Setting96.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Преобразователи напряжения постоянного тока

Преобразователи напряжения постоянного тока

Преобразователи напряжения постоянного тока Говоря о преобразовании электрической энергии, можно вспомнить разнообразные трансформаторы, генераторы, блоки питания различных бытовых приборов, зарядные устройства электронных гаджетов, сварочные инверторы и даже атомные электростанции. Во всех случаях в том или ином виде происходит преобразование электрической энергии. Можно сказать, что нас в повседневной жизни окружают разные виды электрических преобразователей, и трудно себе представить их полное отсутствие в современном мире.

Преобразователи напряжения постоянного тока получили особенно широкое распространение в последние двадцать лет. Это связано со стремительным развитием полупроводниковой промышленности и электроники в целом.

Высокочастотные импульсные преобразователи почти вытеснили с рынка блоки питания с низкочастотными трансформаторами, которые можно встретить теперь разве что в старых телевизорах и других старинных приборах, или в некоторых современных усилителях звуковой частоты.

Низкочастотный и высокочастотный трансформаторы

Высокочастотный трансформатор (или дроссель) имеет значительно меньшие габариты, чем низкочастотный трансформатор на железе, рассчитанный на работу от сети 50-60 Гц, именно поэтому импульсные блоки питания так компактны. Так или иначе, преобразователи напряжения постоянного тока все же содержат в своей конструкции трансформатор (или дроссель), но это уже совсем не тот тяжелый и шумный трансформатор.

Ассортимент современных DC-DC конвертеров (а именно так называются преобразователи постоянного напряжения в постоянное напряжение) достаточно широк. Давайте рассмотрим более подробно, какие именно бывают DC-DC конвертеры .

DC-DC конвертер

1. Миниатюрный регулируемый преобразователь

Этот крохотный понижающий преобразователь размером 43мм х 21мм, и другие подобные модели, стоят на китайских торговых площадках от одного доллара. Данный экземпляр работает на микросхеме LM2596 , и его выходные параметры могут регулироваться. На вход подается постоянное напряжение в диапазоне от 4,5 до 40 вольт, а на выходе получается постоянное напряжение от 1,3 до 35 вольт.

Максимальный ток, который можно получить от данного преобразователя составляет 3 ампера, однако в этом случае требуется радиатор, если же преобразователь используется без радиатора, средний ток не должен превышать 2 ампер. Эффективность такого преобразователя может достигать 92%.

LM2596

Данный преобразователь собран по топологии step-down (buck) converter, и на плате видны все его главные составные части: входной и выходной конденсаторы, дроссель, диод Шоттки, регулировочный резистор и сама микросхема в корпусе TO-263-5. На приведенной выше принципиальной схеме не изображен регулировочный резистор, но на плате он есть.

Без этого резистора схема не даст на выходе больше 5 вольт, однако если обратную связь снимать не напрямую с выходного конденсатора фильтра, а через делитель напряжения, который как раз и собран здесь с использованием этого регулировочного резистора, можно существенно расширить диапазон выходных напряжений, что и реализовано на данной плате.

Преобразователь напряжения постоянного тока

Сфера применения этих преобразователей ограничена лишь фантазией разработчика. Здесь и питание светодиодов, и зарядка различных портативных устройств, и многое другое.

Бывают и повышающие преобразователи такого типа, выполненные по топологии step-up (boost) converter.

http://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/1538-vidy-jelektricheskikh-kondensatorov.html

На приведенном изображении (красная плата) регулируемый повышающий преобразователь максимальной мощностью до 150 ватт (требуется дополнительное охлаждение), на вход которого можно подавать от 10 до 30 вольт, а на выходе получать от 12 до 35 вольт.

Как и в предыдущем примере, этот преобразователь имеет на выходе регулировочный резистор, который и отвечает за получение на выходе нужного значения напряжения. Управляющая микросхема расположена на обратной стороне платы. Сама плата имеет размер 65мм х 35мм. Стоимость такого преобразователя раза в 3 выше предыдущего примера.

Преобразователь постоянного тока

2. Водонепроницаемый блок питания

Этот блок питания имеет прочный литой водонепроницаемый корпус, залитый эпоксидным компаундом, что позволяет применять его как на транспорте, так и с любым другим оборудованием, где требуется надежность и безопасность. Преобразователь имеет защиту от пониженного напряжения, от перенапряжения, от короткого замыкания, и от перегрузок.

Диапазон входного напряжения в разных моделях весьма широк, и в данном примере от 9 до 24 вольт, при этом на выходе получаем 24 вольта с максимальным током 5 ампер (в данном примере). Размер корпуса на фото 75мм х 75 мм, высота 31мм. Стоимость таких преобразователей порядка 10 – 50 долларов, в зависимости от мощности.

Преобразователи такого типа производятся на мощность от 15 до 360 ватт, на входное напряжение до 60 вольт, и на выходное напряжение от 5 до 48 вольт. Они также весьма распространены на многочисленных торговых площадках.

Водонепроницаемый блок питания

3. Импульсный блок питания постоянного напряжения в кожухе

Обычно эти блоки питания изготавливают по схеме обратноходового, двухтактного или полумостового импульсного преобразователя. Они бывают на входное напряжение от 19 до 72 вольт и выше, а выход обычно от 5 до 24 вольт. Мощность преобразователей такого типа может достигать 1000 ватт. Размеры корпуса от 78мм х 51мм х 28мм до 295мм х 127мм х 41мм.

Такие блоки питания выпускаются многими фирмами-производителями, а их стоимость может доходить до нескольких сотен долларов. Довольно часто подобные блоки применяются для питания светодиодных лент. Они обладают возможностью точной подстройки выходного напряжения и имеют защиту от перегрузки.

Импульсный блок питания постоянного напряжения в кожухе

Есть на рынке аналогичные модели преобразователей с питанием напрямую от сети переменного тока, называемые AC-DC преобразователями , однако там все равно напряжение сети сначала выпрямляется, фильтруется, то есть делается постоянным, а только после преобразуется посредством стандартного высокочастотного преобразования и выпрямления в постоянное напряжение другого уровня, более низкого, то есть опять же использован модуль DC-DC конвертера .

AC-DC преобразователь

В отличие от других конвертеров, преобразователи с питанием от сети переменного тока обязательно имеют гальваническую развязку вторичной обмотки высокочастотного импульсного трансформатора от первичной . Как правило, цепь обратной связи в таких блоках развязана с применением оптопары. Справедливости ради нужно отметить, что маломощные блоки такого типа бывают и в бескорпусном исполнении.

DC-DC конвертор для монтажа на печатную плату

4. DC-DC конвертор для монтажа на печатную плату

Эти миниатюрные блоки питания обладают мощностью от 0,25 до 100 ватт. Они допускают разброс входного напряжения: 3-3,6В, 4,5-9В, 9-18В, 13-16,6В, 9-36В, 18-36В, 18-72В, 36-72В, и 36-75В. В зависимости от фирмы – производителя диапазоны питающих напряжений могут отличаться. Некоторые преобразователи допускают регулировку выходного напряжения и перевод блока в режим ожидания. Стандартный же ряд выходных напряжений блоков: 5В, 12В, 15В.

DC-DC конвертеры для монтажа на печатную плату имеют электрически прочную изоляцию (1500 В), а максимально допустимая температура может достигать 90 градусов по Цельсию. Наибольший интерес для разработчиков представляют преобразователи мощностью 3 ватта. Стоимость таких конвертеров – от единиц до десятков долларов.

У всех современных промышленных импульсных DC-DC преобразователей значение рабочей частоты лежит выше 50кГц, и достигает 300кГц. Это утверждение справедливо для импульсных трансформаторов и дросселей на феррите, поскольку для применяемых в описанных преобразователях трансформаторов и дросселей везде задействованы именно ферритовые сердечники.

Выпускаемые промышленностью специализированные интегральные микросхемы для импульсных преобразователей очень часто имеют строго установленную частоту, которая всегда выше 50кГц. Если используется ШИМ контроллер , то соответствующая частота задается внешними компонентами.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Импульсный свет в фотографии

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

  • Вход
  • Регистрация
  • Ссылки
  • Поиск

Текущее время: 2 ноя 2021, 19:25

Преобразователи по схеме В. Шиманского (V. Szymanski)

  • Автор
  • Сообщение

Преобразователи по схеме В. Шиманского (V. Szymanski)

Re: Преобразователи по схеме В. Шиманского (V. Szymanski)

Re: Схема Шиманского и её вариации

Перепечатка из http://www.radiomaster.ru/shemi/i_p/4_10.php. По материалам книги «Полезные схемы» И.П. Шелестова.

Однотактные преобразователи, обеспечивающие высокий КПД.

Изображение

Некоторые привычные бытовые электроприборы, такие как лампа дневного света, фотовспышка и ряд других, иногда бывает удобно использовать в автомобиле.

Так как большинство устройств рассчитаны на питание от сети с действующим напряжением 220 В, нужен повышающий преобразователь. Электробритва или же небольшая лампа дневного света потребляют мощность не более 6. 25 Вт. При этом от такого преобразователя часто не требуется переменное напряжение на выходе. Указанные выше бытовые электроприборы нормально работают при питании постоянным или однополярным пульсирующим током.

Первый вариант однотактного (обратноходового) импульсного преобразователя постоянного напряжения 12 В — 220 В выполнен на импортной микросхеме ШИМ-контроллера UC3845N и мощном N-канальном полевом транзисторе BUZ11. Эти элементы более доступны чем отечественные аналоги, и позволяют добиться высокого КПД от устройства, в том числе и за счет малого падения напряжения исток-сток на открытом полевом транзисторе (КПД преобразователя зависит и от соотношения ширины импульсов, передающих энергию в трансформатор к паузе). Указанная микросхема специально предназначена для выполнения однотактных преобразователей и имеет внутри все необходимые узлы, что позволяет сократить число внешних элементов. У нее имеется сильноточный квазикомплементарный выходной каскад, специально предназначенный для непосредственного управления мощным N-канальным полевым транзистором с изолированным затвором. Рабочая частота импульсов на выходе микросхемы может достигать 500 кГц. Частота определяется номиналами элементов R4-C4 и в приведенной схеме составляет около 33 кГц (Т=50 мкс).

Читать еще:  Вентиль точной регулировки апи

Микросхема также содержит схему защиты для отключения работы преобразователя при снижении напряжения питания ниже 7,6 В, что полезно при питании устройств от аккумулятора

Рассмотрим более подробно работу преобразователя. На рисунке 2 приведены диаграммы напряжений, поясняющие проходящие процессы. При появлении положительных импульсов на затворе полевого транзистора ( рисунок 2, а ) он открывается и на резисторах R7-R8 будут импульсы, показанные на рисунке 2, в . Наклон вершины импульса зависит от индуктивности обмотки трансформатора и если на вершине имеется резкое увеличение амплитуды напряжения, как это показано пунктиром, это говорит о насыщении магнитопровода. При этом резко увеличиваются потери преобразования, что приводит к нагреву элементов и ухудшает работу устройства. Чтобы устранить насыщение, потребуется уменьшить ширину импульса или увеличить зазор в центре магнитопровода. Обычно бывает достаточно зазора 0,1. 0,5 мм.
В момент выключения силового транзистора индуктивность обмоток трансформатора вызывает появление выбросов напряжения, как это показано на рисунках. При правильном изготовлении трансформатора Т1 (секционировании вторичной обмотки) и низковольтном питании амплитуда выброса не достигает опасного для транзистора значения и поэтому в данной схеме специальных мер, в виде демпфирующих цепей в первичной обмотке Т1, не используется. А чтобы подавить выбросы в сигнале токовой обратной связи, приходящем на вход микросхемы DA1/3, установлен простой RC-фильтр из элементов R6-C5.

Диаграммы напряжения в контрольных точках схемы
Напряжение на входе преобразователя, в зависимости от состояния аккумулятора, может меняться от 9 до 15 В (что составляет 40%). Чтобы ограничить изменение выходного напряжения, обратная связь по входу снимается с делителя из резисторов R1-R2. При этом выходное напряжение на нагрузке будет поддерживаться в диапазоне 210. 230 В (Rнaгp=2200 Ом), см. табл. 1, т. е. меняется не более чем на 10%, что вполне допустимо.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет автоматического изменения ширины открывающего транзистор VT1 импульса от 20 мкс при Uпит=9 В до 15 мкс (Uпит=15 В).

Импульсный трансформатор Т1 выполнен с использованием широко распространенных броневых чашек Б30 из магнитопровода М2000НМ1. При этом в центральной части у них должен быть обеспечен зазор 0,1. 0,5 мм. Магнитопровод можно приобрести с уже имеющимся зазором или же сделать его при помощи грубой наждачной бумаги. Величину зазора лучше экспериментально подобрать при настройке так, чтобы магнитопровод не входил в режим насыщения, — это удобно контролировать по форме напряжения на истоке VT1 (см. рисунок 2, в ).

У трансформатора Т1 обмотка 1-2 содержит 9 витков проводом диаметром 0,5. 0,6 мм, обмотки 3-4 и 5-6 по 180 витков проводом диаметром 0,15. 0,23 мм (провод типа ПЭЛ или ПЭВ). При этом первичная обмотка (1-2) располагается между двумя вторичными, т. е. сначала наматывается обмотка 3-4, а потом 1-2 и 5-6.

При подключении обмоток трансформатора важно соблюдать показанную на схеме фазировку. Неправильная фазировка не приведет к повреждению схемы, но работать как нужно она не будет. При сборке использованы детали: подстроечный резистор R2 — СПЗ-19а, постоянные резисторы R7 и R8 типа С5-16М на 1 Вт, остальные могут быть любого типа; электролитические конденсаторы C1 — К50-35 на 25 В, C2 — К53-1А на 16 В, C6 — К50-29В на 450 В, а остальные типа К10-17. Транзистор VT1 установлен на небольшой (по размерам платы) радиатор, сделанный из дюралевого профиля. Настройка схемы заключается в проверке правильной фазировки подключения вторичной обмотки при помощи осциллографа, а также установки резистором R4 нужной частоты. Резистором R2 устанавливается выходное напряжение на гнездах XS1 при включенной нагрузке. Приведенная схема преобразователя предназначена для работы с заранее известной мощностью нагрузки (6. 30 Вт — постоянно подключенной). В холостом ходу напряжение на выходе схемы может достигать 400 В, что не для всех устройств допустимо, так как может привести к их повреждению из-за пробоя изоляции.

Таблица 1 — Параметры схемы при изменении напряжения питания Изображение

Регулируемый стабилизатор напряжения

С развитием электронной промышленности небывалую популярность приобрели различные регулируемые стабилизаторы напряжения. Если во времена СССР этот класс устройств был представлен громоздкими ЛАТР-ами, то сегодня с подобными задачами справляются скромных размеров микросхемы и компактные преобразователи.

Современный ЛАТР

Что такое стабилизатор напряжения с регулировкой

Суть и задачи устройства полностью раскрываются в его названии. Слово «стабилизатор» означает то, что этот прибор способен поддерживать на своих выходных клеммах неизменный уровень напряжения. Их, кстати, может быть больше, чем две. Слово «напряжение» указывает на то, с каким параметром работает устройство, ведь, помимо этого, существуют и регулируемые стабилизаторы тока, относящиеся к другому классу. Фраза «с регулировкой» означает, что выходной вольтаж может изменяться человекам или какими-либо внешними факторами.

Сразу стоит подметить, что стабилизаторы бывают разными по мощности, конструкции и назначению. Самые распространённые следующие:

  • ЛАТРы – из-за простоты и надёжности востребованы уже многие десятилетия;
  • стабилизированные источники питания, на подобие тех, что применяются для LED лент;
  • интегральные стабилизаторы, которые в основном монтируются на печатные платы.

Стабилизатор LM7805

Дополнительная информация. Для правильного питания аккумулятора смартфона применяются платы стабилизации. Они нужны, чтобы управлять током заряда. Собрать подобное устройство можно и самостоятельно на основе биполярных или полевых транзисторов.

ЛАТРы и последующая их эволюция

Лабораторные автотрансформаторы хороши своей простотой и неприхотливостью. Всё что нужно – подать этому устройству на вход переменное напряжение. Как правило, это обычные сетевые 220-230 вольт. Выходной потенциал снимается со вторичных клемм ЛАТРа. Он лежит в пределах от единиц вольт до 250-300 В. Из этого следует, что ЛАТР может выступать в роли повышающего узла, что также нередко бывает полезным.

В старых моделях регулировка осуществлялась вращением специальной рукоятки. Одновременно нужно было смотреть на измерительные приборы и уже по ним выставлять требуемое напряжение. Современные ЛАТРы оснащены ЖК экранами, удобными кнопками, «крутилками» и прочими прелестями 21 века.

Дополнительная информация. Необязательно, но желательно перед вращением регулятора ЛАТР-а отключить его от нагрузки, особенно, если она мощная. Так удастся избежать дуго,- и искрообразования на его подвижном контакте. В результате срок службы прибора заметно увеличится.

Технические характеристики стабилизаторов напряжения

При подборе стабилизатора следует учитывать его назначение. Исходя из него, можно определиться, прибор с какими характеристиками будет наиболее подходящим. Важнейшие параметры стабилизаторов таковы:

  1. диапазоны входных и выходных напряжений;
  2. максимально допустимый ток;
  3. предельная мощность;
  4. уровень пульсаций и шумов на выходе;
  5. КПД стабилизатора.

Первые 3 параметра при подборе являются наиболее важными. Не считаться с ними нельзя, ведь в противном случае стабилизатор долго не проработает. Характеристики 4 и 5 нужны для проведения более профессиональных ремонтов, разработок и экспериментов.

Функции приборов

Любой регулируемый стабилизатор напряжения, независимо от его мощности и рода тока, с которым он работает, должен поддерживать широкий диапазон входных напряжений. При этом выходное напряжение должно быть максимально неизменным и без критических искажений.

Диапазон входного напряжения стабилизатора

Входной вольтаж интегрального стабилизатора – это один из его важнейших параметров. При его превышении устройство, вероятнее всего, выйдет из строя. Особенно к этому параметру чувствительны неоригинальные стабилизаторы из Китая. В этом случае всё, казалось бы, просто и логично, однако проблема есть и с недостатком напряжения. Если вольтаж на входе будет меньше минимального, то проблем не избежать. Стабилизатор не запустится, и на его выходе будет либо 0 В, либо какое-то неадекватное значение.

В случае с блоками питания и подобными им устройствами при заниженном питающем напряжении будет срабатывать соответствующая защита (UVP). В результате стабилизатор будет периодически включаться и выключаться по несколько раз в секунду. Такой режим работы не считается допустимым.

ЛАТРы подобных проблем лишены. Они более терпимы к ненормальным режимам работы и критическим отклонениям входных параметров.

Системный контроль параметров

Особенность регулируемых стабилизаторов заключается в возможности управления их выходными параметрами, то есть человек при помощи рук может влиять на конечный вольтаж устройства. Такое применимо к мощным лабораторным автотрансформаторам и некоторым блокам питания (БП).

Стабилизированные БП имеют одну особенность, выгодно отличающую их от других приборов аналогичного назначения. В их схему может быть включено большое количество защит. Например, от:

  • пониженного и/или повышенного входного и/или выходного напряжения;
  • защита от перегрева;
  • от переполюсовки питания (в случае DC-DC конверторов);
  • защита по максимальному выходному и/или входному току.

Регулировка выходного напряжения

ЛАТР-ы относятся к управляемым стабилизаторам напряжения. Их регулировка осуществляется с помощью подвижного графитового контакта (ролика), который способен перемещаться по виткам трансформатора, тем самым изменяя его коэффициент.

Устройство ЛАТРа

Дополнительная информация. Плавное регулирование ручки ЛАТР-а позволяет добиться аналогичного изменения выходного напряжения. Подключив к такому прибору двигатель, можно постепенно изменять скорость его вращения.

Читать еще:  Как регулировать силу вспышки

В блоках питания светодиодных лент для этих целей предусмотрен подстроечный резистор. Его часто можно наблюдать близь выходных клемм источника. Этот резистор включен в цепь обратной связи по напряжению и влияет на режим работы БП. При этом выходное напряжение не зависит от потребляемого тока, т.е. мощности нагрузки.

Стабилизированный блок питания с регулировкой

В линейных интегральных стабилизаторах LM7805 и им подобных микросхемах контроль выходного вольтажа осуществляется с помощью встроенного источника опорного напряжения. Для их ручной регулировки необходимы дополнительные радиодетали (подстроечный резистор или потенциометр).

Особенности включения стабилизатора

Если говорить о ЛАТР-ах, то подключаются они проще других стабилизаторов. У прибора имеются две клеммы на входе и две на выходе. На ЛАТР подаётся заниженное/завышенное переменное напряжение. С него же снимается нужный вольтаж. При этом никакой полярности нет, т.к. прибор работает с переменным током.

В стабилизированных БП примерно так же. Имеется вход 220 вольт, на который можно подавать напряжение с некоторым отклонением. На выходе при этом всегда будет поддерживаться стабильное постоянное напряжение, установленное пользователем.

Микросхемы-стабилизаторы уже сложны. На примере самых распространённых LM78ХХ можно сказать, что у них имеется 3 вывода:

  1. вход нестабилизированного питания постоянного напряжения (Vin);
  2. общий вывод – так называемая «земля» (gnd);
  3. выход стабильного напряжения (Vout);

Выводы LM7805

Важно! Если микросхема будет эксплуатироваться на своих максимальных мощностях, то через неё будут протекать большие токи. Соответственно, она будет сильно перегреваться и может выйти из строя. Из-за этого у интегральных стабилизаторов, наподобие LM78ХХ в корпусе TO-220, предусмотрено отверстие для крепления на радиатор охлаждения.

Варианты использования в электронных схемах

В электронных схемах применяются именно линейные интегральные стабилизаторы. Объясняется это их миниатюрностью и тем, что их можно удобно впаять в любую плату.

В электронике стабилизаторы чаще всего выполняют две основные задачи. В одном случае их используют в качестве прецизионного источника питания. Он способен выдавать с минимальным отклонением именно тот вольтаж, который требуется. Вторая функция – стабилизатор как источник опорного напряжения (Vref).

Тестирование микросхемы

Независимо от роли, которую играет стабилизатор, он должен быть исправным. Для проверки этого электронного компонента потребуются его даташит, по возможности точный мультиметр и блок питания с регулировкой выходного напряжения. Саму деталь лучше выпаять из платы.

Тест проведен на примере LM7805. Из даташита видно, что максимальное входное напряжение (V1), которое можно подать на этот стабилизатор, составляет 35 В. При этом выходной вольтаж (V0) должен ровняться 5 вольт, а пиковый ток Ipk может достигать 2,2 ампер (не путать с максимальным действующим). Ниже описан более подробный тест. При входном напряжении от 8 до 20 В, выходное должно лежать в диапазоне от 4,85 до 5,15 В. Если тестируемый стабилизатор не удовлетворяет этим характеристикам, то он считается неисправным.

Фрагмент даташита LM7805

Настройка и ремонт

Ремонтом стабилизаторов микросхем никто не занимается по той причине, что это едва ли осуществимо технически, а сами детали стоят сущие копейки. В настройке такой прибор не нуждается, ведь он изначально создаётся под одно конкретное напряжение.

Блоки питания и различные преобразователи напряжения вполне поддаются ремонту. Их стоимость может лежать в пределах от единиц до тысяч долларов, по понятным причинам восстанавливают только дорогие модели.

ЛАТР – прибор не самый дешёвый, но устроен довольно просто. Его ремонт – это по большей части восстановление подгоревших контактов и протяжка различных креплений. В редких случаях, если ЛАТР всё-таки удастся сжечь, то придётся перемотать его обмотку.

Существует широкий выбор регулируемых стабилизаторов напряжения. Некоторые из них громоздкие и справляются с нагрузками в сотни ватт. Другие размером не больше 5 мм, легко помещаются в смартфонах. Понимание того, где, как и какой стабилизатор применить, позволяет использовать их максимально эффективно.

Видео

Стабилизированный выпрямитель с плавной регулировкой напряжения

С помощью описанного ниже выпрямителя можно налаживать различные радиолюбительские конструкции, а также заряжать аккумуляторы, испытывать маломощные электродвигатели и реле.

Стабилизированный выпрямитель с плавной регулировкой напряжения
Рис. 13.17. Схема регулируемого стабилизированного выпрямителя

Выпрямитель (рис. 13.17) собран на диодах VD1. VD4, включенных по мостовой схеме. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются электролитическими конденсаторами С1, С2 и транзисторным стабилизатором, выполненным на стабилитроне VD5, транзисторах VT1, VT2 и диодах VD6 и VD7.

Выходное напряжение стабилизатора равно разности между выпрямленным напряжением, поступающим на вход стабилизатора с конденсатора С1, и падением напряжения на переходе эмиттер — коллектор (Uэк) регулирующего транзистора VT1. Напряжение UэK зависит от напряжения Uэб этого транзистора, равного падению напряжения на резисторе R2, создаваемому протекающим через него коллекторным током транзистора VT2, который, в свою очередь, зависит от напряжения Uбэ транзистора VT2. Напряжение Uбэ транзистора VT2 можно изменять потенциометром R3. При этом изменяются коллекторный ток транзистора VT2, напряжение Uэб транзистора VT1 и напряжение перехода эмиттер — коллектор транзистора VT1, что в конечном счете приводит к изменению выходного напряжения.

Диоды VD6 и VD7 служат для предотвращения выхода из строя регулирующего транзистора VT1 при коротком замыкании выхода стабилизатора или значительном увеличении тока нагрузки.

В выпрямителе используется трансформатор с площадью поперечного сечения сердечника S не менее 4 см2.

Число витков первичной обмотки при питании от сети с напряжением 220 В рассчитывается по формуле:
W1=220 (48/S). Диаметр провода D1 — 0,2. 0,22 мм.
Напряжение U2 на вторичной обмотке W2 трансформатора должно составлять примерно 15 В. Тогда число витков вторичной обмотки W2 будет определяться по формуле:
W2=15 (52/S). Диаметр провода d2= 1,2 мм.
Обмотка W3 используется для питания индикаторной лампочки. Таковой может быть лампочка от карманного фонаря с напряжением U3, равным 2,5; 3,5 или 6,3 В. При этом число витков обмотки W3 находят по формуле:
W3= U3 (52/S). Диаметр провода D0,41 мм.

Если ток нагрузки, подключаемой к выпрямителю, не превышает 300. 400 мА, в качестве VD1. VD2 можно использовать диоды типа Д226 с любым буквенным индексом. Если от данного выпрямителя требуются токи до 1.. .1,5 А, в качестве VDL. .VD4 могут служить диоды типа Д242, Д243 или Д245. Транзистор VTI типа П214. П217 должен быть установлен на радиаторе.

Регулировочный потенциометр R3 можно снабдить шкалой. Для этого к выходным гнездам XI, Х2 выпрямителей надо подключить контрольный вольтметр и, вращая ручку потенциометра, на шкале сделать отметки, соответствующие определенным значениям напряжения. Кроме того, нужно подобрать режим работы стабилитрона VD5. С этой целью разрывают цепь подключения стабилитрона в точке о и в разрыв включают миллиамперметр. Затем подбирают резистор R1 таким образом, чтобы ток, протекающий через стабилитрон, составлял 7.. .8 мА.

От сопротивления резистора R4 зависит максимальный ток нагрузки. Подбирают его следующим образом. Между гнездами XI и Х2 подключают резистор RH, при котором создается максимальный ток в нагрузке. Например, если максимальный ток должен составлять 500 мА при максимальном выходном напряжении 15В, то сопротивление резистора RH должно быть равно 30 Ом (15:0,5). Потом к этим же гнездам подключают вольтметр и подбирают резистор R4. Причем выходное напряжение должно отличаться от его значения на холостом ходу (при отсутствии R„) не более чем на 0,5 В.

При применении исправных деталей источник питания не требует налаживания. Подключив контрольный вольтметр к гнездам XI и Х2 и вращая движок потенциометра R3, убеждаются в плавном изменении выходного напряжения, которое должно увеличиваться при вращении движка потенциометра по часовой стрелке. Если же это напряжение при таком вращении движка уменьшается, следует перепаять (поменять местами) провода, соединяющие концы потенциометра.

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

лабораторный блок питания своими руками

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.

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

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.

Читать еще:  Регулировка дверей шкафа распашного

лабораторный блок питания сборка

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

лабораторный блок питания плата

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

плата лабораторного блока питания

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.

лабораторный блок питания своими руками 0 30в

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.

лабораторный блок питания с регулировкой напряжения

Шаг. 2 Установка конденсаторов фильтра

Устанавливаем конденсаторы С3; С4; С8С12. После установки С9 регулировка напряжение станет более плавной. По выходным характеристиками на данном этапе блок остается без изменений.

лабораторный блок питания своими руками

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.

лабораторный блок питания 30в

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.

мощный лабораторный блок питания

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.

лабораторный блок питания схема

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.

лабораторный блок питания 30в своими руками

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.

лабораторный блок питания

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).

регулировка lm317 от нуля

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.

лабораторный блок питания своими руками

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.

лабораторный блок питания 0-30В

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.

лабораторный блок питания своими руками

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!

лабораторный блок питания своими руками

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector