Блок питания от 0 вольт до 30



Регулируемый блок питания 0-30 вольт. Схема и описание

В данной статье приведена схема лабораторного источника питания для домашней лаборатории радиолюбителя. Основа схемы блока питания является операционный усилитель TLC2272. Схема позволяет плавно изменять выходное напряжение в диапазоне от 0 до 30 вольт, а также контролировать ограничение по току нагрузки.

Блок питания 30 вольт — описание

Выходное напряжение с трансформатора подается на диодный мост. Выпрямленное напряжение в 38 вольт сглаживается конденсатором С1 и поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из транзистора VT1, диода VD5, конденсатора С2 и резисторов R1, R2. Посредством этого стабилизатора происходит питание операционного стабилизатора DA1. Диод VD5 (регулируемый стабилитрон TL431) является регулируемым стабилизатором напряжения.

На операционном усилителе DA1.1 собран регулирующий узел блока питания, а на элементе DA1.2 блок защиты короткого замыкания и ограничения по току нагрузки. Светодиод HL1 является индикатором короткого замыкания. Наладка источника питания.

Вначале настраивают напряжение питания операционного усилителя DA1 (для этого перед включением прибора, операционный усилитель необходимо извлечь из панельки). Настройка заключается в подборе сопротивления резистора R2, при котором напряжение на эмиттере транзистора VT1 будет в районе 6,5 вольт. После этого DA1 можно установить обратно на плату.

Далее переменный резистор R15 переводят в нижнее по схеме положение (т.е. 0 Вольт). Путем подбора сопротивления резистора R6 устанавливают опорное напряжение равное 2,5 вольт на верхнем по схеме выводе переменного резистора R15. Затем переменный резистор R15 переводят в верхнее по схеме положение и устанавливают максимальное напряжение (т.е. 30 вольт) подстроечным резистором R10.

Детали. Подстроечные резисторы – СП5. Трансформатор Тр1 любой, мощностью не менее 100 ватт. Транзистор VT1 – любой кремневый средней мощностью с Uk не менее 50 В.

Внимание! Так как элементы схемы находятся под напряжением электросети, то следует соблюдать меры электробезопасности при наладке прибора.

Блок питания от 0 вольт до 30

Лабораторный блок питания 1,3-30v 0-5A

Основа схемы позаимствована мной из какой-то книги по схемотехнике. Очень удачная схема лабораторного блока питания. Пользуюсь этим блоком питания более трех лет, и все это время он безотказно работает. Не боится перегрузок и КЗ. Особенно удобно для проверки и отладки различных устройств. С его помощью я заряжаю аккумуляторы до15А/Ч.

Основу БП составляет стабилизатор LM317 (аналог к142ЕН12А). Он работает с внешним делителем напряжения в измерительном элементе, что позволяет регулировать выходное напряжение в очень широких пределах — от 1,3 до 37 В. Регулирующий элемент стабилизатора включен в плюсовой провод питания.

Выходной ток (ток нагрузки) — до 1 А. В паре с мощным транзистором стабилизатор позволяет отдавать значительно больший ток.

Для защиты БП и стабилизации выходного тока служит м/с LM301A. Питание у нее двух полярное +/- 22v. Контроль выходного тока ведется на резисторе R5. Регулировка ограничения выходного тока производится резисторами Р1 и Р2 (номиналы могут отличаться в зависимости от R5). В случае превышения потребляемого тока (перегрузки) на выходе LM301A появляется отрицательное напряжение, которое через D1 и LED1 уменьшает выходное напряжение БП, при этом загорается LED1.

Микросхему LM301A можно заменить другим операционным усилителем, например К140УД7, но у него питание +/- 15v. Поэтому нужно учитывать чтобы выходное напряжение БП и вспомогательное отрицательное напряжение в сумме не превышало 30v.

Lab_BP.lay — печатная плата — рабочая версия для простого редактора печатных плат Rulay

Блок питания от 0 вольт до 30

Представляем проект стабилизированного источника питания постоянного тока с контролем защиты 0,002-3 А и выходного напряжения 0-30 В. Предельная мощность выхода почти 100 ватт — 30 В постоянного напряжения и ток 3 А, что идеально подходит для вашей радиолюбительской лаборатории. Здесь есть регулируемый выход на любое значение напряжения между 0 и 30 В. Схема эффективно контролирует выходной ток от нескольких мА (2 мА) и до максимального значения — трех ампер. Данная функция обеспечивает возможность экспериментировать с разными устройствами, ведь можно ограничить ток без всякого страха, что оно может быть повреждено, если что-то пойдет не так. Существует также визуальная индикация того, что произошла перегрузка, так что вы можете сразу увидеть, что ваши подключенные схемы превышают установленные лимиты.

