Радиолюбительские схемы блок питания. Лабораторный блок питания своими руками

08.10.2023

Вниманию радиолюбителей представляется разработка блока питания для домашней лаборатории . Достоинство данного БП в том, что не нужны дополнительные обмотки на силовом трансформаторе. Микросхема DA1 работает с однополярным питанием. Выходное напряжение плавно регулируется от 0 до 30в. Блок питания имеет плавную регулировку ограничения по току.

Схемотехническое решение несложно и данный блок питания может изготовить начинающий радиолюбитель.

Выпрямленное напряжение +38В, после конденсатора С1, подается на регулирующий транзистор VT2 и транзистор VT1. На транзисторе VT1, диоде VD2, конденсаторе С2 и резисторах R1, R2, R3 собран стабилизатор, который используется для питания микросхемы DA1. Диод VD2 представляет собой трехвыводной, регулируемый, параллельный стабилизатор напряжения. На выходе стабилизатора, резистором R2 устанавливается напряжение +6,5 вольт, т. к. предельное питающее напряжение микросхемы DA1 VDD = 8 вольт. На операционном усилителе DA1.1 TLC2272 собрана регулирующая часть напряжения блока питания. Резистором R14 регулируется выходное напряжение блока питания. На один из контактов резистора R14 подается опорное напряжение, равное 2,5 вольта. Точность данного напряжения, в небольших пределах, устанавливается подбором резистора R9.

Через резистор R15, регулируемое резистором R14, напряжение подается на вход 3 операционного усилителя DA1.1. Через данный операционный усилитель производится обработка выходного напряжения блока питания. Резистором R11 регулируется верхний предел выходного напряжения. Как уже говорилось, микросхема DA1 питается однополярным напряжением 6,5В. И, тем не менее, на выходе блока питания удалось получить выходное напряжение равное 0 в.

На микросхеме DA1.2 построен узел защиты блока питания по току и от КЗ. Таких схемотехнических решений узлов защиты было описано множество в различной РЛ литературе и поэтому подробно не рассматривается.

Принципиальная схема блока питания показана на рис.1.

Налаживание блока питания начинают с подачи напряжения +37…38 В. На конденсатор С1. С помощью резистора R2 выставляют на коллекторе VT1 напряжение +6,5В. Микросхему DA1 в панельку не вставляют. После того, как выходное напряжение на ножке 8 панельки DA1 установлено +6,5В, выключают питание и вставляют в панельку микросхему. После включают питание и, если напряжение на ножке 8 DA1 отличается от +6,5В, производят его подстройку. Резистор R14 должен быть выведен на 0, т.е. в нижнее по схеме положение. После того, как напряжение питания микросхемы установлено, устанавливают опорное напряжение +2,5В на верхнем выводе переменного резистора R14. Если оно отличается от указанного в схеме, подбирают резистор R9. После этого резистор R14 переводят в верхнее положение и подстроечным резистором R11 устанавливают верхний предел выходного напряжения +30В. Выходное нижнее напряжение без резистора R16 равно 3,3 мВ, что не сказывается на показании цифрового индикатора и показания равны 0в. Если между ножками 1 и 2 микросхемы DA1.1 включить резистор 1,3МОм., то нижний предел выходного напряжения уменьшится до 0,3 мВ. Контактные площадки для резистора R16 в печатной плате предусмотрены. Затем подключают реостатное сопротивление в нагрузку и проверяют параметры узла защиты. При необходимости подбирают резисторы R6 и R8.
В данной конструкции можно использовать следующие компоненты.

VD2, VD3 - KPU2EH19, вместо транзистора VT2 TIP147 можно использовать отечественный транзистор КТ825, VT3 – BD139, BD140, VT1 – любой кремневый малой или средней мощности транзистор с напряжением Uк не менее 50в. Подстроечные резисторы R2 и R11 из серии СП5. Силовой трансформатор можно применить на мощность 100 … 160Вт. Резистор R16 с характеристикой ТК не хуже 30 ppm/ Со и должен быть, либо проволочного, либо металло-фольгированного типа. Блок питания собран на печатной плате размером 85 x 65 мм.

Узел опорного напряжения на VD3 можно заменить узлом на микросхеме TLE2425 – 2,5v. Входное напряжение данной микросхемы может варьироваться от 4 до 40в. Выходное напряжение стабильно – 2.5в.

Во время настройки вместо микросхемы TLC2272 экспериментально была применена микросхема TLC2262. Все параметры остались равными заданным, отклонений режимов не наблюдалось.
При испытаниях данной конструкции на питание микросхемы подавалось не 6,5 В, а 5 В. При этом резистор R9 = 1,6к. Узел питания микросхемы был заменен узлом, показанным на рис.5.

Если микросхема TLC2272 не в корпусе DIP-8, а SOIC-8, то можно поступить следующим образом, не переделывая печатной платы. Из изолированного материала готовится подложка - прямоугольник, размером 20 х 5 мм. На данный прямоугольник, клеем «МОМЕНТ», приклеивается «лапками к верху», т.е. вверх ногами, микросхема. Расположение микросхемы на подложке показано на рис.6.

После чего, получившийся «бутерброд» приклеивают, все тем же клеем, на обратной стороне печатной платы, предварительно удалив панельку DIP-8 (если она впаивалась). Подложку с микросхемой приклеивают, располагая равномерно между контактными площадками микросхемы на печатной плате. Ножка 1 микросхемы должна быть напротив контактной площадки, принадлежащей ножке 1 микросхемы DA1, или сдвинута чуть ниже. После этой операции, с помощью гибких проводников и паяльника соединяем ножки микросхемы и контактные площадки на печатной плате.

Радиолюбителями было собрано несколько экземпляров данных блоков питания. Все они начинали работать сразу и показали заданные результаты.

При разработке конструкции учитывалась не дорогая база деталей, минимум деталей, простота в налаживании и обращении, а так же выходные параметры, наиболее приемлемые среди радиолюбителей.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот

DA1	Операционный усилитель	TLC2272	1		В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	2N2222A	1		В блокнот
VT2	Биполярный транзистор	TIP147	1		В блокнот
VT3	Биполярный транзистор	КТ815Г	1		В блокнот
VD1	Диодный мост	RS602	1		В блокнот
VD2, VD3	ИС источника опорного напряжения	TL431	2		В блокнот
VD4	Светодиод	АЛ307Б	1		В блокнот
VD5	Выпрямительный диод	1N4148	1		В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	10000 мкФ 50 В	1		В блокнот
С2	Конденсатор	510 пФ	1		В блокнот
С3	Конденсатор	3.3 нФ	1		В блокнот
С4	Конденсатор	100 нФ	1		В блокнот
С5	Конденсатор	150 нФ	1		В блокнот
С6	Конденсатор	470 нФ	1		В блокнот
R1, R8	Резистор	3 кОм	2		В блокнот
R2	Подстроечный резистор	10 кОм	1		В блокнот
R3	Резистор	4.53 кОм	1	1%	В блокнот
R4, R6	Резистор	4.7 кОм	2		В блокнот
R5, R17	Резистор	2 кОм	2		В блокнот
R7	Переменный резистор	4.7 кОм	1		В блокнот
R9	Резистор	2 кОм	1	подбор	В блокнот
R10	Резистор	510 Ом	1		В блокнот
R11	Подстроечный резистор	1.5 кОм	1		В блокнот
R12	Резистор	1 кОм	1		В блокнот
R13, R15	Резистор	10 кОм	2		В блокнот
R14	Переменный резистор	2.2 кОм	1		В блокнот
R16	Резистор	1.3 МОм	1		В блокнот
R18	Резистор	68 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
R19	Резистор	300 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
R20	Резистор	47 Ом	1	0.5 Вт	В блокнот
Rn	Резистор	0.2 Ом	1	проволочный	В блокнот
TP1	Трансформатор	100 - 160Вт	1		В блокнот
FU1	Предохранитель	2 А	1		В блокнот
SA1	Выключатель		1		В блокнот
	Схема рис. 4
DA2	Стабилизатор	TLE2425	1		В блокнот
VD5	Выпрямительный диод

Схема блока питания

Предлагается, по мнению автора, наиболее удовлетворяющий этим условиям достаточно простой для повторения БП, обеспечивающий стабилизированное напряжение 1,5-24 В при выходном токе до 3А. Кроме того, он может работать в режиме источника тока с возможностью плавной регулировки тока стабилизации в пределах 10-100 мА или с фиксированными значениями тока 0,1 А, 1 А, ЗА.

Рассмотрим схему БП (см.рис.). Основой её является традиционная схема стабилизатора напряжения, «сердцем» - микросхема КР142ЕН12, которая в настоящее время доступна широкому кругу радиолюбителей. В качестве силового трансформатора выбран довольно мощный унифицированный накальный трансформатор ТН-56, который имеет четыре вторичные обмотки с допустимым током 3,4 А и напряжением каждой 6,3 В. В зависимости от требуемого выходного напряжения переключателем SA2 подключаются две, три или четыре последовательно соединённые обмотки. Это необходимо для уменьшения мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе, а, следовательно, повышения КПД устройства и облегчения температурного режима.

Действительно, в самом неблагоприятном режиме, при максимальной разности между входным и выходным напряжениями (конечно, если выходное напряжение соответствует диапазону,указанному переключателем SA2) и максимальном токе ЗА рассеиваемая на регулирующем элементе мощность составит: Ppacc.max = (UBx.max-2Uvd-UBbix.min)*lmax (1) Ррасс.тах = (12,6-2*0,7-1,5)*3 = 29,1 Вт, где Uвх.mах - максимальное входное действующее напряжение данного диапазона; Uвых.min - минимальное выходное напряжение данного диапазона; Uvd - падение напряжения на диоде выпрямительного моста. Легко проверить, что без разделения выходного напряжения на диапазоны рассеиваемая регулирующим элементом мощность достигает 70 Вт.

Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и сглаживается на конденсаторе С5. Предохранитель FU2 защищает трансформатор при выходе из строя диодов выпрямителя. Транзисторы VT1, VT2 служат для увеличения выходного тока БП и облегчения режима работы интегрального стабилизатора DA1. Резистором R1 задаётся ток через DA1, открывающий VT2:
IDA1 = UбэVT2/R1 = 0,7/51 = 0,014 А, (2)
где UбэVT2 - открывающее напряжение эмиттер-база транзистора VT2. При токе 14 мА микросхема DA1 может работать без радиатора. Для повышения стабильности выходного напряжения регулирующее напряжение снимается с линейки резисторов R2-R4, подключенной к выходу микросхемы и подаётся на «управляющий» вывод 01 DA1 через развязывающий диод VD6. Регулировка выходного напряжения осуществляется резисторами: R4 - «ГРУБО» и R3 - «ТОЧНО». Стабилизатор тока выполнен на DA1, токозадающих резисторах R5-R9 и развязывающем диоде VD7. Выбор необходимого дискретного тока стабилизации осуществляется переключателем SA3. Кроме того, на пределе «10-100 мА» возможна плавная регулировка тока резистором R9. При необходимости можно изменить ток стабилизации, изменив номиналы задающих резисторов используя формулу:
R = 1,35/Iстаб, (3)

где R - сопротивление токозадающего резистора, Ом; Iстаб - ток стабилизации, А. Мощность токозадающих резисторов определяется по формуле:
Р = l 2 R, (4)

где I - ток стабилизации диапазона; R - сопротивление резистора. Реально мощность токозадающих резисторов из соображения надёжности сознательно увеличена. Так резистор R8 типа С5-16В выбран мощностью 10 Вт. В режиме стабилизации тока (переключатель SA3 в положении «ЗА») на резисторе рассеивается мощность 3,8 Вт. И если даже поставить пятиваттный резистор, то его загрузка по мощности составит 72% от максимально допустимой. Аналогично R7 типа С5-16В имеет мощность 5 Вт, но также можно применить МЛТ-2. Резистор R6 типа МЛТ-2, но можно поставить МЛТ-1. R9 - проволочный переменный резистор типа ППЗ-43 мощностью 3 Вт. R5 типа МЛТ-1. Эти резисторы надо располагать так, чтобы они охлаждались наилучшим образом и не грели по возможности другие элементы схемы, а также друг друга. Для наглядности регулировки (устанавливаемого тока) на лимбе резистора R9 делают отметки 10, 20, 50, 75 и 100 мА, воспользовавшись внешним миллиамперметром (тестером), подключив его непосредственно к гнёздам БП.

Дополнительные удобства при работе с БП обеспечивает вольтметр pV, в качестве которого используется микроамперметр типа М95 с током полного отклонения 0,15 мА.

Сопротивление резистора R11 подбирается так, чтобы конечному значению шкалы соответствовало напряжение 30 В. Также можно использовать любую другую измерительную головку с током полного отклонения до 1,5 мА, подобрав токоограничительный резистор R11.
В качестве переключателей SA2, SA3 используются галетные - типа 11ПЗНМП. Для увеличения допустимого коммутируемого тока эквивалентные выводы трёх галет запараллелены. Фиксатор установлен в зависимости от количества положений.

Конденсатор С5 сборный и состоит из пяти параллельно включенных конденсаторов типа К50-12 ёмкостью 2000 мкФ х 50 В.
Транзистор VT1 установлен снаружи на радиаторе площадью 400 см2. Его можно заменить на КТ803А, КТ808А, VT2 может быть заменён на КТ816Г. Пару транзисторов VT1, VT2 можно заменить одним КТ827А, Б, В или Д. Диоды VD6, VD7 любые, лучше германиевые с меньшим прямым падением напряжения и обратным не менее 30 В. Диоды VD1 -VD4 типа КД206А, КД202А, Б, В или аналогичные устанавливаются на радиаторах.

При самостоятельном изготовлении трансформатора TV1 можно руководствоваться методикой, описанной в . Габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 100 Вт, лучше 120Вт. При этом можно будет домотать ещё одну обмотку напряжением 6,3 В. В этом случае добавится ещё один диапазон 24 - 30 В, что обеспечит при токе нагрузки 3 А диапазон регулирования выходного напряжения 1,5-30 В.
Наладка блока питания проводится по известной методике и особенностей не имеет. Правильно собранный БП начинает работать сразу. При работе с БП вначале переключателем SA2 выбирают необходимый диапазон выходного напряжения, резисторами «ГРУБО» и «ТОЧНО» выставляют требуемое выходное напряжение, ориентируясь по показаниям встроенного вольтметра. Переключателем SA3 выбирают предел ограничения тока и подключают нагрузку.

Следует отметить, что при всей простоте схемы данный блок питания совмещает два устройства: стабилизатор напряжения плюс стабилизатор тока. БП не боится коротких замыканий и даже может защитить элементы подключаемого к нему электронного устройства, что очень важно при проведении различных испытаний в радиолюбительской практике.

ЛИТЕРАТУРА
1. Нефёдов А.В., Аксёнов А.И., Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Микросхемы: Справочник.-М: Радиосвязь, 1993.
2. Акимов Н.Н., Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник.-Минск.: Беларусь, 1994.
3. Полупроводниковые приёмно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя - Р.М.Терещук, К.М.Терещук.-Киев: Наукова думка, 1988.

А.Добуш, г. Винница
Скачать: Радиолюбительский блок питания
В случае обнаружения "битых" ссылок - Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время.

Силовая часть собрана по мостовой схеме на мощных IGBT транзисорах B1- B4 (на схеме отсутствует ЭМИ фильтр). D1-D4 - диодный мост. R6 и RS1 - схема плавного включения, обеспечивает постепенный заряд фильтрующего конденсатора С3, исключая бросок тока. С5, R7, R8 - схема запуска ШИМ контроллера. С2, R10 - демпфирующая цепь. LR1-LR2, D5-D8, R9, WR - регулировка выходного тока.

Список радиодеталей силового блока:

Предохранители
F1- 5A

Транзисторы IGBT
B1, B2, B3, B4 - G20N60

Диоды
D1, D2, D3, D6 - 6A10 (6A 1000V)
D7, D8, D9, D10 - 4148

Конденсаторы
C1 - 2,2uF 630V
C2 - 332 630V (3300pF, 3,3nF, 0,0033 uF)
C3 - 600uF 400V, электролитический
C4 - 220uF 400V, электролитический
C5 - 22uF 400V, электролитический
C6 - 104 (100nF, 0,1uF)

Резисторы
RB1, RB2, RB3, RB4 - 3,3K
R5 - 10K
R6 -100/10W
R7 - 10K/2W
R8 - 120K/2W
R9 - 150
R10 - 51/10W
RW - 510, подстроечный

Реле
RS1- 12V 10A

LR1, LR2 - трансформатор тока
ферритовое кольцо 20*12*6 2000НМ, вторичная обмотка LR2 - 100 витков провода 0,12- 0,15 мм2, первичная обмотка LR1— перемычка, пропущенная через кольцо.

PM1 Блок ШИМ контроллера собран на микосхемах TL494 и IR2181, способен управлять мощными IGBT или MOSFET транзисторами с током до 60А. С помощью этого блока возможно построение мощного блока питания по мостовой схеме от 1 до 3 кВт.

Список радиодеталей ШИМ контроллера:

Микросхемы
TL494
IR2181 - 2шт.

Диоды
UF 407 - 2шт.
Zener 18V

Конденсаторы
224 (200n, 0,22uF) - 3шт
103 (10n, 0,01uF) - 2шт.
102 (1000pF, 1n) - 1шт.
100uF*35V - 1шт.
100uF*16V - 1шт.

Резисторы
10 - 4шт.
51 - 1шт.
1К - 4шт.
2К - 5шт.
10К - 1шт
15К - 1шт.
82К - 2шт.

Вторичные цепи с однополярным питанием и силовой трансформатор

Силовой трансформатор изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 . Первичная обмотка N1 - 0,35*6=35 витков, N2,N3 - 0,55*10=6+6 витков, N4-0,55=3 витка, N5 - 0,55=2 витка.

Дроссель L1 изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 0,55*20=9 виков

Стабилизатор V1 - 12V, питание вентилятора и реле Rs1. Стабилизатор V2 - 18V, питание Шим контроллера. WR1 - регулировка выходного напряжения.

Вторичные цепи с двухполярным питанием и силовой трансформатор

Силовой трансформатор изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 (при расчете программой Lite-CalcIT, размер сердечника: E 42/21/20 N87) . Первичная обмотка N1 - 0,35*6=35 витков, N2,N3 - 0,55*4=9+9 витков, N4-0,55=3 витка, N5 - 0,55=2 витка.

Дроссель L1а L1b изготовлен на сердечнике ЕЕ55 материал N87 0,55*10=9+9 виков (противоположное направление намотки).

Печатная плата блока управления....>>>

Доброго времени суток форумчане и гости сайта Радиосхемы ! Желая собрать приличный, но не слишком дорогой и крутой блок питания, так чтоб в нём всё было и ничего это по деньгам не стоило, . В итоге выбрал лучшую, на мой взгляд, схему с регулировкой тока и напряжения, которая состоит всего из пяти транзисторов не считая пары десятков резисторов и конденсаторов. Тем не менее работает она надёжно и имеет высокую повторяемость. Эта схема уже рассматривалась на сайте, но с помощью коллег удалось несколько улучшить её.

Я собрал эту схему в первоначальном виде и столкнулся с одним неприятным моментом. При регулировке тока не могу выставить 0.1 А - минимум 1.5 А при R6 0.22 Ом. Когда увеличил сопротивление R6 до 1.2 Ом - ток при коротком замыкании получился минимум 0.5 А. Но теперь R6 стал быстро и сильно нагреваться. Тогда задействовал небольшую доработку и получил регулировку тока намного более шире. Примерно от 16 мА до максимума. Также можно сделать от 120 мА если конец резистора R8 перекинуть в базу Т4. Суть в том, что до падения напряжения резистора добавляется падения перехода Б-Э и это дополнительное напряжение позволяет раньше открыть Т5, и как следствие - раньше ограничить ток.

На базе этого предложения провёл успешные испытания и в итоге получил простой лабораторный БП. Выкладываю фото моего лабораторного блока питания с тремя выходами, где:

1-выход 0-22в
2-выход 0-22в
3-выход +/- 16в

Также помимо платы регулировки выходного напряжения устройство было дополнено платой фильтра питания с блоком предохранителей. Что получилось в итоге - смотрите далее.