Регулируемый блок питания своими руками. Лабораторный блок питания своими руками

В частные дома и квартиры подается однофазное переменное напряжение 220 В. Оно идеально подходит для работы электрических лампочек накаливания, освещающих жилище. Однако для бытовой техники необходимо питание от постоянного тока и с гораздо меньшим напряжением.

Общие понятия о сети

Всем известно, чтобы заработал телевизор или компьютер необходимо его подключить к электрической розетке. Однако не все знают, что блоки и узлы телевизора не могут включаться напрямую от электросети 220В.

И этому есть две причины:

• В розетке переменный ток, а компонентам телевизора необходим постоянный;
• Различные узлы и схемы телевизора для своей работы используют напряжения различной величины. А для этого понадобится несколько линий с различным показателями.

К примеру, для работы радиоприемника необходимо постоянное напряжение 9В. А для компьютера 5В и 12 В.

Для того чтобы получить напряжение необходимой величины существуют блоки питания, которые расположены в корпусе бытовой техники.

Что такое блок питания?

Блоком питания называется электронное устройство , преобразующее переменное напряжение в постоянное. Оно обеспечивает отдельные компоненты, током и напряжением необходимого номинала.

Блок питания – это источник электроэнергии для всех компонентов прибора.

Можно ли обойтись без блока питания? Можно, но не всегда.

Вместо БП можно использовать аккумуляторы или батарейки .

Такой принцип приемлемый в ноутбуках, приемниках или плеерах, где потребляемая мощность не слишком велика.

Для стационарного компьютера или телевизора такое включение нецелесообразно.

В бытовой технике используют два типа:

• Трансформаторные;
• Импульсные.

Каждый из этих блоков идеально подходит для тех или иных электронных приборов, согласно заданным техническим характеристикам.

Выделить лучший или худший тип невозможно. Они имеют свои преимущества и недостатки и успешно решают поставленную перед ними задачу.

Трансформаторный БП состоит из понижающего трансформатора с первичной обмоткой под сетевое напряжение. И вторичной обмоткой из расчета необходимого напряжения и тока.

Преобразование переменного напряжения в постоянное осуществляется с помощью выпрямителя. Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью конденсаторов большой емкости. В схему трансформаторного блока могут входить фильтры от высокочастотных помех, защита от короткого замыкания, стабилизаторы тока и напряжения.

Трансформаторные блоки питания отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, доступностью элементной базы и низким уровнем собственных помех. Собираются по простым схемам.

Однако такие БП имеют большой вес и габариты, низкий коэффициент полезного действия.

Импульсные блоки питания основаны на принципе первоначального выпрямления входящего напряжения, с последующим преобразованием в импульсы повышенной частоты.

В импульсных блоках с гальванической развязкой, питание сети подается на трансформатор (с гораздо меньшими размерами, чем в трансформаторном БП).

Если гальваническая развязка от питающей сети не нужна, то импульсы сразу подаются на низкочастотный выходной фильтр.

Благодаря использованию отрицательной обратной связи, импульсные блоки питания выдают стабильные характеристики независимо от колебаний входящего напряжения и величины нагрузки.

Импульсные БП имеют сравнительно небольшие габариты и вес. Они охватывают широкий диапазон входящего напряжения и частоты, отличаются высоким показателем коэффициента полезного действия.

К недостаткам следует отнести высокочастотный уровень помех, вызванный принципом работы импульсных блоков питания.

Как правило, блоки питания уже встроены в аппаратуру , и нет необходимости в этом что-то менять. Однако в отдельных случаях возникает необходимость иметь обособленный блок питания на определенное напряжение.

Например: радиоприемник рассчитан на работу от батареек и не имеет встроенного регулирующего устройства. Резонно использовать отдельно стоящий БП. Это избавит от хлопот, связанных с частой заменой элементов питания.

В случае когда радиолюбитель занимается изготовлением или ремонтом радиоэлектронных устройств, ему приходится работать с аппаратурой, использующей различные напряжения питания. Тогда полезным будет блок питания с регулируемым выходным напряжением.

Конечно, такое устройство можно приобрести в магазине электроники . Однако творческому человеку куда приятнее изготовить такой прибор своими руками. Тем более что в продаже может не оказаться блока питания с необходимыми мастеру характеристиками.

В радиожурналах и на просторах интернета можно найти огромное количество всевозможных схем регулируемых блоков питания.

Но в радиолюбительской практике вполне достаточно иметь простой регулируемый БП от 0 до 12В. Такой прибор под силу изготовить своими руками как опытному, так и начинающему радиолюбителю.

Преимущества блока питания

Схема простого, но надежного блока питания с плавной регулировкой состоит из двух частей:

• Основная часть (сам блок питания);
• Транзисторная схема регулятора выходного напряжения.

В основную часть входит:

• Понижающий трансформатор мощностью до 30Вт. Необходим трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на переменный ток 220В и вторичной обмоткой с выходным напряжением 15В и током 2-3 ампера;
• Выпрямитель, собранный на четырех диодах КД202 (или аналогичных) для преобразования постоянного напряжения из переменного;
• Электролитический конденсатор емкостью не менее 1000 микрофарад. Благодаря своей способности накапливать и отдавать напряжение он выполняет функцию сглаживающего фильтра. Чем выше номинал конденсатора, тем меньше скачки напряжения.

В транзисторную схему входит:

• Параметрический стабилизатор, состоящий из резистора и стабилитрона. На стабилитроне образуется постоянная величина с малым коэффициентом отклонения;
• Переменный резистор, осуществляющий плавное изменение выходного напряжения;
• Эмиттерный повторитель, состоящий из двух транзисторов работающих в режиме усиления тока.

При правильном монтаже, устройство начинает работать сразу, без каких-либо настроек в схеме.

Проверяем в работе

Подключаем вольтметр к выходу БП. Поворачиваем регулятор напряжения на минимум. Показания вольтметра должны равняться нулю. Плавно переводим регулятор в правое положение. Показания вольтметра должны плавно увеличиваться вплоть до максимума +12В.

Параллельно вольтметру включаем нагрузку в пол-ампера . Просадка выходного напряжения должна быть минимальной.

При всей простоте конструкции, БП выдает неплохие характеристики и параметры.

Небольшие доработки своими руками позволят улучшить конструкцию. К примеру, можно установить узел защиты от перегрузок, или установить внутренний вольтметр.

В любой радиолюбительской мастерской не обойтись без источника питания с возможностью изменения величины напряжения в широких пределах. Представленное устройство предназначено для регулирования напряжения от полвольта почти до величины входного напряжения и регулирования величины ограничения тока нагрузки. При наличии готового нерегулируемого источника питания напряжением 20-30 В и допустимым током нагрузки до 5 А, этот блок позволит сделать источник универсальным.

Схема

За основу взята распространённая схема (рис.1), обсуждаемая на некоторых радиолюбительских форумах.

Честно говоря, стабилизированной эту схему назвать нельзя однозначно, но тем не менее я рекомендую её для начинающих радиолюбителей, нуждающихся в регулируемом источнике питания. Схема хороша тем, что позволяет регулировать напряжение в широких пределах, а также ограничивать ток нагрузки, что исключает перегрузку источника питания при коротких замыканиях.

У этой схемы есть один существенный недостаток. При регулировании напряжения, оно изменяется не равномерно. От минимума напряжение нарастает очень медленно, но ближе к максимуму процесс становится настолько стремительным, что точная установка требуемого значения весьма затруднительна. По этому поводу на многих форумах не мало соплей и плевков. Не советую уподобляться истерикам и размазывать сопли по этому поводу, всё, что требуется от настоящего радиолюбителя – включать мозг.

Суть проста. Чтобы получить линейный характер регулирования при нелинейном изменении величины регулирования линейным элементом, нужно скорректировать его характеристику в сторону обратной нелинейности… Вот такая не шуточная шутка получилась:)

Предлагаю Вам свой вариант схемы, в котором применена отечественная элементная база и добавлен элемент коррекции нелинейности регулировки напряжения – рисунок 2.

Обратите внимание на подстроечный резистор R7. Его роль как раз и заключается в коррекции характеристики регулирования.

В качестве регулирующего элемента я применил транзистор КТ819ГМ (просто оказался в наличии). Он выполнен в массивном металлическом корпусе и рассчитан на ток коллектора до 15А. Этот транзистор необходимо размещать на радиаторе для эффективного теплоотвода.

В качестве шунта R2 я использовал параллельную спайку пяти двухваттных резисторов 5,1 Ом по 2 Вт каждый. Этот шунт я так же вынес за пределы платы, расположив рядом с радиатором транзистора.

У меня не оказалось переменного резистора 470 Ом, поэтому мне пришлось для R5 использовать резистор 1 кОм, но и при этом номинале ток регулируется достаточно равномерно.

Настройка схемы

Исходная схема (рисунок 1) практически не нуждается в настройке. Переработанная схема (рисунок 2) требует настройки коррекции характера регулирования напряжения. Настройка очень проста.

Подайте на вход напряжение питания (желательно от того источника, который будете брать за основу). Переменный резистор R6 выведите в крайнее положение, при котором напряжение выхода будет максимальным. Измерьте напряжение на выходе схемы. Переведите движок резистора R6 как Вам кажется точно в среднее положение. Подстроечным резистором R7 добейтесь на выходе схемы ровно половины того напряжения, которое измеряли при установке на максимум. Собственно – всё.

Данная коррекция не гарантирует абсолютную линейность регулировки, но визуально Вам покажется, что напряжение меняется идеально равномерно.

Применение

Плюс этой схемы заключается в ограничении максимального тока. Её можно использовать для сборки относительно бюджетного варианта источника питания. Для примера, я использовал в качестве преобразователя сетевого напряжения электронный трансформатор для галогенных ламп. У них есть серьёзный недостаток – отсутствие защиты от перегрузки. Но поскольку регулирующая схема ограничивает ток нагрузки, то практически защищает схему первичного преобразования от КЗ.

Файлы

Схема достаточно проста для повторения даже начинающими радиолюбителями, но, если кого интересует готовая печатка, качайте файл -

Кроме схемы и печатки в архиве содержится файл таблица с графиком, визуально отражающий изменение харауеристики равномерности регулирования при введении в схему корректирующего резистора, может кому то будет интересно, или даже полезно. Там в красных ячейках можно задавать величину сопротивлений переменного и корректирующего резистора. Изменение характеристики визуально можно наблюдать по представленным в файле графикам.

Предупреждение

Показанный в данной статье способ коррекции пригоден далеко не во всех случаях и может быть непреемлем для отдельного ряда задач!

ВНИМАНИЕ!!! Показанный способ коррекции следует использовать с особой осторожностью, зная принцип работы настраиваемого устройства и хорошо представляя, что Вы делаете! В других схемах при определённых положениях движка резисторов могут возникать недопустимые токи, способные вывести из строя резисторы или иные детали рабочего устройства!!! Используя описанный способ коррекции в своём устройстве вы действуете на свой страх и риск, а ещё лучше, представляете, что делаете. Ни какой ответственности за возможные причинённые неисправности Ваших устройств при применении корректирующего резистора по моей схеме лично я не несу.

Данный способ коррекции в конкретной представленной схеме на рисунке 2 абсолютно безопасен при любых номиналах корректирующего резистора и любых положениях движков корректирующего и переменного резисторов R7 и R6.

Из статьи вы узнаете, как изготовить блок питания регулируемый своими руками из доступных материалов. Его можно использовать для питания бытовой аппаратуры, а также для нужд собственной лаборатории. Источник постоянного напряжения может применяться для тестирования таких устройств, как реле-регулятор автомобильного генератора. Ведь при его диагностике возникает необходимость в двух напряжениях - 12 Вольт и свыше 16. А теперь рассмотрите особенности конструкции блока питания.

Трансформатор

Если устройство не планируется использовать для зарядки кислотных аккумуляторов и питания мощной аппаратуры, то нет необходимости в использовании крупных трансформаторов. Достаточно применить модели, мощность у которых не более 50 Вт. Правда, чтобы сделать регулируемый блок питания своими руками, потребуется немного изменить конструкцию преобразователя. Первым делом нужно определиться с тем, какой диапазон изменения напряжения будет на выходе. От этого параметра зависят характеристики трансформатора блока питания.

Допустим, вы выбрали диапазон 0-20 Вольт, значит, отталкиваться нужно от этих значений. Вторичная обмотка должна иметь на выходе переменное напряжение 20-22 Вольта. Следовательно, на трансформаторе оставляете первичную обмотку, поверх нее проводите намотку вторичной. Чтобы вычислить необходимое количество витков, проведите замер напряжения, которое получается с десяти. Десятая часть этого значения - это напряжение, получаемое с одного витка. После того как будет сделана вторичная обмотка, нужно произвести сборку и стяжку сердечника.

Выпрямитель

В качестве выпрямителя можно использовать как сборки, так и отдельные диоды. Перед тем как сделать регулируемый блок питания, проведите подбор всех его компонентов. Если высокая на выходе, то вам потребуется использовать мощные полупроводники. Желательно их устанавливать на алюминиевых радиаторах. Что касается схемы, то предпочтение нужно отдавать только мостовой, так как у нее намного выше КПД, меньше потерь напряжения при выпрямлении Однополупериодную схему использовать не рекомендуется, так как она малоэффективна, на выходе возникает много пульсаций, которые искажают сигнал и являются источником помех для радиоаппаратуры.

Блок стабилизации и регулировки

Для изготовления стабилизатора и разумнее всего использовать микросборку LM317. Дешевый и доступный каждому прибор, который позволит за считаные минуты собрать качественный блок питания регулируемый своими руками. Но его применение требует одной важной детали - эффективного охлаждения. Причем не только пассивного в виде радиаторов. Дело в том, что регулировка и стабилизация напряжения происходят по весьма интересной схеме. Устройство оставляет ровно то напряжение, которое необходимо, а вот излишки, поступающие на его вход, преобразуются в тепло. Поэтому без охлаждения вряд ли микросборка долго проработает.

Взгляните на схему, в ней нет ничего сверхсложного. Всего три вывода у сборки, на третий подается напряжение, со второго снимается, а первый необходим для соединения с минусом блока питания. Но здесь возникает маленькая особенность - если включить между минусом и первым выводом сборки сопротивление, то появляется возможность проводить регулировку напряжения на выходе. Причем блок питания регулируемый своими руками может изменять выходное напряжение как плавно, так и ступенчато. Но первый тип регулировки наиболее удобный, поэтому его используют чаще. Для реализации необходимо включить сопротивление переменное 5 кОм. Кроме того, между первым и вторым выводом сборки требуется установить постоянный резистор сопротивлением около 500 Ом.

Блок контроля силы тока и напряжения

Конечно, чтобы эксплуатация устройства была максимально удобной, необходимо проводить контроль выходных характеристик - напряжения и силы тока. Строится схема регулируемого блока питания таким образом, что амперметр включается в разрыв плюсового провода, а вольтметр - между выходами устройства. Но вопрос в другом - какой тип измерительных приборов использовать? Самый простой вариант - это установить два LED-дисплея, к которым подключить схему вольт- и амперметра, собранную на одном микроконтроллере.

Но в блок питания регулируемый, своими руками изготавливаемый, можно смонтировать пару дешевых китайских мультиметров. Благо их питание можно произвести непосредственно от устройства. Можно, конечно, использовать и стрелочные индикаторы, только в этом случае нужно проводить градуировку шкалы для

Корпус устройства

Изготавливать корпус лучше всего из легкого, но прочного металла. Идеальным вариантом окажется алюминий. Как уже было упомянуто, схема регулируемого блока питания содержит элементы, которые сильно нагреваются. Следовательно, внутри корпуса нужно монтировать радиатор, который для большей эффективности соединить можно с одной из стенок. Желательно наличие принудительного обдува. Для этой цели можно использовать термовыключатель в паре с вентилятором. Устанавливать их необходимо непосредственно на радиаторе охлаждения.

Можно довольно легко сделать источник питания, который имеет стабильное напряжение на выходе и регулировку от 0 до 28В. Основа - дешёвая , усиленная с помощью двух транзисторов 2N3055. В таком схемном включении она становится более чем в 2 раза мощнее. Вы можете при необходимости использовать эту конструкцию для получения и 20 ампер (почти без переделок, но с соответствующим трансформатором и огромным радиатором с вентилятором), просто в своём проекте не нуждался в таком большом токе. Ещё раз напоминаю: убедитесь, что вы установили транзисторы на большой радиатор, 2N3055 могут очень сильно нагреваться при полной нагрузке.

Список использованных в схеме деталей:

Трансформатор 2 x 15 вольт 10 ампер

D1...D4 = четыре MR750 (MR7510) диода или 2 x 4 1N5401 (1N5408).

F1 = 1 ампер

F2 = 10 ампер

R1 2k2 2,5 ватт

R3,R4 0.1 Ом 10 ватт

R9 47 0.5 ватт

C2 two times 4700uF/50v

C3,C5 10uF/50v

D5 1N4148, 1N4448, 1N4151

D11 светодиод

D7, D8, D9 1N4001

Два транзистора 2N3055

P2 47 или 220 Ом 1 ватт

P3 10k подстроечник

Хотя LM317 и имеет защиту от короткого замыкания, перегрузки и перегрева, предохранители в цепи сети трансформатора и предохранитель F2 на выходе не помешают. Выпрямленное напряжение: 30 х 1.41 = 42.30 вольт, измеренное на С1. Так что все конденсаторы должны быть рассчитаны на 50 вольт. Внимание: 42 вольт-это напряжение, что может быть на выходе, если один из транзисторов будет пробит!

Регулятор P1 позволяет изменять выходное напряжение на любое значение между 0 и 28 вольт. Так как в LM317 минимальное напряжение 1,2 вольта, то чтобы получить нулевое напряжение на выходе БП - поставим 3 диода, D7,D8 и D9 на выходе LM317 к базе 2N3055 транзисторов. У микросхемы LM317 максимальное выходное напряжение - 30 вольт, но с использованием диодов D7, D8 и D9 произойдёт наоборот падение выходного напряжения, и оно составит около 30 - (3х0,6В) = 28.2 вольта. Калибровать встроенный вольтметр нужно с помощью подстроечника P3 и, конечно, хорошего цифрового вольтметра.

Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.

Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