Блок питания своими руками (лабораторный, регулируемый): схемы на lm317, lt1083 из китайских модулей от 0 до 30В 10а

Основные узлы регулируемого блока питания

Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема.

Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.

После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.

Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.

Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят.

Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким.

Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования).

Возможно заинтересует: Как из старого блока питания компьютера сделать зарядное устройство

Виды источников питания

Все источники питания можно разделить на два больших класса:

• импульсные;
• трансформаторные.

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, базирующиеся на принципе действия. Трансформаторный источник питания с линейным регулятором напряжения распределяет энергию между нагрузкой и регулирующим элементом (как правило, мощным транзистором) и представляет собой делитель напряжения. Одним плечом служит регулирующий элемент, другим – нагрузка.

Рекомендуем:Виды блоков питания и их назначение

При уменьшении напряжения на нагрузке (например, из-за увеличения потребляемого тока) транзистор приоткрывается и поддерживает это напряжение постоянным. При увеличении напряжения на нагрузке процесс обратный – транзистор призакрывается. Так происходит процесс стабилизации.

Импульсный источник питания действует по другому принципу. Здесь энергия распределяется во времени. У ключевых транзисторов всего два состояния – они либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Длительность открытого положения определяет средний ток через первичную обмотку трансформатора и усредненное напряжение на выходных конденсаторах фильтра (соответственно, и на нагрузке).

В идеальном импульсном источнике стабилизированного напряжения у ключей в открытом положении нулевое сопротивление, падение напряжения отсутствует, а в закрытом – полностью отсутствует ток. Поэтому энергия на транзисторах не рассеивается.

Но основные потери, снижающие КПД, происходят по другой причине. Транзисторные ключи переходят из одного состояния в противоположное не мгновенно. На это нужно время, зависящее от быстродействия элемента. Во время перехода через транзистор идет сквозной ток, на нем падает напряжение – следовательно, выделяется мощность. Эти потери называются коммутационными, их величина зависит от частоты преобразования.

Но все равно, КПД такого источника выше, чем линейного. И это основной плюс такой схемы. Другое достоинство – меньшие габариты и вес источника питания. Это достигается за счет того, что преобразование осуществляется на достаточно высокой частоте – до нескольких десятков килогерц.

Обычно на ток до 2 А применяются линейные источники напряжения. Ближе к токам 3 А и выше достоинства импульсников начинают перевешивать.

Где 12 вольт, а где 5? разбираемся с цветовой маркировкой

Как узнать, на каких нитях образуется напряжение? Где, например, на блоке питания компьютера 12 вольт? Тестер для этого не понадобится, так как все провода, выходящие из блока питания компьютера, имеют строго определенный общепринятый цвет. Поэтому вместо тестера вооружаемся табличкой внизу.

Расцветка и назначение проводов блока питания ATX

Табличка в особых пояснениях не нуждается. С зеленым проводом (Power) мы познакомились в предыдущем разделе — материнская плата посылает сигнал низкого уровня (короткое замыкание на общий) для включения питания. Синий провод в новых моделях блоков питания может отсутствовать, поскольку производители материнских плат отказались от интерфейса RS-232C (COM-порт), для которого требуется -12 В.

Фиолетовый провод ( 5 VSB) — это только действующий 5 В, который питает служебные узлы материнской платы. На сером проводе (Power good) блок питания показывает, что все напряжения в норме и компьютер можно включать. Если какое-либо напряжение выходит за пределы допустимого диапазона или исчезает во время работы, сигнал удаляется.

Кроме того, это происходит до того, как накопительные конденсаторы источника питания успевают разрядиться, что дает процессору время для принятия экстренных мер по выключению системы. Остальные кабели — это силовые кабели для материнской платы и периферийных устройств: дисководов гибких дисков, внешних видеокарт и т.д.

Импульсный бп на tl494

Микросхема TL494 является культовой в сфере построения импульсных источников питания. Большинство БП стационарных компьютеров сделано на ее основе.

На базе TL494 можно сделать и лабораторный источник в соответствии с рассмотренной выше структурой.

На входе блока установлен сетевой фильтр. После него расположен высоковольтный выпрямитель на VDS1 (можно применять любые сборки и диоды на соответствующее напряжение и то), формирующий постоянное напряжение 220 вольт. Параллельно выпрямителю включен вспомогательный трансформатор TR3 с выпрямителем VDS2.

Эти элементы формируют напряжение 12 вольт для питания микросхем. TL494 генерирует последовательность импульсов, частота которых определяется цепочкой С3R3. Сигнал усиливается ключами на транзисторах T1, T2 и через трансформатор TR1 подается на базы T3, T4.

Эти мощные транзисторы формируют высоковольтные импульсы в первичной обмотке трансформатора TR2. Импульсы с частотой следования несколько десятков килогерц трансформируются во вторичную обмотку трансформатора, выпрямляются сборкой D5, фильтруются и подаются к потребителю.

Советуем прочесть:Схема бестрансформаторного источника питания

Цепь обратной связи по напряжению формируется на элементах OP3, OP4 операционного усилителя. Резистором R15 устанавливается необходимый выходной уровень. Фактический ток измеряется как падение напряжения на шунте из резисторов R25, R26. Элементы OP1, OP2 создают цепь ограничения наибольшего тока (необходимое значение устанавливается потенциометром).

Микросхема TL494 в зависимости от заданного тока и напряжения увеличивает или уменьшает длительность открытого состояния ключей. Транзисторы T3, T4, а также диод D5 должны быть установлены на радиаторы. Крайне желательно организовать принудительный обдув элементов схемы. Вентилятор может быть подключен к источнику постоянного напряжения 12 вольт.

Номиналы и типы элементов приведены на схеме. Многие комплектующие, включая намоточные элементы, можно взять от неисправного или ненужного компьютерного БП. Дроссель L5 намотан на желтом тороидальном сердечнике и содержит 50 витков провода диаметром 1,5 мм.

Другой вариант применения микросхемы TL494 – в импульсном стабилизаторе для БП, выполненного по «трансформаторной» схеме. Этот источник выдает напряжение от 0 до 30 вольт при токе до 5 ампер.

Здесь микросхема управляет открытием и закрытием ключа на транзисторе VT1. В открытом состоянии энергия накапливается в дросселе L1, в закрытом – отдается из дросселя потребителю. Диод VD1 «съедает» импульс отрицательного напряжения, возникающий при коммутации цепи с большой индуктивностью.

Чем больше нагрузка, тем быстрее расходуется энергия в индуктивности, тем быстрее падает напряжение на конденсаторе C4, тем на большее время надо открывать транзистор. Напряжение обратной связи поступает на микросхему с движка потенциометра R9. Им устанавливается необходимый выходной уровень.

Участок схемы, содержащий операционный усилитель LM358 и логическую микросхему К155ЛА3 (лучше применить К555ЛА3) служит для индикации режима БП – стабилизация тока или стабилизация напряжения.

Резисторы R4 и R10, предназначенные для точной подстройки напряжения и тока, можно не ставить – на практике от них пользы нет. При сборке надо обеспечить эффективное охлаждение элементов:

• транзистора VT1;
• диода VD1;
• дросселя L1;
• шунта R12.

Использование кулера крайне рекомендуется. Также следует установить приборы для индикации текущих значений тока и напряжения.

Рекомендуем попробовать: Переделка компьютерного блока питания в лабораторный с регулировкой напряжения

Как подобрать компоненты

Для трансформаторного источника подбирается, в первую очередь, трансформатор. В большинстве случаев он берется готовый из того, что есть. Этот узел должен выдавать требуемый ток при максимальном напряжении. Сочетание этих параметров обеспечивается габаритной мощностью трансформатора.

Мощность вычисляется по формуле:

P=S2/1.44 где:

• P-мощность в Ваттах;
• S— сечение в квадратных сантиметрах.

Если трансформатор проходит по мощности, но вторичная обмотка рассчитана на другое напряжение, ее можно удалить и намотать новую (если уместится). Количество витков рассчитывается так:

• определяется количество витков на вольт по формуле 50/S, где S – площадь сердечника в кв.см.;
• эта величина умножается на необходимый уровень напряжения.

Так, для площади 6 см на 1 вольт приходится 50/6=8,3 витка на вольт. Для напряжения 35 вольт обмотка должна иметь 35*8,3=291 виток. Диаметр провода рассчитывается по формуле D=0,02, где I – ток в миллиамперах. Для тока в 5 ампер надо взять провод диаметром 0,02*=70*0,02=1,4 мм.

Если для линейного регулятора подбирается мощный транзистор, основной критерий для применения – ток коллектора. Он должен с запасом перекрывать ток нагрузки. Этот параметр для распространенных отечественных и зарубежных транзисторов приведен в таблице.

Также надо обратить внимание на такой параметр, как максимальное напряжение между коллектором и эмиттером. При входном напряжении 35 вольт и выходном 1,5 разница составит 33,5 вольт, для некоторых полупроводниковых приборов это недопустимо.

Емкость оксидного конденсатора, стоящего после выпрямителя, выбирается исходя из нагрузки. Существуют формулы для расчета параметров фильтра, но на практике подход простой: чем больше, тем лучше. Сверху на емкость наложено два ограничения:

• габариты конденсатора;
• бросок тока на заряд, который может быть значительным при большой емкости.

Как собрать лабораторный блок из китайских модулей

На торговых площадках в интернете можно приобрести готовые китайские модули, на основе которых можно построить неплохой лабораторный источник питания.

ЛБП строится по структуре линейного источника, но составляющие имеют совершенно другой принцип работы. Так, вместо обмоточного трансформатора можно применить плату WX-DC2416 36V-5, которая при питании от сети 220 вольт переменного тока на выходе выдает 36 вольт постоянного при токе до 5 А.

В качестве стабилизатора можно применить плату на базе микросхемы LM2596. В продаже имеется несколько вариантов таких плат, удобнее всего использовать модуль с готовым техническим решением по регулировке максимального тока. Отличить такой модуль можно по наличию трех (а не одного) подстроечных резисторов на плате.

При подаче на вход 35 вольт путем регулировки на выходе можно получить 1,5..30 вольт постоянного напряжения. Производитель декларирует наибольший ток в 3 ампера, но на практике уже при токах, превышающих 1 А микросхема начинает греться. Для отдачи максимальной мощности нужен дополнительный радиатор достаточной площади.

Для оперативной регулировки надо выпаять два крайних подстроечных резистора и заменить их потенциометрами, которые надо вывести на переднюю панель блока питания. Чтобы получился полноценный блок питания надо добавить еще прибор для измерения тока и напряжения. Его также можно приобрести через интернет. Удобнее применять измеритель в едином блоке, чем два прибора отдельно.

Осталось только добавить тумблер питания, клеммник для подключения потребителя, связать модули в единую систему и поместить в корпус. По габаритам неплохо подойдет корпус от неисправного компьютерного блока питания.

Некоторые пользователи жалуются, что выходное напряжение грязновато. Это не удивительно, ведь блок питания импульсный. Если это не устраивает владельца БП, можно попробовать исправить проблему установкой дополнительных конденсаторов (показаны на схеме). Емкость подбирается экспериментально, но не менее 1000 мкФ.

Для наглядности рекомендуем к просмотру серию тематических видеороликов.

Лабораторный источник питания при самостоятельном изготовлении обходится совсем недорого. Многие комплектующие могут быть извлечены из куч радиохлама, имеющегося у каждого любителя электронных самоделок. Но служить ЛБП будет долго и принесет большую пользу.

На lt1083

Вместо микросхемы LM317 можно применить LT1083. Ее специфические отличия:

• низкое падение напряжения (при максимальном токе не более 1,5 В);
• повышенный выходной ток.

Первое преимущество ведет к тому, что на микросхеме будет рассеиваться меньшая мощность, поэтому при малых значениях напряжения с нее можно снять повышенный ток. К тому же выходное напряжение трансформатора можно сделать более низким (ненамного, на 1..2 вольта, но иногда и это критично).

Второй плюс ведет к тому, что во многих случаях можно обойтись без внешнего мощного транзистора. Наибольший ток, отдаваемый стабилизаторами серии LT108X, приведен в таблице.

Ток в 7,5 ампер закрывает 90 процентов нужд домашней лаборатории. В остальном по теме обзора схема не отличается от схемы на LM317.

Статья в тему: Схемы компьютерных блоков питания — полное описание с примерами

На п210 транзисторе

В запасниках многих радиолюбителей сохранились транзисторы П210. Применение для них найти не так просто – появились более современные компоненты, их частотные характеристики и коэффициент усиления оставляют устаревший прибор далеко позади. Но один параметр — максимальный ток коллектора П210, составляющий 12 А при установке на радиаторе — позволяет и сегодня использовать их в регулируемых источниках питания.

Схема несложная, но надо обратить внимание, что транзистор включается в отрицательное плечо (П210 имеет структуру p-n-p). Конденсатор после выпрямителя должен иметь емкость не менее 5000 мкФ, а на выходе – не меньше 1000 мкФ. П210 может иметь малый коэффициент усиления, поэтому к нему добавлен транзистор VT2 – любой маломощный структуры p-n-p.

В источнике можно применить трансформатор ТН-36-127/220-50, имеющий 4 вторичные обмотки по 6,3 вольта. Соединив две из них последовательно, можно построить самодельный блок питания с выходным напряжением до 12 В, а если соединить по той же схеме 4 обмотки – до 24 В. Также можно использовать другие понижающие трансформаторы, подходящие по току и напряжению.

Подобные источники регулируемого напряжения можно строить и на других транзисторах, включая n-p-n. В этом случае силовой элемент включается в положительное плечо БП.

Регулируемый источник питания из бп atx на tl494. часть 1 — железо