Источник питания 30в. Что нужно помнить

24.06.2020

Мне потребовался качественный источник питания для тестирования усилителей, которые собирать я большой любитель. Усилители разные, питание разное. Выход: нужно сделать лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением от 0 до 30 Вольт.
А чтобы экспериментировать безопасно для здоровья и для железяк (мощные транзисторы не дешевы) у БП должен регулироваться и ток нагрузки.
Итак, чего я хотел от моего БП:
1. Защита от КЗ
2. Ограничение тока по установленному пределу
3. Плавная регулировка выходного напряжения
4. Двухполярность (0-30V; 0,002-3А)

Вот один из последних усилителей - «Ланзар». Он довольно мощный,
под него я стал делать ЛБП для моей домашней лаборатории

Полазив недельку по могучей паутине нашел схему, которая меня полностью устроила, да и отзывы о ней были положительные. Ну, что же начнем.

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Статья на английском в архиве
▼ 🕗 26/05/12 ⚖️ 1,31 Mb ⇣ 429

С тех пор как возобновил свою радиолюбительскую деятельность, меня часто посещала мысль о качественном и универсальном . Имевшийся в наличии и произведенный лет 20 назад блок питания имел лишь два напряжения на выходе - 9 и 12 вольт при токе порядка одного Ампера. Остальные необходимые в практике напряжения приходилось «выкручивать» добавляя разные стабилизаторы напряжения, а для получения напряжений выше 12 Вольт - использовать трансформатор и разные преобразователи.

Такая ситуация порядком надоела и стал присматривать схему лабораторника в интернете для повторения. Как оказалось многие из них это одна и та же схема на операционных усилителях, но в разных вариациях. При этом на форумах обсуждения этих схем на тему их работоспособности и параметров напоминали тему диссертаций. Повторять и тратиться на сомнительные схемы не хотелось, и во время очередного похода на Алиэкспресс вдруг набрел на набор конструктора линейного блока питания с вполне приличными параметрами: регулируемым напряжением от 0 до 30 Вольт и током до 3 Ампер. Цена в 7,5 $, делала процесс самостоятельной покупки компонентов, разработки и травлением платы просто бессмысленным. В итоге, получил по почте вот такой набор:

Не взирая на цену набора, качество изготовления платы могу назвать отменным. В комплекте даже оказалось два лишних конденсатора на 0,1 мкф. Бонус - пригодятся)). Все что нужно сделать самому - это «включив режим внимания», расставить компоненты по своим местам и спаять. Китайские товарищи позаботились о том, чтобы перепутать, что либо смог только человек, впервые узнавший о батарейке и лампочке - на плату нанесена шелкография с номиналами компонентов. В финале получается вот такая плата:

Характеристики лабораторного блока питания

входное напряжение: 24 В переменного тока;
выходное напряжение: от 0 до 30 В (регулируемое);
выходной ток: 2 мА - 3 А (регулируемый);
пульсации выходного напряжения: менее 0.01%
размер платы 84 х 85 мм;
защита от короткого замыкания;
защита по превышению установленной величины тока.
О превышении установленного тока сигнализирует светодиод.

Для получения полноценного блока следует добавить лишь три компонента - трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 24 вольта при 220 вольтах на входе (важный момент, о котором подробно ниже) и током 3,5-4 А, радиатор для выходного транзистора и кулер на 24 Вольта для охлаждения радиатора при большом токе нагрузки. Кстати, в интернете нашлась и схема данного блока питания:

Из основных узлов схемы можно выделить:

диодный мост и фильтрующий конденсатор;
регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2;
узел защиты на транзисторе VT3 отключает выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824;
на элементах R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5 построен узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Наличие этого узла обуславливает питание всей схемы именно переменным током от трансформатора;
выходные конденсатор С9 и защитный диод VD9.

Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:

выпрямительные диоды 1N5408, выбраны впритык - максимальный выпрямленный ток 3 Ампера. И хоть диоды в мосте работают попеременно, все же не будет лишним заменить их более мощными, например диодами Шотки на 5 А;
стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824 выбран на мой взгляд не совсем удачно - под рукой у многих радиолюбителей наверняка найдутся вентиляторы на 12 вольт от компьютеров, а вот куллеры на 24 В встречаются гораздо реже. Покупать такой не стал, решив заменить 7824 на 7812, но в процессе испытаний БП отказался от этой идеи. Дело в том, что при входном переменном напряжении в 24 В, после диодного моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 Вольта. Микросхема 7824 прекрасно справится с задачей рассеивания лишних 9, 84 Вольта, а вот 7812 приходится тяжко, рассеивая в тепло 21,84 Вольта.

Кроме того, входное напряжение для микросхем 7805-7818 регламентировано производителем на уровне 35 Вольт, для 7824 на уровне 40 Вольт. Таким образом, в случае простой замены 7824 на 7812, последняя будет работать на грани. Вот ссылка на даташит .

Учитывая вышеприведенное, имевшийся в наличии кулер на 12 Вольт подключил через стабилизатор 7812, запитав ее от выхода штатного стабилизатора 7824. Таким образом, схема питания кулера получилась хоть и двухступенчатой, но надежной.

Операционные усилители TL081, согласно даташита требуют двуполярное питание +/- 18 Вольт - в целом 36 Вольт и это максимальное значение. Рекомендуемое +/- 15.

И вот тут начинается самое интересное относительно переменного входного напряжения величиной 24 Вольта! Если взять трансформатор, который при 220 В на входе, выдает 24 В на выходе, то опять же после моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 В.

Таким образом, до достижения критической величины остается всего 2,16 Вольта. При увеличении напряжения в сети до 230 Вольт (а такое бывает в нашей сети), с фильтрующего конденсатора снимем уже 39,4 Вольта постоянного напряжения, что приведет к гибели операционных усилителей.

Выхода тут два: либо заменить операционные усилители другими, с более высоким допустимым напряжением питания, либо уменьшить количество витков во вторичной обмотке трансформатора. Я пошел по второму пути, подобрав количество витков во вторичной обмотке на уровне 22-23 Вольта при 220 В на входе. На выходе БП получил 27,7 Вольта, что меня вполне устроило.

В качестве радиатора для транзистора D1047 нашел в закромах радиатор процессора. На нем же закрепил стабилизатор напряжения 7812. Дополнительно установил плату контроля оборотов вращения вентилятора. Ею со мной поделился донорский компьютерный блок питания ПК. Терморезистор закрепил между ребер радиатора.

При токе в нагрузке до 2,5 А вентилятор вращается на средних оборотах, при повышении тока до 3 А в течении длительного времени вентилятор включается на полую мощность и снижает температуру радиатора.

Индикатор цифровой для блока

Для визуализации показаний напряжения и тока в нагрузке применил вольтамперметр DSN-VC288, который обладает следующими характеристиками:

диапазон измерений: 0-100 В 0-10A;
рабочий ток: 20mA;
точность измерения: 1%;
дисплей: 0.28 " (Два цвета: синий (напряжение), красный (сила тока);
минимальный шаг измерения напряжения: 0,1 В;
минимальный шаг измерения силы тока: 0,01 A;
рабочая температура: от -15 до 70 °С;
размер: 47 х 28 х 16 мм;
рабочее напряжение, необходимое для работы электроники ампервольтметра: 4,5 - 30 В.

Учитывая диапазон рабочего напряжения существует два способа подключения:

Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне от 4,5 до 30 Вольт , то тогда схема подключения выглядит так:

Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне 0-4,5 В или выше 30 Вольт , то до 4,5 Вольт ампервольтметр не запустится, а при напряжении более 30 Вольт он просто выйдет из строя, во избежание чего следует воспользоваться следующей схемой:

В случае с данным блоком питания, напряжение для питания ампервольтметра есть из чего выбрать. В блоке питания есть два стабилизатора - 7824 и 7812. До 7824 длина провода получалась короче, поэтому запитал прибор от него, подпаяв провод к выходу микросхемы.

О проводах из комплекта

провода трехконтактного разъема тонкие и выполнены проводом 26AWG - толще тут и не нужно. Цветная изоляция интуитивно понятна - красный это питание электроники модуля, черный это масса, желтый — измерительный провод;
провода двухконтрактного разъема - это провода токоизмерительные и выполнены толстым проводом 18AWG.

При подключении и сравнении показаний с показаниями мультиметра, расхождения составили 0,2 Вольта. Производитель предусмотрел подстроечные сопротивления на плате для калибровки показаний напряжения и тока, что является большим плюсом. В некоторых экземплярах наблюдается отличные от нуля показания амперметра без нагрузки. Оказалось, что решить проблему можно сбросом показаний амперметра, как показано ниже:

Картинка из интернета, потому прошу простить за грамматические ошибки в надписях. В общем со схемотехникой закончили -

Этот регулированный блок питания сделан по очень распространённой схеме (а значит её успешно повторяли уже сотни раз) на импортных радиоэлементах. Напряжение выхода плавно меняется в пределах 0-30 В, ток нагрузки может достигать 5 ампер, но так как трансформатор попался не слишком мощный — то удалось снять с него только 2,5 А.

Схема БП с регулировками тока и напряжения

Схема принципиальная

R1 = 2,2 KOhm 1W

R2 = 82 Ohm 1/4W

R3 = 220 Ohm 1/4W

R4 = 4,7 KOhm 1/4W

R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KOhm 1/4W

R7 = 0,47 Ohm 5W

R8, R11 = 27 KOhm 1/4W

R9, R19 = 2,2 KOhm 1/4W

R10 = 270 KOhm 1/4W

R12, R18 = 56KOhm 1/4W

R14 = 1,5 KOhm 1/4W

R15, R16 = 1 KOhm 1/4W

R17 = 33 Ohm 1/4W

R22 = 3,9 KOhm 1/4W

RV1 = 100K trimmer

P1, P2 = 10KOhm linear pontesiometer

C1 = 3300 uF/50V electrolytic

C2, C3 = 47uF/50V electrolytic

C4 = 100nF polyester

C5 = 200nF polyester

C6 = 100pF ceramic

C7 = 10uF/50V electrolytic

C8 = 330pF ceramic

C9 = 100pF ceramic

D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode 2A – RAX GI837U

D5, D6 = 1N4148

D7, D8 = 5,6V Zener

D9, D10 = 1N4148

D11 = 1N4001 diode 1A

Q1 = BC548, NPN transistor or BC547

Q2 = 2N2219 NPN transistor

Q3 = BC557, PNP transistor or BC327

Q4 = 2N3055 NPN power transistor

U1, U2, U3 = TL081, operational amplifier

D12 = LED diode

Вот ещё вариант этой схемы:

Используемые детали

Тут был использован трансформатор TS70/5 (26 V — 2,28 А и 5,8 V — 1 А). Итого 32 вольта вторичное напряжение. Применены в данном варианте операционники uA741 вместо TL081, так как они были в наличии. Транзисторы также не критичны — лишь бы по току и напряжению подходили, ну и по структуре естественно.

Печатная плата с деталями

Светодиод сигнализирует о переходе в режим СТ (стабильный ток). Это не короткое замыкание или перегрузка, а стабилизация тока — полезная функция работы блока питания. Это можно использовать, например, для зарядки аккумуляторных батарей — в режиме холостого хода устанавливается конечное значение напряжения, затем подключаем провода и устанавливаем ограничение тока. В первой фазе зарядки, БП работает в режиме CТ (горит светодиод) — ток зарядки такой как установлен, а напряжение медленно растет. Когда по мере зарядки аккумулятора напряжение достигает установленного порога, блок питания переходит в режим стабилизации напряжения (СН): светодиод гаснет, ток начинает уменьшаться, а напряжение остается на заданном уровне.

Предельное значение напряжения питания на конденсаторе фильтра 36 В. Следите за его вольтажом — иначе не выдержит и бахнет!

Иногда имеет смысл применять по два потенциометра для регулирования тока и напряжения по принципу грубой и точной регулировки.

Вид внутри корпуса на индикаторы

Провода внутри стоит связать в жгуты тонкими кабельными стяжками.

Диод и транзистор на радиаторе

Корпус самодельного блока питания

Для БП использован корпус модели Z17W. Печатная плата размещается в нижней части, прикручиваясь к днищу винтами 3 мм. Под корпусом приделаны резиновые черные ножки от какого-то прибора, вместо жестких пластиковых, которые были в комплекте. Это важно, иначе при нажатиях на кнопки и вращении регуляторов блок питания будет «ездить» по столу.

Блок питания регулированый: самодельная конструкция

Надписи на лицевой панели сделаны в графическом редакторе, затем печать на меловой самоклеющейся бумаге. Вот такая вышла самоделка, а если вам мало такой мощности — .

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

*Характеристики источника питания постоянного тока*
Выходное напряжение	0 - 30 В (регулируемое)
Выходной ток	0 - 30 А (регулируемый)
Входное напряжение	220 В / 50 Гц (по умолчанию)
Точность установки показаний	напряжение: 0,01 В; ток: 0,01 A (± 1%)
Стабильность напряжения	≤ 0,2 %
Стабильность тока	≤ 0,5 %
Влияние нагрузки	≤ 0,5 %
Пульсация и шум	≤ 0,5 %, RMS
Охлаждение	воздушное охлаждение
Защита:
OVP (защита от превышения выходных напряжений)	есть
OCP (защита от скачков тока при перегрузке любого из выходов)	есть
OTP (защита от перегрева)	есть
OPP (защита от перегрузки по суммарной мощности по всем каналам)	есть
*Общие характеристики*
Цвет	белый
Дисплей	4LED дисплей
Подсветка экрана	да
Диапазон температур хранения	-20°С - +80°С
Диапазон рабочих температур	0°С - +40°С
Габариты	285 мм х 200 мм х 150 мм
*Комплектация*	источник питания постоянного тока MAISHENG MP3030D – 1 шт
	кабель питания – 1 шт провода для источника питания (банан + крокодил) – 1 шт клеммы – 1 комплект инструкция по эксплуатации – 1 шт

Мощный лабораторный источник питания Maisheng

Выбор лабораторного блока питания прежде всего зависит от целей, которые преследует ремонтник или радиолюбитель. В зависимости от диапазона задач, исследований, диагностики может понадобиться прибор разной мощности. Maisheng MP3030D справится с широким кругом задач благодаря настройке напряжения от 0 до 30 Вольт, силы тока от 0 до 30 Ампер, при этом точность подстройки составляет один процент.

Управление лабораторным блоком питания осуществляется на передней панели посредством вращения потенциометров, все настройки осуществляются интуитивно, а в случае возникновения трудностей поможет входящая в комплект инструкция. Прибор хорошо подходит для различных экспериментов с нагрузкой – встроенный комплекс защит позволяет не бояться ошибок. Здесь встроена защита от перегрузки по суммарной мощности всех каналов, температурная защита, защита от скачков тока и превышения максимально допустимого напряжения.

MP3030D является регулируемым импульсным источником питания постоянного тока. Благодаря импульсной схеме обеспечивается высокая эффективность преобразования переменного тока в постоянный, с минимальными потерями. Уровень пульсации и шумов составляет низкие 0.5 процента RMS, чего достаточно для диагностики большинства современной аппаратуры. Прибор способен обеспечить стабилизацию как тока, так и напряжения. Основой его служит электронный стабилизатор, именно он определяет все выходные параметры устройства. Ошибка стабильности напряжения при работе составляет менее 0.2 процента, по току – на уровне 0.5 процента.

Блок питания оснащен удобным 4-разрядным дисплеем с подсветкой, дающим информацию о текущих выходных параметрах. Габариты MP3030D сравнительно небольшие, длина прибора не превышает 29 сантиметров. Модель нашла применение как импульсный источник тока для проверки светодиодов и LED панелей, для тестирования аккумуляторных батарей большой мощности, моторов, вентиляторов и другого оборудования. Используется в школах, лабораториях, на производственных линиях.

Купить Maisheng MP3030D и другие регулируемые источники постоянного напряжения можно в магазине Суперайс с быстрой доставкой по России и гарантией 1 год. Мы уверены в качестве товара и тщательно проверяем его перед отправкой. Работаем с юридическими и физическими лицами, по договору с организациями.