webdonsk.ruЛабораторный блок питания своими руками 0 30в 0 10а с защитой от кз из atx
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 10.09.2024
Блок питания для лаборатории этот источник питания, разработанный на микросхеме LM723, способный выдавать выходное напряжение от 0 до 30В с максимальным током до 10 Ампер. Защита от короткого замыкания и настройка выходного тока отключения от 50 мА до 10 А. Конденсатор, используемый в фильтре на 20 000 микрофарад, автоматическое переключение входного напряжения с трансформатора.
Блок питания является неотъемлемым в радиолюбительской лаборатории, будь то для работы или для хобби. Основными характеристиками источника питания должны быть, универсальность, то есть возможность питания любого устройства, будь то цифровая схема, работающая от напряжения 3 или 5 В, автомобильный радиоприемник, усилитель, работающий на напряжении 18 ? 24 В и т. д.
Блок питания, который обладает такими свойствами, должен быть снабжен эффективной защитой для предотвращения выхода из строя силовых транзисторов в случае случайного короткого замыкания, порог срабатывания защиты должен быть регулируемым, чтобы имелась возможность устанавливать ток на минимум.
Принципиальная схема блока питания показана на рисунке в статье, отметим, что трансформатор TF1 оборудован 3-мя совершенно независимыми вторичными обмотками, первая подает напряжение 35В и 20В при токе 10 ампер, вторая обеспечивает напряжение 8В при токе 100 мА, третья обмотка с напряжением 35В 100 мА.
Напряжение с первой обмотки подается через контакты реле RL1 на выпрямительный диодный мост D4 ? D11. Таблица номиналов деталей в тексте статьи.
Как видно, для каждой цепи моста два диода были включены параллельно для увеличения рассеиваемой мощности. Затем напряжение фильтруется электролитическими конденсаторами С10 и С11 в общей сложности до 20000 мкФ, следовательно, это напряжение подается на параллельные транзисторы T1 ? T5.
Напряжение второй обмотки выпрямляется диодом D1, фильтруется конденсатором C1 и стабилизируется интегральной микросхемой U1, выход которой подключен к отрицательной цепи. Это делается для получения отрицательного напряжения по отношению к общему проводу, которое, подаваемое на интегральную микросхему U2, позволяет производить регулировку напряжения ниже минимального уровня (2 В) практически от нуля.
Таким образом, можно достичь нулевого выходного напряжения, т.е. можно запитать цепи, которые требуют напряжения питания от 1-1,2 до 1,5 В. Напряжение третьей обмотки выпрямляется диодным мостом PT1, стабилизированным стабилитроном DZ2.
Выходное напряжение регулируется с помощью многооборотного потенциометра P1, подстроечный резистор R19, установленный последовательно с ним, определяет максимальное выходное напряжение, которое должно быть на выходе.
Ограничение тока (для определения уровня срабатывания защиты) осуществляется с помощью потенциометра P2, подстроечный резистор R20 устанавливает максимальное значение порога срабатывания. Выход U2 (вывод 10) управляет базой транзистора T6, который, в свою очередь, управляет параллельно включенных транзисторов T1 ? T5.
Диоды D12 ? D15 используются для дальнейшего выпрямления любых импульсных помех (пульсации, шум и т. д.), а дроссели J1 и J2 образуют необходимый фильтр, при питании радиочастотного оборудования. Если происходит возврат радиочастотной составляющей (по линии электропитания), это обнаруживается германиевым диодом D16 и отображается при зажигании светодиодного диода DL4.
Транзисторы T7 и T8, стабилитрон DZ3 и связанные с ними компоненты определяют порог срабатывания и управление катушкой реле RL1. При используемых значениях катушка реле включается, когда выходное напряжение превышает 13-14 В, следовательно, переключая свои контакты на высоковольтную катушку (35 В) силовой вторичной обмотки, тем самым уменьшая рассеивание транзисторов при подаче тока с низким напряжением питания. Вторичные светодиоды питания DL2 и DL3 вставлены параллельные шунтирующие транзисторы T1 ? T5.
Необходимо соблюдать осторожность на протяжении всей фазы сборки, чтобы избежать неприятных сюрпризов при подаче питания. Помните, что диоды, электролитические конденсаторы, стабилитроны, светодиоды имеют полярность, которую необходимо соблюдать при монтаже.
Светодиоды должны быть установлены на переднюю панель корпуса, светодиод DL1 не предназначен для внешнего монтажа. После сборки мы советуем вам еще раз проверить точное положение и полярность компонентов, а также пайку, которая должна быть идеальной. Печатная плата и расположение компонентов далее в тексте статьи.
Собирая схемы, всегда хотелось иметь под рукой надежный БП под все случаи жизни. Перепаяв десяток схем, спалив жменю транзисторов, выкладываю свою схему популярнейшей переделки из ATXых блоков питания в лабораторный регулируемый источник.
1) Сначала, что нужно оставить с типовой схемы стандартного БП:
Т.е. оставляем высоковольтную часть и дежурку. Почти всю низковольтную часть выкидываем. Оставляем сдвоенный диод на выходных +12V, ставим свой дроссель, электролит. Если получиться сделать два каскада фильтров - замечательно. Дальше, чтобы расширить диапазон напряжения не перематывая основной трансформатор c +5V обмотки делаем -5V, т,е. впаиваем сдвоенный диод анодами вместе. Также добавляем каскады фильтров (при пайке не путаем полярность относительно общего для электролитов).
2) Травим и собираем наши мозги:
Сама схема не новая, но некоторые изменения в обвязке операционника в сторону упрощения сделал.
На 4 и 13 ножках TL494 есть дополнительные пятаки для подключения тумблера "Вкл/выкл ШИМ".
3) Подключение доработки к основной плате:
J29 - подключаем к дежурному +5V;
J28 - подключаем к дежурному +12V;
J15 - подключаем к выходному +V;
J25 - подключаем к датчику тока;
J16 - подключаем к выходному -V;
J26, J27 - подключаем к первичке трансформатора управления силовыми транзисторами (центральная точка должна была остаться подключенной к дежурному питанию через диод с резистором).
Подстроечный RV5 при первом включении должен быть выкручен на 1/7 к общему (между общим и регулируемой ногой 5кОм, между J15 и регулируемой ногой 27кОм).
Подстроечный RV3 при первом включении должен быть выкручен на 1/10 к общему (между общим и регулируемой ногой 10кОм, между ISENSE и регулируемой ногой 90кОм).
На выходе операциоников должно быть напряжение 0 - 5V.
Теперь самое сложное для понимания. По новой схеме основной платы у нас получилось на выходе плюс 12V и минус 5V. Поскольку датчик тока у нас стоит в отрицательном напряжении, то операционник с ним работать не захочет. Исправляется просто, для этого нужно чтобы "общий" маленькой платы был подключен к минус 5V основной платы новой схемы. Также нужно "общий" дежурного напряжения основной платы перерезать от "общего" силовой части старой схемы и подключить к минус 5V по новой схеме. В некоторых БП фирмы Chieftec проще, видел уже развязанные "общие" дежурного питания и силы.
4) Прошиваем контроллеры:
Фьюзы не менял, остаются заводские. Для контроллера дисплея тока, при прошивке пищик отпаивать обязательно, с ним не шьется.
5) Собираем в кучу:
Каждый делает по разному. Могу лишь показать пример моего одного из четырех последних:
Не забываем ставить резисторы параллельно выходным электролитам для их разрядки.
Пьезоизлучатель пикает примерно раз в две минуты при нагрузке 1А - 1 раз, 2А - 2 раза и т.д., свыше 9,99А пищит постоянно.
Итого, получился БП регулируемый по напряжению 0 - 32.3V, по току 0 - 9.99А.
Требования были следующие: регулируемое выходное напряжение до 30 В с регулируемым токоограничением до 5 А. Разумеется должна применяться цифровая индикация. Дизайн должен напоминать MASTECH HY3005D и им подобные. Единственное - мне никогда не нравилось что первый прибор показывает ток. Ну неправильно это - напряжение всегда первично, соответственно первый прибор должен показывать именно напряжение.
Первоначально проектировал схему на базе линейного стабилизатора К142ЕН2А, но в итоге отказался от этой идеи - низкий КПД, регулирующий силовой транзистор сильно грелся даже с учетом того что был предусмотрен переключатель отпаек на вторичной стороне трансформатора. Да и вообще всё как-то криво работало. Пришлось выпилить.
Второй вариант схемы разработал на базе легендарного ШИМ-контроллера TL494, который в разных вариациях встречается во многих компьютерных блоках питания. На этот раз всё получилось как надо.
Вкратце о конструкции:
Принципиальная схема (кликабельно)
Как уже говорил - девайс собрал из запчастей, большинство которых были в радиусе 5 метров от меня.
Понижающий трансформатор нашелся под столом, марки я его не знаю. Напряжение на вторичке около 40 В.
D1 - TL494, VD1 - диод шоттки и тороидальный дроссель L1 выпаял из неисправного компьютерного блока питания: диод шоттки используется в схеме выпрямления, он установлен на радиаторе возле импульсного трансформатора, тороидальный дроссель расположен рядом с ним.
LM358 - весьма хороший и распространенный операционный усилитель. Продаётся почти на каждом углу. Рекомендован к приобретению.
Шунт R12 - взял из какого-то старого связисткого оборудования: представляет собой 3 толстых изогнутых проволочки.
Резисторы R9, R10 используются для регулирования выходного напряжения (грубо, точно). Резисторы R3, R4 используются для регулирования токоограничения (грубо, точно).
При наладке БП подстроечным резистором R15 регулируется порог переключения светодиодной сигнализации. Еще возникли проблемы с интегральным стабилизатором 7805 - при входном напряжении около 40 В он начинал ужасно глючить - просаживал выходное напряжение, решил проблему установив по входу 1 Вт гасящий резистор R13.
Сам корпус взят от древнего самопишущего регистратора. Компоновка получилась следующей - в середине корпуса установлен силовой трансформатор, который вошел туда как родной, видимо они были созданы друг для друга. В передней части БП расположена электронная схема управления, органы управления и сигнализации. В задней части корпуса расположена вся силовая электроника. Таким образом трансформатор как бы делит БП на 2 части - слаботочную и силовую.
Передняя часть корпуса с откинутой лицевой крышкой. Цифровые измерительные приборы приехали из Китая, они заводского производства. Электронная схема управления состоит из 2 плат: плата регулятора напряжения - TL494 c обвязкой, и плата сигнализации - включает в себя микросхемы D3,D4. Почему не сделал на одной плате? Просто сигнализацию я делал несколько позже чем регулятор, и отдельно доводил её "до ума". Там тоже были свои заморочки.
Задняя часть корпуса. На общем радиаторе установлены диодный мост KBPC 3510, силовой транзистор КТ827А, дроссель L1, шунт R12. Всё это дело изнутри обдувается 12 сантиметровым вентилятором. В задней части корпуса установлены также предохранители, сглаживающие конденсаторы C1, C4 и маленький вспомогательный импульсный блок питания для работы вентилятора и цифровых измерительных приборов.
Конечно, можно было бы купить фирменный БП и не городить огород. Но иногда хочется самому поизобретать велосипед
Если кто-то задумает повторить конструкцию вот здесь выложил принципиальную схему в высоком разрешении и чертежи печатных плат в формате Sprint Layout.
Обновление 09.01.2019
Модификация № 1
Драйвер полевика (точнее, двух параллельно - выравниванием токов занимаются сами полевики) запитан от отдельного источника 15в. У себя взял промагрегат 9-36в/15в TEN 12-2413. От него же запитаны кулеры.
TL494 запитана от отдельного источника 24 в.
Потенциометр вольтажа любой, замер тока с шунта амперметра. Трансформатор выдает 34 в, выпрямленного около 45.
Проблема мощности упиралась в дросселе. Если 5-амперник нормально шел, то 20 помучал.
Практическим путем нашел вариант два параллельно на кольцах от компового. 23 витка проводом 1,15мм.
Внешний вид конструкции
Модификация № 2
Сегодня настраивал свой БП. Спасибо большое shc68 за подсказку проверять пульсации на выходе динамиком если нет осциллографа. При малой нагрузке (лампочка 12в, 21вт) из динамика слышался гул и вой когда крутил регулятор тока. Устранил это безобразие установкой дополнительных конденсаторов (на схеме обведено красным цветом).
Как рекомендовал shc68 конденсатор С15 действительно жизненно важный. Еще с помощью динамика определил бракованный потенциометр на регулировку тока. При его вращении из динамика слышался шорох и треск. После его замены и установки доп. конденсаторов из динамика тишина (чуть слышное шипение) при разной нагрузке на выходе БП.
Делал тест на нагрев деталей блока. При такой нагрузке в течении 1.5 часов только транзистор грелся (трогал пальцем его корпус), а радиатор, где он установлен, чуть теплый (обдувается вентилятором). Дроссель - холодный, трансформатор тоже.
Внешний вид конструкции
Модификация № 3
В этой статье расскажу как из старого компьютерного блока питания сделать очень полезный для любого радиолюбителя лабораторный блок питания.
Компьютерный блок питания можно очень дешево купить на местной барахолке или выпросить у друга или знакомого, сделавшего апгрейд своего ПК. Прежде прежде чем начать работу над БП, следует помнить, что высокое напряжения опасно для жизни и нужно соблюдать правила техники безопасности и проявлять повышенную осторожность.
Сделанный нами источник питания будет иметь два выхода с фиксированным напряжением 5В и 12В и один выход с регулируемым напряжением 1,24 до 10,27В. Выходной ток зависит от мощности используемого компьютерного блока питания и в моем случае составляют около 20А для выхода 5В, 9А для выхода 12В и около 1.5А для регулируемого выхода.
Нам понадобятся:
1. Блок питания от старого Пк (любой ATX)
2. Модуль ЖК вольтметра
3. Радиатор для микросхемы(любой, подходящий по размеру)
4. Микросхема LM317 (регулятор напряжения)
5. электролитический конденсатор 1мкФ
6. Конденсатор 0.1 мкФ
7. Светодиоды 5мм - 2шт.
8. Вентилятор
9. Выключатель
10. Клеммы - 4шт.
11. Резисторы 220 Ом 0.5Вт - 2шт.
12. Паяльные принадлежности, 4 винта M3, шайбы, 2 самореза и 4 стойки из латуни длиной 30мм.
Я хочу уточнить, что список примерный, каждый может использовать то, что есть под рукой.
Общие характеристики блока питания ATX:
Мощность блока питания
Электрические характеристики блока питания напечатаны на наклейке (см. рисунок) которая, обычно, находится на боковой стороне корпуса. Из нее можно получить следующую информацию:
Для данного проекта нам подходят напряжения 5В и 12В. Максимальный ток, соответственно будет 26А и 9А, что очень неплохо.
Питающие напряжения
Выход блока питания ПК состоит из жгута проводов различных цветов. Цвет провода соответствует напряжению:
Нетрудно заметить, что кроме разъемов с питающими напряжениями +3.3В, +5В, -5В, +12В, -12В и земли, есть еще три дополнительных разъема: 5VSB, PS_ON и PWR_OK.
Разъем 5VSB используется для питания материнской платы, когда блок питания находится в дежурном режиме.
Разъем PS_ON (включение питание) используется для включения блока питания из дежурного режима. При подаче на этот разъем напряжения 0В блок питания включается, т.е. чтобы запустить блок питания без материнской платы его нужно соединить с общим проводом (землей).
Разъем POWER_OK в дежурном режиме имеет состояние близкое к нулю. После включения блока питания и формировании на всех выходах напряжений нужного уровня на разъеме POWER_OK появляется напряжение около 5В.
ВАЖНО: Чтобы блок питания работал без подключения к компьютеру необходимо соединить зеленый провод с общим проводом. Лучше всего это сделать через переключатель.
Модернизация блока питания
1. Разборка и чистка
Нужно разобрать и хорошо очистить блок питания. Лучше всего для этого подойдет пылесос включенный на выдув или компрессор. Нужно проявлять повышенную осторожность, т.к. даже после отключения блока питания от сети на плате остаются напряжения, опасные для жизни.
2. Подготавливаем провода
Отпаиваем или откусываем все провода, которые не будут использованы. В нашем случае, мы оставим два красных, два черных, два желтых, сиреневый и зеленый.
Если есть достаточно мощный паяльник - лишние провода отпаиваем, если нет - откусываем кусачками и изолируем термоусадкой.
3. Изготовление передней панели.
Сначала нужно выбрать место для размещения передней панели. Идеальным вариантом та будет сторона блока питания, с которой выходят провода. Затем делаем чертеж передней панели в Autocad или другой аналогичной программе. При помощи ножовки, дрели и резака из куска оргстекла изготавливаем переднюю панель.
4. Размещение стоек
Согласно отверстий для крепления в чертеже передней панели просверливаем аналогичные отверстия в корпусе блока питания и прикручиваем стойки, которые будут держать переднюю панель.
5. Регулировка и стабилизация напряжения
Для возможности регулировки выходного напряжения нужно добавить схему регулятора. Была выбрана знаменитая микросхема LM317 из-за ее простоты включения и невысокой стоимости.
LM317 представляет собой трехвыводный регулируемый стабилизатор напряжения, способный обеспечить регулировку напряжения в диапазоне от 1.2В до 37В при токе до 1.5А. Обвязка микросхемы очень простая и состоит из двух резисторов, которые необходимы для задания выходного напряжения. Дополнельно данная микросхема имеет защиту перегрева и перегрузки по току.
Схема включения и распиновка микросхемы приведены ниже:
Резисторами R1 и R2 можно регулировать выходное напряжение от 1.25В до 37В. Т.е в нашем случае, как только напряжение достигнет 12В, то дальнейшее вращение резистора R2 напряжение регулировать не будет. Чтобы регулировка происходила на всему диапазону вращения регулятора необходимо рассчитать новое значение резистора R2. Для расчета можно использовать формулу, рекомендуемую производителем микросхемы:
Погрешность при этом получается очень низкой, так что вторую формулу вполне можно использовать.
Принимая во внимание полученную формулу можно сделать следующие выводы: когда переменный резистор установлен на минимальное значение (R2 = 0) выходное напряжение составляет 1.25В. При вращении ручки резистора выходное напряжение будет возрастать, пока не достигнет масимального напряжения, что в нашем случае составляет чуть меньше 12В. Другими словами максимум у нас не должен превышать 12В.
Приступим к расчету новых значений резисторов. Сопротивление резистора R1 возьмем равным 240 Ом, а сопротивление резистора R2 рассчитаем:
R2=(Vout-1,25)(R1/1.25)
R2=(12-1.25)(240/1.25)
R2=2064 Ома
Ближайшее к 2064 Ом стандарное значение сопротивления резистора равно 2 кОм. Значения резисторов будут следующие:
R1=240 Ом, R2=2 кОм
На этом расчет регулятора закончен.
6. Сборка регулятора
Сборку регулятора можно выполнить навесным монтажем, припаивая детали напрямую к выводам микросхемы и соединяя остальные детали при помощи проводов. Также можно специально для этого вытравить печатную плату или собрать схему на монтажной. В данном проекте схема была собрана на монтажной плате.
Еще обязательно нужно прикрепить микросхему стабилизатора к хорошему радиатору. Если радиатор не имеет отверстия для винта, тогда оно делается сверлом 2.9мм, а резьба нарезается тем же винтом М3, которым будет прикручена микросхема.
Если радиатор будет прикручен напрямую к корпусу блока питания, тогда необходимо изолировать заднюю часть микросхемы от радиатора кусочком слюды или силикона. В этом случае винт, которым прикручена LM317 должен быть изолирован с помощью пластиковой или гетинаксовой шайбы. Если же радиатор не будет контактировать с металлическим корпусом блока питания, микросхему стабилизатора обязательно нужно посадить на термопасту. На рисунке можно увидеть, как радиатор крепится эпоксидной смолой через пластину оргстекла:
7. Подключение
Перед пайкой необходимо установить светодиоды, выключатель, вольтметр, переменный резистор и разъемы на переднюю панель. Светодиоды отлично вставляются в отверстия, просверленные 5мм сверлом, хотя дополнительно их можно закрепить суперклеем. Переключатель и вольтметр держатся крепко на собственных защелках в точно выпиленных отверстиях Разъемы крепятся гайками. Закрепив все детали, можно приступать к пайке проводов в соответствии со следующей схемой:
Для ограничения тока последовательно с каждым светодиодом припаивается резистор сопротивлением 220 Ом. Места соединений изолируются при помощи термоусадки. Коннекторы припаиваются к кабелю напрямую или через переходные разъемы Провода должны быть достаточно длинными, чтобы можно было без проблем снять переднюю панель.
Перед подключением вольтметра, нужно внимательно разобраться со схемой подключения, рекомендованной производителем.
В нашем случае для питания индикатора необходимо было постоянное напряжение 9-12В. Для этих целей подойдет плата от любого блока питания, способная выдавать требуемое напряжение или зарядное устройство от старого телефона. Также возможно использовать одно из фиксированных напряжений блока питания ATX.
8. Последние штрихи
Первое, что мы можем сделать, так это приклеить четыре силиконовый ножки-подставки, чтобы не царапать стол, понизить уровень шума и способствовать лучшему охлаждению БП.
Далее, необходимо закрыть боковые грани между блоком питания и передней панелью полосками оргстекла. Ширина полосок должна быть такой же, как и высота стоек, которые мы использовали. Боковые панели соединяем с передней панелью при помощи дихлорэтана или клея. Для улучшения охлаждения сверлим отверстия напротив радиатора охлаждения. Так же, чтобы улучшить охлаждение нижнюю полоску можно не ставить.
9. Испытания
При помощи мультиметра нужно измерить напряжение между общим разъемом и разъемами с напряжением. При измерении регулируемого выхода измерения проводятся минимального и максимального напряжения. Результаты следующие:
Поскольку блок питания компьютера имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания, мы можем это проверить. Для этого закорачиваем проводом общий разъем и разъем 5В или 12В. Блок питания должен отключиться. Для повторного его включения необходимо выключить и снова включить выключатель подачи 220В. Регулируемый выход защищен микросхемой LM317. Защита в зависимости от температуры микросхемы срабатывает при превышении тока нагрузки 2-3А.
10. Улучшение
В процессе эксплуатации было замечено, что на микросхеме LM317 рассеивается очень большое количество тепла и радиатор достаточно горячий. Поэтому дополнительно, при помощи двух шурупов, был установлен 12-ти вольтовый вентилятор от видеокарты.
Питание вентилятора берется с выхода 12В, и желательно запитать его через дополнительный выключатель, чтобы вставить его только тогда, когда это необходимо.
Читайте также: