• Русский
  • Українська

Лабораторный блок питания 0-50 В, 3 А. Часть 1

Виды лабораторных блоков питания и их применение

Ни для кого не секрет, что одним из наиболее полезных приборов в домашней мастерской радиолюбителя является лабораторный блок питания. Что это и для чего вообще он нам нужен?

Лабораторный блок питания (или ЛБП) представляет собой стабилизированный источник питания, который обеспечивает высокую точность напряжения на выходе вне зависимости от нагрузки. Делятся на два типа: импульсные и линейные (трансформаторные). 

Преимуществами импульсного блока питания являются его меньший в сравнении с линейными БП вес и более высокий КПД. В свою очередь блоки питания линейного типа весят куда больше из-за примененного в их конструкции сетевого трансформатора. Но за счет этого достигается уменьшение помех. Субъективно можно также добавить к достоинствам линейных БП это их надёжность. Тут всё просто - меньше радиодеталей, меньше вероятность выхода из-строя схемы. К тому же импульсные схемы, как правило, требуют больших усилий в настройке/отладке, а это для сборки блока питания своими играет немаловажную роль.

Также ЛБП разделяют на одно- и многоканальные. Количество каналов говорит нам о количестве выходов разных напряжений к которым можно одновременно подключить различную нагрузку.

В зависимости от дороговизны БП в нём могут быть реализованы различные полезности: ограничение по току, точная регулировка выходных параметров (кроме грубой), защита от перегрузки, термозащита и др. Выходное напряжение выводится на аналоговые (стрелочные) показометры или на цифровые (семисегментные светодиодные индикаторы либо ЖК-экран).

Ну, вроде с основными параметрами лабораторных блоков питания разобрались. Теперь о практическом применении. 

Каждый раз после сборки платы наступает момент когда нужно наконец-то таки проверить на работоспособность наше новое устройство. Можно конечно запитать от батареек или аккумуляторов. Но ток от будет небольшим, продолжительность работы - сомнительная, а стабильность напряжения на выходе будет "гулять". Вот здесь нам и пригодится регулируемый блок питания, которым мы сможем задавать нужное выходное напряжение. Также кроме как при проверке собранной схемы БП пригодится и при ремонте радиоэлектроники, когда блок питания ремонтируемого устройства неисправен.

Какой выбрать?

Как нетрудно догадаться, но выбор нужного нам прибора зависит от бюджета, что часто бывает. Часто. Бывает. Очень. smile Более "навороченные" устройства стоят дороже. Но для домашних ремонтов подойдет следующая конфигурация:

  • одноканальный, одно- или двухполярное питание
  • выходное напряжение 0-30 В
  • выходной ток до 2-3 А
  • ограничение по току

Со стрелочными показометрами будет дешевле; линейного типа (трансформаторный) - дешевле. Кстати, о показометрах - почему они дешевле? Ну тут всё просто. Стрелки не отображают сотые и десятые вольт/ампер; больше погрешность - меньше цена.

Однополярное питание - на черной клемме БП будет 0 В, на красной положительный потенциал. При двухполярном питании на черной клемме вместо ноля будет отрицательный потенциал (например -10В относительно ноля). Выходной ток - максимальный ток, который может выдать прибор.  Ограничение по току - возможность выставлять максимальных выходной ток (например, когда при КЗ будут течь не все 3 А, а установленные вами 0.5 А).

С этим тоже разобрались. Теперь выбор стоит за следующим - покупать или сделать самому? Если покупать в Украине, то цена на подобный по параметрам (0-30 В, 5 А) самый дешевый блок питания на момент написания статьи составит более $80. Делать подобный самому - дешевле. Да, возможно, сделанный вручную будет уступать по красоте заводским приборам. Но из плюсов такого выбора стоит отметить что при одинаково затраченных средствах можно собрать более функциональное устройство; при надлежащем конструировании это будет более надёжный/качественный БП. К тому же это опыт, который дорогого стоит. В общем, выбираем вариант "сделать своими руками".

Сборка своими руками

Конечные параметры нам известны. Основываясь на них ищем готовую схему проверенного в работе БП. Подобных схем в интернете масса. Разумеется, вариант собственного конструирования с нуля никто не отменял, но для этого нужны явно не начальные знания в радиотехнике. И те, кто ими обладает сами давно уже собрали что хотели.

Итак, схема. За основу была выбрана схема "Простого и доступного блока питания 0-50 В"

Лабораторный блок питания (версия 16у2)

Почему на 50 В, а не 30 В? Примерно в период когда собирался данный блок питания случилось мне ремонтировать ЭПРА (электронный балласт для люминесцентных ламп). И была там радиодеталь, именуемая как динистор DB3. Проверить мультиметром её не представляется возможным в силу специфики работы динистора - в оба конца он не "звонится". У него существует напряжение пробоя при котором динистор "открывается". Пока напряжение на нём не достигнет 28-36 В мы не узнаем рабочий ли он. Забегая наперёд скажу, что за 3 года использования этого блока питания пользоваться напряжением свыше 30 В приходилось считанные разы. 

Имея "на руках" выходные напряжение и ток мы можем прикинуть трансформатор какой габаритной мощности нам потребуется. В нашем случае это 50 В, умножаем на ток в 3 А и получаем мощность в 150 Вт. Это минимальная мощность для тора (трансформатора). Желательно докинуть +20%, чтобы компенсировать низкий КПД его работы. Поэтому для нашего лабораторного блока питания на барахолке был выбран трансформатор ТС-160. Такой устанавливался в старые черно-белые телевизоры. Его стоимость в б.у. состоянии примерно $5. Имеет "на борту" две катушки, на каждой одна первичная обмотка и несколько вторичных. Вторичка нам не нужна - её необходимо смотать. 

Трансформатор ТС-160 до перемотки Трансформатор ТС-160 после перемотки

Основная вторичная обмотка мотается проводом диаметром 1.45 мм. Более тонким - нежелательно, более толстым - есть вероятность, что катушки не станут на магнитопровод, поскольку и так всё впритык (как видно на рисунке). Для питания вольтметра, амперметра и вентилятора - отдельная обмотка. Желательно после намотки пропитывать чем-то витки - лаком, парафином и т.д. Потому что при работе могут быть слышны небольшие щелчки при включении одной из силовых обмоток. Да и гудеть может.

Кстати про основную вторичную обмотку - их четыре. Как видно из шильдика каждая на 10 В переменного напряжения. Почему так? В процессе работы БП будет автоматически подключать нужное количестве обмоток для получения нужного входного напряжения. Например, при 5 В на выходе ему хватит и одной обмотки. Если нам требуется получить на выходе 15 В - будет подключена вторая. 

Для чего это нужно? Дело в том, что если мы подадим на вход все 40 В (это примерно 56 В "постоянки"), но на выходе выставим напряжение в 10 В, то остальные 46 В будут рассеиваться на силовом транзисторе. И при токе в 3 А на нём будет рассеяно около (46 В * 3 А) - (10 В * 3 А) = 108 Вт. Ну, вобщем-то с этим можно жить. Поставить здоровенный радиатор, к нему вентилятор и всё бы хорошо. Но такой блок питания превращается в недвижимость - помимо тяжелого сетевого трансформатора к весу прибавится еще и радиатор.

Как решить эту проблему? Повышать входное напряжение в зависимости от требуемого напряжения на выходе. Конечно, это можно делать и вручную с помощью галетного переключателя, например. Не хватает на выходе напряжение - клацнули и подключилась еще одна обмотка. Соответственно, на вход от одной обмотки в 10 В переменки придет около 10 В * 1.414 = 14 В постоянки (не учитывая падение напряжения на диодном мосту). Но делать это с помощью переключателя, согласитесь, что не комильфо. Поэтому и была использована схема "Электронный коммутатор вторичных обмоток лабораторного БП".

Электронный коммутатор вторичных обмоток лабораторного БП

Схема питается от отдельной обмотки. Можно не обязательно от 5 В, но придется расчитать ограничительные резисторы в случае изменения напряжения. Хоть и расчитана схема на работу в ней как тиристоров, так и симисторов, но заставить работать на симисторах у меня не получилось - происходил пробой при подключении следующей обмотки. На тиристорах же всё заработало с первой попытки. Обратите внимание, что стабилитроны ZD1-ZD3 расчитаны на напряжение обмоток. Поскольку в моём случае обмотки по 10 В, то и стабилитроны нужно брать на большее напряжение. Оптроны использованы MOC3023.

Еще хочу подчеркнуть такой ньюанс. В этой схеме в качестве переключателей использованы полупроводниковые элементы - тиристоры. Благодаря им при переключении мы не слышим каких-либо щелчков. Дело в том, что этот переключатель обмоток - не единственный вариант какой я попробовал. Была еще собрана плата по следующей схеме: 

Переключатель обмоток ЛБП на реле Переключатель обмоток ЛБП на реле

И всё бы хорошо, вроде и переключала как нужно. Но этот дребезг ... Ведь схема построена на реле и при плавном изменении напряжения можно оказаться между предыдущей обмоткой и следующей. Тогда и происходило постоянное включение/отключение этой следующей обмотки. Такое же поведение будет когда БП работает в режиме ограничения тока и и напряжение "подстраивается" под исходящий ток. Вобщем, я посчитал такую конструкцию ненадёжной и непрактичной. 

Что же касается "переключалки" на тиристорах, то тестовый вариант выглядел вот так: 

Электронный коммутатор вторичных обмоток лабораторного БП

С трансформатором и переключением обмоток на нём разобрались. Важно начать именно с транса, поскольку под него нужно будет искать корпус подходящих размеров. Да и чтобы подобрать сразу под требуемые напряжение/ток.

В следующей части будет разбор уже самой платы БП, корпуса, показометров и пр. Будет много картинок laughing

  Читайте далее Лабораторный блок питания 0-50 В, 3 А. Часть 2.

Поделитесь своим мнением о статье