Принципиальная схема ЛБП 0-30В

Более подробно про номиналы радиоэлементов к данной схеме смотрите на форуме.

Рисунок печатной платы БП

Технические характеристики блока питания

  • Входное напряжение: . переменное 25 В
  • Входной ток: . 3 A (Макс.)
  • Выходное напряжение: . 0 до 30 В регулируемое
  • Выходной ток: . 2 мА — 3 A регулируемый
  • Пульсации выходного напряжения: . не более 0.01 %

Начнем с сетевого трансформатора со вторичной обмоткой мощностью 24 В/3 A, который подключен через входные контакты 1 и 2. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформаторов выпрямляется мостом, образованным четырьмя диодами D1-D4. Напряжение постоянного тока, на выходе моста сглаживается фильтром из конденсатор C1 и резистора R1.

Далее схема работает следующим образом: диод D8 — стабилитрон 5,6 В, здесь работает с нулевым током. Напряжение на выходе U1 постепенно увеличивается до его включения. Когда это происходит, схема стабилизируется и опорное напряжение (5,6 В) проходит через резистор R5. Ток, который течет через инвертирующий вход ОУ является незначительным, поэтому один и тот же ток проходит через R5 и R6, и, как два резисторы имеют то же самое значение напряжения между двумя из них в серии будет ровно в два раза больше напряжения по каждой из них. Таким образом, напряжение на выходе ОУ (выв. 6 U1) 11,2 В, в два раза больше опорного напряжения стабилитрона. ОУ U2 имеет постоянный коэффициент усиления примерно 3 по формуле A=(R11+R12)/R11, и поднимает контрольное напряжение 11.2 В до 33 В. Переменник RV1 и резистор R10 используются для регулировки выходного напряжения таким образом, что оно может быть снижено до 0 вольт.

Другой важной особенностью схемы является возможность задать максимальный выходной ток, который можно преобразовать от источника постоянного напряжения на постоянном токе. Чтобы сделать это возможным схема отслеживает падение напряжения на резисторе R25, который соединен последовательно с нагрузкой. Ответственным за эту функцию есть элемент U3. Инвертирующий вход U3 получает стабильное напряжение.

Конденсатор C4 увеличивают устойчивость схемы. Транзистор Q3 используется для обеспечения визуальной индикации ограничителя тока.

Теперь давайте рассмотрим основы построения электронной схемы на печатной плате. Она изготавливается из тонкого изоляционного материала, покрытого тонким слоем проводящей меди таким образом, чтобы сформировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы — это очень важно, так как это ускоряет монтаж и значительно снижает вероятность допущения ошибок. Для защиты от окисления медь желательно лудить и покрыть специальным лаком.

В этом приборе лучше использовать цифровой измеритель, в целях повышения чувствительности и точности контроля напряжения выхода, так как стрелочные индикаторы не могут чётко зафиксировать небольшое (на десятки милливольт) изменение напряжения.

Если блок питания не заработал

Проверьте свою пайку на возможные плохие контакты, КЗ через соседние дорожки или остатки флюса, который обычно и вызывает проблемы. Проверьте еще раз все внешние соединения со схемой, чтобы увидеть, все ли провода правильно подключены к плате. Убедитесь, что все полярные компоненты были припаяны в нужном направлении. Проверьте устройство на предмет неисправных или поврежденных компонентов. Файлы проекта тут.

Самодельный регулируемый блок питания 0-30В

Блок питания достаточно простой и содержит минимум деталей. Позволяет регулировать выходное напряжение в пределах 0-30В. Максимальный ток около 2А.

R1 резистор подстроечный, управляет напряжением. Марка СП3-4ВМ. Имеется выключатель R1,2. Номинал 4.7кОм
R4 резистор подстроечный, настройка вольтметра. Марка СП5-3. Номинал 10кОм

Основой данного самодельного блока питания является транзистор VT1, который и регулирует напряжение. Он работает в «режиме усиления». Резистор R1 используется для выставления напряжения. Плюс с базы VT1 поступает на эмиттер VT2. С базы VT2 напряжение поступает на резистор R1, который регулирует напряжение поступающее на «минус» (точка между С3, VD1 и R3). Уменьшая сопротивление между VT2 и «минусом», мы увеличиваем напряжение. При необходимости получить определённое напряжение, можно заменить R1 подходящим резистором.

Резистор R1, кнопка SA1 и вольтметр наносятся за пределы платы на фальш-панель вместе в XT1, XT2, XS
Транзистор VT1 необходимо вынести за пределы платы и установить на радиатор. При выходе из строя БП следует проверить VT1 на пробой или обрыв (он в первую очередь выходит из строя).

Для точной настройки БП следует к его выходу подключить мультиметр и выставить напряжение до 50В. Резистором R1 выставить максимальное напряжение, мультиметр должен показывать 30В. На встроенном вольтметре выставить 30В «подкручивая» резистор R4.

Блок питания от 0 вольт до 30

С тех пор как возобновил свою радиолюбительскую деятельность, меня часто посещала мысль о качественном и универсальном лабораторном блоке питания. Имевшийся в наличии и произведенный лет 20 назад блок питания имел лишь два напряжения на выходе – 9 и 12 вольт при токе порядка одного Ампера. Остальные необходимые в практике напряжения приходилось «выкручивать» добавляя разные стабилизаторы напряжения, а для получения напряжений выше 12 Вольт — использовать трансформатор и разные преобразователи.

Такая ситуация порядком надоела и стал присматривать схему лабораторника в интернете для повторения. Как оказалось многие из них это одна и та же схема на операционных усилителях, но в разных вариациях. При этом на форумах обсуждения этих схем на тему их работоспособности и параметров напоминали тему диссертаций. Повторять и тратиться на сомнительные схемы не хотелось, и во время очередного похода на Алиэкспресс вдруг набрел на набор конструктора линейного блока питания с вполне приличными параметрами: регулируемым напряжением от 0 до 30 Вольт и током до 3 Ампер. Цена в 7,5 $, делала процесс самостоятельной покупки компонентов, разработки и травлением платы просто бессмысленным. В итоге, получил по почте вот такой набор:

Не взирая на цену набора, качество изготовления платы могу назвать отменным. В комплекте даже оказалось два лишних конденсатора на 0,1 мкф. Бонус — пригодятся)). Все что нужно сделать самому – это «включив режим внимания», расставить компоненты по своим местам и спаять. Китайские товарищи позаботились о том, чтобы перепутать, что либо смог только человек, впервые узнавший о батарейке и лампочке – на плату нанесена шелкография с номиналами компонентов. В финале получается вот такая плата:

Характеристики лабораторного блока питания

  • входное напряжение: 24 В переменного тока;
  • выходное напряжение: от 0 до 30 В (регулируемое);
  • выходной ток: 2 мА — 3 А (регулируемый);
  • пульсации выходного напряжения: менее 0.01%
  • размер платы 84 х 85 мм;
  • защита от короткого замыкания;
  • защита по превышению установленной величины тока.
  • О превышении установленного тока сигнализирует светодиод.

Для получения полноценного блока следует добавить лишь три компонента – трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 24 вольта при 220 вольтах на входе (важный момент, о котором подробно ниже) и током 3,5-4 А, радиатор для выходного транзистора и кулер на 24 Вольта для охлаждения радиатора при большом токе нагрузки. Кстати, в интернете нашлась и схема данного блока питания:

Из основных узлов схемы можно выделить:

  • диодный мост и фильтрующий конденсатор;
  • регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2;
  • узел защиты на транзисторе VT3 отключает выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
  • стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824;
  • на элементах R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5 построен узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Наличие этого узла обуславливает питание всей схемы именно переменным током от трансформатора;
  • выходные конденсатор С9 и защитный диод VD9.

Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:

  • выпрямительные диоды 1N5408, выбраны впритык – максимальный выпрямленный ток 3 Ампера. И хоть диоды в мосте работают попеременно, все же не будет лишним заменить их более мощными, например диодами Шотки на 5 А;
  • стабилизатор питания вентилятора на микросхеме 7824 выбран на мой взгляд не совсем удачно – под рукой у многих радиолюбителей наверняка найдутся вентиляторы на 12 вольт от компьютеров, а вот куллеры на 24 В встречаются гораздо реже. Покупать такой не стал, решив заменить 7824 на 7812, но в процессе испытаний БП отказался от этой идеи. Дело в том, что при входном переменном напряжении в 24 В, после диодного моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 Вольта. Микросхема 7824 прекрасно справится с задачей рассеивания лишних 9, 84 Вольта, а вот 7812 приходится тяжко, рассеивая в тепло 21,84 Вольта.

Кроме того, входное напряжение для микросхем 7805-7818 регламентировано производителем на уровне 35 Вольт, для 7824 на уровне 40 Вольт. Таким образом, в случае простой замены 7824 на 7812, последняя будет работать на грани. Вот ссылка на даташит.

Учитывая вышеприведенное, имевшийся в наличии кулер на 12 Вольт подключил через стабилизатор 7812, запитав ее от выхода штатного стабилизатора 7824. Таким образом, схема питания кулера получилась хоть и двухступенчатой, но надежной.

Операционные усилители TL081, согласно даташита требуют двуполярное питание +/- 18 Вольт – в целом 36 Вольт и это максимальное значение. Рекомендуемое +/- 15.

И вот тут начинается самое интересное относительно переменного входного напряжения величиной 24 Вольта! Если взять трансформатор, который при 220 В на входе, выдает 24 В на выходе, то опять же после моста и фильтрующего конденсатора получаем 24*1,41=33,84 В.

Таким образом, до достижения критической величины остается всего 2,16 Вольта. При увеличении напряжения в сети до 230 Вольт (а такое бывает в нашей сети), с фильтрующего конденсатора снимем уже 39,4 Вольта постоянного напряжения, что приведет к гибели операционных усилителей.

Выхода тут два: либо заменить операционные усилители другими, с более высоким допустимым напряжением питания, либо уменьшить количество витков во вторичной обмотке трансформатора. Я пошел по второму пути, подобрав количество витков во вторичной обмотке на уровне 22-23 Вольта при 220 В на входе. На выходе БП получил 27,7 Вольта, что меня вполне устроило.

В качестве радиатора для транзистора D1047 нашел в закромах радиатор процессора. На нем же закрепил стабилизатор напряжения 7812. Дополнительно установил плату контроля оборотов вращения вентилятора. Ею со мной поделился донорский компьютерный блок питания ПК. Терморезистор закрепил между ребер радиатора.

При токе в нагрузке до 2,5 А вентилятор вращается на средних оборотах, при повышении тока до 3 А в течении длительного времени вентилятор включается на полую мощность и снижает температуру радиатора.

Индикатор цифровой для блока

Для визуализации показаний напряжения и тока в нагрузке применил вольтамперметр DSN-VC288, который обладает следующими характеристиками:

  • диапазон измерений: 0-100 В 0-10A;
  • рабочий ток: 20mA;
  • точность измерения: 1%;
  • дисплей: 0.28 » (Два цвета: синий (напряжение), красный (сила тока);
  • минимальный шаг измерения напряжения: 0,1 В;
  • минимальный шаг измерения силы тока: 0,01 A;
  • рабочая температура: от -15 до 70 °С;
  • размер: 47 х 28 х 16 мм;
  • рабочее напряжение, необходимое для работы электроники ампервольтметра: 4,5 – 30 В.

Учитывая диапазон рабочего напряжения существует два способа подключения:

  • Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне от 4,5 до 30 Вольт, то тогда схема подключения выглядит так:

  • Если источник измеряемого напряжения работает в диапазоне 0-4,5 В или выше 30 Вольт, то до 4,5 Вольт ампервольтметр не запустится, а при напряжении более 30 Вольт он просто выйдет из строя, во избежание чего следует воспользоваться следующей схемой:

В случае с данным блоком питания, напряжение для питания ампервольтметра есть из чего выбрать. В блоке питания есть два стабилизатора – 7824 и 7812. До 7824 длина провода получалась короче, поэтому запитал прибор от него, подпаяв провод к выходу микросхемы.

О проводах из комплекта

  • провода трехконтактного разъема тонкие и выполнены проводом 26AWG – толще тут и не нужно. Цветная изоляция интуитивно понятна – красный это питание электроники модуля, черный это масса, желтый — измерительный провод;
  • провода двухконтрактного разъема – это провода токоизмерительные и выполнены толстым проводом 18AWG.

При подключении и сравнении показаний с показаниями мультиметра, расхождения составили 0,2 Вольта. Производитель предусмотрел подстроечные сопротивления на плате для калибровки показаний напряжения и тока, что является большим плюсом. В некоторых экземплярах наблюдается отличные от нуля показания амперметра без нагрузки. Оказалось, что решить проблему можно сбросом показаний амперметра, как показано ниже:

Картинка из интернета, потому прошу простить за грамматические ошибки в надписях. В общем со схемотехникой закончили — переходим к изготовлению коробки.

Читайте также: