Лабораторный блок питания своими руками

Устройство и принцип работы блока питания

Стремление получить как можно более компактное устройство привело к появлению различных микросхем, внутри которых находятся сотни, тысячи и миллионы отдельных электронных элементов. Поэтому практически любой электронный прибор содержит микросхему, стандартная величина питания которой 3,3 В или 5 В. Вспомогательные элементы могут питаться от 9 В до 12 В постоянного тока. Однако мы хорошо знаем, что розетке переменное напряжение 220 В частотою 50 Гц. Если его подать непосредственно на микросхему или какой-либо другой низковольтный элемент, то они мгновенно выйдут из строя.

Узнайте также:  что такое инвертор.

Отсюда становится понятным, что главная задача сетевого блока питания (БП) состоит в снижении величины напряжения до приемлемого уровня, а также преобразование (выпрямление) его из переменного в постоянное. Кроме того, его уровень должен оставаться постоянным независимо от колебаний входного (в розетке). Иначе устройство будет работать нестабильно. Следовательно, еще одна важнейшая функция БП – это стабилизация уровня напряжения.

В целом структура блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и стабилизатора.

О том, как проверить диод шоттки мультиметром более детально можно ознакомиться в отдельном материале.

Помимо основных узлов еще используется ряд вспомогательных, например, индикаторные светодиоды, которые сигнализируют о наличии подведенного напряжения. А если в БП предусмотрена его регулировка, то естественно там будет вольтметр, а возможно еще и амперметр.

Свойства БП и их переоборудование

Классифицируются БП по:

• мощности;
• диапазонам и типам напряжения;
• видам защит;
• методам преобразования.

Для ремонта и настройки портативных приборов достаточно маломощного БП с диапазоном напряжения от 1,5 до 12В и током 0,4 – 1А. В таких пределах мощности защита желательна, но необязательна.

Рисунок 1.

Для ремонта смартфонов, планшетов, камер и акустических систем, также им подобных приборов, нужен БП средней мощности. Диапазон напряжения в них составляет от 3,3 до 24В, реже 36В. Максимальный ток от 2 до 5 ампер при напряжении до 5В и 3А при 24 и 36В. Такое питающее устройство должно быть оборудовано защитой по максимальному току, желательно регулируемой.

Если приходится иметь дело с контроллерами мотор-колес от электровелосипедов, самокатов или детского электротранспорта, то необходим мощный БП. Диапазон напряжений у него должен быть от 6 до 72В. Переключение напряжения в таких БП обычно ступенчатое, реже с плавной регулировкой. Предел тока срабатывания защиты фиксированный или регулируемый. Также любой из БП можно дополнить отдельным напряжением +5В с разъёмом usb, micro-usb, usb type-C и др.

Вам обязательно пригодится

Паяльники, припой

Мультиметры

Радиодетали

Блоки питания

Инструменты

Шуруповёрты

Пару слов о технике безопасности

• Перед разборкой блока, если вы его только отключили от сети, обязательно подождите пару минут, пока все внутренние емкости разрядятся.
• Напряжение на выходе, при максимальном положении переменного резистора, не должно превышать 25 В, так как выходные конденсаторы могут выйти из строя. Чтобы уменьшить регулируемое напряжение, увеличьте сопротивление резистора 2,2 кОм.

Основные узлы регулируемого блока питания

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

Узлы трансформаторного БП.

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.

Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.

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.

Обобщенная блок-схема импульсного БП.

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. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.

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). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.

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. Для промышленных устройств параметры можно узнать из справочника. Для случайных трансформаторов мощность можно определить по размерам сердечника (в сантиметрах).

Площадь сердечника для разных типов трансформаторов.

Мощность вычисляется по формуле:

P=S2/1.44 где:

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

Для практических целей мощность надо еще умножить на КПД. Для примера, трансформатор с площадью сердечника 6 кв.см. при напряжении 35 вольт и выходном напряжении стабилизатора 30 вольт (общий КПД можно взять 0.75) способен отдать мощность P=(36/1.44)*0.75=18.75 ватт. Наибольший ток при этом составит I=P/U=18.75/35=0,5 А.

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.

Транзистор Наибольший ток коллектора (постоянный), А

При работе в режимах, близких к максимальному току, транзисторы обязательно должны быть установлены на радиаторах.

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.

Выходной конденсатор БП может иметь емкость около 1000 мкФ.

Трансформаторный регулируемый блок питания с симисторным регулятором

Предлагаемый БП довольно прост в изготовлении и позволяет получить постоянное напряжение величиной от 4 до 25 В. Принцип регулирования – фазоимпульсный. Выходной ток зависит от мощности трансформатора и при указанных на схеме элементах может достигать 10 А.

Рассмотрим работу устройства более подробно. Сетевое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Т1 через симистор VS1. Сразу после включения БП симистор закрыт, ток через обмотку трансформатора не течет. При появлении положительной полуволны конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R3 и диод VD1 моста VD1-VD4. Как только напряжение на нем достигнет 160 В, зажжется неоновая лампа HL1 и конденсатор разрядится через управляющий электрод симистора, одновременно открывая его. При этом на сетевую обмотку Т1 начнет поступать напряжение. По окончании полуволны симистор закрывается.

Одновременно этот же резистор через диод VD3 моста подключается параллельно первичной обмотке трансформатора Т1. Сделано это для того, чтобы симистор после короткого открывающего импульса сразу же не закрылся. Ведь он работает на реактивную нагрузку, ток через которую достигнет значения удержания симистором не сразу.

При появлении отрицательной полуволны процесс повторяется, но конденсатор  теперь заряжается напряжением обратной полярности через резистор R5 и диод VD2 моста. Соответственно, при зажигании лампы HL1 к управляющему электроду прикладывается напряжение другой полярности, открывая симистор в обратном направлении. Во время этой фазы параллельно сетевой обмотке подключается резистор R5 через диод VD4.

Время зарядки конденсатора зависит от положения движка переменного резистора R1. Таким образом, при каждой полуволне симистор будет открываться с той или иной задержкой, отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет на первичной, а значит, и на вторичной обмотке сетевого трансформатора. Диоды VD3 и VD4 подключают резисторы.

На месте Т1 может работать любой силовой трансформатор с выходным напряжением 28-30 В. От мощности трансформатора, как было замечено выше, будет зависеть максимальный выходной ток БП. Диоды Д226 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на ток не менее 200 мА и напряжение не менее 300 В. Конденсаторы С1, С2 неполярные. КУ208Г можно заменить на КУ208В. Вместо диодов Д245 подойдут любые из серий Д242, Д245, КД213, КД210, Д243, выдерживающие обратное напряжение 50 В и ток 10 А. Конденсатор С5 керамический неполярный.

Диоды VD5-VD8 и симистор VS1 необходимо установить на радиаторы с площадью рассеяния не менее 100 см2 каждый. Если радиатор общий, то элементы придется устанавливать через изолирующие прокладки. При этом площадь рассеяния такого радиатора должна быть соответственно увеличена.

Настройка блока питания сводится к установке необходимого диапазона регулировки напряжения подстроечным резистором R2. Если устройство работает нестабильно (это будет заметно по провалам в свечении лампы HL1 и нестабильному выходному напряжению), то можно попробовать уменьшить номинал резистора R4 до 150 Ом.

Меняем симистор на тиристор

Если в вашем распоряжении не оказалось симистора, можно обойтись  обычным тиристором, немного изменив схему его включения.

Поскольку тиристор не может работать в цепи переменного тока, он питает первичную обмотку трансформатора Тr1 через диодный мост. Схема фазоимпульсного управления представляет собой аналог однопереходного транзистора, собранного на Т1, Т2. Питается схема от простейшего параметрического стабилизатора, состоящего из мощного стабилитрона D1 и токоограничивающего резистора R1.

При появлении полуволны начинается зарядка конденсатора С1. Скорость зарядки можно регулировать при помощи переменного резистора P1. Как только напряжение на конденсаторе достигнет определенного уровня, откроется аналог однопереходного транзистора и разрядит конденсатор через управляющий электрод тиристора VS1. Последний откроется, закоротит диодный мост, который в свою очередь подаст на обмотку Тr1 переменное напряжение. По окончании полуволны тиристор закроется. В начале следующей полуволны процесс повторится.

Таким образом, при каждой полуволне тиристор будет открываться с той или иной задержкой, отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет на первичной, а значит, и на вторичной обмотке сетевого трансформатора.

На месте VD1-VD4 могут работать любые высоковольтные выпрямительные диоды, выдерживающие ток более 3 А и обратное напряжение не менее 300 В. КТ605 можно заменить на КТ809А, КТ629, КТ935 или MJE340. Вместо КТ361 можно поставить КТ361Е, КТ502Г, КТ502В, КТ3107А, КТ501Ж – KT501K. Тиристор КУ202Н заменим на КУ202М. Конденсатор С1 неполярный. Стабилитрон D1 любой на напряжение стабилизации 14-24 В, выдерживающий ток 1 А. Остальные элементы такие же, что и в предыдущей схеме. Диоды обоих мостов и тиристор установлены на радиаторы.

Аналоговый источник питания

Такие источники напряжения характеризуются надёжностью в работе и простотой изготовления. Недостатками являются размеры и вес, а также высокое ценообразование.

Ключевыми элементами линейного источника напряжений являются:

• сетевой фильтр;
• трансформатор.

Для получения постоянного напряжения после трансформатора добавляется диодный мост и электролитический конденсатор.

Трансформаторы применяются различного исполнения, единственно их первичная обмотка должна быть рассчитана на подключение к сети 220 вольт. По виду они бывают понижающими и повышающими. Сам трансформатор представляет собой электротехническое изделие, состоящее из двух частей. Сердечника, собранного из стали или феррита, и обмоток, выполненных в виде витков из проводникового материала. Для получения на выходе меньшего уровня сигнала, чем на входе, количество витков во вторичной обмотке делается меньше. Таким образом, изменяя это соотношение можно получить любое напряжение.

Сетевой фильтр предотвращает попадание помех в сеть от работающего оборудования и наоборот. Обычно представляет собой ёмкостно-индуктивную цепочку.

Принцип работы БП

Схема трансформаторного блока питания работает следующим образом. Напряжение сети проходит через фильтр, а с него попадает на первичную обмотку трансформатора. При прохождении по ней переменного тока, образовывается переменное магнитное поле. Этот поле пронизывает сердечник и все обмотки, в которых появляется ЭДС. Если к вторичной обмотке подсоединена нагрузка, то под действием ЭДС через неё начинает протекать переменный ток.

Для получения напряжения постоянной величины, сигнал со вторичной обмотки трансформатора передаётся на выпрямительный узел. Это устройство собранно на четырёх диодах, включённых по мостовой схеме, и электролитического конденсатора. С электролита и снимается постоянное напряжение, предназначенное для питания приборов.

Как сделать импульсный блок питания своими руками – 3 лучшие схемы

Три лучшие схемы с инструкциями и рекомендациями для создания импульсных блоков питания — простой БП, на TL494 и на SG3525. Пошаговые фото и видео.

Импульсные блоки питания часто используются радиолюбителями в самодельных конструкциях. При сравнительно малых габаритах они могут обеспечить высокую выходную мощность. С применением импульсной схемы стало реально получить выходную мощность от нескольких сотен до нескольких тысяч Ватт. При этом размеры самого импульсного трансформатора не больше коробка из-под спичек.

Основная особенность импульсных БП в повышенной рабочей частоте, которая в сотни раз больше сетевой частоты 50 Гц. При высоких частотах с минимальными количествами витков в обмотках, можно получить большое напряжение. К примеру, для получения 12 Вольт выходного напряжении при токе 1 Ампер (в случае сетевого трансформатора), нужно намотать 5 витков проводом сечением примерно 0,6–0,7 мм.

Если говорить об импульсном трансформаторе, задающая схема которого, работает на частоте 65 кГц, то для получения 12 Вольт с током 1А, достаточно намотать всего 3 витка проводом 0,25–0,3 мм. Именно поэтому многие производители электроники используют именно импульсный блок питания.

Однако, несмотря на то, что такие блоки гораздо дешевле, компактнее, обладают большой мощностью и малым весом, они имеют электронную начинку, следовательно — менее надежны, если сравнить с сетевым трансформатором. Доказать их ненадежность очень просто — возьмите любой импульсный блок питания без защиты и замкните выходные клеммы. В лучшем случае блок выйдет из строя, в худшем — взорвется и никакой предохранитель не спасет блок.

Практика показывает, что предохранитель в импульсном блоке питания сгорает в самую последнюю очередь, первым делом вылетают силовые ключи и задающий генератор, затем поочередно все части схемы.

Импульсные БП имеют ряд защит как на входе, так и на выходе, но и они спасают не всегда. Для того, чтобы ограничить бросок тока при запуске схемы — почти во всех ИИП с мощностью более 50 Ватт используют термистор, который стоит на входе схем.

Давайте сейчас рассмотрим ТОП-3 лучших схем импульсных блоков питания, которые можно собрать своими руками.

Рассмотрим, как сделать самый простой миниатюрный импульсный блок питания. Создать прибор по представленной схеме сможет любой начинающий радиолюбитель. Он не только компактный, но и работает в широком диапазоне питающих напряжений.

Самодельный импульсный блок питания обладает относительно небольшой мощностью, в пределах 2-х Ватт, зато он буквально неубиваемый, не боится даже долговремнных коротких замыканий.
Схема простого импульсного блока питания
Блок питания представляет собой маломощный импульсный источник питания автогенераторного типа, собранный всего на одном транзисторе. Автогенератор запитывается от сети через токоограничительный резистор R1 и однополупериодный выпрямитель в виде диода VD1.
Трансформатор простого импульсного блока питания
Импульсный трансформатор имеет три обмотки, коллекторная или первичная , базовая обмотка и вторичная.

Важным моментом является намотка трансформатора — и на печатной плате, и на схеме указаны начала обмоток, потому проблем возникнуть не должно. Количество витков обмоток мы позаимствовали от трансформатора для зарядки сотовых телефонов, так как схематика почти та же, количество обмоток то же.

Первой мотаем первичную обмотку, которая состоит из 200 витков, сечение провода от 0,08 до 0,1 мм. Затем ставим изоляцию и таким же проводом мотаем базовую обмотку, которая содержит от 5 до 10 витков.
Поверх мотаем выходную обмотку, количество ее витков зависит от того, какое напряжение нужно. В среднем получается около 1 Вольта на один виток.

• Смотрите также схему импульсного блока питания на IR2153

Сердечник для трансформатора можно найти в нерабочих блоках питания от мобильных телефонов, светодиодных драйверов и прочих маломощных источников питания. Они, как правило, построены именно на базе однотактных схем, в состав которых входит нужный трансформатор.
Сердечник трансформатора
Один момент — блок однотактный и между половинками сердечника должен быть немагнитный зазор. Он имеется у сердечников с зарядных устройств сотовых телефонов. Зазор относительно небольшой (пол миллиметра хватит сполна). Если нет трансформатора с зазором, его можно сделать искусственным образом, подложив между половинками сердечника один слой офисной бумаги.
Готовый трансформатор
Готовый трансформатор собираем обратно, половинки сердечника стягиваем скотчем либо намертво приклеиваем суперклеем.
Собранная плата без трансформатора
Схема не имеет стабилизации выходного напряжения и узлов защиты, но ей не страшны короткие замыкания. При КЗ естественно повышается ток в первичной цепи, но он ограничивается ранее упомянутым резистором, потому все лишнее рассеивается на резисторе в виде тепла, так что блок можно смело замыкать, даже долговременно. Такое решение снижает КПД источника питания в целом, но зато делает его буквально неубиваемым, в отличии от тех же самых зарядок для мобильных телефонов.
Самый простой импульсный блок питания
Резистор указанного номинала ограничивает входной ток на уровне 14,5 мА. По закону Ома, зная напряжение в сети, легко можно рассчитать мощность, которая составляет в районе 3,3 Ватт. Это мощность на входе, с учетом КПД преобразователя, выходная мощность будет на 20–30 % меньше этого. Увеличить мощность можно, снизив сопротивление указанного резистора.

Силовой транзистор — это маломощный высоковольтный биполярный транзистор обратной проводимости. Подойдут ключи типа MJE13001, 13003, 13005. Более мощные ставить нет смысла, первого варианта вполне хватает.

На выходе схемы установлен выпрямитель на базе импульсного диода, для снижения потерь можно использовать диод шоттки, рассчитанный на ток 1А. Далее фильтрующий конденсатор, светодиодный индикатор включения и пара резисторов.
Что касается недостатков схемы:
Ограниченная выходная мощность — чтобы на этой основе построить БП на 10–20 Ватт, нужно снизить сопротивление и увеличить мощность. Это нужно, чтобы нагрев не выходил за рамки, но это неудобно и увеличивает размеры блока питания.

Ограничительный резистор на входе снижает КПД, не намного, но всё-таки снижает. Но из-за этого обеспечивается безопасная работа блока.

Схожие схемы применяются там, где нужна мощность в пределах 3–5 Ватт, например этот блок предназначен для питания небольшого кулера, поэтому мощность ограничена в пределах 2-х Ватт.
Областей применения такого простого импульсного блока питания очень много, поскольку он имеет

гальваническую развязку от сети, следовательно, безопасен, а его выходное напряжение никак не связано с сетью. Отличный вариант для запитки светодиодов, вентиляторов охлаждения, питания каких-то маломощных схем и многого другого.

Видео о данном блоке питания:

Импульсный блок питания на TL494 своими руками — схема и подробная инструкция по монтажу

Импульсный блок питания на TL494 своими руками — схема и подробная инструкция по монтажу
Корпус этого самодельного импульсного блока питания состоит из двух частей — основа Kradex Z4A, а так же вентилятор (кулер), который можно увидеть на фото. Он является как бы продолжением корпуса, но обо всем по порядку.
Схема импульсного блока питания на TL494
Что касается необходимых деталей, то нам понадобятся:

• ШИМ контроллер (IC1) — TL494.
• Операционный усилитель (IC2) — LM324.
• 2 линейных регулятора (VR1, VR2) — L7805AB и LM7905.
• 4 биполярных транзистора T1, T2 — C945 и T3, T4 — MJE13009.
• 2 диодных моста — VDS2 (MB105) и VDS1 (GBU1506).
• 5 выпрямительных диодов (D3–D5, D8, D9) — 1N4148.
• 2 выпрямительных диода (D6, D7) — FR107.
• 2 выпрямительных диода (D10, D11) — FR207.
• 2 выпрямительных диода (D12, D13) — FR104.
• Диод Шоттки (D15) — F20C20.
• 5 дросселей — L1 (100 мкГн), L5 на желтом кольце (100 мкГн), L3, L4 (10 мкГн), L6 (8 мкГн).
• Синфазный дроссель (L2) — 29 мГн.
• 2 импульсных трансформатора — Tr1 (EE16) и Tr2 (EE28–EE33, ER35).
• Трансформатор (Tr3) — BV EI 382 1189.
• Предохранитель (F1) — 5А.
• Терморезистор (NTC1) — 5.1 Ом.
• Варистор (VDR1) — 250 В.
• Резисторы — R1, R9, R12, R14 (2.2 кОм); R2, R4, R5, R15, R16, R21 (4.7 кОм); R3 (5.6 кОм); R6, R7 (510 кОм); R8 (1 Мом); R13 (1.5 кОм); R17, R24 (22 кОм); R18 (1 кОм);
• R19, R20 (22 Ом); R22, R23 (1.8 кОм); R27, R28 (2.2 Ом); R29, R30 (470 кОм, 1–2 Вт); R31 (100 Ом, 1–2 Вт); R32, R33 (15 Ом); R34 (1 кОм, 1–2 Вт).
• Переменные резисторы (R10, R11) — 10 кОм, можно использовать 3 или 4.
• Резисторы (R25, R26) — 0.1 Ом; шунты, мощность зависит от выходной мощности БП.
• Конденсаторы — C1, C8, C27, C28, C30, C31 (0.1 мкФ); C3 (1 нФ, пленочный); C4–C7 (0.01 мкФ); C10 (0.47 мкФ, 275 В, X); C12 (0.1 мкФ, 275 В, X); C13, C14, C19 (0.01 мкФ, 2 кВ, Y); C20 (1 мкФ, 250 В, пленочный); C21 (2.2 нФ, 1 кВ); C23, C24 (3.3 нФ).
• Электролитические конденсаторы — C2, C9, C22, C25, C26, C34, C35 (47 мкФ); C11 (1 мкФ); C15, C16 (2.2 мкФ); C17, C18 (470 мкФ, 200 В); C29, C32, C33 (1000 мкФ, 35 В).
• 2 светодиода — D1 (зеленый, 5 мм) и D2 (красный, 5 мм), либо просто диоды, если не нужна индикация.

Из конструктивных элементов нужны будут:

1. Корпус Z4A.
2. Выключатель — 250 В, 6 А.
3. Держатель для предохранителя.
4. Розетка для подключения к сети 220 В.
5. Вилка для подключения к сети 220 В.
6. Разъём для выходного напряжения.
7. Вентилятор 12 В.
8. Вольтметр.
9. Амперметр.

Как видите, схема работает на микросхеме TL494. Существует много аналогов, но лучше использовать оригинальные микросхемы. Стоят они не так уж и дорого, а работают надежно, в отличие от китайских подделок.
Можно также разобрать несколько старых БП от компьютеров и насобирать необходимых деталей оттуда, но лучше по возможности использовать новые детали и микросхемы — это повысит шанс на успех.

• Смотрите также схему блока питания 12В 10А

По причине того, что выходной мощности встроенных ключевых элементов TL494 недостаточно, чтобы управлять мощными транзисторами, работающими на основной импульсный трансформатор Tr2, строится схема управления силовыми транзисторами T3 и T4 с применением управляющего трансформатора Tr1. Данный трансформатор управления можно использовать от старого БП компьютера без внесения изменений в состав обмоток. Трансформатор управления Tr1 раскачивается транзисторами T1 и T2.
Сигналы управляющего трансформатора через диоды D8 и D9 поступают на базы силовых транзисторов. Транзисторы T3 и T4 используются биполярные марки MJE13009. Можно использовать транзисторы на меньший ток — MJE13007, но здесь все же лучше оставить на больший ток, чтобы повысить надежность и мощность схемы, хотя от короткого замыкания в высоковольтных цепях схемы это не спасет.

Далее эти транзисторы раскачивают трансформатор Tr2, который преобразует выпрямленное напряжение 310 Вольт от диодного моста VDS1 в необходимое нам (в данном случае 30–31 вольт). Данные по перемотке или намотке с нуля трансформатора обсудим чуть позже. Выходное напряжение снимается с вторичных обмоток этого трансформатора, к которым подключается выпрямитель и ряд фильтров, чтобы напряжение было максимально без пульсаций.

Выпрямитель необходимо использовать на диодах Шоттки, чтобы минимизировать потери при выпрямлении и исключить большой нагрев этого элемента, по схеме используется сдвоенный диод Шоттки D15. Здесь также чем больше допустимый ток диодов, тем лучше. При неосторожности при первых запусках схемы большая вероятность испортить эти диоды и силовые транзисторы T3 и T4. В выходных фильтрах схемы стоит использовать электролитические конденсаторы с низким ЭПС (Low ESR). Дроссели L5 и L6 в нашем случае были использованы от неисправных блоков питания компьютеров. L6 использован без изменения обмотки, он представляет собой цилиндр с десятком витков толстого медного провода. L5 необходимо перемотать, поскольку в компьютере используется несколько уровней напряжения — нам нужно только одно напряжение, которое мы будем регулировать.
L5 представляет собой кольцо желтого цвета (не всякое кольцо пойдет, так как могут применяться ферриты с разными характеристиками, нам нужно именно желтого цвета). На это кольцо нужно намотать примерно 50 витков медного провода диаметром 1,5 мм. Резистор R34 гасящий — он разряжает конденсаторы, чтобы при регулировке не возникло ситуации долгого ожидания уменьшения напряжения при повороте ручки регулировки.

Наиболее подверженные нагреву элементы T3 и T4, а также D15 устанавливаются на радиаторы. В данной конструкции они были также взяты от старых блоков и отформатированы (отрезаны и изогнуты под размеры корпуса и печатной платы).
Схема является импульсной и может вносить в бытовую сеть собственные помехи, поэтому необходимо использовать синфазный дроссель L2. Чтобы отфильтровывать уже имеющиеся помехи сети используются фильтры с применением дросселей L3 и L4. Терморезистор NTC1 исключит скачок тока в момент включения схемы в розетку, старт схемы получится более мягкий.

Чтобы управлять напряжением и током, а также для работы микросхемы TL494 необходимо напряжение более низкого уровня, чем 310 вольт, поэтому используется отдельная схема питания. Построена она на малогабаритном трансформаторе Tr3 BV EI 382 1189.

Со вторичной обмотки напряжение выпрямляется и сглаживается конденсатором — просто и сердито. Таким образом, получаем 12 Вольт, необходимые для управляющей части схемы блока питания. Далее 12 Вольт стабилизируются до 5 вольт при помощи микросхемы линейного стабилизатора 7805 — это напряжение используется для схемы индикации напряжения и тока.

Также искусственно создается напряжение -5 Вольт для питания операционного усилителя схемы индикации напряжения и тока. В принципе можно использовать любую доступную схему вольтметра и амперметра для данного импульсного блока питания и при отсутствии необходимости данный каскад стабилизации напряжения можно исключить. Как правило, используются схемы измерения и индикации, построенные на микроконтроллерах, которым необходимо питания порядка 3,3–5 Вольта. Подключение амперметра и вольтметра указано на схеме.
На фото печатная плата с микроконтроллером. Амперметр и вольтметр к панели прикреплены на болтики, которые ввинчиваются в гайки, надежно приклеенные к пластмассе суперклеем. Данный индикатор имеет ограничение по измерению тока до 9,99 А, что явно маловато для данного блока питания. Кроме как функций индикации модуль измерения тока и напряжения больше никак не задействован относительно основной платы устройства. Функционально подойдет любой измерительный модуль на замену.

Схема регулировки напряжения и тока построена на четырех операционных усилителях (используется LM324 — 4 операционных усилителя в одном корпусе). Для питания этой микросхемы стоит использовать фильтр на элементах L1 и C1, C2. Настройка схемы заключается в подборе элементов, помеченных звездочкой для задания диапазонов регулирования. Схема регулировки собрана на отдельной печатной плате. Кроме того, для более плавной регулировки по току можно использовать несколько переменных резисторов соединенных соответствующим образом.

Для задания частоты преобразователя необходимо подобрать номинал конденсатора C3 и номинал резистора R3. На схеме указана небольшая табличка с расчетными данными. Слишком большая частота может увеличить потери на силовых транзисторах при переключении, поэтому слишком увлекаться не стоит, оптимально, на мой взгляд, использовать частоту 70–80 кГц, а то и меньше.

Теперь о параметрах намотки или перемотки трансформатора Tr2. Основу я также использовал от старых блоков питания компьютера. Если большой ток и большое напряжение вам не нужны, то можно такой трансформатор не перематывать, а использовать готовый, соединив обмотки соответствующим образом. Однако если необходим больший ток и напряжение, то трансформатор необходимо перемотать, чтобы получить более лучший результат.

Прежде всего придется разобрать сердечник, который у нас имеется. Это самый ответственный момент, так как ферриты достаточно хрупкие, а ломать их не стоит, иначе все на мусор. Итак, чтобы разобрать сердечник, его необходимо нагреть, поскольку для склеивания половинок обычно изготовитель использует эпоксидную смолу, которая при нагреве размягчается. Открытые источники огня использовать не стоит. Хорошо подойдет электронагревательное оборудование, в бытовых условиях – это, например, электроплита.

При нагреве аккуратно разъединяем половинки сердечника. После остывания снимаем все родные обмотки. Теперь нужно рассчитать необходимое количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора. Для этого можно использовать программу ExcellentIT (5000), в которой задаем необходимые нам параметры преобразователя и получаем расчет количества витков относительно используемого сердечника.

Далее после намотки сердечник трансформатора необходимо обратно склеить, желательно также использовать высокопрочный клей или эпоксидную смолу. При покупке нового сердечника потребность в склейке может отсутствовать, так как часто половинки сердечника стягиваются металлическими скобами и болтиками. Обмотки необходимо наматывать плотно, чтобы исключить акустический шум при работе устройства. По желанию обмотки можно заливать какими-нибудь парафинами.

Печатные платы проектировались для корпуса Z4A. Он подвергается небольшим доработкам, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха для охлаждения. Для этого по бокам и сзади сверлится несколько отверстий, а сверху прорезаем отверстие для вентилятора.
Вентилятор дует вниз, лишний воздух уходит через отверстия. Можно вентилятор расположить и наоборот, чтобы он высасывал воздух из корпуса. По факту охлаждение вентилятором требуется нечасто, к тому же даже при больших нагрузках элементы схемы сильно не греются.

Также подготавливаются лицевые панели. Индикаторы напряжения и тока используются с применением семисегментных индикаторов, а в качестве светофильтра для этих индикаторов используется металлизированная антистатическая пленка, наподобие той, в которую упаковывают радиоэлементы с пометкой чувствительности к электростатике.

Можно также использовать полупрозрачную пленку, которую клеят на оконные стекла, либо тонирующую пленку для автомобилей. Набор элементов на лицевой панели спереди и сзади можно компоновать по любому вкусу. В нашем случае сзади разъем для подключения к розетке, отсек предохранителя и выключатель. Спереди — индикаторы тока и напряжения, светодиоды индикации стабилизации тока (красный) и стабилизации напряжения (зеленый), ручки переменных резисторов для регулировки тока и напряжения, а также быстрозажимной разъем, к которому подключено выходное напряжение.
При правильной сборке блок питания нуждается только в подстройке диапазонов регулирования.
Защита по току (стабилизация) работает следующим образом: при превышении установленного тока на микросхему TL494 подается сигнал о снижении напряжения — чем меньше напряжение, тем меньше ток. При этом на лицевой панели загорается красный светодиод, сигнализирующий о превышении установленного тока, либо о коротком замыкании. В нормальном режиме стабилизации напряжения горит зеленый светодиод.

Основные характеристики импульсного блока питания зависят в основном от применяемой элементной базы, в данном варианте они следующие:

1. Входное напряжение — 220 вольт переменного тока.
2. Выходное напряжение — от 0 до 30 вольт постоянного тока.
3. Выходной ток составляет более 15 А (фактически тестированное значение).
4. Режим стабилизации напряжения.
5. Режим стабилизации тока (защита от короткого замыкания).
6. Индикация обоих режимов светодиодами.
7. Малые габариты и вес при большой мощности.
8. Регулировка ограничения тока и напряжения.

Подводя итог, можно отметить, что данный импульсный блок питания получился достаточно качественный и мощный. Это позволяет использовать данный вариант блока питания как для тестирования каких-то своих схем, так и вплоть до зарядки автомобильных аккумуляторов.

Стоит отметить также то, что емкости на выходе стоят достаточно большие, поэтому коротких замыканий лучше не допускать, так как разряд конденсаторов с большой вероятностью может вывести схему из строя (ту, к которой подключаемся), однако без этой емкости выходное напряжение будет хуже — возрастут пульсации. Это особенность именно импульсного блока, в аналоговых БП выходная емкость, как правило, не превышает 10 мкФ в силу своей схемотехники. Таким образом, получаем универсальный лабораторный импульсный блок питания способный работать в широком диапазоне нагрузок практически от нуля до десятков Ампер и Вольт. Блок питания прекрасно зарекомендовал себя как при питании небольших схем при тестировании (но тут защита от КЗ поможет мало из-за большой выходной емкости) с потреблением в миллиамперы, так и в применении в ситуациях, когда необходима большая выходная.

Видео о тестировании данного блока питания:

Стабилизированный импульсный блок питания на SG3525 своими руками

Рассмотрим пошагово, как сделать стабилизированный блок питания на микросхеме SG3525. Сразу поговорим о достоинствах данной схемы. Первое, самое важное — это стабилизация выходного напряжения. Также тут есть софт старт, защита от короткого замыкания и самозапит.

Для начала давайте рассмотрим схему устройства.
Новички сразу же обратят внимание на 2 трансформатора. В схеме один из них силовой, а второй — для гальванической развязки.

Не стоит думать, что из-за этого схема усложнится. Наоборот все становится проще, безопаснее и дешевле. К примеру, если ставить на выходе микросхемы драйвер, то для нее нужна обвязка.

Смотрим дальше. В данной схеме реализован микростарт и самозапит.
Это очень продуктивное решение, оно позволяет избавиться от потребности в дежурном блоке питания. И действительно, делать блок питания для блока питания не очень хорошая идея, а такое решение просто идеально.
Работает всё следующим образом: от постоянки заряжается конденсатор и когда его напряжение превысит заданный уровень, открывается данный блок и разряжает конденсатор на схему.



Его энергии вполне достаточно для запуска микросхемы, а как только она запустилась, напряжение со вторичной обмотки начало питать саму микросхему. Также к микростарту необходимо добавить вот этот резистор по выходу, он служит нагрузкой.
Без этого резистора блок не запустится. Данный резистор для каждого напряжения свой и его необходимо рассчитать из таких соображений, что при номинальном выходном напряжении на нем рассеивался 1 Вт мощности.
Считаем сопротивление резистора:
R = U в квадрате/P
R = 24 в квадрате/1
R = 576/1 = 560 Ом.
Также на схеме есть софт старт. Реализован он с помощью вот этого конденсатора.
И защита по току, которая в случае короткого замыкания начнет сокращать ширину ШИМ.
Частота данного блока питания изменяется с помощью вот этого резистора и кондёра.
Теперь поговорим о самом важном — стабилизации выходного напряжения. За нее отвечают вот эти элементы:
Как видим здесь установлены 2 стабилитрона. С их помощью можно получить любое напряжение на выходе.
Расчет стабилизации напряжения:
U вых = 2 + U стаб1 + U стаб2
U вых = 2 + 11 + 11 = 24В
Возможна погрешность +- 0.5 В.
Чтобы стабилизация работала корректно нужен запас по напряжению в трансформаторе, иначе при уменьшении входного напряжения микросхема попросту не сможет выдать нужного напряжения. Поэтому при расчете трансформатора следует нажать на вот эту кнопку и программа автоматом добавит вам напряжения на вторичной обмотке для запаса.

Теперь можно перейти к рассмотрению печатной платы. Как видим, тут все довольно таки компактно. Также видим место под трансформатор, он тороидальный. Без особых проблем его можно заменить на Ш-образный.
Оптрон и стабилитроны расположены возле микросхемы, а не на выходе.
Ну некуда их было поставить на выход. Если не нравится, сделайте свою разводку печатной платы.
Вы можете спросить, почему бы не увеличить плату и не сделать все нормально? Ответ следующий: сделано это с тем расчетом, чтобы дешевле было заказать плату на производстве, так как платы размером больше 100 кв. мм стоят гораздо дороже.

Ну а теперь настало время собрать схему. Тут все стандартно. Запаиваем без особых проблем. Наматываем трансформатор и устанавливаем.

Стоит также обратить внимание на отдельные важные моменты. К таким моментам относится входной дроссель. Его можно мотать на сердечнике проницаемостью 2000 НМ, размеры 20х13х7 мм.

Желательно развести обмотки на 2 части. Для изоляции используются обыкновенные пластмассовые стяжки. Мотаем проводом 0,8 мм. Количество витков каждой обмотки 10–13.
А теперь самая страшная часть схемы — ТГР.
На самом деле он мотается не тяжелее чем дроссель. Берём кольцо с проницаемостью 2000 НМ (размеры такие же, как и у дросселя, можно меньше, это не критично) и мотаем в 3 жилы проводом МГТФ 20 витков.

Нет такого провода — не беда, можно и обыкновенным эмалированным с диаметром 0,4–0,6 мм.
И все, ТГР готов.

Единственное где нужно быть внимательным, это при установке его на плату. Соблюдайте фазировку! Выходные обмотки включены встречно — это важно.
Следует также показать, что происходит на затворах транзисторов. Это для тех, у кого есть осциллограф.

Как видим довольно четкий сигнал. Он немного завален, но на работу это не влияет.
Ну вот и вся информация про блок. Первое включение желательно производить от низковольтного питания, отключив эту схему и подав 12В одновременно и на силу, и на управление.

Проверяем напряжение на выходе. Если оно присутствует, то уже можно включать в сеть.
Для начала проверим выходное напряжение. Как видим блок рассчитан на напряжение 24В, но получилось чуть меньше из-за разброса стабилитронов.
Такая погрешность не критична.
Теперь давайте проверим самое главное — стабилизацию. Для этого возьмем лампу на 24В, мощностью 100Вт и подключим ее в нагрузку.

Как видим, напряжение не просело и блок выдержал без проблем. Можно нагрузить еще сильнее.Как видим результат тот же, напряжение стабильно. Также проверим защиту от короткого замыкания. Для этого выкручиваем резистор в верхнее положение и коротим выводы.


Ничего не взорвалось и блок себя спас. Ну а теперь, подстраивая номинал резистора, можно выбрать любой ток ограничения короткого замыкания под ваши нужды.

Видео о данном импульсном блоке питания:

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.

Плата импульсного преобразователя 220VAC/26VDC.

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.

Плата на базе LM2596 с регулировкой максимального тока, расположение выводов и потенциометров.

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. Есть сведения, что микросхема комфортно работает и при нагрузке до 4 А при условии организации принудительного обдува теплоотвода.

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.

Цифровой блок вольтметр-амперметр.

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.

Соединение китайских модулей в БП.

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.

Инструкция по переделке компьютерного блока питания в лабораторный

Любой БП от компьютера – практически готовый мощный и надежный лабораторный блок питания. Единственное, чего ему не хватает, – регулировки напряжения и тока. Но для того, кто читает схемы и умеет держать в руках паяльник, это не проблема. К примеру, переделка компьютерного БП ATX, собранного на ШИМ-контроллере TL494 или его аналоге, будет выглядеть следующим образом:

Отключаем узел стабилизации выходного напряжения. Для этого выпаиваем два резистора, которые соединяют вывод 1 микросхемы ШИМ-контроллера с шинами +12 и +5 В. На приведенном ниже фото отключение делается путем перекусывания перемычки.

Отключаем защиту от перенапряжения. Тут есть два варианта:

1. Выпаиваем диод, отвечающий за узел защиты.
2. Отрезаем 4 ножку микросхемы ШИМ-контроллера и подключаем ее к общей шине питания.

Меняем конденсаторы. Выпаиваем все сглаживающие конденсаторы по линиям +12, -12, +5, -5, +3,3 В. По шине +12 В устанавливаем конденсаторы той же емкости, что и стояли, но на рабочее напряжение не ниже 35 В.

Теперь наш БП выдает напряжение порядка 28 В (по бывшей шине +12 В), можно двигаться дальше. Собираем простенькую схему регулировки тока и напряжения.

Напряжение в этой схеме регулируется резистором R14, а ток – резистором R17. Оснащаем нашу конструкцию измерительными приборами, подключаем к доработанному БП, и лабораторный блок питания готов. С его помощью мы можем регулировать напряжение в диапазоне 1.2…28 В и изменять ток  от 0 до 8 А. Более подробно о такой переделке и о разновидностях блоков питания ПК можно прочитать в статье «что можно сделать из блока питания от компьютера».

Как вам статья?