г. Нижний Новгород, ул. Зайцева, д. 31

413-19-81
413-66-50

[email protected]

Схема лабораторного блока питания


Схема профессионального лабораторного БП

Очень популярная схема блока питания для лабораторного источника питания, который может обеспечить питание 0-30 В вызвала такой интерес, что несколько китайских поставщиков выпустили набор со всеми деталями, включая печатную плату, по вполне привлекательной цене около 10 долларов. Вот оригинальная схема этого регулируемого БП:

Схема конечно хороша, но слишком устарела, поэтому проведена её модернизация: добавлен ЖК-дисплей, изменен механизм настройки тока, использующий дисплей, так что можно установить режим ограничения тока перед подключением проверяемого устройства. Собраны сразу два стабилизатора чтоб при надобности соединить их параллельно, чтобы получить больший ток, или последовательно, чтобы получить регулируемое двойное напряжение +0-30 В / масса / -0-30 В или напряжение 0-60 В. Также разработана простая система двойного слежения, когда один источник контролирует другой.

Список деталей схемы поставляемый с комплектом, приведен в конце статьи, со всеми изменениями и дополнениями. Из этого списка не будем использовать D7, а D8 — стабилитрон 1N4733A 5V1, требующий смещения 60 мА. Заменим этот тип стабилитроном BZX55C5V6 или BZX79C5V6, для обоих требуется ток смещения всего 5 мА. ОУ U1 установит опорное напряжение в два раза больше напряжения стабилитрона — 11,2 В. При необходимом смещении 5 мА для D8, R4 должен быть 1K, а не 4K7.

Поскольку надо ограничить максимальный ток до 1 или 1,5 А, необходимо пересчитать R18. Этот резистор в любом случае имел неправильное значение (56К) в оригинальной конструкции.

Также необходимо поставить цифровой дисплей напряжения и тока. Их диапазон рабочего напряжения где-то между 3,5 и 30 В постоянного тока. Обратите внимание, что эти дисплеи должны быть гальванически развязаны от источника питания во избежание лишнего шума. Альтернативой является хорошая фильтрация в цепи напряжения питания, чтобы избежать этого дела.

Эти дисплеи способны работать с большими токами — до 10 А с внутренним шунтом. Красный провод подключен к выходу блока питания и является входом для измерения напряжения. Это устройство имеет внутренний шунтирующий резистор, который подключен между желтым и черным проводом. Чтобы было проще, подключим черный провод к выходу минуса блока питания (4), а желтый провод станет новым выходом минуса.

На задней панели индикатора есть два подстроечных резистора, которые можно использовать для регулировки (подстройки) напряжения и тока. Чтобы точно установить напряжение питания блока питания, используйте эталонный прибор.

  1. Есть еще два дополнения. Одним из них является добавление светодиода, показывающего что устройство имеет основное питание. Этот зеленый светодиод подключен к 12 В через резистор 4K7 к земле.
  2. Вторым дополнением является еще один конденсатор 3300 мкФ / 50 В (C12), параллельный C1, чтобы обеспечить большую стабильность исходного питания и уменьшить пульсации при более высоких токах.

Конечно использован большой радиатор, на него размещена LM7812, Q2 и Q4. Существует достаточно места для добавления другого выходного транзистора, параллельного Q4, если надо увеличить ток. С этим радиатором не понадобится вентилятор (с токами ниже 1,5 А).

Можете использовать трансформаторы разных размеров и использовать их для нескольких стабилизаторов (при двухполярной сборке БП).

После всех модификаций и экспериментов с источником питания, возникла необходимость добавить способ отображения настройки ограничения тока, поэтому я добавлена небольшая цепь к БП, чтобы можно было установить постоянный ток / ограничение тока.

Вот улучшенная схема:

А это оригинальный список деталей, поставляемых с комплектом, но с изменениями и дополнениями:

R1 = 2K2 1W Заменено на версию 2W R2 = 82R Заменен на версию 2W R3 = 220R Не требуется (заменен на LM337) R4 = 4K7 Значение изменено на 1K R5, R6, R13, R20, R21 = 10K R13 не требуется R7 = 0,47R 5 Вт R8, R11 = 27K R9, R19 = 2K2 R10 = 270K Значение изменено на 1K R12, R18 = 56K R18 см. Текст R14 = 1K5 Не требуется R15, R16 = 1K R17 = 33R Значение изменено на 68R R22 = 3K9 Значение изменено на 1K5 RV1 = 100K 10 подстроечник заменен на 5K 10-ти оборотный подстроечник

P1, P2 = 10K линейный P1 заменен на 10-ти оборотный подстроечник

C1 = 3300 мкФ / 50 В C2, C3 47 мкФ / 50 В C4 = 100 нФ C5 = 220 нФ C6 = 100 пФ C7 = 10 мкФ / 50 В C8 = 330 пФ

C9 = 100 пФ

D1, D2, D3, D4 = 1N5408 D5, D6, D9, D10 = 1N4148 D7, D8 = 1N4733A, стабилитрон 5V1, D8 = BCX55C5V6, D7 не требуется

D11 = 1N4004

Q1 = 2SD9014 Q2 = 2SD882 Q3 = 2SD9015

Q4 = 2SD1047 Не требуется

U1, U2, U3 = TL081 Заменяется на 3x TLE2141 U4 = LM7824 Заменено на LM7812

D12 = красный светодиод

Дополнительные детали:

R23, R27 = 4K7 R24 = 1K R25 = 240R R26 = 10R RV2 = 2K RV3 = 200K или 250K (необязательно) U5 = TLE 2141 U6 = LM337 C 11 = 47 мкФ / 25 В C12 = 3300 мкФ / 50 В C13 = 22 мкФ / 10 В D13 = 10 В 1 Вт D14 = зеленый светодиод D15 = красный светодиод Индикатор вольт / ампер S1 двухпозиционный переключатель

S2 кнопка

Полезное:  Схема тестера попадания воды в масло двигателя

Испытания блока питания

Как оказалось, большая часть измеренного шума исходит от дисплея V/A метр. Импульсный регулятор, который стоит в этом дисплее, подает много шума обратно в источник питания. Для решения этих проблем вернемся к использованию LM7824, который был частью набора, и применим его вместо D10, стабилитрона 10 В, который использовался для создания питания для U3, U5 и Q3.

Чтобы противодействовать просачиванию шума с дисплея, используем D10 для уменьшения питания и для питания дисплея.

Также переместим токовый шунт дисплея с выходной клеммы за пределы токовой петли обратной связи. Это уменьшило еще немного шума и сделало настройку более точной. Поскольку шунт находился внутри контура обратной связи, напряжение на шунте при более высоких токах создавало ошибку. Небольшое, потому что шунт всего 25 мОм, но все же создавало.

Чтобы максимально устранить большие токи на печатной плате, подключим коллекторы Q4 и Q3 непосредственно к точке, где объединяются катоды D1 и D2 и конденсаторы фильтра C1 и C2.

Ещё установим дополнительные подстроечники, чтобы установить максимальное выходное напряжение (RV2) и максимальный выходной ток (RV3). Важно установить максимальный предел тока. Конденсатор C16 используется тоже для устранения шума.

Поскольку светодиоды D14 и D15 теперь подключены к шинам 24 В, их резисторы ограничения тока (R27 и R23) должны удвоиться в значении.

Наконец, выходной конденсатор C7 был увеличен с 10 мкФ до 470 мкФ. Вот окончательная схема с последними изменениями:

Время нарастания питания теперь составляет около 5 мсек, а время спада составляет чуть более 2 мсек при максимальном напряжении и токе, измеренных с помощью динамической электронной нагрузки.

Со всеми этими модификациями выходной шум теперь составляет 18 мВ по всему спектру напряжения и тока и, что более важно, остается на этом уровне в режиме CC / CL.

И еще одно дополнение: установлен параллельный транзистор (2SD1047) и модифицирован источник питания, чтобы он мог выдерживать больший ток. При более высоких токах также понадобится вентилятор для охлаждения, так что это тоже было добавлено в основную схему.

Трансформатор, который в итоге установлен, это 15-0-15 В при 3,5 А. Выбран диодный мост с напряжением 600 В на 10 A, который можно установить на радиатор охлаждения. Немного излишне, но это из-за пусковых токов к конденсаторам основного фильтра. Два 3300 мкФ не подходят для таких токов, поэтому установлены 2 х 10 000 мкФ на напряжение 63 В.

Корпус укомплектован главным выключателем, предохранителем и индикатором питания. Также подается с трансформатора AC 15-0-15 на гнезда на передней панели, чтобы использовать переменку для различных целей.

Позже удалось найти простой, но эффективный способ объединить два стабилизатора и создать источник питания с напряжением +30 0 -30 В или источник +60 В.

Принцип прост: если вы подключите выход 0 В одного источника питания к выходу +0-30 В второго, то фактически можете создать источник питания +30 0 -30 В или 0-60 В. Нужно отрегулировать оба измерителя напряжения для установки таких значений, но если хотите измерить цепь с переменным напряжением, нужен механизм отслеживания.

Хитрость заключается в том, чтобы сделать настройку напряжения одного источника в зависимости от настройки другого. После экспериментов с разными способами в итоге остановились на следующей схеме:

Переключатель R41 должен быть установлен так, чтобы настройка напряжения на главном устройстве совпадала с выходным напряжением на ведомом устройстве. Сигнал идущий к выключателю будет близко к опорному напряжению 11V2.

Слева направо: Q4, Q3 и LM7812. Q4 и Q3 изолированы, радиатор LM заземлен, поэтому не нуждается в нем.

Наилучшая точность отслеживания может быть достигнута, если оба источника питания установлены на 30 В в режиме +/-, как на схеме. Затем можно переключить переключатель в режим слежения и настраивать R41 до тех пор, пока ведомый не покажет 30 В. Вы заметите, что отслеживание является довольно точным (около 1%) до тех пор, пока не опуститесь ниже 5 В, затем оно все больше рассинхронизируется до примерно 200 мВ при 1 В. Это должно быть связано с разницей в линейности усиления обоих операционных усилителей U2. В принципе эта точность достаточно хороша.

Также добавлен R43 в качестве меры безопасности, чтобы убедиться что ведомое питание не будет иметь неопределенного выхода, если связь между чувствительным резистором в ведущем устройстве не подключена к ведомому или когда переключатель перемещен из одного положения в другое.

Учтите, что нужно установить оба предела тока независимо для обоих источников, но если стабилизатор «мастер» переходит в режим ограничения тока, ведомый будет следовать его примеру независимо от своей настройки.

10- 3,80

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

2shemi.ru

Линейный лабораторный блок питания своими руками

Приветствую, Самоделкины!Если вы ищете схему простого и надежного линейного блока питания, то эта статья именно для вас. Тут вы найдете полную инструкцию по сборке, а также настройке данного блока питания. Автором данной самоделки является Роман (YouTube канал «Open Frime TV»).Для начала немного предыстории. Совсем недавно автор переделывал свое рабочее место и в качестве третьего блока питания хотел установить именно линейный блок, так как иногда ему приходится собирать схемы, которые не переносят пульсации напряжения. А как нам известно, то у линейного блока на выходе, пульсация напряжения практически полностью отсутствует. До этого момента линейные блоки автора не сильно интересовали, и он как-то особо не вникал в данную тему. Когда же пришла идея по построению такого блока, Роман сразу открыл всеми любимый и широко известный видеохостинг YouTube. В итоге после продолжительных поисков автор для себя смог выделить 2 схемы. Автором первой является AKA KASYAN (автор одноименного YouTube канала), а вторая схема построена на операционниках. Но так как операционники могут работать на напряжении до 32В, то и выходное напряжение соответственно не могло превышать данного предела, а это значит эта схема отпадает.Ладно, можно собрать схему от Касьяна, но и тут нас ждало разочарование. Данная схема боится статики. Это проявлялось взрывом транзисторов если взяться за выходные контакты. Так было несколько раз. И тогда автор решил оставить данную схему в покое. Вы скажете, что в интернете полно схем линейных блоков питания. Да, несомненно это так, но только эти две схемы упомянутые выше, имели нормально разведенные печатки, которое можно было просто скачать. Все остальное, либо без печаток, либо собрано навесным монтажом. А мы (радиолюбители) привыкли к тому, что все подается на блюдечке с голубой каёмочкой.И вот когда все варианты иссякли, автор вспомнил, что года 3 тому назад он уже собирал линейный блок, который, кстати, к тому же отлично работал. Была найдена схема трехлетней давности. Автор решил развести нормальную печатку. Плата получилось довольно компактной. После проведенного тестирования данной схемы, на удивление она отлично проявила себя. При такой простоте автору это так понравилось, что он даже решил сделать kit-набор из данной платы. Для этого необходимо преобразовать печатку в Gerber файл (файл с расширением .gbr, представляющий собой проект печатной платы для последующего изготовления фотошаблонов на различном оборудовании). Затем необходимо отправить платы на изготовление.И вот спустя пару недель после заказа получаем наши долгожданные платы. Вскрыв посылку и рассмотрев платы поближе, можем убедиться, что все очень качественно и красиво получилось.Итак, давайте уже запаяем данную плату и проверим ее в работе. Компонентов для установки не так уж много, паять от силы минут 20, не больше.Закончили с пайкой. Производим первое включение. И тут нас ждет небольшое разочарование. Данная плата не обошлась без косяков. Проявились они в том, что при вращении ручки потенциометра влево идёт увеличение напряжения и тока, а при правом вращении происходит уменьшение.Так произошло потому, что резисторы для данной платы автор вынес на провода (для последующей установки на корпус) и там без проблем можно было поменять направление вращения просто поменяв боковые контакты. Ну ладно, зато все остальное работает как положено. Но все же автор исправил печатку, теперь там при правом вращении потенциометра идёт увеличение напряжения, все как и должно быть. Так что можете смело скачивать и повторять данную конструкцию (архив с данной печатной платой находится в описании под оригинальным видеороликом автора, необходимо пройти по ссылке ИСТОЧНИК в конце статьи).А теперь давайте перейдем к детальному рассмотрению схемы и непосредственно самой платы. Схему вы можете видеть на своих экранах.Данный блок питания оснащен регулятором напряжения и тока, а также системой защиты от короткого замыкания, которая просто необходима в таких блоках. Представьте себе на минуточку, что происходит при коротком замыкании, когда на входе напряжение 36В. Получается, что все напряжение рассеивается на силовом транзисторе, который конечно же такого издевательства вряд ли выдержит.Защиту тут можно настроить. С помощью вот этого подстроечного резистора выставляем любой ток срабатывания.Здесь установлена релюшка защиты на 12В, а входное напряжение может достигать 40В. Поэтому необходимо было получить напряжение 12В. Это можно реализовать с помощью параметрического стабилизатора на транзисторе и стабилитроне. Стабилитрон на 13В, так как идет падение напряжения на переходах коллектор-эмиттер двух транзисторов.Итак, теперь можно приступать к тестам данного линейного блока питания. Подаем напряжение в 40В от лабораторного блока питания. На нагрузку вешаем лампочку рассчитанную на напряжение 36В, мощностью 100Вт.Затем начинаем потихоньку вращать переменный резистор.Как видим регулировка напряжения работает отлично. Теперь давайте попробуем регулировать ток.Как можно наблюдать, при вращении второго резистора ток уменьшается, а это значит, что схема работает в штатном режиме. Так как это линейный блок и все «лишнее» напряжение превращается в тепло, ему нужен радиатор довольно таки больших размеров. Для этих целей отлично зарекомендовали себя радиаторы от процессора компьютера. Такие радиаторы имеют большую площадь рассеивания, а если их еще оснастить вентилятором, то можно в принципе полностью забыть про перегрев транзистора.А теперь о том, как работает защита. Выставляем необходимый ток с помощью подстроечного резистора. При коротком замыкании срабатывает реле. Пара его контактов размыкает выходную цепь и транзистор находится в безопасности.Для возвращения в нормальный режим работы предусмотрена вот такая кнопка на размыкание, при нажатии на которую снимается защита.Ну или же можно просто отключить блок от сети и подать напряжение снова. Таким образом, защита тоже выключится. Также на плате имеются 2 светодиода. Один сигнализирует про работу блока, а второй про срабатывание защиты.Подводя итоги можно сказать, что блок получился очень классным и подойдет как для новичков, так и для уже опытных радиолюбителей. Так что скачивайте архив и собирайте себе такой блок.Ну а на этом все. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Видео:

Источник Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

9

Идея

7

Описание

8.5

Исполнение

Итоговая оценка: 8.17 из 10 (голосов: 2 / История оценок)

Facebook

ВКонтакте

Twitter

ОК

1

usamodelkina.ru

Лабораторный блок питания своими руками, компоненты

Лабораторный блок питания своими руками, компоненты

Ещё один классный 3D подгон от Евгения Пахтусова: корпус под печать. Скачать можно с Яндекс Диска или с FTP сайта

alexgyver.ru

Лабораторный блок питания своими руками 0-30В 0-5А

Некоторым радиолюбителям необходимо иметь в своем арсенале лабораторный блок питания от нуля вольт, иногда это необходимо, а иногда это просто модно. Сегодня у нас статья посвящена именно такому блоку. Мы рассмотрим подробно пошаговую сборку этого ЛБП, а также в процессе сборки постараемся кратко раскрыть основные принципы работы ее узлов.

Когда был изготовлен блок 1,3-30 В, именного тогда пришла идея немного модернизировать схему и расширить рабочее напряжение от 0 В. По сути, схема лабораторного блока питания дополнилась лишь небольшим количеством элементов.

Как видим, ничего нового, та же LM317 усиленная парой мощных транзисторов TIP36C, ограничение и стабилизация тока также организованно на LM301. Но присутствует стабилизатор 7905 и дополнительный делитель состоящий из R9 и Р4, который позволяет формировать отрицательные 1,2 В. В общем, читаем инструкцию по сборке и настройке блока.

Лабораторный блок питания — пошаговая сборка

Первым делом необходимо выбрать подходящий мощный трансформатор. Для нашего блока им станет ТПП-319. Перед сборкой необходимо как следует его нагрузить и проверить, как он держит нагрузку, и какой максимальный ток он способен выдать.

После подготовки и подключения трансформатора, а также диодного моста BR1, необходимо установить на его выход конденсатор С1 и приступать к плате.

Плату блока питания для самостоятельного изготовления можно скачать в конце статьи в формате lay.

Шаг. 1 Установка элементов, отвечающих за регулировку напряжения

Устанавливаем предохранитель F1. Резистор R1 временно заменяем перемычкой. Далее устанавливаем стабилизатор с регулируемым выходным напряжением LM317. Также на свои места устанавливаем R4 и R6 и подключаем переменный резистор Р3. На плате вместо Р4 устанавливаем временную перемычку на минус блока.

Сейчас мы подключаем основу блока – детали, отвечающие за регулировку напряжения. Выходное напряжение на стабилизаторе LM317 зависит от делителя напряжения, собранного на R6 и Р3.

На выходе мы получим регулируемое стабилизированное напряжение от 1,2 В. Максимальный ток, который сейчас может пропустить через себя LM317 это 1,5 А. Сейчас можно закрепить небольшой радиатор на LM317 и нагрузить выход БП нагрузкой. Важно на данном этапе не перегружать БП, выходной ток не должен превышать 0,5 А т.к. LM317 будет очень сильно нагреваться.

Шаг. 2 Установка конденсаторов фильтра

Устанавливаем конденсаторы С3; С4; С8 — С12. После установки С9 регулировка напряжение станет более плавной. По выходным характеристиками на данном этапе блок остается без изменений.

Шаг. 3 Подключение силовых транзисторов

Снимаем перемычку, установленную вместо резистора R1. Устанавливаем R1 на свое место. Подключаем транзисторы Т1-Т2 и балансировочные резисторы R7 — R8. Устанавливаем R5. R5 – выполняет роль шунта. В дальнейшем LM301 будет отслеживать падение напряжения на нем.

При небольшой нагрузке ток будет идти через LM317, а при увеличении нагрузки из-за падения напряжения на R1 (на 0,6-0,8 В)  откроются транзисторы. Транзисторы необходимо установить на хороший радиатор с принудительным охлаждением. На выходе будет регулировка напряжения от 1,2-30 В, но без ограничения тока. Важно! Пока не закончена сборка блока, не устраивать короткое замыкание на выходе БП.

Шаг. 4 Балансировка транзисторов

Работу пары транзисторов необходимо сбалансировать, для этого нагружаем блок. Выходной ток лучше не превышать 3 А. Измеряем ток, проходящий через транзистор Т1, затем через транзистор Т2. Амперметр поочередно подключаем в коллекторную цепь каждого из транзисторов. Если ток примерно одинаковый, переходим к шагу №5. Если перекос тока значительный, необходимо с помощью R7 и R8 добиться максимально близких значений. В качестве нагрузки лучше использовать нихромовую проволоку или спираль от ТЭНа.

Как показывает практика, если пара транзисторов из одной партии и новая, то скорей всего ток, проходящий через каждый транзистор, будет одинаковым.

Если транзисторы отказываются работать в паре, но работают в этой схеме нормально по отдельности — следует уменьшить R1 до 10 Ом. 

Шаг. 5 Подключение питания для ОУ и периферии

В следующем шаге мы поработаем над питанием LM301 и периферийных устройств. Для питания вентилятора и цифрового вольтамперметра используется стабилизатор 7812. Питание для него берется с основного моста BR1, а на выходе мы уже получим стабилизированное напряжение 12 В. Также на выходе 7812 устанавливается конденсатор С13. Стабилизатор 7812 желательно установить на небольшой радиатор.

Для формирования отрицательного питания LM301 используется отдельная обмотка трансформатора, которая подключается к диодному мосту BR2 и конденсатору С2 (положительный вывод конденсатора подключается на минус блока). Далее напряжение поступает на стабилизатор отрицательной полярности 7905. Важно учесть, что напряжение на входе стабилизатора должно быть порядка 7-9 В. На выходе 7905 устанавливается конденсатор С14.

После установки необходимо произвести замеры напряжения относительно минуса БП. Черный щуп мультиметра подключается на минус блока, а красный на выход стабилизатора 7905. Показания должны быть – 5 В (минус 5 вольт). На выходе 7812 должно быть 12 В.

Шаг. 6 Установка операционного усилителя и элементов стабилизации тока

Устанавливаем LM301, переменный и подстроечный резистор Р1 и Р2, конденсатор С5;С6;С7, резисторы R2; R3, а также диоды D1; D2 и светодиод LED1. Не забываем поставить перемычку на плате идущую от Р2 .

Пара слов о работе операционного усилителя в этом лабораторном блоке питания. LM301 в данном блоке работает в режиме компаратора. R5 – выполняет роль шунта, LM301 отслеживает на нем падение напряжения.

С помощью делителя, состоящего из резисторов Р1; Р2 и R3, устанавливается на инвертирующем входе опорное напряжение. Если напряжение на инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем на разницу, не превышающую опорное напряжение, на выходе LM301 будет напряжение равное напряжению питания LM301 (такое же, как и на выходе БП). Светодиод не загорится, так как включен обратной полярностью. Как только напряжение на инвертирующем входе превысит напряжение на неинвертирующем, на разницу значения опорного напряжения, то на свой выход ОУ подаст -5V и светодиод загорится. Напряжение отрицательной полярности проходит через LED1 и D1 попадает на управляющий вывод LM317. Вывод частотной коррекции LM301, включенный через диод D2 на выход блока питания, гасит напряжение на выходе ОУ до безопасного для светодиода LED1 уровня.

Таким образом, вращая потенциометр Р1, можно изменять опорное напряжение на инвертирующем входе и соответственно ограничивать ток, проходящий через R5.

На данном этапе о правильной работе LM301 можно судить, когда Р2 или Р1 будет установлен в крайнем минимальном положении, при этом загорится светодиод, а напряжение на выходе блока сбросится на ноль. На этом этапе лабораторный блок питания готов на 90%.

Шаг. 7 Установка нуля

Для регулировки напряжения LM317 он нуля вольт на таком лабораторном блоке питания, будем заимствовать идею, описанную производителем LM117. Тут для регулировки от нуля вольт используется опорное стабилизированное напряжение – 1,2 В (минус 1,2 В).

Как видим, в первоисточнике используется источник опорного напряжения LM113. Его можно заменить современным аналогом LMV431, который лучше согласован с LM317 и имеет опорное напряжение – 1,24 В (минус 1,24 В). Но, при использовании такого подхода возникнет проблема с покупкой LMV431, зачастую магазины везут ее только под заказ и не в самые короткие сроки.

С учетом того, что отрицательное питание LM301 в нашем блоке и так стабилизированное с помощью 7905, то нам достаточно установить делитель напряжения состоящий из R9 и Р4. А с помощью Р4 уже можно добиться значения — 1,25 В (минус 1,25 В) на делителе.

Снимаем временную перемычку, установленную вместо Р4. Устанавливаем R9 и Р4 на свои места. Переводим Р1 и Р2 в средние положения. Р4 устанавливаем в крайнее положение так, что бы его сопротивление было минимальным и включаем блок. С помощью Р3 мы устанавливаем минимальное выходное напряжение блока, оно будет 1,2 В. Далее, увеличивая сопротивление Р4, добиваемся значение 0 В на выходе блока. Теперь доступный диапазон регулировки напряжения составляет 0-30 В.

Шаг. 8 Установка защитных диодов

Устанавливаем диоды D3 и D4. D3 будет защищать вход блока от всплесков напряжений обратной полярности, т.к. эксплуатация лабораторного блока будет происходить в различных условиях. D4 защищает выход LM317 от ситуаций, когда напряжение на выходе LM317 превышает напряжение на ее входе.

Шаг. 9 Настройка ограничения максимального тока

  • Выставляем на блоке 12В.
  • Р2 устанавливаем на максимум (т.е. регулировка тока включена максимальная) — на выходе 12 В.
  • Р1 — на минимум (подстройка максимального тока) т.е. выходной ток будет ноль и напряжение упадет до 0 — горит светодиод.
  • Берем нихромовую спираль сопротивлением 2 Ом. и подключаем ее к выходу.
  • С помощью Р1 начинаем регулировать ток. Когда на выходе 5 А, можно остановиться. В это время вольтметр будет показывать 10 В.

Теперь с помощью Р2 будет доступный диапазон тока 0 — 5 А. Это самый простой метод, который можно рекомендовать для настройки максимального тока такого лабораторного блока питания.

Шаг. 10 Подключение вольтамперметра

При подключении вольтамперметра питание прибора стоит брать со стабилизатора 7812. Отрицательный выход блока на выходную приборную клемму подключается уже через вольтамперметр.

Для точной (тонкой) регулировки тока и напряжения можно ввести дополнительные переменные резисторы номиналом около 5% от основного регулятора. Например, с Р3 можно подключить последовательно переменный резистор на 220 Ом, а с Р2 можно подключить последовательно переменный резистор на 20 кОм и повторно произвести настройку ограничения тока.

Вот таким получился лабораторный блок питания своими руками. Приносим огромную благодарность Владимиру Сметанину, который не побоялся собрать прототип платы и героически преодолел все трудности сборки блока, чтобы предоставить действительно интересные материалы!

Благодаря Владимиру, лабораторный блок питания имеет индивидуальную лицевую панель, созданную с помощью ЧПУ фрезеровки.

Как и обещали, плату блока можно скачать тут:

Ну и демонстрация работы лабораторного блока питания:

Присылайте в комментах фото, какой лабораторный блок питания получился у Вас, собранный по этой схеме, будем добавлять в статью — так станет интереснее!

Работы наших читателей

Первым решил поделиться своей поделкой Денис Фролов. До этой сборки вообще не имел дела с радиоэлектроникой. Трансформатор используется тороидальный. Плата вытравлена при помощи фоторезиста, наклеена навигация. Денис решил немного усложнить блок, добавлена настольная зарядка для девайсов.

Следующим прислал свой фотоотчет Старков Сергей. Радиоэлектроникой занимался еще с 15ти летнего возраста. Трансформатор брал на 160 ватт с вых. 12,25,36 вольт. Корпус так же как и трансформатор взят с какого-то киповского оборудования. Вольтамперметр как и у всех — китайский. Лицевую часть делал в программе FrontDesigner 3.0, распечатал на струйном принтере на фотобумаге и покрыл лаком. корпус правда еще не успел покрасить.

Прекрасную работу прислал нам Роберт Ганеев  из Татарстана. Плату Роберт изменил под свой корпус, использовал три транзистора TIP36C, при сборке возникли небольшие трудности с параллельной работой трех транзисторов. Проблему решили уменьшением R1 до 10 Ом.

comments powered by HyperComments

diodnik.com

Как сделать лабораторный блок питания своими руками?

Пошаговая инструкция по созданию лабораторного блока питания — схема, необходимые детали, советы по монтажу, видео. Содержание статьи:
  1. Преимущества
  2. Схема
  3. Печатная плата и пошаговая сборка
  4. Видеоинструкция по сборке
Лабораторный блок питания — это устройство, формирующее необходимое напряжение и ток для дальнейшего использования при подключении к сети. В большинстве случае он преобразует переменный ток сети в постоянный. Такой прибор есть у каждого радиолюбителя и сегодня мы рассмотрим, как создать его своими руками, что для этого понадобится и какие нюансы важно учесть при монтаже.Сначала отметим особенности БП, который мы собираемся изготовить:
  1. Выходное напряжение регулируется в пределах 0–30 В.
  2. Защита от перегрузки и неправильного подключения.
  3. Низкий уровень пульсаций (постоянный ток на выходе лабораторного блока питания мало чем отличается от постоянного тока батареек и аккумуляторов).
  4. Возможность установки предела по силе тока до 3 Ампер, после которого БП будет уходить в защиту (очень удобная функция).
  5. На блоке питания путем короткого замыкания (КЗ) «крокодилов» устанавливается максимально допустимый ток (ограничение по току, которое вы выставляете переменным резистором по амперметру). Следовательно — перегрузки не страшны, поскольку в этом случае сработает светодиодный индикатор, обозначающий превышение установленного уровня тока.
Схема лабораторного блока питанияТеперь рассмотрим по порядку схему. Она есть в Сети уже давно. Поговорим отдельно о некоторых нюансах.Итак, цифры в кружочках — это контакты. К ним надо припаивать провода, которые пойдут на радиоэлементы.
  • Смотрите также, как сделать блок питания на низкие напряжения
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 от сетевого трансформатора подается переменное напряжение 24 В. Трансформатор должен быть габаритным, чтобы в нагрузку он легко мог выдавать до 3 А (его можно купить или намотать).Диоды D1…D4 соединены в диодный мост. Можно взять 1N5401…1N5408, какие-нибудь другие диоды и даже готовые диодный мосты, которые могут выдержать прямой ток до 3 А и выше. Мы использовали диоды таблетки КД213.Микросхемы U1, U2, U3 представляют собой операционные усилители. Их расположение выводов, если смотреть сверху:На восьмом выводе написано «NC» — это значит, что его не надо цеплять ни к минусу, ни к плюсу питания. В схеме выводы 1 и 5 также никуда не цепляются.Транзистор Q1 марки ВС547 или BC548. Ниже представлена его распиновка:Схема распиновки транзистора Q1Транзистор Q2 лучше взять советский КТ961А. Но не забудьте его поставить на радиаторТранзистор Q3 марки BC557 или BC327:Транзистор Q4 исключительно КТ827!Вот его распиновка:Схема распиновки транзистора Q4Переменные резисторы в этой схеме ввести в замешательство — это. Они здесь обозначены следующим образом:Схема ввода переменных резисторовУ нас они обозначаются так:Приведём также список компонентов:
  • 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 рассмотрим пошагово сборку лабораторного блока питания своими руками. Трансформатор у нас есть уже готовый от усилителя. Напряжение на его выходах составило порядка 22 В. Подготавливаем корпус для БП.Делаем с помощью ЛУТа печатную плату:Схема печатной платы для лабораторного блока питанияПротравливаем её:Смываем тонер:Сверлим отверстия:Запаиваем кроватки для операционных усилителей и остальные радиоэлементы, кроме переменных резисторов и двух мощных транзисторов (они будут лежать на радиаторе):Вот, как плата должна выглядеть уже с полным монтажом:Теперь нужно подготовить место под плату в корпусе нашего лабораторного блока питания:Приделываем к корпусу радиатор:Не забываем и про кулер для охлаждения транзисторов:Вот наш лабораторный блок питания уже в готовом виде.Видеоинструкция по сборке лабораторного блока питания своими руками:

Другие новости по теме:

tehnoobzor.com

РадиоКот :: Двухканальный управляемый лабораторный блок питания

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Теги статьи: Добавить тег

Двухканальный управляемый лабораторный блок питания

Для питания своих устройств длительное время пользовался зарядкой от ноутбука, зарядками для телефонов и простейшим регулируемым блоком питания, переделанным из “дежурки” ATX.

Потребность в хорошем лабораторном блоке питания ощущалась всегда, при этом хотелось сделать его самостоятельно.

В конце концов, вооружившись схемами лабораторных блоков питания из интернета, мне удалось разработать схему, прошивку и собрать блок питания, который служит безотказно вот уже более года. Результат полностью удовлетворил мои нужды.

Далее попытаюсь вжать в с статью то, что делалось почти два года с перерывами.

Итак, разработка началась с постановки задачи, все пункты которой в итоге оказались выполнены на 100%:

  • двухканальный блок питания. Каналы независимые. Можно соединять последовательно для получения двухполярного или повышенного напряжения. Есть режим синхронизации установки параметров;
  • диапазон регулировки напряжения: 0 - 25В;
  • диапазон регулировки тока: 10мА - 3А. Нижний предел в 10мА желателен для проверки светодиодов, стабилитронов;
  • режимы отсечки и ограничения тока. При КЗ в режиме ограничения тока напряжение должно опускаться до нуля. Ограничение тока должно отрабатывать в пределах 1мс;
  • уровень пульсаций напряжения меньше 50мВ;
  • точность установки напряжения - до 100мВ;
  • точность установки тока - до 10мА;
  • отображение текущего измеренного напряжения и тока ( 4 разряда ) на 7-ми сегментных светодиодных индикаторах. Эти индикаторы отлично читаются при любом освещении и угле зрения;
  • малогабаритный пластмассовый корпус Z2W 70x150x180;
  • управление каналом одним энкодером
  • общая кнопка включения/отключения питания;
  • автоматическая регулировка скорости вентилятора и аварийное отключение при превышении температуры;
  • высокий КПД и низкое тепловыделение, желательна работа без принудительного обдува;
  • первичный источник должен иметь достаточный запас по мощности, чтобы выдавать ток 3А на всём диапазоне регулировки напряжений;
  • по максимуму использовать имеющиеся детали от компьютерных блоков питания, материнских плат, энергосберегающих ламп, радиоуправляемых игрушек;
  • схема может использовать большее количество деталей, чем необходимо, если они есть в наличии или очень дёшевы;
  • баланс в сторону простоты схемы, а не получения экстраординарных характеристик.

В качестве вдохновения выступал блок питания от ноутбука, который при своих габаритах и полном отсутствии охлаждения способен выдавать 200Вт!

 

Общий вид БП показан на диаграмме. Первичный источник питания с двумя гальванически развязанными выходами подаёт питание на два идентичных контроллера каналов. Контроллеры подключаются к блоку индикации, каждый к своему. Оба блока индикации находятся на лицевой плате, но они не связаны гальванически. Общая кнопка включения присоединяется к первому каналу.

Гальваническая развязка измерительных модулей сама по себе является непростой задачей. Для упрощения схемы был выбран другой путь: каналы управляются полностью одинаковыми модулями, каждый на своём отдельном микроконтроллере. Связь между модулями осуществляется через UART интерфейс, развязанный с помощью оптопар. Оба канала - равноправные, осуществляют двухстроннюю коммуникацию для синхронизации параметров и для аварийного отключения.

Далее рассмотрим все модули подробней.

В качестве первичного источника питания используется нерегулируемый импульсный источник питания 2x38В.Вариант с трансформаторным источником сразу отпал по нескольким причинам. Во-первых, в рамках поставленной задачи для такого трансформатора попросту нет места. Во-вторых, готового трансформатора у меня не было, а стоят они дорого. Зато у меня есть целая куча неисправных ATX блоков питания, из деталей которых можно изготовить миниатюрный мощный первичный источник.

Схема на микросхеме IR2153 была выбрана из-за своей простоты. Кроме того, в ней используется готовый трансформатор из БП ATX, которые я пока не научился правильно рассчитывать и мотать.

Однако, схемы на IR2153, которых полно в интернете, слишком упрощены. Схема со всеми “лишними” деталями показана ниже:

Рассмотрим схему подробно.

Все детали для входной части схемы ( X-конденсатор, позистор, дроссель, диоды, силовые конденсаторы) выпаиваются из любого ATX БП.Далее идет контроллер IR2153, который управляет двумя силовыми ключами IRF840, образуя прямоходовой преобразователь, работающий на частоте ~32 кГц.Обмотка L3 служит для питания контроллера в рабочем режиме. В упрощенных схемах контроллер питается через резистор R5, но в этом случае на нём выделяется ~2Вт тепла, что в нашем корпусе неприемлемо. В этой схеме R5 наоборот максимально увеличен, запуск блока происходит через ~3 секунды после включения из-за ожидания заряда C5, но зато потом ничего не греется.

Силовой трансформатор TR2 - из БП ATX на 200Вт, с доработкой.

Для получения 38В, необходимо распустить “косу” и соединить последовательно 3 обмотки 5В и обмотки 12В, получив 2 независимые обмотки на 38В. Типичная схема соединений в трансформаторе ATX БП показана ниже:

Главное - не перепутать направление намотки!Далее, сверху наматывается обмотка питания проводом МГТФ минимального диаметра:

Далее трансформатор изолируется, а сверху делается короткозамкнутый виток из медной фольги, как показано выше.

Выходная часть схемы представляет собой 2 независимых полномостовых выпрямителя.Диоды подойдут FR302 из ATX БП. Дроссели тоже:

Конденсаторы на 50V придётся докупить.

Отводы 12В планировались для питания микроконтроллеров каналов, но в финале пришлось от них отказаться, так как под выпрямительные диоды и конденсаторы просто не хватило места. Зато схема контроллера стала более универсальной - требует только 38...40В.

Как видно, в схеме нет обратной связи. По сути, она представляет собой электронный трансформатор. Выходное напряжение будет снижаться при увеличении нагрузки, с 38В до 28В при 3А на канал.

  1. От внешнего источника питания подаем 12В на ножки 1(+) и 4(-) микросхемы (к сети не подключаем!) Убеждаемся, что на затворах обоих транзисторов присутствуют прямоугольные импульсы ~32кГц. Подбираем R4C4, чтобы получить эту частоту.
  2. Вместо резистора R5 впаиваем резистор 47кОм 2Вт. Выпаиваем резистор R13 (отключаем самопитание). Включаем источник в сеть через лампу 100Вт. Нагрузка не должна быть подключена. Лампа должна вспыхнуть на секунду и погаснуть. Через 5 секунд отключаем от сети и убеждаемся, что никакие детали не нагрелись. Если лампа горит - где-то к.з. Если лампа мигает - проверить цепь питания микросхемы ( ножки 1,4), проверить на замыкание выходной выпрямитель.
  3. Включаем в сеть и аккуратно замеряем напряжение на ножках 1,4. Оно должно быть в пределах 10-15.6В.
  4. Нагружаем выход выпрямителя обмотки самопитания резистором 1.2кОм. Включаем и замеряем напряжение. Выключаем и доматываем витки для получения 16.5-17.5В.
  5. Резистор R5 заменяем на 300кОм, впаиваем резистор R13. Проверяем работу схемы с самопитанием.
  6. Убираем лампу и проверяем работу схемы под нагрузкой в длительном режиме.

Отдельно нужно рассмотреть вопрос подавления помех, или “зачем нужны все эти лишние детали”.В любом импульсном блоке питания присутствуют высокочастотные пульсации. Для того, чтобы пульсации не шли в сеть и не вызывали радиоизлучение, на входе установлен фильтр TR1C1.

В любом трансформаторе присутствует паразитная емкость между обмотками. Существуют приемы намотки трансформатора для её уменьшения, но она всё равно всегда есть. Импульсы в первичной обмотке попадают во вторичную цепь, в результате чего потенциал вторичной цепи “взлетает” относительно нейтрали на сотни вольт. Во вторичной цепи возникают наводки. Это синфазные помехи - они идут как бы одновременно по двум проводам, их не могут отфильтровать сглаживающие фильтры L1C9, L2C10.Для борьбы с синфазными помехами внутри блока питания применяют так называемые Y-конденсаторы. Обычно устанавливается один конденсатор между минусами “горячей” и “холодной” частей, на котором замыкаются высокочастотные помехи. При этом на низкой частоте конденсатор остаётся изолятором.

Особенность конструкции Y-конденсатора гарантирует, что при выходе из строя он не уйдёт в пробой, и сетевое напряжение не попадёт во вторичную цепь. Поэтому нужно применять только конденсаторы с обозначением “Y”, а не просто высоковольтные.

В нашем случае всё несколько сложнее: мы планируем соединять выходы последовательно в разные конфигурации. Поэтому в схеме установлены несколько Y конденсаторов, соединяющихся в некой виртуальной точке, к которой также подключается металлический экран (жестяной корпус).

Короткозамкнутый виток трансформатора (медный экран) подключается к “-” горячей части! (исток Q2).

Подробнее о синфазных помехах можно узнать в статье [3.7] [3.10].

На “холодной” стороне для сглаживания пульсаций и фильтрации помех применяются простой LC-фильтр, шунтирование диодов керамическими конденсаторами и шунтирование электролитов танталовыми конденсаторами. Далее у нас будут ферритовые кольца - но об этом позже.

К сожалению, знания добывались в процессе, поэтому плата не финальная.

Изменения делались навесным монтажом, в частности - добавление обмотки питания контроллера и допаивание Y-конденсаторов.

Как допаивались Y-конденсаторы - вообще страшно показывать :)

Алюминиевые радиаторы в виде пластин толщиной 3мм прикручиваются к силовым ключам и диодным сборкам через изолирующие прокладки (взятые из тех же ATX БП).После тестирования, блок помещается в жестяной корпус, выпиленный из корпусов ATX БП и CD-ROM.

Важно обеспечить большое количество вентиляционных отверстий. К сожалению, трансформатор от ATX БП рассчитан с учетом принудительного охлаждения, поэтому ощутимо нагревается даже в холостом режиме. Также будут нагреваться выходные диоды под нагрузкой.

Для достижения всех поставленных целей (высокий КПД, низкий нагрев, быстрая реакция на ограничение тока ) применяется линейный регулятор с импульсным предрегулятором.

Отдельно взятый линейный регулятор потребовал бы огромного радиатора, так как все излишки мощности выше выставленного напряжения должны рассеиваться на регулирующем транзисторе, а она может достигать 150Вт.

Отдельно взятый импульсный стабилизатор, напротив, не может обеспечить быструю реакцию на ограничение тока, так как частью выходного фильтра является конденсатор большой емкости.

Используя предрегулятор, выдающий напряжение на 1.2В выше требуемого, мы не рассеиваем энергию в тепло, а на транзисторе линейного регулятора выделяется так мало энергии, что он может работать с минимальным радиатором даже на 3А.

За основу схемы линейного регулятора взята часть схемы блока питания под авторством Koyodza. Все её преимущества описаны в статье [2.12]. Мне она понравилась за простоту и стабильность работы при ограничении тока.

Рассмотрим элементы схемы подробно.

Импульсный предрегулятор построен на контроллере TL494 - “сердце” большинства ATX БП. Выходное напряжение предрегулятора задается сигналом OUT_SENSE - напряжением на выходе БП. Оно сравнивается с сигналом PRE_SENSE - напряжением на выходе предрегулятора, заниженным на ~1.2В за счёт падения на диодах D7, D11 (оба сигнала уменьшены в ~10 раз резистивными делителями). Таким образом, напряжение на выходе предрегулятора поддерживается примерно на 1.2В выше, чем на выходе БП.

На этом этапе разработка сильно затормозилась, почти до полного отчаяния - не удавалось побороть осцилляцию БП. Пришлось изучать довольно обширную тему стабильности обратной связи, моделировать в LTSpice! [3.11 - 3.17].

Напряжение на предрегулятор подаётся с первичного источника через дроссель на плате фильтрации и проходит через импровизированный предохранитель FU1, который представляет собой перемычку проводом ~0.05 прямо между дорожками платы.

Дроссель L1 мотается на кольце от дросселя групповой стабилизации из ATX БП проводом диаметром 1мм до заполнения.

Дроссель L3 - готовый дроссель с линии 12В из ATX БП.

Линейный регулятор взят у Koyodza почти без изменений. Поправлены номиналы компонентов для улучшения стабильности после моделирования схемы в LTSpice. Добавлен диод D5, не позволяющий аккумулятору, подключенному к БП, питать БП после выключения. Изменены коэффициенты усиления, чтобы привести сигналы на выходах U1D U1A и входах U1B, U1C к диапазону 0...3.6В, соответствующие характеристикам БП 25В/3А (3.6В - максимальное выходное напряжение LM324 при питании от 5В)..

Цифровая часть контроллера канала построена на микроконтроллере ATMega328p.

Питание 5В для микроконтроллера получается тоже связкой импульсный предрегулятор + линейный регулятор, так как LM7805 не выдерживает ни 38В входного напряжения, ни падения 33В при 0.1А.

Импульсный предрегулятор построен на микросхеме MC34063. Он опускает напряжение до 7В, а дальше работает LM7805.LM7805 бывают разные, с tolerance от 0.5 до 5%. Так как от стабильности питания микроконтроллера, который задает опорные напряжения, зависит точность всего БП, лучше взять стабилизатор поточнее, например LM7805CV.

Уже в процессе наладки сделал для себя открытие, что MC34063 - не ШИМ, а релейный регулятор. Если ключ открылся - компаратор напряжения уже не может его закрыть до конца импульса. Из-за этого при большом перепаде напряжений (38->5В) на выходе получаются большие пульсации, которые можно немного уменьшить только увеличением частоты до предела - 100КГц(таким образом уменьшив длину импульса). Выход предрегулятора приходится фильтровать дополнительным дросселем L7. О том, как еще уменьшить высокочастотные пульсации в данной связке, можно послушать здесь[3.3].

Гантельки для дросселей L6 и L7 добываются от балластов КЛЛ.

Микроконтроллер формирует опорные напряжения с помощью ШИМ. Сигналы сглаживаются двухкаскадными фильтрами R33R34C17R35C18 и R36R37C19R38C20. Применяется ШИМ на 4096 отсчетов, что теоретически позволяет устанавливать напряжение и ток с дискретностью 25/4096=0,0061В, 3/4096=0,0007А.

Для измерения напряжения и тока применяется встроенный АЦП, что позволяет измерять напряжение и ток с точностью 25/4096/3.6*5=0,0084В и 3/4096/3.6*5=0,001А если повезёт(применяется оверсамплинг до 4096 -16 измерений с усреднением на 4), где 3.6 - максимальное напряжение на выходе LM324, 5 - опорное напряжение АЦП.

Обычно я делаю много изменений в процессе разработки, как результат у меня обычно нет финальной печатной платы. Но в данном случае, плата была переработана под второй контроллер и она содержится в архиве.

Плата первой версии в процессе разработки:

Как видно, некоторые проводники нужно усилить медным проводом 1mm^2 для улучшения общей точности и стабильности БП.

На этапе настройки контроллера разработка сильно затормозилась почти до полного отчаяния - не удавалось побороть осцилляцию БП. Пришлось изучать довольно обширную тему стабильности обратной связи, моделировать в LTSpice [3.11 - 3.18].

Расчет стабильности осуществляется по методике, описанной в [3.18].

Стабильность линейного стабилизатора в режиме стабилизации напряжения:

Crossover frequency = 7kHzPhase margin = 84oGain Margin = 26dB

Очень хорошие показатели.

Стабильность линейного стабилизатора в режиме ограничения тока:

Crossover frequency = 5kHzPhase margin = 79oGain Margin = 22dB

Стабильность связки пререгулятор + линейный стабилизатор, режим стабилизации напряжения:

 

 

 Crossover frequency = 7kHz Phase margin = 85o

Плата блока индикации прикручивается к передней панели корпуса Z2W. Передние стойки нужно удалить.

Блок индикации содержит две независимые схемы для каждого канала, в составе:

  • семисегментные индикаторы, RGB светодиоды состояния, светодиоды SYNC, CUTOFF, подключенные к сдвиговым регистрам 74HC595. Управляются по трём проводам;
  • энкодер;
  • клеммы
  • кнопка включения
  • переключатель включения 220B.

Кнопка включения и светодиоды SYNC, CUTOFF подключены к первому каналу.

Светодиод состояния - SMD 5050 из светодиодной ленты. Под него выпиливается “обманка” из оргстекла, чтобы он выглядел как обычный светодиод.

Качественных клемм красного цвета не нашёл - подкрасил лаком для ногтей.

Значительного снижения шумов в импульсном блоке питания можно добиться используя ферритовые бусинки [3.8] и синфазные фильтры ( Common mode Choke ) [3.5,3.9].

Все индукторы величиной 20uH в схеме контроллера - это SMD Ferrite beads:

Детали черного цвета, выпаиваются в огромном количестве из материнских плат и видеокарт, имеют нулевое сопротивление. Правила использования ferrite beads просты: не хотим, чтобы микроконтроллер зашумлял шину питания - питаем через ferrite bead! Не хотим, чтобы шум с шины питания попадал на операционник - питаем через ferrite bead! Не хотим, чтобы высокочастотные помехи попадали на затвор - ставим ferrite bead! Ну и ставим блокировочные конденсаторы по питанию с обеих сторон, естественно.

Для борьбы с синфазными помехами применяются Common Mode Choke:

Благодаря особой намотке [3.5], мы можем подавить синфазные помехи на выходе БП прямо перед клеммами.Кольца для таких дросселей добываются из старых CRT мониторов и принтеров - это те самые утолщения на проводах:

Мне лень было травить отдельную плату - фрезернул вручную:

Плата крепится бутербродом к лицевой панели, прямо на клеммы. Верхние индукторы подключаются между первичным источником и контроллерами - больше для них просто не нашлось места.

Блок питания подключается к компьютеру через USB интерфейс. Конвертор USBUART встроен в прибор. БП и компьютер гальванически развязаны.Общение с компьютером осуществляет мастер, он имеет два UART интерфейса. На подчиненном второй UART не распаиваетсся. Компьютер осуществляет общение с подчиненным через мастера.Реализован простой текстовый протокол (удобный для отладки), защищенный контрольными суммами.Второй UART в мастере реализован программно.

Скорость работы: UART1 - 9600, UART2 - 4800.

Модуль связи представляет собой готовый конвертер USB->UART и плату опторазвязки.

Я использую готовые модули на микросхеме Ch440G, так как они дёшевы, для них есть драйвера под все версии Windows, и нет шанса нарваться на заблокированную подделку.

 

Из модуля необходимо выпаять USB разъем и заменить его на “гребёнку”. Модуль вставляется сверху в плату опторазвязки.

Опторазвязка, построенная на оптронах PC817, позволяет общаться на скорости до 19200 бод.

Модуль устанавливается на задней стенке прибора с помощью крепления, распечатанного на 3D принтере.

Недостаток плотного монтажа - при любой поломке придется долго добираться до нужной платы. К счастью - у меня поломка случилась всего один раз - ушел в к.з. блокировочный конденсатор, перегорел предохранитель.

Заднюю крышку выпилял из алюминия толщиной 3мм - она служит радиатором для транзисторов линейных регуляторов. Крепятся к нему через изолирующие прокладки.Вентилятору внутри места не нашлось - немного торчит сзади.

Платы контроллеров каналов устанавливаются на стойках друг на другом.

Для силового транзистора предрегулятора нужно изготовить небольшой алюминиевый радиатор, отпилив часть радиатора от видеокарты. Также нужен небольшой ( пластинка 1см^2 ) радиатор на транзистор драйвера вентилятора. Радиаторы и дроссели слегка фиксируются герметиком к плате.

Первичный источник располагается посередине, все провода идут под ним.

Один датчик температуры проталкивается внутрь первичного источника, второй - прижимается к задней стенке поближе к транзисторам. Оба датчика подсоединяется к мастеру. К подчинённому датчики не подсоединяются, вместо сенсора TEMP1 устанавливается перемычка, чтобы контроллер работал в режиме подчиненного.

В качестве датчиков, кстати, работают какие-то германиевые диоды, Д9В, кажется:

В передней части корпуса, по бокам и сверху нужно сделать продольные вентиляционные отверстия длиной 2см - воздух должен проходить сквозь первичный источник, контроллеры и выходить сзади. 

Модуль USB-UART прикручивается к задней стенке. Стойки, крепление модуля USB-UART, крепление динамика, крепление датчика температуры на радиатор и решётку вентилятора печатал на 3D принтере.

Верхняя часть корпуса прикручивается двумя винтами М3 к алюминиевым стойкам с нарезанной резьбой.

Прошивка написана на CodeVisionAVR 2.05.В оба контроллера заливается одна и та же прошивка. Контроллер начинает работать как подчиненный, если вместо первого датчика температуры установлена перемычка.

Прошивку можно заливать через ISP разъем, но гораздо удобнее это делать через ПО на PC.Для этого в контроллеры записывается Bootloader, который реализует протокол программатора AVR910, на скорости 9600 для мастера и 4800 для подчиненного. Bootloader выбирает скорость в зависимости от наличия перемычки вместо датчика температуры.Для ручного перевода контроллера в режим бутлоадера, нужно зажать кнопку энкодера при включении устройства. Контроллер будет отображать букву P на верхнем индикаторе. Это может понадобиться для первой заливки прошивки в БП. В дальнейшем ПО для PC умеет автоматически переводить контроллеры в режим программирования, прошивка обоих контроллеров осуществляется через USB, не нужно разбирать устройство.

Мастер осуществляет туннелирование пакетов для обеспечения коммуникации PC с подчиненным, включая заливку прошивки. Реализация такой системы с минимальными затратами памяти - самая сложная часть прошивки. Подпрограммы коммуникации используют меньше 256 байт RAM, остальная память используется системой логирования.

БП умеет вести лог работы автономно. Лог можно посмотреть, запустив ПО для PC. Можно просматривать зарядные кривые аккумуляторов. Лог содержит 200 записей. Период логирования задается в настройках. При заполнении лога, период автоматически удваивается, лог ужимается, логирование продолжается.

Программное обеспечение написано в среде Flash Builder 4.6.

ПО позволяет увидеть индикаторы передней панели, задавать напряжения и токи, включать/выключать устройство.Основное применение ПО - обновление прошивки и настройка. Всё это можно делать и без ПО, но так намного удобнее.

Общее состояние блока питания отображают RGB светодиоды, расположенные над клеммами.В выключенном состоянии светодиод светит синим цветом.Верхний индикатор отображает установленное напряжение, нижний - установленное ограничение тока.Каждый энкодер управляет своим каналом. Для изменения напряжения необходимо нажать на кнопку энкода, при этом загорится точка в крайнем правом разряде на индикаторе напряжения. Ручка энкодера изменяет настройку.

Для изменения тока нужно нажать кнопку энкодера ещё раз. При этом загорается точка в крайнем правом разряде индикатора тока.

Светодиод “Sync” сигнализирует о включенном режиме синхронизации настроек. При этом изменение заданных напряжения или тока на одном канале сразу передается на другой канал.

Светодиод “Cutoff” сигнализирует о включенном режиме отсечки по превышению максимального тока.

Для включения блока питания нужно нажать кнопку “All On/Off”. Оба канала включаются и выключаются одновременно. Нет возможности отдельно управлять включением каналов. При срабатывании отсечки на любом канале отключаются оба канала одновременно.

Во включенном состоянии RGB светодиод светится зеленым цветом. Если сработало ограничение тока - красным цветом.

Верхний и нижний индикаторы отображают реальные измеренные значения напряжения и тока на клеммах.

Изменение настроек напряжения и тока осуществляется аналогично, но настроенные значения будут отображаться кратковременно во время изменения, при этом будет мигать точка в крайней правой позиции. После изменения настроек БП возвращается к показу измеренных значений.

Для входа в меню опций необходимо удерживать кнопку энкодера в течении 1 секунды.Переключение между пунктами меню - короткое нажатие на кнопку энкодера.

Поворот ручки энкодера изменяет настройку.

Таблица. Меню опций

В связи с тем, что это программируемый БП, измеренные значения могут отличаться от установленных на несколько младших разрядов вследствие малой точности встроенного АЦП, шунта, наволок, температурного дрейфа. Например, БП сформирует опорные напряжения для установки 5В на выходе, но измерительный модуль вследствие плохой калибровки или общей неточности БП будет отображать 4.98. Чтобы избежать такого “некрасивого” поведения, добавлены настройки dU и dI, которые задают максимальную разницу между выставленными и измеренными значениями, при которой применяется корректировка. Например, 5.00-4.98 => 2, при dU >= 2 измеренное напряжение будет отображаться как 5.00, при dU < 2 - как 4.98.

Для выхода из меню опций необходимо удерживать кнопку энкодера в течении 1 секунды.

После прошивки, установка и измерение напряжения и тока работают неточно. Блок питания необходимо откалибровать.Каналы калибруются независимо.

Таблица. Точки калибровки

 

Для входа в режим калибровки нужно удерживать кнопку энкодера в течении 5 сек.

Настройки сохраняются в EEPROM.

Кнопка On/Off включает или выключает оба канала.

Для выхода из режима калибровки нужно удерживать кнопку энкодера в течении 5 сек.

Калибровку удобнее проводить, используя ПО для PC, так как все параметры отображаются на экране.

Таблица. Меню калибровки.

Калибровка установки напряжения:

  1. установить ограничение тока на максимум;
  2. в пункте меню “Ure0” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания было 0В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “Ure1” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания был 1В;нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “Ure2” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания было 20В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка установки ограничения тока:

  1. подключить к блоку питания амперметр и нагрузку сопротивлением 10...200 Ом;
  2. задать такое выходное напряжение, чтобы ток был равен 110...200мА;
  3. в пункте меню “Ire0” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 10мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “Ire1” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 100мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  5. подключить к блоку питания амперметр и нагрузку сопротивлением 1...10 Ом;
  6. задать такое выходное напряжение, чтобы ток был равен 1.6...2А;
  7. в пункте меню “Ire2” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 1.5А; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка измерения напряжения:

  1. в пункте меню “U0” выставить выходное напряжение в 0В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  2. в пункте меню “U1” выставить выходное напряжение в 1В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “U2” выставить выходное напряжение в 20В;нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка измерения тока:

  1. подключить нагрузку 1...10 Ом;
  2. в пункте меню “I0” выставить ограничение тока на 10мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “I1” выставить ограничение тока на 100мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “I2” выставить ограничение тока на 1.5А; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка температуры:

К сожалению, реализовать полностью пассивное охлаждение не удалось. Вентилятор должен вращаться всегда, на минимальной скорости, чтобы создавать хоть какой-то воздушный поток. К счастью, на минимальной скорости вентилятора вообще не слышно даже в полной тишине.

  1. В пункте Fan1 настраиваем минимальную скорость вентилятора. Это та скорость, на которой вентилятор уверенно стартует.
  2. В пункте Fan2 настраиваем максимальную скорость вентилятора (на вентилятор должно подаваться 12В)
  3. В пункте t1o1 указываем значение ADC с датчика, оставленного при температуре 20o
  4. В пункте t1o2 указываем значение ADC с датчика, нагретого феном до 70o
  5. В пункте t1o3 указываем значение ADC с датчика, нагретого до 80o
  6. Тоже самое проделываем для t2

В заключение приведу несколько осциллограмм.

12В, без нагрузки, нарастание напряжения при включении:

12В, нагрузка 1А, нарастание напряжения при включении:

12В, без нагрузки, спад напряжения при выключении:

12В, нагрузка 1А, спад напряжения при выключении:

5В, нагрузка 0.7А, уровень шума:

12В, нагрузка 1А, уровень шума:

25В, нагрузка 1.5А, уровень шума:

12В, ограничение тока 1А, короткое замыкание:

  • Добавить режимы заряда аккумуляторов. Я не уверен насчёт Li-Ion, но быстрый заряд SLA батарей можно реализовать точно.
  • Измерение малых токов. В схеме применяется шунт на 0.13Ом, так как он не должен греться на максимальном токе. Но на малых токах (меньше 50мА) напряжение на шунте слишком маленькое ~6мВ, чтобы его мог воспринять операционный усилитель LM324, у которого Offset Voltage составляет 5мВ. Мы немного улучшаем ситуацию, пробиасив усилитель с помощью R49, что позволяет отображать токи от 10, 20, 30, 40, 50мА, но все равно не дает возможность различать токи в несколько миллиампер. Да и сигнал с шунта, дойдя до усилителя, оказывается слишком зашумлен. Есть идея найти специализированный усилитель токового шунта и смонтировать его навесным монтажом прямо на шунте, подключив выход к свободной ноге - ADC7.

Видео с демонстрацией работы устройства:https://youtu.be/EF3L979mCus

Схемы, печатки (Proteus), прошивка (CVAVR 2.05), ПО (Flash Builder 4.6):

https://yadi.sk/d/5P4Np9qzvQ8j5

Первичные источники:

1.1. ИИП для новичковhttps://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=85106

1.2. Собираем импульсный БП. Блок питания на микросхеме KA2S0880 (как вариант вместо IR2153)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/03/

1.3. Импульсный блок питания (60Вт) (обратноходовый на UC3842)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/04/

1.4. Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ (UC3825AN)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/33/

Лабораторные источники:

2.1. Лабораторный БП ( ATMega8, ОУ, TIP 121, не программируемый)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/14/

2.2. БП с микроконтроллерным управлением и регулировкой параметров при помощи энкодера (sonata)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/19/

2.3. Лабораторный с ОУ ( IRL530N, ОУ, монтажное И)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/21/

2.4. Цифровое управление лабораторным источником (stm32f100c4)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/22/

2.5. Встраиваемая универсальная плата управления лабораторными блоками питания ( КТ819 x 2 + KT817, КР572ПВ2 )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/24/

2.6. Блок питания 2x35V ( КТ818 x 2 + KT816, КР572ПВ2 )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/25/

2.6. Модуль индикации, защиты и управления для лабораторного блока питания (PIC)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/32/

2.7. Надёжный,как автомат Калашникова ( Tip122, ATMega16, не программируемый )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/34/

2.8. Лабораторный Блок Питания на ATmega16 ( Atmega16, Tip 142, переключение обмоток )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/37/

2.9. Простой И Доступный Бп 0...50В ( 2N3055+BD140, невозможно сделать программируемым)https://forum.cxem.net/index.php?showtopic=76820

2.10. Лабораторный блок питания на STM32F100https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=90037

2.11. Необычный блок питания на микроконтроллере. (ATMega16, LM2596)https://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=16&t=4853

2.12. Лабораторный блок питания (koyodza)https://koyodza.embedders.org/powers.htmlhttps://caxapa.ru/190584.htmlhttps://caxapa.ru/191294.htmlhttps://caxapa.ru/342843.htmlhttps://caxapa.ru/194433.htmlhttps://caxapa.ru/277725.html

2.13. Лабораторный блок питания PSA2 (koyodza)https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=92885

2.14. Лабораторный БП PSL-3604(Леонид Иванович)https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=59168

2.15. Home Built Bench Power Supply V1 - Schematichttps://www.youtube.com/watch?v=x0fjSleInEw

2.16. Лабораторный источник питания на IGBT транзистореhttps://cxem.net/pitanie/5-273.php

2.17. 0-50V 2A Bench power supplyhttps://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.htmlhttps://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=2587

2.18. Fan noise level, poor qualityhttps://www.youtube.com/watch?v=-lq1YGAgJ0c

2.19. Китайский лабораторный источник питания DAZHENG PS-1502DDhttps://microsin.ru/content/view/1126/43/https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=11898

2.20. Цифровой лабораторный блок питания с управлением через ПКhttps://mysku.ru/blog/russia-stores/34623.html

2.21. Sorensen DLM600 DC Power Supply Product Demohttps://www.youtube.com/watch?v=Ur-prMeM6NY

2.22. ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕhttps://elwo.ru/publ/skhemy_blokov_pitanija/laboratornyj_bp_s_indikaciej_na_mikrokontrollere/7-1-0-503

2.23. Блок питания 13,8 В/10 Аhttps://rudig.ru/categors/open_t/383

2.24. Лабораторный БП на TL431https://forum.cxem.net/index.php?showtopic=123103&st=0

2.25. Fully Programmable Modular Bench Power Supplyhttps://gerrysweeney.com/fully-programmable-modular-bench-power-supply-part-14/?wppa-occur=1&wppa-cover=0&wppa-album=7&wppa-photo=108

2.26. Обзор Korad KA3005Dhttps://www.youtube.com/watch?v=JMiOATzAT6Q

Теория:

3.1. Power Supplies: What is Slew Rate?https://www.youtube.com/watch?v=WA8Glt4K_bs

3.2. DIY Bench Power Supply Video serieshttps://www.youtube.com/watch?v=70dsAWBkXIM&list=PLDBuVMDVJaX2wCN84B5sjFMKDsMbsS7jq

3.3. Engineer It - How to test power supplies - Measuring Noisehttps://www.youtube.com/watch?v=pKXPqApOYfk

3.3. Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulatorhttps://www.youtube.com/watch?v=WxhjLIu-vPg

3.4. LM321/LM324 for current sensinghttps://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/t/244945

3.5. Common mode choke windinghttps://jeelabs.net/boards/7/topics/1094?r=1355

3.6. Советы по проектированию понижающих преобразователейhttps://www.compel.ru/lib/ne/2007/8/7-sovetyi-po-proektirovaniyu-ponizhayushhih-preobrazovateley/#rlcje

3.7. Сетевые фильтры и помехоподавляющие конденсаторыhttps://bsvi.ru/setevye-filtry-i-pomexopodavlyayushhie-kondensatory/

3.8. Ферритовые бусинкиhttps://tqfp.org/parts/ferrite-beads.html

3.9. Basics of Ferrite Beads: Filters, EMI Suppression, Parasitic oscillation suppression / Tutorialhttps://www.youtube.com/watch?v=81C4IfONt3o

3.10. Способы борьбы с помехами в импульсных блоках питанияhttps://www.xn--b1agveejs.su/radiotehnika/146-sposoby-borby-s-pomehami-blokah-pitaniya.html

3.11. Компенсация обратной связи в импульсных источниках питания часть 1.https://bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-v-impulsnyx-istochnikax-pitaniya-chast-1/

3.12. Компенсация обратной связи: практический подходhttps://bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-prakticheskij-podxod/

3.13. Biricha Digital. Foundations (Part 1.A) - Understanding Bode Plots and Stability of Power Supplieshttps://www.biricha.com/articles/view/bode_plot_analysis_of_smps

3.14. Biricha Digital. Foundations (Part 1.B) - Frequency Response Measurement of the Plant, Compensator and Loop of our Switch Mode Power Supplyhttps://www.biricha.com/articles/view/frequency_response_measurement

3.15. Biricha Digital. Foundations (Part 1.C) - Understanding and Using Transfer Functionshttps://www.biricha.com/articles/view/transfer_functions_poles_zeros

3.16. h5621852 - Bode Plot Example and Interpretationhttps://www.youtube.com/watch?v=__WpViE9LKE

3.17. Stability 101 Whiteboard Series by Analog Devices, Inc.Stability 101: Loop Gain in Operational AmplifiersStability 101: Bode Plots and Operational AmplifiersStability 101: Decompensated Operational AmplifiersStability 101: Driving a Capacitive Load (Operational Amplifiers)Stability 101: Parasitic Capacitance in Operational Amplifiers

https://www.youtube.com/playlist?list=PLiwaj4qabLWwAenk99ONF2_JUjopeAXo4

3.18. Dynamic Electronic Load Project (EEVBlog)https://www.eevblog.com/forum/projects/dynamic-electronic-load-project

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

www.radiokot.ru


Смотрите также