Bt-teh.ru

БТ Тех
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема блок питания с плавной регулировкой напряжения

Схема блок питания с плавной регулировкой напряжения

Для настройки или ремонта радиотехнических устройств необходимо иметь несколько источников питания. У многих дома уже есть такие устройства, но, как правило, они имеют ограниченные эксплуатационные возможности (допустимый ток нагрузки до 1 А, а если и предусмотрена токовая защита, то она инерционна или без возможности регулировать — триггерная). В общем такие источники по своим техническим характеристикам не могут конкурировать с промышленными блоками питания. Приобретать же универсальный лабораторный промышленный источник довольно дорого.

Использование современной схемотехники и элементной базы позволяют сделать в домашних условиях источник питания, по основным техническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам. При этом он может быть простым в изготовлении и настройке.

Основные требования, которым должен удовлетворять такой источник питания: регулировка напряжения в диапазоне 0. 30 В; способность обеспечить ток в нагрузке до 3 А при минимальных пульсациях; регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание защиты по току должно быть достаточно быстрым, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавно регулировать в источнике питания ограничения тока позволяет при настройке внешних устройств исключить их повреждение.

Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемая ниже схема универсального источника питания. Кроме того, данный блок питания позволяет использовать его в качестве источника стабильного тока (до 3 А).

Основные технические характеристики источника питания:

плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 30 В;

напряжение пульсации при токе 3 А не более 1 мВ;

плавная регулировка тока ограничения (защиты) от 0 до 3 А;

коэффициент нестабильности по напряжению не хуже 0,001%/В;

коэффициент нестабильности по току не хуже 0,01%/В;

КПД источника не хуже 0,6.

Электрическая схема источника питания, рис. 4.10, состоит из схемы управления (узел А1), трансформатора (Т1), выпрямителя (VD5. VD8), силового регулирующего транзистора VT3 и блока коммутации обмоток трансформатора (А2).

Схема управления (А1) собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе, и питается от отдельной обмотки трансформатора. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства. А для облегчения теплового режима работы силового регулирующего транзистора применен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в

зависимости от уровня выходного напряжения при помощи реле К1, К2. Что позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации (А2), чтобы при помощи всего двух реле обеспечить переключение четырех отводов трансформатора, выполняет их включение в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения уровня 7,5 В — включается К1; при превышения уровня 15 В включается К2; при превышении 22 В—отключается К1 (в этом случае с обмоток трансформатора поступает максимальное напряжение). Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD11. VD13). Отключение реле при снижении напряжения выполняется в обратной последовательности, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т.е. когда напряжение снизится на это значение ниже чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Схема управления (А1) состоит из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от положения регулятора «I» (R18).

Стабилизатор напряжения собран на элементах DA1.1-VT2-VT3. Работает схема стабилизатора следующим образом. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами «грубо» (R16) и «точно» (R17). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uoc) с выхода (Х2) через делитель из резисторов R16-R17-R7 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1/2. На этот же вход через резисторы R3-R5-R7 подается опорное напряжение +9 В. В момент включения схемы на выходе DA1/12 будет увеличиваться положительное напряжение (оно через транзистор VT2 приходит на управление VT3) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах Х1-Х2 не достигнет установленного резисторами R16-R17 уровня. За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход усилителя DA1/2, выполняется стабилизация выходного напряжения источника питания.

При этом выходное напряжение будет определяться соотношением:

4-41.jpg

Соответственно изменяя сопротивление резисторов R16 («грубо») и R17 («точно»), можно менять выходное напряжение (Uвых) от 0 до 30 В.

Когда к выходу источника питания подключена нагрузка, в его выходной цепи начинает протекать ток, создающий положительное падение напряжения на резисторе R19 (относительно общего провода схемы). Это напряжение поступает через резистор R18 в точку соединения R6-R8. Со стабилитрона VD2 через R4-R6 подается опорное отрицательное напряжение (-9 В). Операционный усилитель DA1.2 усиливает разность между ними. Пока разность отрицательная (т.е. выходной ток меньше установленной резистором R18 величины), на выходе DA1/10 действует+15 В. Транзистор VT1 будет закрыт и эта часть схемы не оказывает влияния на работу стабилизатора напряжения.

При увеличении тока нагрузки до величины, при которой на входе DA1/7 появится положительное напряжение, на выходе DA1/10 будет отрицательное напряжение и транзистор VT1 приоткроется. В цепи R13-R12-HL1 протекает ток, который уменьшит открывающее напряжение на базе регулирующего силового транзистора VT3.

Свечение красного светодиода (HL1) сигнализирует о переходе схемы в режим ограничения тока. В этом случае выходное напряжение источника питания снизится до такой величины, при которой выходной ток будет иметь значение, достаточное для того, чтобы напряжение обратной связи по току (Uoc), снимаемое с резистора R16, и опорное в точке соединения R6-R8-R18 взаимно компенсировались, т.е. появился нулевой потенциал. В результате выходной ток источника окажется ограниченным на уровне, задаваемым положением движка резистора R18. При этом ток в выходной цепи будет определяться соотношением:

4-43.jpg

Диоды (VD3) на входах операционных усилителей обеспечивают защиту микросхемы от повреждения в случае включения ее без обратной связи или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не оказывают влияния на работу устройства.

Конденсатор СЗ ограничивает полосу усиливаемых частот ОУ, что предотвращает самовозбуждение и повышает устойчивость работы схемы.

Особенности конструкции

Части схемы, выделенные пунктиром (узлы А1 и А2), располагаются на двух печатных платах размером 80х65 мм из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1. 3 мм.

Для узла А1 топология и расположение элементов показаны на рис. 4.11.

Узел А2 может быть выполнен объемным монтажом и его размеры зависят от типа применяемых репе.

При сборке использованы детали: подстроенные резисторы R5 и R6 типа СПЗ-19а; переменные резисторы R16. R18 типа СПЗ-4а или ППБ-1А; постоянные резисторы R19 типа С5-16МВ на 5 Вт, остальные из серии МЛТ и С2-23 соответствующей мощности.

Конденсаторы С1, С2, СЗ, С10 типа К10-17, электролитические С4. С9 типа К50-35 (К50-32).

Микросхема DA1 может быть заменена импортным аналогом А747; DA2 на 78L15; DA3 на 79L15.

Светодиоды HL1, HL2 подойдут любые с разным цветом свечения. Транзисторы VT1, VT2 могут быть заменены на КТ3107А (Б). Сиговой транзистор VT3 устанавливается на радиатор площадью около 1000 см кв. Разъем ХЗ на плате А1 типа РШ2Н-2-15.

Репе К1, К2 применены польского производства типоразмера R-15 с обмоткой на рабочее напряжение 24 В (сопротивление обмотки 430 Ом) — они за счет бескорпусного исполнения имеют малые габариты и достаточно мощные переключающие контакты.

Микроамперметр РА1 малогабаритный типа М42303 или аналогичный с внутренним шунтом на ток до 3 или 5 А. Для удобства эксплуатации источника питания схему можно дополнить вольтметром, показывающим выходное напряжение.

Сетевой трансформатор Т1 изготавливается самостоятельно на основе броневого унифицированного промышленного трансформатора мощностью 160 Вт (например, из серии ОСМ1 ТУ16-717.137-83). Железо в месте расположения каркаса катушки имеет сечение 40х32 мм. Потребуется удалить все вторичные обмотки, оставив только сетевую (если первичная обмотка рассчитана на 380 В, то с нее сматываем

4-44.jpg

300 витков). Намотку начинаем с обмотки 8-9-10 — она содержит 38+38 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,23 мм. Обмотка 7-^-5-4-3 содержит 16+15+15+15 витков проводом ПЭЛ диаметром 1,5 мм. Вторичные обмотки трансформатора должны обеспечивать на холостом ходу напряжения 18+18 В и 7,5+7,5+7,5+7,5 В соответственно.

При безошибочном монтаже в схеме узла А1 потребуется настроить только максимум диапазона регулировки выходного напряжения 0. 30 В резистором R5 и максимальный ток защиты ЗА — резистором R6.

Блок коммутации (А2) в настройке не нуждается. Необходимо только проверить пороги переключения реле К1, К2 и соответствующее увеличение напряжения на конденсаторе С8.

При работе схемы в режиме стабилизации напряжения светится зеленый светодиод (HL2), а при переходе в режим стабилизации тока — красный (HL1).

Читать еще:  Плавная регулировка напряжения и мощности

Для увеличения максимально допустимого тока в нагрузке до 5 А в схему потребуется внести изменения, показанные на рис. 4.12 (устанавливается параллельно два силовых транзистора). Это вызвано необходимостью обеспечить надежную работу устройства в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

В наихудшем случае силовые транзисторы кратковременно должны выдерживать перегрузку по мощности Р=11вх1=35-5=175 Вт. А ‘ один транзистор КТ827А может рассеивать мощность не более 125 Вт.

4-45.jpg

Переключающие напряжение с трансформатора Т1 реле К1 и К2 инерционны и не обеспечивают мгновенное снижение напряжения, приходящего со вторичной обмотки Т1, но они уменьшат тепловую рассеиваемую мощность на силовых транзисторах при длительной работе источника.

В случае выполнения источника питания на ток 5 А необходимо также уменьшить номинал резистора R19 до 0,2 Ом и с учетом этого пересчитать значения резистора R18 по формуле:

Схема блок питания с плавной регулировкой напряжения

Блок питания имеет два независимых канала со стабилизацией тока и напряжения, и третий независимый канал с фиксированными напряжениями. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

Рис.1 Принципиальная схема блока питания

— два источника с регулируемым выходом 0-30 Вольт и регулируемым ограничением по току 0,02 — 3 Ампера;
— источник с фиксированными напряжениями 5 и 12 Вольт с ограничением по току 1,5 Ампера;
— регулируемые источники имеют цифровую индикацию напряжения, установленного тока ограничения , текущего потребляемого тока нагрузкой, индикатор перехода в режим стабилизации тока;
— для каждого регулируемого источника есть внешний вход отключения, и таймер программатор;
— таймер программатор в обычном режиме показывает минуты и секунды включенного состояния, с возможностью сброса;
— в режиме таймер можно установить время до 23час 59 мин и запустить обратный отсчет, по окончанию которого источник отключится. Можно выйти из этого режима вручную до отключения или изменить индикацию обратного отсчета — ЧЧ:ММ или ММ:СС.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА

Стандарт АТХ ( AT Extension ) установлен корпорацией INTEL с введением нового формфактора на материнские платы (формфактор — отношение ширины платы к ее длине, а также план размещения посадочных гнезд). Появление нового формфактора обусловлено ожидаемым расширением возможностей персональных компьютеров: аудио- и видеовходы, поддержка виртуальной реальности, реализация ввода-вывода TV , а также факсмодема. Стандарт АТХ предполагает снижение общей стоимости комплектующих за счет уменьшения длины кабелей, снижения их числа посредством схемотехнических решений, уменьшения числа вентиляторов и дополнительных карт. Снижение числа компонентов на плате предполагает и смену корпусов, поскольку новые платы не соответствуют старым корпусам по габаритам.

Полный набор функций ШИМ-управления
Выходной втекающий или вытекающий ток каждого выхода …..200мА
Возможна работа в двухтактном или однотактном режиме
Встроенная схема подавления сдвоенных импульсов
Широкий диапазон регулировки
Выходное опорное напряжение…………………………………….5В +-05%
Просто организуемая синхронизация
Общее описание:

Специально созданные для построение ИВП, микросхемы TL493/4/5 обеспечивают разработчику расширенные возможности при конструировании схем управления ИВП. Приборы TL493/4/5 включают в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от –0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%.

Допускается синхронизация вcтроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИВП.

Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхем TL493/4/5 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме.

Простой и доступный блок питания 0..50В

Хотелось бы представить вниманию читателя замечательную схему лабораторного блока питания (ЛБП) с регулировкой стабилизированного напряжения 0..50В и регулировкой тока до 1,5А.

Разработка простого и доступного блока питания (ПиДБП 0…50В) велась на форуме сайта «Паяльник» по инициативе пользователя с именем Olegrmz. На момент написания этой статьи, на форуме ветка насчитывала около 500 страниц обсуждения данной схемы и примерно 18 её вариантов. Все варианты рабочие со своими особенностями. Наиболее стабильная и популярная версия простого и доступного блока питания – это версия v16y2. Именно ее я хочу представить вниманию читателя.

Простой и доступный блок питания

Преимуществом схемного решения ПиДБП в отличие от общепринятых схем на операционных усилителях (ОУ) является то, что выходное напряжение может достигать 50В, а не ограничиваться напряжением питания ОУ (32В), как в подавляющем большинстве схем ЛБП.

Стабильность устройства и его повторяемость просто замечательные. Поэтому, я рекомендую читателю собрать этот простой и доступный лабораторный блок питания для своей домашней мастерской.

Схема простого и доступного БП 0…50В (версия v16y2)

Схема ПиДБП простого и доступного блока питания

Схема состоит из следующих узлов: выпрямитель с фильтром, стабилизатор напряжения +12В, стабилизация напряжения, стабилизация тока, индикация, регулирующий узел и защита от перегрева.

Выпрямитель состоит из понижающего трансформатора TV1, диодного моста VDS1 и фильтра C1.

Стабилизатор напряжения +12В выполнен на основе микросхемы VD1 и на транзисторе VT1. Стабилизированным напряжением +12В питается операционный усилитель DA1. Также это значение используется, как источник опорного напряжения в узлах регулировки.

Регулирующий узел состоит из двух транзисторов VT2 и VT4, включенных по схеме составного транзистора для увеличения коэффициента усиления. VT4 является самым нагруженным элементом. На нем рассеивается большое количество тепла, пропорциональное разности между входным и выходным напряжением при протекании через него тока нагрузки. Транзисторами VT2 и VT4 управляет VT3.

Как видно по схеме, транзистор VT2 прямой проводимости (PNP). Ниже представлена схема включения транзистора с обратной проводимостью NPN. Именно под такую структуру (NPN) транзистора VT2 разведена печатная плата (ссылка под статьей).

ПиДБП включение транзистора NPN

Узел стабилизации напряжения выполнен на ОУ DA1.1, который сравнивает часть напряжения с выхода лабораторного блока питания (инверсный вход) с частью опорного значения (прямой вход), а сигнал рассогласования поступает на базу транзистора VT3.

Узел стабилизации тока выполнен на ОУ DA1.2, который сравнивает падение напряжения на шунте R27 (падение на нем пропорционально току нагрузки ЛБП) с частью опорного значения. Сигнал рассогласования поступает на транзистор VT3. Узлы стабилизации тока и напряжении работают параллельно и это плюс в скорости работы системы автоматического регулирования.

Узел индикации выполнен на ОУ DA1.4, работающим как компаратор, который управляет свечением светодиодов HL1 и HL2 в зависимости от режима стабилизации (тока или напряжения). Этот узел не обязателен, но мне очень удобно видеть порог включения режима стабилизации тока при проверке некоторых устройств.

При замкнутом ключе S1 блок питания перестает работать в режиме стабилизации тока, а включается триггерная защита (DA1.2 взаимодействует с DA1.4), которая при превышении установленного порога снижает до нуля выходной ток ЛБП до тех пор, пока не будет разорван ключ S1.

Узел тепловой защиты также не обязателен и монтаж его элементов выполняется по желанию. Выполнен он на операционном усилителе DA1.3. Этот операционный усилитель сравнивает часть опорного значения со значением делителя R31R32. При росте температуры сопротивление R31 уменьшается и на инверсном входе DA1.3 потенциал увеличивается и когда он будет больше чем потенциал на прямом входе (установленное значение с помощью R34) то на выходе DA1.3 появится земля (GND). При этом светодиод HL3 засветится, транзистор VT3, а вслед за ним VT4 и VT2 закроются. На выходе блока питания будет нуль. Это полезная функция, если габариты теплоотвода транзистора VT2 не позволяют долговременно рассеивать необходимую мощность. Также, это полезно, если радиатор силового транзистора установлен внутри корпуса, без принудительного охлаждения.

Подстроечный резистор R22 позволяет выставить максимальное напряжение на выходе блока питания под возможности трансформатора. Его необходимо подстраивать на номинальном токе.

Переменным резистором R26 регулируется ток, а резистором R20 регулируется напряжение.

Диод VD2 защищает элементы схемы от встречного напряжения. Это необходимо, когда к блоку питания подключается аккумулятор или устройство с заряженными емкостями.

Диод VD5 защищает от перепутывания полярности при подключении нагрузки, например того же аккумулятора или заряженной емкости.

Компоненты схемы

Все номиналы указаны на схеме, и если их все соблюсти при сборке, то он запустится без проблем. Также на схеме в скобках указаны номиналы для входного напряжения 50В.

Читать еще:  Как отрегулировать купейные двери шкафа

Микросхема DA1 является счетверенным операционным усилителем LM324. Все четыре канала независимы друг от друга. Особенностью этого ОУ является наличие на его входах PNP транзисторов. Поэтому, при замене LM324 необходимо подбирать аналог с наличием биполярных PNP транзисторов на входе, а также, чтобы аналог мог обеспечить близкое к нулю выходное напряжение смещения нуля. Микросхему LM324 можно заменить двумя микросхемами LM358 (потребуется новая разводка печатной платы).

Диодный мост можно собрать из выпрямительных диодов 1N5408 или применить готовый мост типа KBU610 или KBU810. Фильтрующая емкость C1 (10 000мкФ) при заряде будет обеспечивать довольно большой ток через мост, это нужно учитывать.

Для удобства регулирования выходных параметров блока питания необходимо применять переменные резисторы R20 и R26 с линейной зависимостью. Если применить потенциометры с логарифмической зависимостью, то при повороте их ручек на один и тот же угол сопротивление будет изменяться неравномерно. Это особенно заметно, если на корпусе нарисована равномерная (линейная) шкала с цифровыми значениями.

Подстроечные резисторы R22 и R34 лучше применить многооборотные типа 3296W, они позволяют плавно и удобно выполнять настройку устройства.

В качестве R31 я использовал термистор сопротивлением 10кОм с отрицательным температурным коэффициентом.

Транзистор VT2 для печатной платы, приложенной к статье должен быть NPN проводимости. Его номинальный ток коллектора и Uкэ выбирается с запасом. Кроме того, должен быть запас рассеиваемой мощности. Так, при Uвх=50В, Uвых=3В и Iнагр=1,5А рассеиваемая мощность на транзисторе будет равна P=(50В-3В)×1,5А=71Вт. Что очень даже немало. Для такого случая транзистор должен быть рассчитан на рассеиваемую мощность не менее 100-120Вт и иметь хорошее охлаждение (читать ниже).

Я в качестве VT2 установил 2N3055, можно поставить TIP35C или 2SC5200.

Охлаждение

Охлаждать необходимо корпус VT2. Теплоотвод нужно устанавливать снаружи корпуса блока питания для эффективной естественной конвекции, либо необходимо применять активное (принудительное) охлаждение. Площадь радиатора при пассивном охлаждении рекомендую выбирать расчета 10-20см 2 на 1Вт рассеиваемой мощности транзистора, которая равняется P=(Uвх-Uвых)×Iнагр. Если планируется долговременная работа с нагрузкой то берем 20см 2 на 1Вт, а если ЛБП будет использоваться только для проверок или запуска устройств, то можно обойтись и 10см 2 на 1Вт.

Охлаждение 2n3055

Радиатор для ПиДБП

Трансформатор

Вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, не меньше максимального тока нагрузки (1,5), а лучше, чтобы он имел запас. Напряжение вторичной обмотки выбирается под нужные параметры ЛБП. Я рекомендую для Uвых=30В применить трансформатор на

24В, так как после выпрямления на емкости С1 на холостом ходу напряжение будет в 1,41 раз больше (34В), а после стабилизатора снизится на несколько вольт. Применение трансформатора с обмоткой

24В избавит от пересчета некоторые элементы схемы. Для Uвых=50В я рекомендую применить трансформатор с вторичной обмоткой 36В.

Также для уменьшения рассеиваемой мощности на регулирующем транзисторе рекомендуется применять трансформатор с двумя-тремя вторичными обмотками и добавить тумблер или коммутатор обмоток. Можно применить трансформатор 12В+12В, и сделать переключатель для переключения режимов регулировки напряжения от 0 до 15В и от 15В до 30В.

Стабилизатор ЛБП можно питать от импульсного источника питания, тогда входную емкость C1 необходимо уменьшить до нескольких сотен микрофарад.

Печатная плата

Печатная плата имеет размеры 72×75мм. Она взята из ветки форума по разработке ПиДБП. Разведена плата без выпрямителя и фильтрующих конденсаторов, то есть, только сам стабилизатор.

Печатная плата простого блока питания

Печатная плата ПиДБП

Номера выводов каналов микросхемы DA1 на схеме и печатной плате разнятся, точнее каналы подключены по принципу разводки печатной платы (как проще, так и подключены). Вообще без разницы, какой канал из четырех будет DA1.1, а какой будет DA1.2 и так далее, главное соблюдать схему подключения.

Для удобства, монтаж необходимо начинать с перемычек и резисторов.

Монтаж компонентов блока питания

Далее монтируются все остальные компоненты, от меньших к большим.

Простой лабораторный БП

Запуск и испытания

При сборке я обнаружил, что на плате почему-то нет выходных емкостей C5 и C7. При испытании ПиДБП пришлось их установить навесом, чтобы быть уверенным, что данные емкости никак не замедляют и не выводят из стабильной работы систему автоматического регулирования. Меня интересовал момент скорости изменения напряжения на выходе ЛБП при регулировке и скорость работы защиты от КЗ, успеет ли она отработать короткое замыкание. При испытаниях защита работала отлично, а также отлично изменялось при регулировке значение Uвых.

Первый запуск блока питания я выполнял от китайского ЛБП (30В), ограничив его выходной ток в районе 50мА, чтобы в случае неправильной работы испытуемого устройства не сжечь его.

После запуска ПиДБП я убедился, что регулировка Uвых производится во всем диапазоне от 0 до 23В. Далее с помощью R22 я поднял Umax с 23В до 28В. Позже под нагрузкой 1А я еще раз выполнил корректировку максимального значения Uвых.

После чего, я приступил к проверке нагрузочной способности. Сначала нагрузил ПиДБП резистором 51Ом, опустив его в ванночку с водой. С помощью вращения потенциометра R26 я убедился в правильном функционировании узла стабилизации тока, значение Iнагр изменяется плавно от 0 до 0,5А.

Далее я выставил на выходе испытуемого устройства 2В и нагрузил резистором 4Ома, который я установил на радиатор. Ручку R26 выкрутил на максимум. Плавно вращая ручку R20 я увеличивал Uвых и наблюдал за нагревом элементов и смотрел по амперметру показания. При достижении значения 1,4А рост тока остановился. То есть максимальный ток нагрузки составил 1,4А.

Испытание простого и доступного блока питания ПиДБП

Можно сделать наоборот, R20 выкрутить на максимум, а R26 в минимум, нагрузить низкоомным резистором (например 4Ома). Плавно вращая R26 проверить ограничение на отметке 1,4А.

Далее при подключенной нагрузке я замкнул выход, ничего плохого не произошло, стабилизация тока работала отлично. После этого я отключил нагрузку и замыкал выход на разных значениях Uвых, стабилизация тока включалась при 1,4А отлично, защищая от пробоя регулирующий транзистор. Последним этапом проверки ПиДБП на КЗ с условием короткого замыкания на выходе, устроенное перед запуском. В этом случае защита функционировала также без нареканий. При замкнутом ключе S1, при достижении установленного порога Iнагр, срабатывал триггер и на выходе блока питания ток не протекал до тех пор, пока ключ S1 не был разомкнут.

Чуть позже я устроил еще немаловажную проверку, подключив на выход аккумулятор 12В 5А при малом Uвых, то есть, организовав для испытуемого устройства встречное напряжение. Диод VD2 со своей задачей справился отлично. Кратковременно подключив аккумулятор обратной полярностью, невзирая на искры, диод VD5 выдержал, хоть и кратковременно. Подразумевается, что между аккумулятором и блоком питания должен устанавливаться предохранитель.

Защита от перегрева настраивается на нужную температуру. Можно нагреть воду в стакане до необходимой температуры, опустить туда корпус термистора и вращением движка R34 добиться начала свечения HL3.

При запитывании ПиДБП от китайского лабораторного блока питания, на выходе при нагрузке 1А с помощью осциллографа С1-94 я пытался посмотреть пульсации, но они настолько малы и с учетом старенького аналогового осциллографа С1-94 я увидел только наводки на щупе.

Выход на осциллографе С1-94 при питании от ИИП

При проверке от трансформатора 24В 1,5А с емкостью 2×4700мкФ пульсации были также незначительны (вертикальная развертка 10мВ на деление).

Карттинка на осциллографе при питании от трансформатора

Умощнение схемы

Я считаю это немаловажная тема, так как многим радиолюбителям нужен лабораторный блок питания с нагрузочной способностью до 3А и более.

Умощнение схемы ПиДБП заключается в параллельном соединении дополнительных силовых транзисторов VT2. Количество транзисторов определяется исходя из мощности. Так для блока питания 30В 3А необходимо устанавливать два транзистора 2N3055.

Так как транзисторы имеют разброс параметров, то в разрыв эмиттеров необходимо устанавливать мощные (2Вт) выравнивающие резисторы 0,1Ом. Без выравнивающих резисторов силовые транзисторы могут выйти из строя в виду неравномерно распределенного тока нагрузки между ними.

Вторым этапом умощнения является изменение номинала шунта R27, иначе выходной ток будет ограничен значением 1,4А.

Номинал R27 выбирается исходя из следующего правила: при максимальной нагрузке падение напряжения на R27 должно быть 500мВ.

Для тока 3А сопротивление шунта 0,166Ом (из стандартного ряда 0,15Ом). Для 5А выбираем 0,1Ом.

Емкость C1 выбирается исходя из минимальных требований 2000мкФ на 1А, иначе будут значительные пульсации.

Мощный лабораторный блок питания

Не так давно приобрёл паяльную станцию. Давно занимаюсь любительской электроникой, и вот настал момент когда точно осознал что пора. До этого пользовался батиным самопальным блоком, совмещавшим лабораторный блок питания и блок питания низковольтного паяльника. И вот встала передо мной проблема: паяльную станцию я ставлю, а старый блок держать ради хилого и не точного блока питания 0-30в 3А или таки купить нечто современное, с защитой по току и цифровыми индикаторами? Поползав по ебею понял что максимум что мне светит это за 7-10 тыс купить Китайский блок с током максимум в 5А. Жаба сказала своё веское «ква», руки зачесались и…

Читать еще:  Как регулировать ход маятниковых часов

Теперь к сути. Сформировал требования к блоку: минимум 0-30В, при токах минимум 10А, с регулируемой защитой по току, и с точностью регулировки по напряжению 0.1В. И что б стало ещё интереснее — 2 канала, пусть и от общей земли. Установка напряжения должна быть цифровой, т.е. никаких переменных резисторов, только энкодеры. Фиксированные установки напряжения и запоминание — опционально.

Для индикации состояния выхода были выбраны цифровые китайские комбинированные индикаторы на ЖК, с диапазоном до 199В с точностью 0.1В и до 20А с точностью 0.01А. Что меня полностью устроило. А вот что забыл, так это прикупить к ним шунты, т.к. по наивности думал что они будут в комплекте.

Для первичного преобразования напряжения думал использовать обычный трансформатор с отводами через каждые 6В, коммутируемый релюшками с контроллера, а для регулировки выхода простой эмиттерный повторитель. И всё бы ничего, но когда узнал стоимость и габариты такого трансформатора (30В * 10А = 300вт), то понял что надо быть современнее и использовать импульсные блоки питания.

Пробежавшись по предложениям понял что ничего толкового на мои токи нет, а если и есть, то жаба категорически против. В связи с этим пришла мысль попробовать использовать компьютерные блоки питания, коих всегда у любого ITшника предостаточно. Были откопаны блоки по 350Вт, что обещало 22А по +5В ветке и 16А по 12В. Пробежавшись по интернету нашёл много противоречивых мнений по поводу последовательного соединения блоков, и нашёл умную статью на Радиокоте как это сделать правильно. Но перед этим решил рискнуть и таки взять и нахрапом соединить блоки последовательно, дав нагрузку.

… И получилось!
На фото последовательно соединены 3 блока. Де-факто на выходе 35В, 10.6А.

image

Далее возник вопрос: каким контроллером управлять. По идее ATMega328 тут идёт за глаза, но ЦАПы… Посчитав почём обойдётся хотя б 2 ЦАПа на 12 бит и посмотрев характеристики Arduino DUE с ними на борту, а так же сравнив кол-во требуемых ПИНов, понял что проще и дешевле и быстрее будет просто поставить эту ардуину в блок целиком, вместе с платой.

Постепенно на макетках родилась схема. Приведу её в общем виде, только для одного канала:

image

Схема бьётся на несколько функциональных блоков: Набор блоков питания ATX, блок коммутации БП, блок усилителя напряжения ЦАП Arduino, блок усилителя напряжения токового шунта, блок ограничения напряжения по заданному току.

Блок коммутации БП: В зависимости от заданного пользователем напряжения Ардуино выбирает какую ветку задействовать. Выбирается минимальная по напряжению ветка, на минимум +3В большая заданного. 3В остаются на неточности установки напряжения в блоках питания +

1.2В просада напряжения на переходах транзистора + не большой запас. Одновременно задействованный ключ ветки активирует тот или иной блок питания. Например задав 24В надо активировать все 3 блока питания и подключить выход на +5в 3-го в цепочке, что даст на коллекторе выходного транзистора VT1 +29В, тем самым минимизируя выделяемую тепловую мощность транзистора.

Блок усилителя напряжения: Реализован на операционном усилителе OP1. ОУ используется Rail-to-Rail, однополярый, с большим напряжением питания, в моём случае — AD823. Причём выход ЦАП Ардуино имеет смещение нулевой точки = 0.54В. Т.е. если Вы задаёте напряжение выхода = 0, на выходе де-факто будет присутствовать 0.54В. Но нас это не устраивает, т.к. ОУ усиливает с 0, и напряжение тоже хочется регулировать с 0. Поэтому применён подстроечный резистор R1, вычитающий напряжение. А отдельный стабилизатор на -5В, вместо использования -5В ветки блока питания, используется ввиду нестабильности выдаваемого блоком питания напряжения, меняющимся под нагрузкой. Выход же ОУ охвачен обратной связью с выхода VT1, это сделано что б ОУ сам компенсировал изменения напряжения в зависимости от нагрузки на выходе.

Кстати, о AD823 из Китая по Ебею: день промучился, понять не мог, почему схема не работает от 0 на входе. Если больше 1.5В то всё становится нормально, а иначе всё напряжение питания. Уже подумав что сам дурак, нарвался на рассказ как человек вместо AD823 получил с Китая подделку. Тут же поехал в соседний магазин, купил там, поставил и… О чудо — всё сразу заработало как надо. Игра, найди отличия (подделка в кроватке, справа оригинал. Забавно что подделка выглядит лучше):

image

Далее усилитель напряжение токового шунта. Поскольку токовый шунт достаточно мощный, то и падение напряжения на нём мало, особенно на малых токах. Поэтому добавлен OP2, служащий для усиления напряжения падения шунта. Причём от быстродействия этого ОУ зависит скорость срабатывания предохранителя.

Сам предохранитель, а точнее блок ограничения тока, реализован на компараторе OP2. Усиленное напряжение, соответствующее протекаемому току, сравнивается с напряжением, установленным электронным потенциометром и если оно выше — компаратором открывается VT2, и тот сбрасывает напряжение на базе выходного транзистора, по сути выключая выход. В работе это выглядит так:

image

Теперь к тому, почему в качестве шунта у меня дроссель. Всё просто: как я писал раньше — я просто забыл заказать шунты. А когда уже собирал блок и это выявилось, то ждать с Китая показалось долго, а в магазине дорого. Поэтому не долго думая, порылся в распайке старых компьютерных блоков питания и нашёл дроссели, почти точно подошедшие по сопротивлению. Чуть подобрал и поставил. Дополнительно же это даёт защиту: В случае резкого изменения нагрузки, дроссель сглаживает ток на время, достаточное что б успел отработать ограничитель тока. Это даёт отличную защиту от КЗ, но есть и минус — импульсные нагрузки «сводят блок с ума». Впрочем, для меня это оказалось не критично.

В итоге у меня получился вот такой блок питания:
image
Надписи на лицевой части сделаны с помощью ЛУТа. Индикаторы работы блоков питания выведены на 2-х цветный светодиод. Где красный запитан от дежурных +5в и показывают что блок готов к работе. А зелёный от Power_Good, и показывает что блок задействован и исправен. В свою очередь транзисторная развязка обеспечивает гашение красного светодиода и если у блока проблема — потухнет и красный и зелёный:

image

Маленькие экраны показывают заданные параметры, большие — состояние выхода де-факто. Энкодерами вращением устанавливается напряжение, короткое нажатие — вкл/выкл нагрузки, длинное — выбор режима установки напряжения/максимального тока. Ток ограничен 12.5А на канал. Реально в сумме 15 снимается. Впрочем — на той же элементной базе, с заменой блоков питания на нечто 500-т Ваттное, можно снимать и по 20. Не знаю, стоит ли приводить тут код скетча, простыня большая и достаточно глупая, + везде торчат хвосты под недоделанный функционал вроде коррекции выходного напряжения по АЦП обратной связи и регулировки скорости вентилятора.

Напоследок, пара слов. Оказалось что Arduino DUE при включении после длительного простоя может не начать выполнять программу. Т.е. включаем плату, думаем что сейчас начнёт выполняться наша программа, а в ответ тишина, пока не нажмёшь reset. И всё бы ничего, но внутри корпуса reset нажимать несколько затруднительно.
Поискал по форуму, несколько человек столкнулось с такой же проблемой, но решения не нашли. Ждут когда разработчики поправят проблему. Мне ждать было лениво, поэтому пришлось решать проблему самому. А решение нашлось до безобразия примитивное, впаять электролитический конденсатор на 22мкФ в параллель кнопке. В результате, на момент запуска, пока идёт заряд этого конденсатора, имитируется нажатие кнопки reset. Отлично работает, прошиваться не мешает:

image

В заключение:
По-хорошему надо повесить на все радиаторы датчики температуры и регулировать скорость вентилятора в зависимости от температуры, но пока меня устроила и платка регулятора скорости вентилятора из какого-то FSPшного блока питания.

Ещё хотелось бы через АЦП обратную связь с блоком коммутации на случай залипания релюшки, а так же обратную связь по выходу, дабы компенсировать температурный дрейф подстроечных резисторов (в пределах 0.1в на больших напряжениях бывают отклонения).

А вот кнопки памяти и фиксированные настройки по опыту использования кажутся чем-то не нужным.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector