#49 Олег Октябрь 20 2018
Добрый день! Собрал данную схему на одной 338, на выходе с диодного моста порядка 38В, но на выходе БП больше 16В получить не удается, в чем может быть загвоздка?
#50 Николай Ноябрь 02 2018
Здравствуйте уважаемый root,скажите пожалуйста, а можно ли вместо лм 741поставить кр1401уд2а??.я просто понять не могу на что смотреть в даташите. С уважением Николай.
#51 root Ноябрь 02 2018
Здравствуйте.
КР1401УД2 (аналог LM324) может питаться от напряжений в диапазоне 3…32В/±1,5…16В. Если на сглаживающем конденсаторе после выпрямителя будет примерно 28В (учет с запасом скачков напряжения в сети) то эту микросхему можно попробовать использовать в этой схеме, будет задействован только один из четырех ОУ внутри корпуса, выходное напряжение стабилизатора будет регулироваться от 3В до 28В.
Микросхема LM741 в этой схеме более предпочтительна потому что у нее в корпусе один ОУ и достаточно высокий порог питающего напряжения - 44В/±22В для LM741, LM741A и 36В/±18В для LM741C. Это позволяет получить на выходе стабилизатора максимальное напряжение до 35-40В, которое уже ограничено параметрами микросхемы LM338.
#52 Николай Ноябрь 02 2018
Спасибо большое за развёрнутый ответ! С уважением Николай.
#53 Михаил Декабрь 29 2018
Всем привет! У меня такой вопрос... Можно ли в данной схеме обойтись одной микросхемой LM338 или LM317, но умощнить с помощью нескольких транзисторов, включенных параллельно стабилизатору, для получения тех же токов, что и при использовании нескольких параллельно включенных стабилизаторов?
#54 Михаил Январь 10 2019
Приглянулось тем, как раз, что в схеме используется ОУ для улучшения выходных параметров стабилизатора. И я подумал, а что если применить вместо нескольких стабилизаторов один, но умощнить его транзисторами, так сказать, скрестить ужа с ежом:)
Попробовал смоделировать процессы в Micro Cap, происходящие в этой гибридной схеме и получилось весьма интересно:)
Если рассчитывать (из схемы по ссылке), что через каждый транзистор должен течь ток 3А и если используем 8 транзисторов, то можем получить ток нагрузки 24А.
Но даже если мы нагрузим и 30А, то пульсации, судя по графикам будут всего тысячные доли вольта! Напряжение на выходе транса лучше брать с запасом, чтобы исключить просадки под нагрузкой.
В общем, на ваш суд выкладываю этот "гибрид". Сильно только помидорами не закидывайте и если где не прав, поправьте;)
#55 Георгий Февраль 05 2019
Здравствуйте.
Есть два одинаковых трансформатора - HP80-01, (80VA.6.67А)на вторичной обмотке по 12в.
Есть идея включить вторичные обмотки через переключатель последовательно чтоб получить 24в и паралельно если нужно напряжение до 12 вольт. Таким образом увеличить мощность и уменьшить теплопотери если например нужно 5-12 в. Реально ли это?
#56 root Февраль 06 2019
Георгий, можно попробовать. Но включать параллельно вторичные обмотки сразу с трансформаторов не рекомендую - разница в выходном напряжении одной из обмоток может повлечь потери мощности и нагрев этого трансформатора.
Поэтому, напряжение со вторичных обмоток лучше снимать уже выпрямленное, а дальше уже с ним выполнять запараллеливание или же включение последовательно.
Здесь можно применить два мощных диодных моста и мощный переключатель с двумя группами контактов, нарисовали примерную схему такого решения:
#57 Bogdan Март 09 2019
Здравствуйте! Хочу спросить. Зачем в этой схеме операционный усилитель и транзистор BD140??? Можно ж обойтись одним переменным резистором для управления микросхемами. Управление все равно идет на них по одной шине. Подключить резисторы для выравнивания тока и защитный диод, кое какие кондеры - согласен! Но зачем все остальное я не могу понять! Пожалуйста объясните.
#58 root Март 09 2019
Здравствуйте! Ответ на ваш вопрос по ОУ уже есть в комментарии #46. Транзистор здесь является вспомогательным элементом для схемы компенсации на основе ОУ.
#59 Bogdan Март 12 2019
Скажите пожалуйста что нужно изменить в схеме что бы выходное напряжение было не от 4 вольт а от 1.2 ?
В даташите написано что выходное напряжение может быть от 1,2 до 32 В.
Заранее спасибо!
#60 root Март 12 2019
Питание ОУ в этой схеме осуществляется от выходного напряжения стабилизатора, микросхема 741 не рассчитана на работу в диапазоне питающих напряжений от 1В до 35В. Как эксперимент, попробуйте подать питание на ОУ от отдельного источника постоянного напряжения 12В. Ножка 4 должна быть подключена к минусу схемы, ножку 7 отпаять и через нее подать внешнее питание на ОУ.
#61 Андрей Апрель 21 2019
Если трансформатор выдает 16 вольт, какое максимальное напряжение можно получить на выходе стабилизатора?
#62 Seawar Апрель 21 2019
#63 Владимир Апрель 27 2019
Возможно ли заменить LM741 в стабилизаторе на сдвоенный LM358 используя один операционник.
#64 root Апрель 27 2019
Владимир, возможно, но входное напряжение нужно ограничить до 30 Вольт, иначе микросхема LM358 может выйти из строя. В даташите на ОУ LM358 указан диапазон рабочих напряжений при однополярном питании - от 3В до 32В.
#65 Владимир Апрель 28 2019
Спасибо за ответ. Но если запитать от отдельного источника питания или через стабилизатор напряжения возможно? То что LM741 найти проблематично а, с Али ждать долго а LM358 имеется достаточно. BD140 возможно ли заменить на КТ814 или КТ816 которых у меня тоже в изобилии? И возможно ли на второй части LM358 сделать плавную регулировку тока если возможно, то как? Заранее благодарен.
#66 root Апрель 28 2019
Питание ОУ от внешнего стабилизатора в вашем случае - сомнительное решение, но можно попробовать. Наиболее близким аналогом транзистора BD140 из отечественных является КТ814Г, замена возможна. Второй ОУ микросхемы можно применить для сборки узла стабилизации тока, но временные затраты на разработку и отладку могут не окупиться. Если нужна стабилизация тока, то возможно стоит поискать готовые схемы, где все уже продумано и оттестировано.
#67 Васили Май 05 2019
Возможна ли замена силового трансформатора на импульсный на SG3525?
#68 root Май 06 2019
Возможна, если переменное напряжение, подаваемое на вход схемы до диодного моста, не будет превышать 18-25В и сила тока будет достаточной для ваших целей.
Сделать блок питания своими руками имеет смысл не только увлеченному радиолюбителю. Самодельный блок электропитания (БП) создаст удобства и сэкономит немалую сумму также в следующих случаях:
Профессиональные БП рассчитываются на питание нагрузки любого рода, в т.ч. реактивной. В числе возможных потребителей – прецизионная аппаратура. Заданное напряжение профи-БП должен поддерживать с высочайшей точностью неопределенно долгое время, а его конструкция, защита и автоматика должны допускать эксплуатацию неквалифицированным персоналом в тяжелых условиях, напр. биологами для питания своих приборов в теплице или в экспедиции.
Любительский лабораторный блок питания свободен от этих ограничений и поэтому может быть существенно упрощен при сохранении достаточных для собственного употребления качественных показателей. Далее, путем также несложных усовершенствований, из него можно получить БП специального назначения. Чем мы сейчас и займемся.
Примечание: как СНН, так и ИСН могут работать как от ИПН промышленной частоты с трансформатором на железе, так и от ИИН.
ИБП компактны и экономичны. А в кладовке у многих валяется БП от старого компа, морально устаревший, но вполне исправный. Так нельзя ли приспособить импульсный блок питания от компьютера для любительских/рабочих целей? К сожалению, компьютерный ИБП достаточно высоко специализированное устройство и возможности его применения в быту/на работе весьма ограничены:
Использовать ИБП, переделанный из компьютерного, обычному любителю целесообразно, пожалуй, только для питания электроинструмента; об этом см. далее. Второй случай – если любитель занимается ремонтом ПК и/или созданием логических схем. Но тогда он уже знает, как для этого приспособить БП от компа:
Вследствие недостатков ИБП, плюс их принципиальная и схемотехническая сложность, мы только в конце рассмотрим пару таких, но простых и полезных, и поговорим о методике ремонта ИИН. Основная же часть материала посвящена СНН и ИПН с трансформаторами промышленной частоты. Они позволяют человеку, только-только взявшему в руки паяльник, построить БП весьма высокого качества. А имея его на хозяйстве, освоить технику «потоньше» будет легче.
Сначала рассмотрим ИПН. Импульсные подробнее оставим до раздела о ремонте, но у них с «железными» есть общее: силовой трансформатор, выпрямитель и фильтр подавления пульсаций. В комплексе они могут быть реализованы различным образом сообразно назначению БП.
Поз. 1 на Рис. 1 – однополупериодный (1П) выпрямитель. Падение напряжения на диоде наименьшее, ок. 2В. Но пульсация выпрямленного напряжения – с частотой 50Гц и «рваная», т.е. с промежутками между импульсами, поэтому конденсатор фильтра пульсаций Сф должен быть в 4-6 раз большей емкости, чем в прочих схемах. Использование силового трансформатора Тр по мощности – 50%, т.к. выпрямляется всего 1 полуволна. По этой же причине в магнитопроводе Тр возникает перекос магнитного потока и сеть его «видит» не как активную нагрузку, а как индуктивность. Поэтому 1П выпрямители применяются только на малую мощность и там, где по-иному никак нельзя, напр. в ИИН на блокинг-генераторах и с демпферным диодом, см. далее.
Примечание: почему 2В, а не 0,7В, при которых открывается p-nпереход в кремнии? Причина – сквозной ток, о котором см. далее.
Поз. 2 – 2-полупериодный со средней точкой (2ПС). Потери на диодах такие же, как в пред. случае. Пульсация – 100 Гц сплошная, так что Сф нужен наименьший из возможных. Использование Тр – 100% Недостаток – удвоенный расход меди на вторичную обмотку. Во времена, когда выпрямители делали на лампах-кенотронах, это не имело значения, а теперь – определяющее. Поэтому 2ПС используют в низковольтных выпрямителях, преимущественно повышенной частоты с диодами Шоттки в ИБП, однако принципиальных ограничений по мощности 2ПС не имеют.
Поз. 3 – 2-полупериодный мостовой, 2ПМ. Потери на диодах – удвоенные по сравнению с поз. 1 и 2. Остальное – как у 2ПС, но меди на вторичку нужно почти вдвое меньше. Почти – потому что несколько витков приходится доматывать, чтобы компенсировать потери на паре «лишних» диодов. Наиболее употребительная схема на напряжение от 12В.
Поз. 3 – двухполярный. «Мост» изображен условно, как принято в принципиальных схемах (привыкайте!), и повернут на 90 градусов против часовой стрелки, но на самом деле это пара включенных разнополярно 2ПС, как ясно видно далее на рис. 6. Расход меди как у 2ПС, потери на диодах как у 2ПМ, остальное как у того и другого. Строится в основном для питания аналоговых устройств, требующих симметрии напряжения: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП и др.
Поз. 4 – двухполярный по схеме параллельного удвоения. Дает без дополнительных мер повышенную симметрию напряжения, т.к. асимметрия вторичной обмотки исключена. Использование Тр 100%, пульсации 100 Гц, но рваные, поэтому Сф нужны удвоенной емкости. Потери на диодах примерно 2,7В за счет взаимного обмена сквозными токами, см. далее, и при мощности более 15-20 Вт резко возрастают. Строятся в основном как маломощные вспомогательные для независимого питания операционных усилителей (ОУ) и др. маломощных, но требовательных к качеству электропитания аналоговых узлов.
В ИБП вся схема чаще всего четко привязана к типоразмеру (точнее – к объему и площади поперечного сечения Sс) трансформатора/трансформаторов, т.к. использование тонких процессов в феррите позволяет упростить схему при большей ее надежности. Здесь «как-нибудь по-своему» сводится к точному соблюдению рекомендаций разработчика.
Трансформатор на железе выбирают с учетом особенностей СНН, или сообразуются с ними при его расчете. Падение напряжения на РЭ Uрэ не надо брать менее 3В, иначе КСН резко упадет. При увеличении Uрэ КСН несколько возрастает, но гораздо быстрее растет рассеиваемая РЭ мощность. Поэтому Uрэ берут 4-6 В. К нему добавляем 2(4)В потерь на диодах и падение напряжения на вторичной обмотке Тр U2; для диапазона мощностей 30-100 Вт и напряжений 12-60 В берем его 2,5В. U2 возникает преимущественно не на омическом сопротивлении обмотки (оно у мощных трансформаторов вообще ничтожно мало), а вследствие потерь на перемагничивание сердечника и создание поля рассеивания. Попросту, часть энергии сети, «накачанной» первичной обмоткой в магнитопровод, улетучивается в мировое пространство, что и учитывает величина U2.
Итак, мы насчитали, допустим, для мостового выпрямителя, 4+4+2,5 = 10,5В лишку. Прибавляем его к требуемому выходному напряжению БП; пусть это будет 12В, и делим на 1,414, получим 22,5/1,414 = 15,9 или 16В, это будет наименьшее допустимое напряжение вторичной обмотки. Если Тр фабричный, из типового ряда берем 18В.
Теперь в дело идет ток вторички, который, естественно, равен максимальному току нагрузки. Пусть нам нужно 3А; умножаем на 18В, будет 54Вт. Мы получили габаритную мощность Тр, Pг, а паспортную P найдем, поделив Pг на КПД Тр η, зависящий от Pг:
В нашем случае будет P = 54/0,8 = 67,5Вт, но такого типового значения нет, так что придется брать 80Вт. Для того, чтобы получить на выходе 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, да и только. Впору научиться рассчитывать и мотать «трансы» самому. Тем более что в СССР были разработаны методики расчета трансформаторов на железе, позволяющие без потери надежности выжимать 600Вт из сердечника, который, при расчете по радиолюбительским справочникам, способен дать всего 250Вт. «Железный транс» вовсе не так туп, как кажется.
Выпрямленное напряжение нужно стабилизировать и, чаще всего, регулировать. Если нагрузка мощнее 30-40 Вт, необходима и защита от КЗ, иначе неисправность БП может вызвать аварию сети. Все это вместе делает СНН.
Начинающему лучше сразу не лезть в большие мощности, а сделать для пробы простой высокостабильный СНН на 12в по схеме на Рис. 2. Его можно будет потом использовать как источник эталонного напряжения (точная его величина выставляется R5), для поверки приборов или как ИОН высококачественного СНН. Максимальный ток нагрузки этой схемы всего 40мА, но КСН на допотопном ГТ403 и таком же древнем К140УД1 более 1000, а при замене VT1 на кремниевый средней мощности и DA1 на любой из современных ОУ превысит 2000 и даже 2500. Ток нагрузки при этом также возрастет до 150-200 мА, что уже годится в дело.
Следующий этап – блок питания с регулировкой напряжения. Предыдущий выполнен по т. наз. компенсационной схеме сравнения, но переделать такой на большой ток сложно. Мы сделаем новый СНН на основе эмиттерного повторителя (ЭП), в котором РЭ и УУ совмещены всего в 1-м транзисторе. КСН выйдет где-то 80-150, но любителю этого хватит. Зато СНН на ЭП позволяет без особых ухищрений получить выходной ток до 10А и более, сколько отдаст Тр и выдержит РЭ.
Схема простого БП на 0-30В приведена на поз. 1 Рис. 3. ИПН для него – готовый трансформатор типа ТПП или ТС на 40-60 Вт со вторичной обмоткой на 2х24В. Выпрямитель типа 2ПС на диодах на 3-5А и более (КД202, КД213, Д242 и т.п.). VT1 устанавливается на радиатор площадью от 50 кв. см; очень хорошо подойдет старый от процессора ПК. При таких условиях этот СНН не боится КЗ, только VT1 и Тр греться будут, так что для защиты хватит предохранителя на 0,5А в цепи первичной обмотки Тр.
Поз. 2 показывает, насколько удобен для любителя СНН на ЭП: там схема БП на 5А с регулировкой от 12 до 36 В. Этот БП может отдать в нагрузку и 10А, если найдется Тр на 400Вт 36В. Первая его особенность – интегральный СНН К142ЕН8 (предпочтительно с индексом Б) выступает в необычной роли УУ: к его собственным 12В на выходе добавляется, частично или полностью, все 24В, напряжение от ИОН на R1, R2, VD5,VD6. Емкости С2 и С3 предотвращают возбуждение на ВЧ DA1, работающей в необычном режиме.
Следующий момент – устройство защиты (УЗ) от КЗ на R3, VT2, R4. Если падение напряжения на R4 превысит примерно 0,7В, VT2 откроется, замкнет на общий провод базовую цепь VT1, он закроется и отключит нагрузку от напряжения. R3 нужен, чтобы экстраток при срабатывании УЗ не вывел из строя DA1. Увеличивать его номинал не надо, т.к. при срабатывании УЗ нужно надежно запереть VT1.
И последнее – кажущаяся избыточной емкость конденсатора выходного фильтра С4. В данном случае это безопасно, т.к. максимальный ток коллектора VT1 в 25А обеспечивает его заряд при включении. Но зато данный СНН может в течение 50-70 мс отдать в нагрузку ток до 30А, так что этот простой блок питания пригоден для питания низковольтного электроинструмента: его пусковой ток не превышает такого значения. Нужно только сделать (хотя бы из оргстекла) контактную колодку-башмак с кабелем, надеваемую на пятку рукояти, и пусть «акумыч» отдыхает и бережет ресурс до выезда.
Допустим, в данной схеме на выходе 12В при максимуме в 5А. Это всего лишь средняя мощность электролобзика, но, в отличие от дрели или шуруповерта, он берет ее постоянно. На С1 держится около 45В, т.е. на РЭ VT1 остается где-то 33В при токе 5А. Рассеиваемая мощность – более 150Вт, даже более 160, если учесть, что VD1-VD4 тоже надо охлаждать. Отсюда ясно, что любой мощный регулируемый БП должен быть снабжен весьма эффективной системой охлаждения.
Ребристый/игольчатый радиатор на естественной конвекции проблемы не решает: расчет показывает, что нужна рассевающая поверхность от 2000 кв. см. и толщина тела радиатора (пластины, от которой отходят ребра или иглы) от 16 мм. Заполучить столько алюминия в фасонном изделии в собственность для любителя было и остается мечтой в хрустальном замке. Процессорный кулер с обдувом также не годится, он рассчитан на меньшую мощность.
Один из вариантов для домашнего мастера – алюминиевая пластина толщиной от 6 мм и размерами от 150х250 мм с насверленными по радиусам от места установки охлаждаемого элемента в шахматном порядке отверстиями увеличивающегося диаметра. Она же послужит задней стенкой корпуса БП, как на Рис. 4.
Непременное условие эффективности такого охладителя – пусть слабый, но непрерывный ток воздуха сквозь перфорацию снаружи внутрь. Для этого в корпусе (желательно вверху) устанавливают маломощный вытяжной вентилятор. Подойдет компьютерный диаметром от 76 мм, напр. доп. кулер HDD или видеокарты. Его подключают к выводам 2 и 8 DA1, там всегда 12В.
Примечание: вообще-то радикальный способ побороть эту проблему – вторичная обмотка Тр с отводами на 18, 27 и 36В. Первичное напряжение переключают смотря по тому, какой инструмент в работе.
Описанный БП для мастерской хорош и весьма надежен, но таскать его с собой на выезд тяжко. Вот тут и придется впору компьютерный БП: к большинству его недостатков электроинструмент нечувствителен. Некоторая доработка сводится чаще всего к установке выходного (ближайшего к нагрузке) электролитического конденсатора большой емкости с целью, описанной выше. Рецептов переделки компьютерных БП под электроинструмент (преимущественно шуруповерты, как не очень мощные, но очень полезные) в рунете известно немало, один из способов показан в ролике ниже, для инструмента на 12В.
С инструментами на 18В еще проще: при той же мощности они потребляют меньший ток. Здесь может пригодится куда более доступное устройство зажигания (балласт) от лампы-экономки на 40 и более Вт; его можно целиком поместить в корпус от негодной АКБ, и снаружи останется только кабель с сетевой вилкой. Как из балласта от сгоревшей экономки сделать блок питания для шуруповерта на 18В, см. следующее видео.
Но вернемся к СНН на ЭП, их возможности далеко еще не исчерпаны. На Рис. 5 – двухполярный мощный блок питания с регулировкой 0-30 В, пригодный для Hi-Fi звуковой аппаратуры и прочих привередливых потребителей. Установка выходного напряжения производится одной ручкой (R8), а симметрия каналов поддерживается автоматически при любой его величине и любом токе нагрузки. Педант-формалист при виде этой схемы, возможно, поседеет на глазах, но у автора такой БП исправно работает уже около 30 лет.
Главным камнем преткновения при его создании было δr = δu/δi, где δu и δi – малые мгновенные приращения напряжения и тока соответственно. Для разработки и наладки высококлассной аппаратуры нужно, чтобы δr не превышало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr определяет способность БП мгновенно реагировать на броски тока потребления.
У СНН на ЭП δr равно таковому ИОН, т.е. стабилитрона, деленному на коэффициент передачи тока β РЭ. Но у мощных транзисторов β на большом коллекторном токе сильно падает, а δr стабилитрона составляет от единиц до десятков Ом. Здесь же, чтобы компенсировать падение напряжения на РЭ и уменьшить температурный дрейф выходного напряжения, пришлось набрать их целую цепочку пополам с диодами: VD8-VD10. Поэтому опорное напряжение с ИОН снимается через дополнительный ЭП на VT1, его β умножается на β РЭ.
Следующая фишка данной конструкции – защита от КЗ. Простейшая, описанная выше, в двухполярную схему никак не вписывается, поэтому задача защиты решена по принципу «против лома нет приема»: защитного модуля как такового нет, но есть избыточность параметров мощных элементов – КТ825 и КТ827 на 25А и КД2997А на 30А. Т2 такой ток дать не способен, а пока он разогреется, успеют сгореть FU1 и/или FU2.
Примечание: делать индикацию перегорания предохранителей на миниатюрных лампах накаливания не обязательно. Просто тогда светодиоды были еще довольно дефицитны, а СМок в загашнике насчитывалось несколько горстей.
Осталось уберечь РЭ от экстратоков разряда фильтра пульсаций С3, С4 при КЗ. Для этого они включены через ограничительные резисторы малого сопротивления. При этом в схеме могут возникнуть пульсации с периодом, равным постоянной времени R(3,4)C(3,4). Их предотвращают С5, С6 меньшей емкости. Их экстратоки для РЭ уже не опасны: заряд стечет быстрее, чем кристаллы мощнющих КТ825/827 разогреются.
Симметрию выхода обеспечивает ОУ DA1. РЭ минусового канала VT2 открывается током через R6. Как только минус выхода по модулю превзойдет плюс, он приоткроет VT3, а тот подзакроет VT2 и абсолютные величины выходных напряжений сравняются. Оперативный контроль за симметрией выхода осуществляется по стрелочному прибору с нулем посередине шкалы P1 (на врезке – его внешний вид), а регулировка при необходимости – R11.
Последняя изюминка – выходной фильтр С9-С12, L1, L2. Такое его построение необходимо для поглощения возможных ВЧ наводок от нагрузки, чтобы не ломать голову: опытный образец глючит или БП «заколбасило». С одними электролитическими конденсаторами, зашунтированными керамикой, тут полной определенности нет, мешает большая собственная индуктивность «электролитов». А дроссели L1, L2 разделяют «отдачу» нагрузки по спектру, и – каждому свое.
Этот БП в отличие от предыдущих требует некоторой наладки:
БП выходят из строя чаще других электронных устройств: они принимают на себя первый удар бросков сети, им много чего достается и от нагрузки. Даже если вы не намерены делать свой БП, ИБП найдется, кроме компа, в микроволновке, стиралке и др. бытовой технике. Умение диагностировать БП и знание основ электробезопасности даст возможность если не устранить неисправность самому, то уж со знанием дела поторговаться о цене с ремонтниками. Поэтому посмотрим, как производится диагностика и ремонт БП, особенно с ИИН, т.к. свыше 80% отказов приходится на их долю.
Прежде всего – о некоторых эффектах, без понимания которых работать с ИБП нельзя. Первый из них – насыщение ферромагнетиков. Они не способны принять в себя энергии более определенной величины, зависящей от свойств материала. На железе любители с насыщением сталкиваются редко, его можно намагнитить до нескольких Тл (Тесла, единица измерения магнитной индукции). При расчете железных трансформаторов индукцию берут 0,7-1,7 Тл. Ферриты выдерживают только 0,15-0,35 Тл, их петля гистерезиса «прямоугольнее», и работают на повышенных частотах, так что вероятность «заскочить в насыщение» у них на порядки выше.
Если магнитопровод насытился, индукция в нем более не растет и ЭДС вторичных обмоток пропадает, хоть бы первичка уже плавилась (помните школьную физику?). Теперь выключим первичный ток. Магнитное поле в магнитомягких материалах (магнитожесткие – это постоянные магниты) не может существовать стационарно, как электрический заряд или вода в баке. Оно начнет рассеиваться, индукция падать, и во всех обмотках наведется ЭДС противоположной относительно исходной полярности. Этот эффект достаточно широко используется в ИИН.
В отличие от насыщения, сквозной ток в полупроводниковых приборах (попросту – сквозняк) явление безусловно вредное. Он возникает вследствие формирования/рассасывания объемных зарядов в p и n областях; у биполярных транзисторов – преимущественно в базе. Полевые транзисторы и диоды Шоттки от сквозняка практически свободны.
Напр., при подаче/снятии напряжения на диод он, пока заряды не соберутся/рассосутся, проводит ток в обеих направлениях. Именно поэтому потери напряжения на диодах в выпрямителях больше 0,7В: в момент переключения часть заряда фильтрового конденсатора успевает стечь через обмотку. В выпрямителе с параллельным удвоением сквозняк стекает сразу через оба диода.
Сквозняк транзисторов вызывает выброс напряжения на коллекторе, способный испортить прибор или, если подключена нагрузка, сквозным экстратоком повредить ее. Но и без того транзисторный сквозняк увеличивает динамические потери энергии, как и диодный, и уменьшает КПД устройства. Мощные полевые транзисторы ему почти не подвержены, т.к. не накапливают заряд в базе за ее отсутствием, и поэтому переключаются очень быстро и плавно. «Почти», потому что их цепи исток-затвор защищены от обратного напряжения диодами Шоттки, которые чуточку, но сквозят.
ИБП ведут свою родословную от блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включении Uвх VT1 приоткрыт током через Rб, по обмотке Wк течет ток. Мгновенно вырасти до предела он не может (снова вспоминаем школьную физику), в базовой Wб и обмотке нагрузки Wн наводится ЭДС. С Wб она через Сб форсирует отпирание VT1. По Wн ток пока не течет, не пускает VD1.
Когда магнитопровод насытится, токи в Wб и Wн прекращаются. Затем за счет диссипации (рассасывания) энергии индукция падает, в обмотках наводится ЭДС противоположной полярности, и обратное напряжение Wб мгновенно запирает (блокирует) VT1, спасая его от перегрева и теплового пробоя. Поэтому такая схема и названа блокинг-генератором, или просто блокингом. Rк и Ск отсекают ВЧ помехи, которых блокинг дает хоть отбавляй. Теперь с Wн можно снять некоторую полезную мощность, но только через выпрямитель 1П. Эта фаза продолжается, пока Сб не перезарядится полностью или пока не иссякнет запасенная магнитная энергия.
Мощность эта, впрочем, невелика, до 10Вт. Если попробовать взять больше, VT1 сгорит от сильнейшего сквозняка, прежде чем заблокируется. Поскольку Тр насыщается, КПД блокинга никуда не годится: более половины запасенной в магнитопроводе энергии улетает греть иные миры. Правда, за счет того же насыщения блокинг до некоторой степени стабилизирует длительность и амплитуду своих импульсов, а схема его очень проста. Поэтому ИНН на основе блокинга часто применяют в дешевых телефонных зарядках.
Примечание: величина Сб во многом, но не полностью, как пишут в любительских справочниках, определяет период повторения импульсов. Величина его емкости должна быть увязана со свойствами и размерами магнитопровода и быстродействием транзистора.
Блокинг в свое время породил строчную развертку телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), а она – ИНН с демпферным диодом, поз. 2. Здесь УУ по сигналам от Wб и цепи обратной связи ЦОС принудительно открывает/запирает VT1 прежде чем Тр насытится. При запертом VT1 обратный ток Wк замыкается через тот самый демпферный диод VD1. Это рабочая фаза: уже большая, чем в блокинге, часть энергии снимается в нагрузку. Большая потому, что при полном насыщении вся лишняя энергия улетает, а здесь этого лишку мало. Таким путем удается снимать мощность до нескольких десятков Вт. Однако, поскольку УУ не может сработать, пока Тр не подошел к насыщению, транзистор сквозит все-таки сильно, динамические потери велики и КПД схемы оставляет желать много большего.
ИИН с демпфером до сих пор живы в телевизорах и дисплеях с ЭЛТ, поскольку в них ИИН и выход строчной развертки совмещены: мощный транзистор и Тр общие. Это намного сокращает издержки производства. Но, откровенно говоря, ИИН с демпфером принципиально чахлый: транзистор и трансформатор вынуждены все время работать на грани аварии. Инженеры, сумевшие довести эту схему до приемлемой надежности, заслуживают глубочайшего уважения, но совать туда паяльник никому, кроме мастеров, прошедших профессиональную подготовку и обладающих соответствующим опытом, настоятельно не рекомендуется.
Двухтактный ИНН с отдельным трансформатором обратной связи применяется наиболее широко, т.к. обладает наилучшими качественными показателями и надежностью. Впрочем, по части ВЧ помех и он страшно грешит по сравнению с БП «аналоговыми» (с трансформаторами на железе и СНН). В настоящее время эта схема существует во множестве модификаций; мощные биполярные транзисторы в ней почти начисто вытеснены полевыми, управляемыми спец. ИМС, но принцип действия остается неизменным. Его иллюстрирует исходная схема, поз. 3.
Устройство ограничения (УО) ограничивает ток заряда емкостей входного фильтра Сфвх1(2). Их большая величина – непременное условие работы устройства, т.к. за один рабочий цикл из них отбирается малая доля запасенной энергии. Грубо говоря, они играют роль водонапорного бака или воздушного ресивера. При заряде «накоротко» экстраток заряда может превышать 100А на время до 100 мс. Rc1 и Rc2 сопротивлением порядка МОм нужны для симметрирования напряжения фильтра, т.к. малейший разбаланс его плеч недопустим.
Когда Сфвх1(2) зарядятся, устройство запуска УЗ формирует запускающий импульс, открывающий одно из плеч (какое – все равно) инвертора VT1 VT2. По обмотке Wк большого силового трансформатора Тр2 течет ток и магнитная энергия из его сердечника через обмотку Wн почти полностью уходит на выпрямление и в нагрузку.
Небольшая часть энергии Тр2, определяемая величиной Rогр, снимается с обмотки Wос1 и подается на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора обратной связи Тр1. Он быстро насыщается, открытое плечо закрывается и за счет диссипации в Тр2 открывается ранее закрытое, как описано для блокинга, и цикл повторяется.
В сущности, двухтактный ИИН – 2 блокинга, «пихающих» друг друга. Поскольку мощный Тр2 не насыщается, сквозняк VT1 VT2 невелик, полностью «тонет» в магнитопроводе Тр2 и в конечном итоге уходит в нагрузку. Поэтому двухтактный ИИН может быть построен на мощность до нескольких кВт.
Хуже, если он окажется в режиме ХХ. Тогда за полуцикл Тр2 успеет насытиться и сильнейший сквозняк сожжет сразу оба VT1 и VT2. Впрочем, сейчас есть в продаже силовые ферриты на индукцию до 0,6 Тл, но они дороги и от случайного перемагничивания деградируют. Разрабатываются ферриты более чем на 1 Тл, но, чтобы ИИН достигли «железной» надежности, надо хотя бы 2,5 Тл.
При поиске неисправностей в «аналоговом» БП, если он «тупо молчит», проверяют сначала предохранители, затем защиту, РЭ и ИОН, если в нем есть транзисторы. Звонятся нормально – идем дальше поэлементно, как описано ниже.
В ИИН, если он «заводится» и тут же «глохнет», проверяют сначала УО. Ток в нем ограничивает мощный резистор малого сопротивления, затем шунтируемый оптотиристором. Если «резик» видимо подгорел, меняют его и оптрон. Прочие элементы УО выходят из строя крайне редко.
Если ИИН «молчит, как рыба об лед», диагностику начинают тоже с УО (может, «резик» совсем сгорел). Затем – УЗ. В дешевых моделях в них используются транзисторы в режиме лавинного пробоя, что далеко не весьма надежно.
Следующий этап, в любых БП – электролиты. Разрушение корпуса и вытекание электролита встречаются далеко не так часто, как пишут в рунете, но потеря емкости случается гораздо чаще, чем выход из строя активных элементов. Проверяют электролитические конденсаторы мультиметром с возможностью измерения емкости. Ниже номинала на 20% и более – опускаем «дохляка» в отстой и ставим новый, хороший.
Затем – активные элементы. Как прозванивать диоды и транзисторы вы, наверное, знаете. Но тут есть 2 каверзы. Первая – если диод Шоттки или стабилитрон звонится тестером с батарейкой на 12В, то прибор может показать пробой, хотя диод вполне исправен. Эти компоненты лучше звонить стрелочным прибором с батарейкой на 1,5-3 В.
Вторая – мощные полевики. Выше (обратили внимание?) сказано, что их И-З защищены диодами. Поэтому мощные полевые транзисторы звонятся вроде бы как исправные биполярные даже негодными, если канал «выгорел» (деградировал) не полностью.
Тут единственный доступный дома способ – замена на заведомо исправные, причем обоих сразу. Если в схеме остался горелый, он немедленно потянет за собой новый исправный. Электронщики шутят, мол, мощные полевики жить друг без друга не могут. Еще проф. шуточка – «замена гей-пары». Это к тому, что транзисторы плеч ИИН должны быть строго однотипными.
Наконец, пленочные и керамические конденсаторы. Для них характерны внутренние обрывы (находятся тем же тестером с проверкой «кондюков») и утечка или пробой под напряжением. Чтобы их «выловить», нужно собрать простенькую схемку по Рис. 7. Пошагово проверка электрических конденсаторов на пробой и утечку осуществляется так:
На этом методическая часть диагностики заканчивается и начинается творческая, где все инструкции – собственные знания, опыт и соображение.
ИБП статья особая, вследствие их сложности и схемного разнообразия. Здесь мы, для начала, рассмотрим пару образцов на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющей получить наилучшее качество ИБП. Схем на ШИМ в рунете много, но не так страшен ШИМ, как его малюют…
Просто зажечь светодиодную ленту можно от любого описанного выше БП, кроме того, что на Рис. 1, выставив требуемое напряжение. Хорошо подойдет СНН с поз. 1 Рис. 3, таких несложно сделать 3, для каналов R, G и B. Но долговечность и стабильность свечения светодиодов зависят не от приложенного к ним напряжения, а от протекающего через них тока. Поэтому хороший блок питания для светодиодной ленты должен включать в себя стабилизатор тока нагрузки; по-технически – источник стабильного тока (ИСТ).
Одна из схем стабилизации тока светоленты, доступная для повторения любителями, приведена на Рис. 8. Собрана она на интегральном таймере 555 (отечественный аналог – К1006ВИ1). Обеспечивает стабильный ток ленты от БП напряжением 9-15 В. Величина стабильного тока определяется по формуле I = 1/(2R6); в данном случае – 0,7А. Мощный транзистор VT3 – обязательно полевой, от сквозняка из-за заряда базы биполярного ШИМ просто не сформируется. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ K20x4x6 жгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-во витков – 50. Диоды VD1 ,VD2 – любые кремниевые ВЧ (КД104, КД106); VT1 и VT2 – КТ3107 или аналоги. С КТ361 и т.п. диапазоны входного напряжения и регулировки яркости уменьшатся.
Работает схема так: вначале времязадающая емкость С1 заряжается по цепи R1VD1 и разряжается через VD2R3VT2, открытый, т.е. находящийся в режиме насыщения, через R1R5. Таймер генерирует последовательность импульсов с максимальной частотой; точнее – с минимальной скважностью. Безинерционный ключ VT3 формирует мощные импульсы, а его обвязка VD3C4C3L1 сглаживает их до постоянного тока.
Примечание: скважность серии импульсов есть отношение периода их следования к длительности импульса. Если, напр., длительность импульса 10 мкс, а промежуток между ними 100 мкс, то скважность будет 11.
Ток в нагрузке нарастает, и падение напряжения на R6 приоткрывает VT1, т.е. переводит его из режима отсечки (запирания) в активный (усилительный). Это создает цепь утечки тока базы VT2 R2VT1+Uпит и VT2 также переходит в активный режим. Ток разряда С1 уменьшается, время разряда увеличивается, скважность серии растет и среднее значение тока падает до нормы, заданной R6. В этом и есть суть ШИМ. На минимуме тока, т.е. при максимальной скважности, С1 разряжается по цепи VD2-R4-внутренний ключ таймера.
В оригинальной конструкции возможность оперативной регулировки тока и, соответственно, яркости свечения, не предусмотрена; потенциометров на 0,68 Ом не бывает. Проще всего регулировать яркость, включив после наладки в разрыв между R3 и эмиттером VT2 потенциометр R* на 3,3-10 кОм, выделено коричневым. Передвигая его движок вниз по схеме, увеличим время разряда С4, скважность и уменьшим ток. Другой способ – шунтировать базовый переход VT2, включив потенциометр примерно на 1 МОм в точки а и б (выделено красным), менее предпочтителен, т.к. регулировка получится более глубокой, но грубой и острой.
К сожалению, для налаживания этого полезного не только для светолент ИСТ нужен осциллограф:
На Рис. 9 – схема простейшего ИСН с ШИМ, пригодного для зарядки телефона, смартфона, планшета (ноутбук, к сожалению, не потянет) от самодельной солнечной батареи, ветрогенератора, мотоциклетного или автомобильного аккумулятора, магнето фонарика-«жучка» и др. маломощных нестабильных случайных источников электропитания. См. на схеме диапазон входных напряжений, там не ошибка. Этот ИСН и в самом деле способен выдавать на выход напряжение, большее входного. Как и в предыдущем, здесь наличествует эффект перемены полярности выхода относительно входа, это вообще фирменная фишка схем с ШИМ. Будем надеяться, что, прочитав внимательно предыдущее, вы в работе этой крохотульки разберетесь сами.
Заряд аккумуляторов весьма сложный и тонкий физико-химический процесс, нарушение которого в разы и десятки раз снижает их ресурс, т.е. к-во циклов заряд-разряд. Зарядное устройство должно по очень малым изменениям напряжения АКБ вычислять, сколько принято энергии и регулировать соответственно ток заряда по определенному закону. Поэтому зарядное устройство отнюдь и отнюдь не БП и заряжать от обычных БП можно только АКБ в устройствах со встроенным контроллером заряда: телефонах, смартфонах, планшетах, отдельных моделях цифровых фотокамер. А зарядка, которая зарядное устройство – предмет отдельного разговора.
Вопрос-ремонт.ру сказал(а):
Искрить от выпрямителя будет, но, возможно, ничего страшного. Дело в т. наз. дифференциальном выходном сопротивлении источника питания. У щелочных аккумуляторов оно порядка мОм (миллиом), у кислотных еще меньше. У транса с мостом без сглаживания – десятые и сотые доли Ом, т. е. прим. в 100 – 10 раз больше. А пусковой ток коллекторного мотора постоянного тока может быть больше рабочего раз в 6-7 и даже в 20. У вашего, скорее всего, ближе к последнему – быстро разгоняющиеся моторы компактнее и экономичнее, а огромная перегрузочная способность аккумуляторов позволяет давать движку тока, сколько съест на разгон. Транс с выпрямителем столько мгновенного тока не дадут, и двигатель разгоняется медленнее, чем на то рассчитан, и с большим скольжением якоря. От этого, от большого скольжения, и возникает искра, и в работе потом держится за счет самоиндукции в обмотках.
Что тут можно посоветовать? Первое: приглядитесь внимательнее – как искрит? Смотреть нужно в работе, под нагрузкой, т.е. во время распиловки.
Если искорки пляшут в отдельных местах под щетками – ничего страшного. У меня мощная конаковская дрель от рождения так искрит, и хоть бы хны. За 24 года один раз менял щетки, мыл спиртом и полировал коллектор – всего-то. Если вы подключали инструмент на 18 В к выходу 24 В, то небольшое искрение это нормально. Отмотать обмотку или погасить избыток напряжения чем-то вроде сварочного реостата (резистор прим. 0,2 Ом на мощность рассеяния от 200 Вт), чтобы в работе на моторе было номинальное напряжение и, скорее всего, искра уйдет. Если же подключали к 12 В, надеясь, что после выпрямления будет 18, то зря – выпрямленное напряжение под нагрузкой сильно садится. А коллекторному электромотору, между прочим, все равно, постоянным он током питается или переменным.
Конкретно: возьмите 3-5 м стальной проволоки диаметром 2,5-3 мм. Сверните в спираль диаметром 100-200 мм так, чтобы витки не касались друг друга. Уложите на несгораемую диэлектрическую подкладку. Концы провода зачистите до блеска и сверните «ушами». Лучше всего сразу промазать графитовой смазкой, чтобы не окислялись. Этот реостат включается в разрыв одного из проводов, ведущих к инструменту. Само собой, что контакты должны быть винтовые, затянутые натуго, с шайбами. Подключайте всю цепь к выходу 24 В без выпрямления. Искра ушла, но и мощность на валу упала – реостат нужно уменьшить, переключить один из контактов на 1-2 витка ближе к другому. Все равно искрит, но меньше – реостат маловат, нужно добавить витков. Лучше сразу сделать реостат заведомо большим, чтобы не прикручивать добавочные секции. Хуже, если огонь по всей линии контакта щеток с коллектором или за ними тянутся искровые хвосты. Тогда к выпрямителю нужен сглаживающий фильтр где-то, по вашим данным, от 100 000 мкФ. Недешевое удовольствие. «Фильтр» в данном случае будет накопителем энергии на разгон мотора. Но может и не помочь – если габаритной мощности трансформатора маловато. КПД коллекторных электродвигателей постоянного тока прим. 0,55-0,65, т.е. транс нужен от 800-900 Вт. Т.е., если фильтр поставили, но все равно искрит с огнем под всей щеткой (под обоими, разумеется), то трансформатор не дотягивает. Да, если ставить фильтр, то и диоды моста должны быть на тройной рабочий ток, не то могут вылететь от броска тока заряда при включении в сеть. А инструмент тогда можно будет запускать спустя 5-10 с после включения в сеть, чтобы «банки» успели «накачаться».
И хуже всего, если хвосты искр от щеток дотягиваются или почти дотягиваются до противоположной щетки. Это называется круговой огонь. Он очень быстро выжигает коллектор до полной негодности. Причин кругового огня может быть несколько. В вашем случае наиболее вероятная – мотор включался на 12 В с выпрямлением. Тогда при токе 30 А электрическая мощность в цепи 360 Вт. Скольжение якоря выходит больше 30 градусов за оборот, а это обязательно сплошной круговой огонь. Не исключено также, что якорь мотора намотан простой (не двойной) волной. Такие электромоторы лучше преодолевают мгновенные перегрузки, но уж пусковой ток у них – мама, не горюй. Точнее заочно не могу сказать, да и ни к чему – своими руками тут вряд ли что исправимо. Тогда, наверное, дешевле и проще будет найти и приобрести новые аккумуляторы. Но сначала все же попробуйте включить движок на немного повышенном напряжении через реостат (см. выше). Почти всегда таким способом удается сбить и сплошной круговой огонь ценой небольшого (до 10-15%) уменьшения мощности на валу.
