+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

cxema.org — Простой лабораторный блок питания

В поисках хорошей схемы лабораторного блока питания наткнулся на довольно интересную схему, честно говоря, заглядывался на нее еще несколько лет назад, но так и не собрал. Чисто ради интереса решил попробовать схему «на вкус» поскольку часто мои зрители задавали вопросы связанные с этим блоком питания. На счет подгона компонентов — компоненты (транзисторы не критичны, можно и нашу комплектацию (КТ3102, КТ3107, КТ816, КТ8101/819ГМ/БМ) либо импортные аналоги, которые указаны в схеме.

На счет работы схемы, хочу привести пару строк (не я их написал)

Стабилизатор напряжения состоит из дифференциального усилителя VT1, VT3, на один вход которого подается опорное напряжение с движка резистора R3, а на другой — напряжение с делителя R23, R24. Сигнал ошибки поступает на усилитель тока на транзисторах VT10, VT9, VT8, VT7, который пытается уровнять напряжение на базах дифференциального усилителя и, таким образом, стабилизировать напряжение.

Стабилизация тока происходит следующим образом. Напряжение с датчика тока R15 отслеживается транзистором VT6. Если нагрузка начинает кушать слишком много или случается КЗ, ток через датчик увеличивается, транзистор VT6 открывается, открывая, в свою очередь, еще больше транзистор VT10. Тем самым снижается напряжение на базе VT9, а следовательно и выходное напряжение стабилизатора. Все это происходит до тех пор, пока ток не перестанет безобразничать и превышать порог, установленный резистором R21. Ну и плюс ко всему это открывается транзистор VT15 и загорается светодиод, сигнализируя о переходе стабилизатора в режим стабилизации тока.

А на самом деле? все будет ли работать в железе и на сколько стабильно? На некоторых ресурсах схема обсуждалась не с самой лучшей стороны, у многих проблемы, хотя собрали и написали отзыв не более 5-6 человек, но никто не предоставлял ролик или хотя бы фотографий конструкции, наверное, я буду первым.

Плата была разведена по лайот, проверена по обеим схемам.

К стати на счет схем — была она опубликована в журнале радиохобби еще в последнем году первого тысячелетия (те, кто не догнал — в 1999 году), но оказывается схема взята с буржуйского журнала, поэтому в сети вращаются две схемы — буржуйская и наша с отечественными компонентами (либо просто автор статьи перевел компоненты под наши).
После сборки пришла пора тестов — исключительно все компоненты были строго по схеме, делал на буржуйских компонентах (хотя изначально плату развел под наши, но свернуть цоколь ключей не составило труда)

Забыл о мерах предосторожности и подал на схему сразу 32 вольта с мощного тора и… о чудо! никаких взрывов, скажу больше — никаких нагретых компонентов — кажись все запустилось и работает, если бы….

На самом деле схема работает, но не так, как должна, регулировка выходного напряжения от 0 до 20 Вольт (думаю в схеме неверные стабилитроны, задействованы, но я лично все компоненты брал такое, которые на схеме) Регулируется напряжение довольно плавно, так, как и должно быть. Вот беда с ограничением тока — стабилизация тока(индикатор стабилизации) вообще не функционирует никак, а стабилизация тока в большей степени регулирует напряжение, чем ограничивает ток … при «максимальном токе» идут страшные просадки, по словам многих людей, схема должна тянуть на 3 ампер, но лично подключал лампу 5 ватт 40 Вольт и ток потребления был в 30 раз меньше максимального, при этом просадка 1 вольт ….. нагружал схему и лампами 12 Вольт 21 ватт, напряжение подсело с 16 вольт (был задан на момент подключения) до 7 Вольт! и этот блок стабилизирован? может и да…. Подумал, что проблема в стабилитронах и неполная регулировка связана с ними, заменил 10 Вольтовый на 15, 2,4 на 5.1 Вольт и … о чудо ! выход поднялся до 28 Вольт (даже 28,7 Вольт), но радовался не долго , сами стабилитроны начали перегреваться, перегрелись заодно и транзисторы начального каскада (кт3102), дальше не потерпел управляющий кт816 и нагрелся так, что можно было кофе на нем подогреть.

На второй день заменил кт816 более хороший BD140 , как советовалось в буржуйской схеме и опять те же проблемы, снял стабилитроны, проверил — рабочие. Дальше потыкал мультиметром, прозвонил ключи и! оказалось, что пробил заодно и силовой ключик (2SD1047). Заменил его и решил понять в чем проблема. и выяснил, что при максимальном выходном напряжении (если задать переменником) у нас по неизвестным причинам летит управляющий транзистор, но если даже не учитывать данный косяк, то регулировка тока тут, мягко говоря плохая, очень плохая. В общем если не хотите головной боли, делать схему не надо, поднастроить схему можно, но смысла в этом не увидел, поскольку все-ровно она не будет сиять высокими выходными параметрами, лучше делать другой блок питания, думаю еще будет случай ознакомить моих читателей с конструкциями доступных и хороших лабораторных источников питания.

Ролик

Простой лабораторный блок питания

Схема простого лабораторного блока питания на интегральной микросхеме, который легко собрать своими руками.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

В этой статье мы также рассмотрим простой в сборке, не имеющий дефицитных деталей источник питания для радиолюбительских устройств, но собранный, в отличии от предыдущего блока питания, на интегральном стабилизаторе   серий  142, К142, КР142 (КРЕН).
В настоящее время выпускается большой ассортимент этих микросхем  с фиксируемым и регулируемым  выходным  напряжением,  двухполярные,  которые можно включать как в плюсовой так и в минусовой  провод выходной цепи.
Сегодня мы рассмотрим лабораторный источник питания на интегральном стабилизаторе КР142ЕН12.

Данный блок питания позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение от 1,5 до 35 вольт и силой тока до 1 ампера.

Данная схема очень похожа на рассмотренную в предыдущей статье, разница только в том, что здесь регулирующим напряжение элементом является не транзистор, а интегральный стабилизатор напряжения. Диоды VD1 и VD2 защищают стабилизатор от разрядных токов конденсаторов С2 и С3. Светодиод HL1 сигнализирует о включении питания и он может быть любого типа, единственное придется подобрать сопротивление R7 по яркости его свечения.
Максимальное выходное напряжение и сила тока зависят от  примененного стабилизатора напряжения. Ниже приведены характеристики регулируемых стабабилизаторов напряжения.

Перечень регулируемых стабилизаторов напряжения

Микросхема

Uвых, В

Iмакс, А

Pмакс, Вт

Включение

Корпус

КР1157ЕН1

1,2…37

0,1

0,6

плюсовое

КТ-26 (3)

КР1168ЕН1

1,3…37

0,1

0,5

минусовое

КТ-26 (3)

КР142ЕН12А

1,2…37

1,5

10

плюсовое

КТ-28-2 (1)

КР142ЕН12Б

1,2…37

1

10

плюсовое

КТ-28-2 (1)

КР142ЕН18А

1,3…26,5

1

10

минусовое

КТ-28-2 (1)

КР142ЕН18Б

1,3…26,5

1,5

10

минусовое

КТ-28-2 (1)

LM317L

1,2…37

0,1

0,625

плюсовое

ТО-92 (3)

LM337LZ

1,2…37

0,1

0,625

минусовое

ТО-92 (3)

LM317T

1,2…37

1,5

15

плюсовое

ТО-220 (2)

LM337T

1,2…37

1,5

15

минусовое

ТО-220 (2)



Лабораторный БП на основе Простого и доступного БП « схемопедия


Лабораторный блок питания

В этой статье я хотел бы рассказать о своем лабораторном БП, за основу которого была взята схема «Простой и доступный БП». Вариантов этого устройства довольно много, авторы постоянно что-то добавляют, вносят изменения, на тот момент, когда я начал собирать, последней версией была  v 13. Однако я немного изменил схему, в свою пользу, т.к. планировал использовать БП на большие токи и хотел добавить схему переключения обмоток трансформатора. Вот схема оригинал:

В своем варианте я убрал «Индикатор перегрузки» на DA 1.3 и «Схему измерителя тока» на DA 1.4 и т.к. теперь два  ОУ освободились, я решил на них же собрать «Схему переключения обмоток трансформатора», но об этом позже. Из-за этого была изменена схема стабилизации +12В для микросхемы ОУ, был использован отдельный источник питания со стабилизатором 7812. Также добавил силовых транзисторов, вместо одного 2N3055 я поставил пару 2SC5200. Максимальный отдаваемый ток теперь 5,6А. Вот мой вариант схемы:

В итоге мой вариант регулирует напряжение от 0 до 25В и может ограничивать максимальный ток на уровне от 0,01А до 5,6А. Для окончательной настройки схемы нужно установить максимальное напряжение резистором R13 и подобрать резисторы R14 и R16 для макс.  и мин.  тока соответственно.

Управление обмотками трансформатора

Бывают такие случаи,что нужно подключить к ЛБП какую-то низковольтную нагрузку, но с довольно большим током, например 5В при токе 5А. Тогда получается, что на силовых транзисторах будет падать несколько десятков вольт.  К примеру после диодного моста и конденсатора в фильтре у нас 30В, а на выходе ЛБП всего 5В, значит на транзисторе будет падать 25В, и это при токе в 5А, получается, что бедный транзистор как-то должен превратить 125Вт просто в  тепло. Одному мощному транзистору это не под силу, просто напросто произойдет тепловой пробой и он выйдет из строя, да и двум тяжко будет. На этой случай придумана схема, которая переключает обмотки трансформатора в зависимости от выходного напряжения ЛБП. К примеру, если нужно 5В, то зачем подавать на ЛБП 30В?

Ниже изображена схема переключения обмоток:

У меня же сам ЛБП и «схема переключения»  собраны на одной плате. Переключение обмоток происходит при напряжениях на выходе 12В и 18В. Настройка схемы сводится к установке нужных напряжений переменными резисторами. Резистором R2 устанавливается деление выходного напряжения на 10, т.е. если на выходе ЛБП 25В, то на среднем выводе R2 (ползунке)  должно быть 2,5В. Далее устанавливаем пороги срабатывания реле. Например у меня при 12В срабатывает первое реле, значит на 2 ножке микросхемы нужно установить 1,2В, соответственно при 18В  на 6 ножке устанавливаем 1,8В. Позже можно будет заменить переменные резисторы R3 и R5 на  два постоянных, спаяв их как делитель напряжения.

Охлаждение

В качестве радиаторов были собраны экспериментальные варианты из алюминиевых карнизов для штор, профили прикручиваются винтами к алюминиевой пластине ( признаюсь, хотелось бы потолще) и естественно промазываются термопастой. Эффективность таких радиаторов довольна неплохая. В верхней крышке корпуса есть отверстия для охлаждения.

Ампервольтметры

В качестве измерителя напряжения и тока была использована довольно известная схема на специализированной  мс  ICL7107. Я собирал по этой схеме:

Отдельное питание

Для питания индикации и микросхем LM324 в ЛБП используется отдельный трансформатор и стабилизаторы +5В и +12В.

О корпусе

Основой для корпуса стал кусок стеклотекстолита, толщиной около 6-7 мм. На нем все и собиралось, далее были прикручены передняя панель со всеми органами управления и индикацией и задняя с вентиляторами и сетевым разьемом. И сверху П–образная крышка, обклеенная синей самоклейкой.

Трансформаторы я использовал ТН 60. У них довольно мощные обмотки по 6,3В. Ток до 7А. По весу данный аппарат получился около 10кг.

Диодные мосты серии КВРС, 35-амперные, также посаженые на общий радиатор с силовыми транзисторами.

Вот общий вид моего ЛБП:

Прикрепленные файлы:

Лабораторный блок питания | Все своими руками

Для питания различных схем нужны разные блоки питания с разными напряжениями и токами, для таких целей в мастерской необходим регулируемый блок питания, то есть лабораторный блок питания. Цены на такие устройства довольно внушительны и поэтому придется собирать лабораторный блок питания своими руками. Из того что у меня есть в закромах получится неплохой прибор с выходом до 18В и током до 2.5А, для индикации подойдет только что пришедший с Китая цифровой вольтметр, но обо всем по порядку.

Во первых максимальные выходные параметры были выбраны в связи с имеющимся свободным трансформатором от стерео колонок 2*17В 2А. обмотки подключены параллельно. После диодного моста с конденсаторами напряжение подрастет примерно до 24В. Надо учитывать, что напряжение должно быть с запасом. Падение на транзисторах несколько вольт плюс под нагрузкой еще просядет на несколько вольт, чистыми останется 19В поэтому 18В это стабильный максимум, что можно выжать. Нагрузка в 2,5А выбрана так, что бы сильно не нагружать обмотки трансформатора, в таком режиме трансформатор будет себя лучше чувствовать, потому что нагружен будет на 70-80%. Чем питать разобрался, теперь что что питать

Теперь пора выбрать схему для лабораторного блока питания. Схема была выбрана, собрана и опробована, это простой и доступный лабораторный блок питания (ПИДБП) V14.Схема была взята с форума Паяльника и немного переделана под свои выходные напряжения и токи

На DA1.3 собран индикатор перегрузки по току. Когда идет ограничение по току, этот индикатор указывает об этом
Для измерения тока нагрузки на DA1.4 собран усилитель напряжения пересчитанный на усиление в  5 раз. Когда нагрузка максимальна на резисторе R20 падение 0,5В, это напряжение усиливается и на выходе ОУ напряжение, равное по значению току потребления.

Ну и на первых двух компараторах собрано сердце схемы. Это стабилизатор тока управляющий стабилизатором напряжения. Я собирал нечто похожее, только в схеме управление током и напряжением было независимо. Подробно описывать как работает последовательное включение стабилизаторов не буду, можете почитать о параллельном в статье простое зарядное устройство своими руками, принцип работы схож.
В схеме были пересчитаны R12R14 для выходного напряжения в 18В, а R11 для регулировки напряжения был заменен на 5к. R20 пересчитан на ток 2,5А, при максимальном токе на R20 должно быть падение 0,5В. R20 рассчитывается по простой формуле из закона Ома R20=0.5(В)\Iмакс(А)

Что бы схемку сделать немного практичней добавил схемку защиты от короткого замыкания и переполюсовки. Эта схема хорошо себя зарекомендовала и леплю её куда попало))
Короче определился, что где буду использовать. Собрал все компоненты в кучу, развел печатную плату и все распаял

Как видно выходные транзисторы использовал КТ803А в параллельном включении. Общая рассеиваемая мощность 120Вт, максимальный ток 20А напряжение пробоя 60В. Оба транзисторы выведены проводами на общий радиатор за пределы корпуса. Кстати корпус использовал от старой пластиковой музыкальной колонки



Печатная плата готова, корпус есть. транзисторы на радиаторе. Пришло время окончательно определиться какие задачи будут выполняться лабораторным блоком питания и развести переднюю панель. Панель буду рисовать в SPL6.

На панеле размещу вольтметр, регулятор напряжения и тока.
Переключатель измерение вольт и ампер.
Два индикатора перегрузка и защита от КЗ
Переключатель между выходом с диодного моста и выходом ЛБП
Переключатель между ЛБП и зарядным. Минусовой выход либо с ЛБП либо с защиты от переполюсовки и кз
Теперь зная что где будет, можно сложить общую схему лабораторного блока питания и раскидывать косы проводов от платы к передней панеле. Вот что вышло


  Думаю пора собирать все в корпус
Вот фото платы собранной окончательно

А вот так все выглядит в корпусе.

После сборки всего в корпус можно попробовать включить лабораторный питальник в розетку. На выходе 18,5В
Первое включение лабораторного блока питания под нагрузкой 50% в качестве нагрузки двигатель от шуруповерта 12В. Кстати по индикатору перегрузка видно, что блок питания в режиме ограничения тока. На индикаторе ток потребления 1,28А

Вот такой лабораторный блок питания у меня получился

В качестве индикатора использовал вольтметр  из Китая, предварительно его переделав. Вольтметр указывал тоже напряжения от которого питался, я решил разделить эти каналы, что бы была возможность измерять от 0В до 20В. Я убрал резистор соединяющий контакты питания и измерения напряжения, он помечен красным на фото. Запитал индикатор от опорного напряжения схемы 12В

Такой вольтметр можно заказать на AliExpress. вот ссылка

Если нужны результаты испытаний этого блока, пожалуйста напишите в комментариях.

С ув. Эдуард

Похожие материалы: Загрузка…

DIY Small Bench Power Supply: 7 шагов (с изображениями)

Вот список материалов и инструментов, которые я использовал для этого проекта. Многие из них можно заменить другими компонентами, которые у вас уже есть, но я бы определенно использовал алюминиевый корпус, поскольку я также использовал его как радиатор. Я попытался найти самые дешевые компоненты, но дважды проверьте, не изменилась ли цена, вы можете найти их дешевле в другом месте.

МАТЕРИАЛЫ

-Алюминиевый корпус (ссылка)

-Большой преобразователь постоянного тока в постоянный (LM2596S) (ссылка)

-6 разъемов контактов (ссылка)

-10k Многооборотный потенциометр 9000 x2 (ссылка)

-Ручки потенциометра (ссылка)

-Вольт, амперметр (ссылка)

-Паста для обогрева радиатора.

— Тумблер (ссылка)

— Рокер переключатель (ссылка)

— Лак для ногтей.

— Средство для снятия лака или ацетон.

— Разъем для монтажа на панели питания (ссылка) Проверьте разъем источника питания, чтобы найти подходящий разъем.

-Банановые розетки (ссылка) (Вы можете получить более дешевые, но мне нравятся те, что указаны по ссылке, потому что они меньше)

-Банановые разъемы (возможно, у вас уже есть один, я не буду помещать ссылку, так как это) может стоить получить приличный)

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Остальные компоненты необходимы только в том случае, если вы хотите иметь светодиоды, чтобы вы знали, ограничиваете ли вы ток или напряжение, и чтобы вы знали, если выход установлен на.

-attiny85 (ссылка)

-2x Общие PNP-транзисторы

-500R резистор x4 (или близкий)

-10k резистор x2

-100nf керамический конденсатор x2

-5V регулятор L7805CV-

at 9000e3 раковина для регулятора напряжения

-3мм красный светодиод x2

-5мм двухцветный светодиод и крепление на панель для него.

-Раствор для травления (хлорид железа) Он также используется для травления печатных плат.

-Два контейнера для раствора для травления.Один должен поместиться внутри другого, а внутренний должен быть достаточно большим, чтобы алюминиевый корпус поместился внутри. (См. Шаг 2 для фотографий). Также они должны быть термостойкими.

ИНСТРУМЕНТЫ

-Dremel

-Режущий диск

-Сверло и различные сверла

-Тепловой клеевой пистолет

-Паяльник и паяльник

, опционально для модернизации

Для светодиодов вам также понадобятся:

Бытовой утюг

Лазерный принтер

Как собрать лабораторный блок питания за 10 простых шагов | Райхельт.com

В этом практическом руководстве мы покажем вам, как легко собрать лабораторный источник питания. Мы решили использовать модуль программируемого управляющего напряжения с постоянным напряжением и постоянным током и установить его в подходящий корпус.

Проект

Подходит для: Начинающих с базовыми знаниями

Требуемое время: Прибл. два часа

Бюджет: Около 80 фунтов стерлингов

Что вам потребуется: JOY-IT DPS 5015 Лабораторный источник питания и соответствующий корпус: JOY-IT DPS CASE, термоусадочная трубка для сборки корпуса

Может быть расширен за счет: Модуль Micro-USB для настройки лабораторного источника питания с компьютером или модуль Bluetooth для управления устройством с помощью смартфона.

Вам также понадобятся: Основное оборудование электронных инструментов, паяльная станция и др.

1. Подготовьте небольшую печатную плату

Начиная с небольшой печатной платы, припаяйте к ней вентилятор для корпуса. Затем установите тумблер и проложите кабель к основной плате. Поскольку на этой плате нет подключения для вентилятора, вентилятор для корпуса необходимо припаять к маленькой плате.

Затем необходимо перерезать кабель прилагаемого вентилятора. Теперь вы должны осторожно удалить изоляцию с двух проводов так, чтобы провода были прибл.4 мм бесплатно.

Припаяйте красный кабель (+) к отметке «+», а черный кабель к отметке «-». Продеть в отверстия предварительно зачищенные концы и припаять их с двух сторон.
Внимание: Обрежьте эти провода на задней стороне боковым ножом, чтобы в дальнейшем они не могли вызвать короткое замыкание!

2. Припаяйте кнопку

Далее нужно припаять кнопку, чтобы можно было включать и выключать лабораторный блок питания. Используйте красный и черный кабель меньшего диаметра.Припаяйте их к тумблеру, как показано на картинке.

Контакты изолированы термоусадочной трубкой для предотвращения короткого замыкания.

3. Установите соединение между маленькой платой и основной платой

Теперь подготовьте и припаяйте линию питания от маленькой платы к основной плате.

Используйте кабели (красный кабель «+» и черный кабель «-») с большим диаметром для этой линии питания. Отрежьте их примерно через 30 см. 9см.

Внимание: не обрезайте слишком много кабелей, иначе в дальнейшем они могут закоротить выходы.

Обе стороны должны быть зачищены до прим. 5 мм и вилочный кабельный наконечник должны быть прикреплены к одному концу двух кабелей. Эти концы также изолированы термоусадочной трубкой для предотвращения короткого замыкания.

Другой конец двух кабелей должен быть припаян к небольшой печатной плате корпуса.

Обратите внимание на полярность. Красный = «+» и черный = «-».

4. Припаиваем тумблер

Теперь можно паять тумблер. Убедитесь, что вы пропустите кабель переключателя через корпус или прикрепите тумблер к корпусу.Припаяйте концы кабеля переключателя к контактным площадкам «KEY» на небольшой печатной плате. Припаяйте красный кабель к прямоугольной контактной площадке, а черный кабель к круглой контактной площадке.

5. Установите основную плату

Теперь можно закрепить основную плату четырьмя винтами на нижней стороне корпуса и установить соединения входов и выходов блока питания. Два разъема спереди и два сзади.

Прикрутите красные разъемы вверху и черные разъемы внизу.Подключите соединения следующим образом:

6. Подготовьте кабель для выходного напряжения

Следующим шагом будет изготовление кабеля для выходного напряжения. Вам нужно будет повторно использовать кабели большего диаметра. Зачистите оба конца прибл. 5мм. Прикрепите вилочные кабельные наконечники с обеих сторон.

7. Установите вентилятор

Теперь вы можете закрепить вентилятор изнутри, вставив четыре гайки сзади в вентилятор и прикрутив четыре винта снаружи к вентилятору.

8.Подключите печатную плату и переключатель

Теперь прикрепите небольшую печатную плату к задней части корпуса двумя гайками.

Зафиксируйте небольшую плату, затем установите все кабели. Сначала подключите кабель входного напряжения («IN +» и «IN-»).

Затем вы можете подключить кабель выходного напряжения («OUT +» и «OUT-»).

Подключите конец кабеля выходного напряжения к передним клеммам.

9. Подключаем дисплей

Последнее, что нужно подключить, это дисплей с двумя кабелями на материнской плате.Один кабель предназначен для дисплея («LCD») и один кабель для кнопок («KEY»). Разъемы для кабелей обозначены как на плате, так и на дисплее. После того, как вы подключили кабели, все, что вам нужно сделать, это прикрепить дисплей к корпусу.

10. Окончательная сборка

После того, как вы соединили все кабели, прикрутили печатные платы, защелкнули дисплей и тумблер и прикрутили вентилятор, корпус готов.
Теперь вы можете прикрутить корпус четырьмя винтами с обеих сторон.

Фотографии: JOY-IT

Лабораторный источник питания DIY | ezContents blog

Некоторое время назад я собрал этот настольный блок питания, который я получил в подарок от моего друга Эрика. Комплект был опубликован на голландском форуме по электронике (Circuits online) как выборка PCB Lab. Пришло время создать для него корпус, так как он просто валялся в моем ящике и не использовался на самом деле.

Комплект уже работал, но пользоваться было не очень удобно.Он также включал источник питания 24 В 3 А и измеритель напряжения, который я купил в китайском интернет-магазине.

Я также добавил к нему радиатор и вентилятор.

В руководстве к набору сказано, что для питания дополнительных устройств и счетчиков требуется дополнительный трансформатор, поэтому я добавил этот блок на 12 В вместе с платой выпрямителя и регулируемым понижающим регулятором напряжения.

Я также хотел включить в конструкцию несколько банановых вилок, ручек потенциометров и других переключателей питания.

Я начал мучительный и трудоемкий процесс создания обложки. Загрузите здесь готовый проект лабораторного блока питания.

Пришло время его распечатать. Для этого мне нужно было разбить дизайн на части, потому что в целом на печать уходит более 6 дней. У меня также не осталось много филамента, поэтому я решил напечатать его всеми оставшимися цветами, а затем распылить черным. Обратите внимание, что передняя панель на картинке не та, что у меня в итоге.

Сначала я собрал нижнюю часть корпуса и боковые стороны.

Далее я распаял светодиоды индикаторов.

И припаял к ним удлинители. Чтобы избежать коротких замыканий, рекомендуется добавить термоусадочные трубки.

Я сделал то же самое с трансформатором 12 В, который будет питать измеритель напряжения / амперметра и вентилятор.

Затем я подключил его вместе с трансформатором 24 В к вилке питания C14 и выключил с помощью клеммных соединителей.Обратите внимание, что текущий (коричневый) провод переключается.

Из соображений безопасности я добавил термоусадочные трубки на силовые элементы.

Сверху трансформатора 24 В я прикрепил трансформатор 12 В с помощью двусторонней клейкой ленты.

После этого я подключил выход переменного тока трансформатора 12 В к плате выпрямителя, а выход постоянного тока этой платы — к регулируемому понижающему стабилизатору напряжения для питания вентилятора и измерителя напряжения / амперметра.

Теперь я мог добавить печатную плату внутрь коробки и закрепить потенциометры на этой печатной детали.

Я мог прикрепить все провода к банановым вилкам, переключателю нагрузки и светодиоды к передней панели.

Внутри лабораторный блок питания выглядел так.

Чтобы закончить его, мне пришлось отрезать длинные концы потенциометров, чтобы установить ручки.

Принадлежности для скамейки

Принадлежности для скамейки
Elliott Sound Products Настольные источники питания

Настольные источники питания — купить или построить?
Авторские права © Ноябрь 2019 г., Род Эллиотт Вершина
Указатель статей
Главный указатель

Содержание
Введение

Стендовый комплект — одно из самых полезных испытательных устройств, которое у вас когда-либо будет. Одно дело создать один, предназначенный для тестирования предусилителей и другого низковольтного, слаботочного оборудования, а другое дело — сделать такой, который подходит для тестирования усилителей мощности. На самом деле это настолько сложно сделать правильно, что подобные покойному Бобу Пизу рекомендовали своим коллегам-инженерам и другим людям даже не пытаться. Его совет заключался в том, чтобы купить его у надежного поставщика и не подвергать себя горю, тратя много часов на его сборку, только для того, чтобы он взорвал многие дорогие детали, использованные при его создании. [1] .

Во многих отношениях трудно не согласиться, и вдвойне, если вы хотите получить напряжение более 20 В на пару ампер. В наши дни проблема удваивается, потому что, чтобы быть действительно полезным, источник питания должен иметь двойное отслеживание, как с положительным, так и с отрицательным питанием, с выходным напряжением, которое может изменяться от нуля до 25 В или около того. В идеале он должен быть способен выдавать не менее 3 А и иметь ограничение по току, чтобы вы не отключили питание при первом коротком замыкании выходных выводов (и что будет !).

По сути, на самом деле нет такой большой разницы между источником питания и усилителем мощности , за исключением того, что усилитель мощности должен подавать и потреблять ток, а источник питания должен только подавать ток на нагрузку. Однако там, где усилитель мощности будет время от времени подвергаться довольно сильному рассеянию, источник питания должен обеспечивать выход, возможно, 3-5 А при коротком замыкании и не выходить из строя. Это намного сложнее, чем кажется.

Рассмотрим источник питания, который может обеспечить 40 В при 5 А, но настроен на выходное напряжение, возможно, 1-2 В и ток 5 А.Внутреннее напряжение будет около 50 В, поэтому на транзисторах регулятора почти 50 В, ток 5 А, что приведет к рассеянию 250 Вт. Это может продолжаться часами или всего несколько минут, но это не значит, что вам нужно выделить всего несколько минут, потому что однажды вам, , понадобится 1-2 В при 5 А в течение часа или более.

Никто не знает точно, что они будут делать с приличным источником питания, пока он у них не будет, и в конечном итоге он будет использоваться для питания усилителей во время тестирования, зарядки аккумуляторов, измерения очень низких сопротивлений или любого количества других возможностей. Я знаю это, потому что так поступаю со своим (который я построил много-много лет назад, но он обеспечивает только ± 25 В при токе до 2,5 А). Я потерял счет, сколько раз цепь тепловой перегрузки отключала мою нагрузку, даже с вентилятором для принудительного воздушного охлаждения.

Принято считать, что настольные поставки должны регулироваться, и в этом проблема. Регулирование усложняет ситуацию и может создать проблемы со стабильностью, которые варьируются от просто неприятных до неразрешимых. Никому не нужен источник питания, который колеблется, и никому не нужен источник питания, который убивает тестируемое устройство (или заряжает, измеряет и т. Д.)). В действительности регулирование (или, по крайней мере, «идеальное» регулирование) не является существенным. В большинстве усилителей мощности не используются регулируемые источники питания, как и во многих других сильноточных нагрузках. У вас должна быть возможность регулировать напряжение, и оно должно быть достаточно стабильным, но для большинства приложений не требуется обеспечение того, чтобы выходное напряжение изменялось только на несколько милливольт под нагрузкой. Возможно, вы почувствуете себя лучше, если у источника питания будет идеальная регулировка, но ваши схемы в основном не заботятся.

Ограничение тока — другое дело.В идеале при первом включении ваш последний проект должен быть защищен от неисправности. Как и регулирование напряжения, функция ограничения тока должна быть регулируемой, но в этом редко требуется чрезвычайно точное регулирование тока . Если мы согласимся с тем, что очень точное регулирование напряжения или тока не является существенным, это упростит конструкцию, значительно упростит сборку и работу с минимумом хлопот.

Мало кто хочет вечно бездельничать, пытаясь усовершенствовать регулятор, который хочет колебаться, и этот будет подходящим вариантом , если «совершенство» является целью.Если это то, что вам действительно нужно, то я должен полностью согласиться с Бобом Пизом — покупайте коммерческие принадлежности у уважаемого производителя. Однако вы, вероятно, получите серьезные деньги, если вам понадобится двойное отслеживание, высокое напряжение (более 30 В) и большой ток (5 А или более).

Обычно полезный источник питания будет иметь два выхода, регулируемых от 0 до 25 В или около того, с регулируемым ограничением тока. В идеале это позволит вам использовать два выхода последовательно, что позволяет использовать одну переменную питания от 0 до 50 В.Выход 5А полезен, но не важен. Если вы используете его для тестирования аудиооборудования DIY (предусилители, активные кроссоверы, усилители мощности и т. Д.), Вы можете убедиться, что DUT (тестируемое устройство) работает должным образом, не имеет коротких замыканий или других серьезных неисправностей, после чего может быть надежно подключенным к предполагаемому источнику питания. Редко бывает, что любая грамотная конструкция выходит из строя с «настоящим» источником питания, если он был протестирован при более низком напряжении, с использованием источника с ограничением тока, который защищает от повреждений в случае возникновения проблемы.

Расширение «базового» источника питания называется SMU (источник-измеритель). Обычно это высокоточные источники питания с микропроцессорным управлением, которые могут подавать ток стока и любой полярности. Большинство подает на нагрузку только ток источника, но SMU также можно использовать в качестве «активной нагрузки», как правило, для источников питания или другого тестируемого оборудования. Они также известны как «4-квадрантные» источники питания, что означает, что они предназначены для источника или стока тока любой полярности.К счастью, это не является требованием для базового тестирования и упоминается только в интересах полноты. Я не предлагаю рассматривать эти материалы в этой статье.

Обратите внимание, что это , а не строительный товар. Хотя на нем показаны схемы, они предназначены в первую очередь для демонстрационных целей, и нет гарантии, что они будут работать должным образом, как показано. Хотя они были смоделированы, это только указывает на то, что лежащие в их основе принципы верны, но не означает что схема будет работать так, как ожидалось в «реальной жизни». Хотя описанные схемы выглядят так, как будто они будут работать нормально, это не было подтверждено сборкой и тестированием. их!

Не случайно проектов настольных блоков питания своими руками не так уж и много. Большинство людей довольно быстро осознают, что это очень дорогое мероприятие и что получение полностью работающего и надежного источника питания, который сделает именно то, что вам нужно, — нетривиальная задача. Схемы, показанные здесь, предназначены для вдохновения и предназначены в основном для того, чтобы дать вам представление о задействованных сложностях — даже для кажущихся простыми схем.


1 Регулятор напряжения

Первые регулируемые источники питания используются клапаны (вакуумные трубки), с регулятором газоразрядной в качестве опорного напряжения. Как и ожидалось, они были не очень хороши из-за ограниченного доступного усиления. Несколько основных примеров показаны ниже, причем версия операционного усилителя является довольно хорошим аналогом современных микросхем 3-контактных стабилизаторов. Все они страдают от проблемы, которая делает их (как правило) непригодными для настольного питания — они не могут снизить выходное напряжение до нуля вольт.

При тестировании того, что только что было построено, важно иметь возможность начинать с очень низкого (предпочтительно нулевого) напряжения и контролировать ток по мере увеличения напряжения. Если вы видите, что ток быстро растет при напряжении питания всего в вольт или около того, вы, , знаете, что есть проблема. Включение ограничения тока (рассмотрено немного позже) означает, что ток короткого замыкания можно поддерживать на уровне, при котором он вряд ли вызовет повреждение.


Рисунок 1.1 — Базовая топология стабилизатора напряжения

Устройство последовательного прохода — V1 / Q1, а управляющий элемент — V2, Q2 или U1 (вентиль, транзистор и операционный усилитель соответственно).Опорным напряжением для схемы клапана является газоразрядная трубка, обычно она имеет напряжение около 90 вольт (в зависимости от устройства доступны напряжения от 70 до 150 В [5] ). В схеме транзистора используется стабилитрон, а схема операционного усилителя показана с внешним опорным сигналом. В каждом случае используется обратная связь, а VR1 позволяет установить желаемое значение напряжения. В каждом случае это базовые версии регулятора, и на практике существует множество вариаций.

Обратная связь устроена таким образом, что если выходное напряжение падает (например, из-за подключенной нагрузки), управляющее устройство гарантирует, что элемент последовательного прохода может пропускать дополнительный ток, необходимый для подачи на нагрузку желаемого напряжения. Способность любой из цепей поддерживать желаемое напряжение называется «регулировкой» и выражается в процентах. Например, если напряжение падает на 1% при подключении нагрузки, это является спецификацией для регулятора. Более высокий коэффициент усиления в устройствах управления и последовательного прохода означает лучшее регулирование.

В версии с операционным усилителем есть дополнительный транзистор и резистор. «Rs» — это резистор считывания тока, а Q2 — транзистор регулятора тока . Если ток таков, что напряжение на Rs больше 0,6 В, Q2 включается и «крадет» базовый ток у Q1 (обеспечивается через R1). Это самая основная форма текущего регулирования, и она удивительно хорошо работает на практике. Если Rs составляет 1 Ом, выходной ток ограничивается до 650 мА, если выход закорочен (или если нагрузка пытается потреблять более 600 мА).Хотя эта схема является базовой, она использовалась в бесчисленных конструкциях дискретных регуляторов на протяжении многих лет.

Как и ожидалось, версия операционного усилителя будет иметь гораздо лучшее регулирование, чем две другие, потому что она имеет чрезвычайно высокое усиление. Большинство современных 3-терминальные регулятора ИС используют аналогичный (но оптимизированный) топологию, а опорное напряжение, как правило, «запрещенной зоны» расположение с очень высокой стабильностью. Для регулирования предусмотрены два значения — «линия» и «нагрузка». Регулировка линии — это мера того, насколько изменяется выходной сигнал при изменении входного напряжения, а регулировка нагрузки — это мера изменения выходного напряжения при изменении тока нагрузки.Если вы посмотрите на лист данных любого трехконтактного регулятора, эта информация предоставляется, но не всегда в процентах — иногда она отображается как ΔV (изменение напряжения), обычно в милливольтах. Большинство из них лучше 1% (линия и нагрузка).

Существует множество факторов, которые необходимо учитывать в любой схеме регулятора напряжения. Одна из самых сложных задач — это стабильность, чтобы гарантировать, что схема имеет быстрое время реакции, но без колебаний. Использование операционного усилителя, управляющего усилителем тока (обычно эмиттерным повторителем), обычно будет стабильным, но если в контуре обратной связи используются какие-либо дополнительные схемы усиления, он почти наверняка будет колебаться.Это означает, что необходимо добавить дополнительные компоненты (обычно конденсаторы малой емкости), и их оптимальное расположение обычно не сразу видно. Примеры можно увидеть на рисунке 6.1 (одинарный источник питания, операционный усилитель с выходом эмиттерного повторителя) и рисунок 7.1 (двойное питание), где за операционным усилителем следует каскад усиления. Учитывая, что большинство «обычных» операционных усилителей ограничены напряжением питания менее 36 В, это ограничивает доступное выходное напряжение, когда каскад усиления не включен.

В некоторых отношениях источник питания мало чем отличается от усилителя мощности звука.Единственное реальное отличие состоит в том, что усилители могут генерировать и поглощать (поглощать) ток, тогда как блок питания должен только подавать ток на нагрузку. В самом деле, вполне работоспособная схема регулятора может быть построена с использованием обычных строительных блоков усилителя мощности. Однако не ожидается, что усилители мощности будут управлять емкостными нагрузками, а регуляторы напряжения должны быть способны управлять любой нагрузкой, будь то емкостная, резистивная или индуктивная. Конечно, блок питания также должен защищать себя от повреждений (закороченные выходы или нагрузки с очень низким импедансом), и он должен иметь возможность передавать свой номинальный ток на на любую нагрузку при при любом напряжении .Рассеивание на последовательном транзисторе может быть чрезмерным, но питание должно продолжаться. По сравнению с блоками питания усилители мощности просты!


2 подхода для скамейки

Один из способов сделать очень надежный источник питания — это использовать источник питания на основе мощного трансформатора и регулировать напряжение с помощью вариатора (см. Рисунок 4.1). Это не регулируется, но это самый простой способ создать источник высокой мощности, который можно использовать практически с любым усилителем (или другими проектами, , включая источники питания ).Нет защиты от перегрузки по току (кроме предохранителей), но у меня есть пара источников питания, которые используют именно эту конфигурацию. Когда мне нужно много напряжения и тока, эти источники неоценимы. Однако сначала необходимо убедиться, что тестируемый блок не имеет врожденных неисправностей. В идеале для этого требуется ограничение тока. Хотя «предохранительные» резисторы могут использоваться последовательно с положительными и отрицательными источниками питания для начальных испытаний, это неудобно.

Большинство (практически все) из моих первоначальных тестов проводились с использованием источника двойного слежения от нуля до ± 25 В, 2 А, который я спроектировал и построил около 35 лет назад (на момент написания, и он все еще работает).Он имеет ограничение по току примерно до 100 мА и вентилятор для радиатора, а также функцию отключения при перегреве. Они необходимы, потому что действительно используется для «странных» приложений, и да, выход (ы) были закорочены много раз — обычно случайно, но иногда из-за неисправности тестируемого элемента. Такая простая вещь, как небольшой припойный мостик, может обернуться гибелью для источника питания, который не может защитить себя.

Проблема рассеяния кратко обсуждалась выше, и это ахиллесова пята (так сказать) всех сильноточных линейных источников питания.Ответ (конечно) заключается в использовании конструкции с переключаемым режимом, но это так далеко выходит за рамки обычного DIY, что не заслуживает рассмотрения. Каждая проблема, с которой сталкивается линейный регулятор, сводится к мощности «n th » для импульсного источника питания. Те, которые вы можете купить, претерпели значительные изменения, и в них используются специализированные детали, которые не подходят для самостоятельной работы. Если вы не умеете проектировать и строить трансформаторы с переключаемым режимом, об этом вообще не может быть и речи.

Если у вас есть линейный источник питания, который может обеспечить (скажем) 50 В при 5 А, в лучшем случае рассеивание при полном токе с закороченным (или низким напряжением) выходом составляет 250 Вт, но на самом деле это может быть намного больше.Если вы думаете, что это довольно просто (в конце концов, существуют транзисторы с мощностью рассеивания 250 Вт), подумайте еще раз. SOA (безопасная рабочая зона) и тепловые ограничения вступают в игру очень быстро, и транзистор с (например) 56 В на нем может быть рассчитан только на 3 А или около того, исходя из температуры корпуса 25 ° C. В конечном итоге вам нужно будет предоставить достаточно транзисторов, чтобы обрабатывать , по крайней мере, на , вдвое превышающую рассеиваемую мощность, а желательно больше. Я предлагаю использовать как минимум 5 или более 125 Вт транзисторов, и хотя это звучит как перебор, в большинстве случаев будет достаточно — есть некоторый запас, но не очень! Более низкое напряжение снижает напряжение, и я знаю из многолетнего опыта, что ± 25 В обычно достаточно для большинства тестов.

При более высоких напряжениях, если вы использовали 5-кратный TIP35C (NPN, 125 Вт при 25 ° C), каждый из них может передавать 1 А с 50 В через транзистор (50 Вт), , но только при 25 ° C. При повышенных температурах он снижается, снижаясь на 2 Вт / ° C выше 25 °. При температуре корпуса 75 ° C полное рассеивание ограничивается всего 25 Вт на каждый транзистор. Это исключает их возможность конкуренции с помощью простой схемы, поскольку рассеивание будет превышать максимально допустимое при нагревании радиатора. Конечно, вы можете использовать гораздо более прочные транзисторы, но они будут соразмерно дороже.TIP35C (125 Вт) стоит около 3 австралийских долларов против более 5 австралийских долларов для MJL3281 (200 Вт) и более 6 австралийских долларов для MJL21194 (200 Вт).

Все доступные устройства имеют одни и те же ограничения — SOA и температура всегда означают, что вы можете получить гораздо меньше энергии от любого транзистора, чем вы ожидаете. Принудительное воздушное охлаждение является обязательным, если у вас нет доступа к бесконечному радиатору, что, по моему опыту, трудно найти. Даже использование изолирующих шайб может стать непрактичным, потому что дополнительное тепловое сопротивление означает, что транзисторы придется еще больше снизить.Это, в свою очередь, означает «живой» радиатор, работающий на полное напряжение питания. Если он соприкоснется с заземленным шасси, в результате будет слышен очень громкий Bang! Как вы теперь должны знать, есть так много вещей, которые могут пойти не так, что совет покупать коммерческие расходные материалы действительно начинает выглядеть очень разумно.

Тогда (конечно) есть трансформатор. После этого идет сильноточный мостовой выпрямитель, за которым следуют конденсаторы фильтра. Все они должны быть очень прочными, с трансформатором на 500 ВА, мостом на 35 А и емкостью не менее 10 000 мкФ.Одно только оборудование (трансформатор, мостовые выпрямители, крышки фильтров, радиаторы и силовые транзисторы), вероятно, будет стоить не менее 200 австралийских долларов — или больше. У вас по-прежнему нет корпуса / корпуса, кастрюль, ручек и вспомогательных деталей, включая разъемы питания и постоянного тока, измерители и т. Д. Помните, что для двойного источника питания (единственного, который действительно полезен), все удвоено . Вы получите по крайней мере за 400 австралийских долларов только за базовые вещи и ближе к 600 австралийским долларам к тому времени, когда все будет включено. Если это не убедило вас в том, что коммерческая поставка стоит того, тогда ничего не будет.

Если вы посмотрите на крупного поставщика (такого как RS Components, Element14 и т. Д.), Вы найдете двойные источники питания, которые могут работать от 0 до ± 30 В при 5 А или от 0 до 60 В, если два выхода соединены последовательно. Возможно, они не принадлежат к той же лиге, что и Tektronix, Keysight или другие производители «лабораторного» оборудования, но их стоимость будет меньше, чем стоимость основных деталей, если бы вы попытались создать свое собственное. Хотя максимальное напряжение ниже идеального, я знаю по многолетнему опыту, что до ± 30 В вполне достаточно для базового тестирования, и все усилители мощности, показанные в разделе проектов, были протестированы с моим источником ± 25 В перед подключением к моему монстру. Источник переменного тока с регулируемым напряжением (который может обеспечивать напряжение до ± 70 В при напряжении около 10 А или более).


Настольные принадлежности 2.1 ‘Digital’

Многие настоящие лабораторные расходные материалы используют цифровой (с клавиатуры) ввод основных параметров. Для общего пользования это абсолютная боль в заднице! В большинстве случаев лучше использовать обычные ручки и кастрюли, потому что эффект мгновенный. Для лабораторных принадлежностей обычно используется поворотный энкодер для управления током или напряжением, но вы должны сначала выбрать функцию, и может потребоваться несколько полных оборотов, чтобы охватить весь диапазон.

Если в вашей тестовой цепи что-то начинает нагреваться, последнее, что вам нужно, — это нажать несколько кнопок или десять раз повернуть ручку, чтобы уменьшить напряжение. При использовании стандартного потенциометра один поворот против часовой стрелки, и напряжение возвращается к нулю. Вы никогда не узнаете, насколько неприятен ввод с клавиатуры, пока вам не понадобится что-то быстро изменить. В идеале была бы кнопка «ZERO» для выключения выхода, но я не видел цифрового источника питания, в котором она была бы. Быстрое считывание тока на цифровом дисплее просто невозможно, если в нем нет функции усреднения (которая будет скрыта на три уровня ниже в меню — где-то).

Всю свою жизнь я использовал настольные расходные материалы, поэтому могу с уверенностью сказать, что «обычные» горшки более чем подходят для обычных целей тестирования. Чрезвычайная точность редко бывает необходимой для большинства испытаний, и если по какой-то причине вам или понадобится очень точное напряжение или ток, достаточно легко построить отдельный регулятор. В большинстве случаев он вам не понадобится, и если напряжение питания находится в пределах вольта или около того, этого почти всегда достаточно. Очевидно, вам нужно быть осторожным, если вам нужно 3.3 В или 5 В для логических схем, но они часто имеют свой собственный регулятор и вполне нормально работают с 7-12 В.

Цифровые дисплеи и элементы управления также могут давать ложное ощущение безопасности, потому что мы склонны верить счетчикам, потому что они отображают напряжение и ток с точностью до пары десятичных знаков. Однако, если они не откалиброваны должным образом (с помощью известного и откалиброванного точного измерителя), они могут легко сказать вам, что напряжение составляет 5 В, тогда как на самом деле оно 5,5 или 4,5 В. Поскольку все цифровые системы, в конечном счете зависят от DACs и АЦП (цифро-аналогового и аналого-цифровых преобразователей), они требуют точного опорного напряжения.Если по какой-то причине это пойдет не так, то все показания бессмысленны.

По этой причине я не рассматриваю здесь цифровые системы управления. Управление напряжением и током остается в аналоговой области — это аналоговые функции, и добавлять дополнительные сложности не требуется. Совершенно очевидно, что по крайней мере некоторые из представленных идей могут быть адаптированы для цифрового управления, но я не показываю никаких примеров.


3 Датчик тока

Здесь все становится труднее.Есть два варианта: определение «высокой стороны» и «нижней стороны». «Сторона высокого напряжения» означает мониторинг тока на положительном и отрицательном выходах и осложняется тем фактом, что это напряжение не только переменное, но и при напряжении, которое обычно несовместимо с операционными усилителями. Вы не можете ожидать, что операционный усилитель будет иметь входное напряжение 30 В или более, поскольку это обычно максимальное рабочее напряжение. Это нетривиальная проблема, и обычно лучше контролировать ток перед последовательным транзистором (транзисторами) , чтобы напряжение не сильно менялось.Однако это усугубляет проблему напряжения, потому что нерегулируемое питание обычно составляет около 35 В или более, что значительно превышает диапазон для любого недорогого операционного усилителя.

На рис. 1.1 показан простой ограничитель тока «высокого напряжения» (версия «Opamp»), но он не так прост, как кажется. Трудно сделать его переменным, не используя нереально большой чувствительный резистор и допуская, что вы потеряете значительное выходное напряжение на резисторе, который также будет очень горячим. Переключаемая схема показана на рисунке 7.1, и хотя это, безусловно, работает, оно не особенно точное и не самое практичное.

Датчик

«Низкая сторона» решает эту проблему, но его можно использовать только для одного источника питания. Совместное использование цепи датчика низкого напряжения между положительным и отрицательным источниками питания не сработает, потому что большая часть тока питания проходит между выходами + ve и -ve, часто с небольшим потоком в общем соединении. Это , можно сделать , но это далеко не идеально, особенно если для установки напряжения будет использоваться один горшок (источник питания с двойным отслеживанием).В схеме на рис. 6.1 используется измерение на стороне низкого напряжения, и она по-прежнему будет работать при обеих полярностях двойного источника питания, потому что выходы имеют общую точку после всего регулирования.

Существуют специализированные ИС, позволяющие обойти проблему определения тока на стороне высокого напряжения. Ниже показаны три «демонстрационных» схемы измерения тока на стороне высокого напряжения. Однако все они показаны только с положительным запасом. Первые два могут использоваться в отрицательном источнике питания (при условии дополнительной конструкции, такой как рисунок 7.1), а вот версия IC — нет. Похоже, что для этой конкретной проблемы нет решения.


Рисунок 3.1 — Цепь измерения тока на стороне высокого давления

Токовое зеркало (Q1 и Q2) используется для измерения тока через измерительный резистор (R1, 100 мОм), а выходной сигнал смещается по уровню цепью резисторов. Выход контролируется операционным усилителем U1, который настроен как дифференциальный усилитель. VR1 включен, чтобы можно было установить нулевую точку (то есть нулевое выходное напряжение с нулевым током через R1).Операционный усилитель намеренно настроен на немного большее усиление, чем ему нужно, а выход масштабируется с помощью VR2. Как показано, схема будет обеспечивать выходное напряжение 1 В / А, поэтому при токе 2 А на выходе будет 2 В. Показанная схема подходит для сил тока до 5 А, а для более высоких токов необходимо увеличить значения R2 и R3.

Хотя эта схема обладает высокой точностью, она также очень чувствительна к колебаниям температуры между Q1 и Q2. В идеале это была бы «суперсоответствующая пара» в одном корпусе, но их бывает трудно найти, и хотя они недорогие, большинство из них сейчас доступно только в SMD-корпусе.Естественно, что аналогичное устройство можно использовать и без зеркала , но чувствительность снижается и максимально допустимое напряжение также ниже. Токовое зеркало легко справляется с входным напряжением 50 В, но простая дифференциальная схема операционного усилителя ограничена примерно 40 В. Более высокое напряжение возможно за счет увеличения значений R2 и R3, но это еще больше снижает чувствительность.

Если вы использовали схему дифференциального усилителя, выходное напряжение варьировалось от нуля до 250 мВ для тока от нуля до 2.5А. Измерение тока ниже 100 мА (выход 10 мВ) затруднено. Конечно, можно увеличить номинал резистора считывания, но за счет рассеивания мощности. При 2,5 А резистор 100 мОм рассеивает 625 мВт, но для получения такой же чувствительности от дифференциального усилителя вам понадобится резистор 1 Ом, который упадет на 2,5 В и рассеивает 6,25 Вт. Это явно довольно серьезный компромисс. Также существует постоянная проблема смещения постоянного тока операционного усилителя, которую также необходимо решить, если вам нужно установить низкий ток (все, что ниже 100 мА, является проблемой).

Если вам интересно, как использовать источник питания -1,2 В для операционных усилителей, это гарантирует, что они могут достичь нуля вольт на выходе. LM358 может (якобы) добиться почти нулевой мощности, но на самом деле это не совсем так. Небольшое отрицательное напряжение позволяет легко достичь нуля. Большинство других операционных усилителей не допускают такого небольшого отрицательного напряжения, и для правильной работы потребуется около -5 В. Это потребует много превышающего рекомендованное рабочее напряжение, если используется источник питания 30 В, как показано.

Во всех случаях необходимо, чтобы входное напряжение оставалось в пределах указанного диапазона для любого операционного усилителя, используемого в этой роли. При питании 30 В входы всегда должны быть на минимум на 4 В выше минимального напряжения питания и на 4 В ниже максимального. По возможности входное напряжение должно быть близко к 15 В (при условии, что напряжение питания 30 В).

Простое решение, которое может быть применено к простому (один операционный усилитель) датчику верхнего плеча, состоит в использовании переключаемых резисторов вместо одного фиксированного значения.Например, 100 мОм подходит для более высоких токов, и вы можете переключиться на резистор 1 Ом, чтобы обеспечить точную настройку для более низких токов (например, менее 1 А). Это добавляет еще один переключатель, но также упрощает конструкцию, и смещение постоянного тока операционного усилителя представляет собой гораздо меньшую проблему, когда вам нужен низкий предел тока.

Существует несколько специализированных ИС для измерения тока на стороне высокого напряжения, одна из которых показана на рис. 3.1. К ним относятся LT6100, INA282 и несколько других, но они доступны только в SMD-корпусах, что делает их довольно неудобными для приложений DIY, где нет печатной платы.Они очень точны и позволяют напряжению контролируемой линии питания быть намного выше, чем напряжение питания ИС. Как и большинство микросхем SMD, они часто доступны только в упаковках по пять и более штук, и они не совсем недорогие. Если вам нужен двойной источник питания (например, ± 25 В), не существует отрицательной версии этих шунтирующих усилителей тока, и это создает дополнительную сложность. INA282 может (очевидно) обнаруживать отрицательное напряжение, но оно не может превышать -14 В. Коэффициент усиления составляет 50 В / В, поэтому можно использовать шунтирующий резистор гораздо меньшего размера (0.Показано 02Ω). Это означает, что выходное напряжение изменяется на 1 В / А, поэтому для выхода 2,5 А выходное напряжение будет 2,5 В. Поскольку это активная схема, она вносит фазовый сдвиг, который может сделать регулятор тока нестабильным. Это не было проверено.

В технических описаниях микросхем считывания тока также содержится полезная информация о правильном подключении к резистору считывания тока. Вы должны убедиться, что в цепь датчика включена эффективная ноль печатная плата, Veroboard или проводка.Измерительные провода должны выходить непосредственно из токового шунта, избегая любой другой проводки. Это известно как соединение «Кельвина», которое гарантирует, что сопротивление дорожки или проводки не включено последовательно с резистором считывания тока.


Рисунок 3.2 — Цепь измерения тока на стороне низкого давления

Измерение нижней стороны — гораздо более простой вариант, но в некоторых обстоятельствах его нельзя использовать. Например, вы не можете использовать измерение на стороне низкого напряжения в схеме на рис. 7.1, потому что общим является , буквально , общее как для положительного, так и для отрицательного источника питания.В симметричной схеме или если вы потребляете ток только между двумя выходами, ничего не будет регистрироваться независимо от потребляемого тока. Этот метод используется в схеме на рис. 6.1, и там это не проблема, потому что каждый источник питания является отдельным объектом, пока они не будут соединены последовательным / параллельным переключением.

Я не показал ни одного из вариантов, которые можно использовать. Например, если вы используете чувствительный резистор с очень низким сопротивлением, небольшое напряжение на нем можно усилить операционным усилителем, чтобы получить большее напряжение.100 мВ / А, как показано, подходит для нагрузок до 5 А или около того, но при большем токе потери становятся слишком высокими. Например, даже при 5 А резистор 0,1 Ом рассеивает 2,5 Вт, и на резисторе теряется 0,5 В. При более высоких токах это быстро выходит из-под контроля. При токе 7 А резистор рассеивает почти 5 Вт, и он нагревает до градусов тепла. Эти предостережения, конечно же, относятся и к восприятию высоких частот, поскольку физика идентична.

Токочувствительный резистор (высокий или низкий) должен находиться внутри контура обратной связи регулятора напряжения, иначе он не сможет компенсировать падение напряжения на измерительном резисторе.На самом деле это обычно не имеет значения, потому что очень немногие схемы, которые вы будете тестировать, позаботятся о том, чтобы напряжение немного проседало под нагрузкой. Для усилителя, который использует обычный источник питания (нерегулируемый), фактическое напряжение будет изменяться гораздо больше, чем в случае настольного источника питания, даже если резистор измерения тока находится вне контура обратной связи.


4 Альтернативный стенд

Если у вас есть детали, необходимые для создания надежного источника питания усилителя мощности, то с добавлением Variac (см. Трансформаторы — Variac, если вы не знаете, что это такое) вы можете построить «монстр» источник питания, который будет подходят для тестирования высокой мощности практически с любой нагрузкой.Вы не получаете ни регулирования, ни ограничения тока (даже защиты от короткого замыкания), но с правильными деталями это грозный образец испытательного оборудования.

У меня есть пара, одна из которых действительно считается монстром. Схема показана ниже, и это буквально то, что я использую для тестов высокой мощности. Любое подключенное к нему оборудование уже проверено на работоспособность, и это важно, потому что оно может уничтожить практически все, что угодно. Это чрезвычайно полезный комплект, и все проектные усилители, опубликованные на сайте ESP, прошли финальные испытания именно с этим комплектом.


Рисунок 4.1 — Блок питания на базе вариатора

Источник питания — это всего лишь трансформатор на 1 кВА, два мостовых выпрямителя (по 35 А каждый) и батарея конденсаторов, извлеченных из очень древнего жесткого диска много лет назад (диски размером с стиральную машину!). желаемое напряжение с Variac, которое у меня, конечно же, есть на моем рабочем столе. Источник питания не регулируется, но может обеспечить достаточный ток для любого усилителя, который я когда-либо тестировал с ним. Когда-то Variac был очень дорогим комплектом , но сейчас китайские автомобильные трансформаторы с регулируемой мощностью стали на удивление доступными.

Это также означает, что приложенный постоянный ток очень похож на тот, который обычно обеспечивается линейным источником питания, но с лучшим регулированием из-за увеличенного размера трансформатора и конденсаторов фильтра. Очевидно, что это , а не , дешевый вариант, но он мне почти ничего не стоил, потому что у меня было все необходимое в моем «ящике для мусора». Показанные ограничения на 10 000 мкФ следует рассматривать как минимум — в шахте используется около 20 000 мкФ на каждый источник питания. Если они у вас есть или вы можете их себе позволить, используйте как можно больше емкости! Обратите внимание на наличие «спускных» резисторов — без них напряжение может оставаться на опасном уровне в течение многих часов.Обычно я их не использую, потому что усилитель разряжает конденсаторы, но это не всегда верно для тестового оборудования.

Непрерывный выходной ток составляет около 7 А, но с нагрузкой усилителя он может легко справиться с пиками 25 А (и более). Вам нужно что-то подобное? Только вы можете ответить на этот вопрос, но он не должен быть таким большим, как тот, который я использую. Конечно, здесь нет ограничения по току, поэтому вы должны убедиться, что схема работает с , прежде чем использовать «монстр» источник питания! Выходные предохранители защищают от короткого замыкания выходов, но , а не , спасут ваш проект от повреждения, если он неисправен.Такой источник питания применим для заключительных испытаний, но не для начального тестирования или поиска неисправностей. Ограничения по току нет, поэтому неисправность может вызвать значительные повреждения (предохранители защищают только источник питания, но не нагрузку!). Закороченные выходы, очевидно, являются поводом для беспокойства, поэтому требуется осторожность.


5 переключений ответвлений / предварительное регулирование

Один из подходов, который использовался во многих источниках питания, — это простая схема «переключения ответвлений» трансформатора. Если вам нужно только (скажем) 15 В или меньше, выход трансформатора переключается с помощью реле, поэтому выход переменного тока составляет только 15 В переменного тока, а не полные 30 В переменного тока, необходимые для получения чистого выхода 30 В постоянного тока.Если выход работает при низком напряжении, но при большом токе, рассеивание уменьшается, потому что на регуляторе меньше напряжения. Когда выбрано напряжение 16 В постоянного тока или более, реле переключается на полный выход (30 В переменного тока). Конечно, это можно расширить, добавив больше ответвлений, но для этого потребуется специальный трансформатор, что значительно повысит стоимость.

Источники переключения ответвлений существуют почти столько, сколько я себя помню. Самым впечатляющим из тех, что я видел, было использование моторизованного Variac для поддержания входного переменного тока на уровне, достаточном для предотвращения появления пульсаций на стороне постоянного тока.Они были очень большими, очень сильными по току и стоили бы целое состояние, когда были сделаны (где-то в середине 1970-х). Это не то, что я предлагаю кому-либо попытаться построить, так как стоимость и сложность его настройки будут намного выше бюджета даже состоятельного фанатика DIY.

В источниках с простым переключением ответвлений используются два напряжения переменного тока, поэтому для двойного источника питания вам потребуются две обмотки с ответвлениями, а также вспомогательная обмотка для обеспечения нормального напряжения ± 12 В или около того для цепей управления. Найти подходящий трансформатор будет практически невозможно, поэтому вам нужно будет сделать трансформатор на заказ.Это не проблема для производителей, потому что они будут производить много расходных материалов, а стоимость может быть амортизирована в течение всего производственного цикла. У любителей нет такой роскоши.

Использование переключения ответвлений снижает требования к транзисторам последовательного прохода. Для двойного источника питания вам понадобятся как минимум два силовых трансформатора (и реально вам также понадобится третий трансформатор для обеспечения напряжения питания схемы управления). Это увеличит и без того значительную стоимость создания двойного источника питания.Также есть дополнительные компоненты, необходимые для измерения выходного напряжения и автоматического переключения с низкого на высокое напряжение (и наоборот) с помощью реле. В то время как создание любого источника питания является сложной задачей, добавление переключения ответвлений просто добавляет еще один уровень сложности. Я не собираюсь вдаваться в подробности, так как это делает и без того сложную и трудную работу намного труднее и дороже.

Конечно, есть и некоторая экономия, особенно в отношении количества необходимых транзисторов с последовательным проходом и количества радиаторов.Однако этого недостаточно, чтобы компенсировать стоимость трансформаторов, и силовые транзисторы все еще могут подвергаться краткосрочным условиям, которые выталкивают их за пределы их безопасной рабочей зоны. Такие отклонения могут быть краткими, но транзистор может выйти из строя за миллисекунду, если SOA превышен, особенно если он уже находится при повышенной температуре. Я вспоминаю друга, который много лет назад построил довольно простой блок питания с переключением ответвлений из комплекта, и у него не было ничего, кроме проблем. Это был полукоммерческий продукт с футляром и всем необходимым для его сборки.Это так много раз терпело неудачу, что он в конце концов сдавался с отвращением. Никто не хочет через это проходить!

Есть еще один метод, который стоит немного больше, чем упоминание вскользь, хотя у него есть серьезные проблемы. Используя схему с отсечкой фазы (аналогичную той, что используется в диммерах ламп), можно изменять входное напряжение до регулирования, просто применяя довольно простое низкочастотное переключение. Тем не менее, это также вызывает гораздо большие, чем обычно, нагрузки на трансформатор и крышку фильтра, но это не является непреодолимой проблемой.

Переключающим элементом может быть MOSFET, IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) или SCR (кремниевый выпрямитель) с переключением, синхронизированным с сетью с помощью простого детектора перехода через ноль. Идея состоит в том, чтобы ввести задержку, начиная с перехода через ноль (ноль времени). Обычно проще (и добавляет меньше дополнительных проблем) дождаться, пока входное напряжение не упадет до желаемого значения , поэтому используется конфигурация «переднего фронта». Когда входное напряжение падает чуть ниже порогового значения, переключатель включается, заряжая основной конденсатор фильтра.Ниже представлена ​​упрощенная блок-схема.


Рисунок 5.1 — Блок-схема предварительного регулятора с отсечкой фазы

Проблемы, упомянутые ранее, включают чрезвычайно высокие пиковые токи , особенно при низком выходном напряжении при высоком токе. Их можно уменьшить, добавив катушку индуктивности и обратный диод (обозначенный как «Необязательно»), при этом самая большая проблема заключается в том, что индуктор должен нести большую составляющую постоянного тока без насыщения. Это означает, что необходимо использовать сердечник с низкой магнитной проницаемостью, поэтому для данной индуктивности необходимо больше витков.Это увеличивает сопротивление и увеличивает потери (то есть выделяется больше тепла). Однако включение катушки индуктивности даст лучшие результаты, чем вы получите в противном случае, и уменьшит сильноточные напряжения, которые в противном случае налагаются на трансформатор, мостовой выпрямитель и конденсатор фильтра. Диод (D1) должен быть быстродействующим, рассчитанным на максимальный выходной ток.

Этот метод использовался в нескольких коммерческих продуктах, и, хотя он делает именно то, что задумано, он плохо использует номинальную мощность трансформатора, если не используются индуктор и диод.Без них вы можете ожидать, что выходной ток трансформатора будет в четыре раза больше постоянного тока. Это означает, что для выхода 3 А постоянного тока (и с использованием трансформатора 25 В) трансформатор должен быть 300 ВА, тогда как обычно достаточно трансформатора на 150 ВА. Что еще хуже, катушка индуктивности должна быть довольно большой — требуется около 10 мГн, большой и дорогой компонент.

Схема работает, сравнивая входное управляющее напряжение с пилообразным сигналом, создаваемым генератором пилообразного сигнала и синхронизируемым с частотой сети с помощью детектора перехода через ноль.Когда напряжение переменного тока достигает необходимой амплитуды, выключатель выключается, предотвращая дальнейшую зарядку конденсатора. Показана «идеализированная» форма волны (при условии отсутствия катушки индуктивности или накопительного / фильтрующего конденсатора), и очевидно, что напряжение и ток, подаваемые на выход, уменьшаются в зависимости от фазового угла. Этот процесс и формы сигналов можно увидеть более подробно в статье проекта Project 157 — 3-Wire Trailing-Edge Dimmer. Это другое приложение, но сам процесс практически идентичен.

На самом деле у меня есть блок питания, использующий эту схему, но его вход 120 В переменного тока делает его практически бесполезным, если я не питаю его от Variac. На холостом ходу напряжение возрастает, затем медленно падает, пока не станет ниже порогового значения, когда оно снова подскакивает, и процесс повторяется (в некоторой степени случайным образом). Под нагрузкой это не так уж плохо, но я бы не рекомендовал эту технику. Помимо того, что тот, который у меня есть, рассчитан на 150 В при 5 А, он также весит около 40 кг и имеет один большой главный трансформатор очень , вспомогательный трансформатор меньшего размера для питания электроники и большой дроссель фильтра (индуктор ).Это очень «старая школа» с точки зрения планировки и конструкции, и никогда не находит применения. Даже не помню, как я стал им владеть! Если мне нужно такое напряжение и ток, я использую свой «монстр» источник питания Variac.

Еще один подход заключается в использовании понижающего (понижающего) преобразователя импульсного режима в качестве предварительного регулятора слежения. Вы можете думать об этом как о «высокотехнологичной» версии предварительного регулятора с отсечкой фазы, описанной выше, которая дает преимущества, но меньше недостатков (по крайней мере, с точки зрения использования трансформатора).Некоторые довольно мощные модули доступны по удивительно дешевым ценам, и идея состоит в том, чтобы обеспечить напряжение, подаваемое на транзисторы с последовательным проходом, всего на пару вольт выше выходного напряжения. Это может улучшить эффективность, так что вы можете обойтись гораздо меньшими радиаторами, а регулирование температуры не является такой проблемой. Должен быть предусмотрен подходящий механизм обратной связи, который управляет выходным сигналом импульсного преобразователя, чтобы он всегда был достаточно большим для обеспечения регулирования.

Предварительный регулятор снижает рассеиваемую мощность при последовательном проходе до нескольких ватт даже при полном токе. Само собой разумеется, что этот подход требует серьезной доработки, и, хотя это, вероятно, лучшее универсальное решение, его гораздо труднее получить правильно, чем любой из других рассмотренных вариантов. Это электронный эквивалент использования моторизованного Variac (как упоминалось выше), но он дешевле в изготовлении и проще в управлении. Если вы попытаетесь создать свою собственную конструкцию, то проблемы с дизайном могут оказаться весьма серьезными, а также может оказаться трудным убрать шум на конечном выходе.Если вам нужен очень низкий уровень шума (например, для выполнения измерений шума или искажений), шум переключения почти всегда будет влиять на измерения. Этот вариант здесь не рассматривается.


6 Однополярное снабжение

Одинарная поставка может быть привлекательной для некоторых людей, и это, безусловно, проще, чем версия с двойным отслеживанием. Конечно, если у вас есть только одна полярность, которая ограничивает ваши возможности в отношении того, что вы можете тестировать, но они обычно доступны у любого количества поставщиков.Схема, показанная ниже, адаптирована из схемы, показанной на нескольких различных веб-сайтах [2, 3, 4] . Таким образом, трудно определить, какой из них был «первым», и за эти годы в него было внесено много улучшений (или, по крайней мере, изменений, которые не всегда одинаковы!). Основы не сильно изменились, и тот, что показан ниже, обходится без одного регулятора напряжения в пользу простого диодно-регулируемого отрицательного источника питания. Поскольку я использовал операционные усилители LM358, отрицательное напряжение питания должно быть около -1.2В при довольно низком токе.

Когда источник питания находится в режиме ограничения тока, загорается светодиод, указывая на работу «постоянного тока». Обычно он выключен, поэтому вы можете сразу определить, потребляет ли нагрузка заданный ток с пониженным выходным напряжением. Работа с постоянным током особенно полезна для тестирования светодиодов высокой мощности или светодиодных матриц, поскольку именно так они и предназначены. Вам также понадобится переключатель «вкл / выкл», который снижает выходное напряжение до нуля в положении «выключено».Это важная функция (IMO), поскольку она позволяет вносить изменения без отключения источника питания. Лучше всего обеспечить переключение на выходе источника питания, поскольку это позволяет вам устанавливать напряжение при отключенном постоянном токе. Рассмотрите возможность использования реле (или двух) для переключения, в противном случае вам понадобится сверхмощный переключатель. В то время как напряжение можно снизить до (почти) нуля, подключив неинвертирующий вход U1B к земле, могут возникнуть «помехи» при первой подаче питания переменного тока. Этого можно избежать, переключив выход.

Источник питания, показанный ниже, является довольно простым, и вам нужно будет добавить как минимум измерители напряжения и тока, а также управления температурой (вентилятор и отключение по перегреву). Можно внести бесчисленное количество улучшений, но они сделают схему более сложной, более дорогой и предоставят более «захватывающие» способы сделать, казалось бы, незначительную ошибку и вызвать взрыв питания при первом включении.


Рисунок 6.1 — Схема однополярного питания

U1 — это стабилизатор 7815, но с стабилитроном 15 В на выводе «земли» для повышения напряжения до 30 В.R3 обеспечивает дополнительный ток стабилитрона для обеспечения стабильного выхода. U2A — текущий регулятор. Когда напряжение на инвертирующем входе (U2A, Pin 2) больше, чем на неинвертирующий вход (Pin 3), выходной сигнал переходит на низкий уровень, потянув вниз опорное напряжение, оказываемую U2B (регулятор напряжения). Напряжение снижается ровно на величину, необходимую для обеспечения подачи заданного тока на нагрузку.

Предел тока может изменяться от (теоретически) нуля до 2,5 А.VR4 позволяет регулировать, чтобы обеспечить опорное напряжение для U2A (ТР2) является как можно ближе к 825mV (825mV через R18 (0.33Ω) является выходной ток 2.5A). Может быть, можно увеличить выходной ток до 3А (990mV опорного напряжения), но вам нужно будет добавить еще один ряд пройти транзистор, чтобы сохранить транзисторов в пределах их SOA при минимальном напряжении и максимальном токе. Некоторый прорыв пульсации на максимальной мощности (напряжение и ток) вероятен, если вы не добавите больше емкости (C1).

При нахождении в режиме напряжения, U2B сравнивает опорное напряжение от VR2 с напряжением на выходе, уменьшенном на R16, R11 и VR3 (заданное напряжение).Если выходная мощность падает из-за нагрузки, U2B увеличивает мощность до комбинации выходного последовательного прохода (Q3, Q4 и Q5), чтобы поддерживать желаемое напряжение. Верхний предел выходного напряжения налагается операционным усилителем (U2), который не может форсировать свой выходной сигнал намного выше 25 В при типичном выходном токе около 2 мА (это зависит от коэффициента усиления выходной секции Q3, Q4 и Q5). . Следует отметить, что опорное напряжение сам называют выходные контакта отрицательного — это гарантирует, что регулятор будет корректировать любое падение напряжения на R18.Если бы было иначе, регулирование сильно пострадало бы, особенно при максимальном токе.

Обратите внимание, что тяжелые гусеницы имеют решающее значение, и любое значительное сопротивление в этих секциях нарушит определение тока. Также имейте в виду, что точки, обозначенные символом «земля», помечены как «Com» (общий). Они , а не , подключенные к шасси или какому-либо другому заземлению. Обозначение «Com» означает только то, что все отмеченные таким образом точки соединены вместе. Также обратите внимание на диоды со звездочкой (*), которые должны быть 1N5404 (3A непрерывно) или лучше.Все остальные диоды — 1N4004 или аналогичные (кроме мостового выпрямителя на 25 А, конечно). Настольные источники питания часто подключаются к «враждебным» нагрузкам, а сильноточные диоды (D8 и D9) служат для защиты источника питания.

В источнике питания используется измерение тока «низкой стороны», поэтому необходимы некоторые уловки, чтобы использовать его в качестве источника с двойным отслеживанием как с положительным, так и с отрицательным выходом. Резистор считывания тока (R18) — это компромисс между падением напряжения и рассеиванием. При максимальном токе (2,5 А) R18 рассеивает чуть более 2 Вт, что легко контролировать с помощью резистора с проволочной обмоткой 5 Вт.Регулировка напряжения и тока очень хорошая (по крайней мере, согласно симулятору), и нет никаких признаков нестабильности. Теоретически (всегда замечательно) ток можно отрегулировать до пары миллиампер, но на самом деле он не станет таким низким. Ожидайте около 50 мА или около того, но может быть немного ниже, чем (в зависимости от собственного смещения постоянного тока операционного усилителя). Можно добавить еще один подстроечный резистор для коррекции смещения постоянного тока операционного усилителя, но в этом нет необходимости (и добавляет что-то еще, что требует настройки).

Во всех альтернативных версиях для выхода указывается один 2N3055, но с закороченным выходом и максимальным током рассеиваемая мощность составит около 80 Вт, и поддержание последовательно проходных транзисторов при температуре 25 ° C будет невозможно. Устройства TIP35 имеют более высокую номинальную мощность (125 Вт) и хорошую SOA (безопасную рабочую зону), но все же необходимо использовать три вместо двух, показанных на рисунке. BD139 также нужен радиатор, но обычно достаточно простого «флажкового» типа.Как и любой транзистор, который рассеивает значительную мощность, необходимо отличное тепловое соединение с радиатором, и вам потребуется использовать вентилятор. Он может управляться термостатически и может использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для управления скоростью, или он может просто включаться и выключаться. На рис. 8.1 показана подходящая схема как для работы вентилятора, так и для отключения источника питания, если он становится слишком горячим (что в данном контексте составляет температуру радиатора не более 50 ° C).


6.1 Двойное одинарное питание

Если вы действительно хотите использовать рисунок 6.1 для двойного питания, трансформатору нужны две отдельные обмотки. Второй источник питания (# 2) — это , идентичный показанному выше, а положительный выход подключен к GND (или, точнее, «общему») соединению источника # 1. В большинстве случаев источники питания используются с плавающими выходами без подключения к защитному заземлению сети. Это позволяет вам использовать источник питания как нормальный положительный и отрицательный источник питания, или выходы можно использовать последовательно, что даст выход 50 В при максимум 2.5А. Таким образом, вы можете заземлить любой терминал, если хотите получить нужную конфигурацию питания.

Чтобы построить его как двойной источник питания, потенциометры «Набор напряжения» и «Набор тока» будут двухконтурными линейными электролизерами, с одной секцией каждого для отдельных источников питания. Отслеживание не будет идеальным, но двухканальные линейные горшки обычно неплохо в этом отношении. Использование двух источников питания также позволяет подключать их последовательно или параллельно. Последнее удобно, если у вас есть нагрузка с одним источником питания, которая потребляет больше тока, чем может обеспечить один источник питания.Многие коммерческие двойные источники питания используют эту схему, и она может быть очень полезной. В то время как «правильное» двойное отслеживание будет использовать только один блок питания с электронной связью для обеспечения идентичности напряжений, это делает схему более сложной.


Рисунок 6.2 — Подключение питания «двойной одиночный»

Когда переключатель или реле (двухполюсный, двухпозиционный или DPDT) находятся в последовательном положении, отрицательный полюс верхнего источника питания соединяется с плюсом нижнего источника питания, и оба соединяются с общей клеммой.У вас может быть выход от 0 до 50 В, а обычным является центральный отвод для ± 25 В. В параллельной конфигурации два положительных вывода соединяются вместе с двумя отрицательными (общий вывод отключен). Это позволяет подавать 0-25 В при выходном токе до 5 А. Обратите внимание, что отрицательный вывод является отрицательным выходом нижнего регулятора. Поскольку выходы являются плавающими, положительный или отрицательный вывод может стать заземлением системы, если это необходимо.

Одним из преимуществ использования «двойных одиночных» источников питания является то, что они могут использоваться независимо (с различными настройками напряжения и тока), подключаться последовательно (обычно с отслеживанием) или параллельно для увеличения выходного тока.К сожалению, если вы хотите использовать два расходных материала по отдельности, вы не можете использовать двухконтурные горшки, и каждый расход должен быть настроен индивидуально. Это серьезная неприятность, и, к счастью, это не обычное требование.

Показанная схема позволяет подключать источники питания последовательно (от 0 до ± 25 В или 50 В при 2,5 А) или параллельно (от 0 до 25 В при 5 А). «Общий» вывод обычно не должен быть заземлен, поэтому источники питания находятся на плаву. Это позволяет управлять источником питания без создания контуров заземления.При параллельном подключении один источник питания обычно будет иметь немного другое напряжение, чем другой, но ограничитель тока гарантирует, что ток от каждого источника не может быть выше предела (2,5 А). Возможно небольшое изменение напряжения при изменении тока, но это не должно создавать никаких проблем при нормальном использовании.

Такая конструкция означает отсутствие общей схемы — оба регулятора полностью независимы и никакие части не являются общими — кроме двухконтактных потенциометров, используемых для установки напряжения и тока.Это увеличивает общую стоимость, но обеспечивает большую гибкость. Схема выше не позволяет использовать независимые источники питания, но вряд ли это будет ограничением. В хорошо оборудованной мастерской будет как минимум два источника питания (например, у меня также есть отдельный независимый источник питания ± 12 В плюс независимый источник питания 5 В). Ни у одного из этих источников нет общей основы — все они полностью плавающие.

Переключение «вкл. / Выкл.» Находится на конечном выходе (непосредственно перед выходными клеммами). Это позволяет вам установить напряжение без выхода (счетчики будут подключены перед выходным переключателем ).Реле (или пара реле) позволяет использовать мини-тумблер, а не тумблер для тяжелых условий эксплуатации, и рекомендуется для максимальной производительности. Реле (а) можно установить на передней панели рядом с выходами.


7 Простое питание от 0 до ± 25 В

Теперь мы можем рассмотреть еще один «разумный» вариант. Опять же, это означает выход около ± 25 В постоянного тока при максимальном токе не более 3 А или около того. Вы не поверите, но все равно дешевле на ! Я знаю, что это не способ «сделай сам», но он более практичен, чем строить самому.За эти годы я просмотрел бесчисленное количество различных дизайнов, но немногие из них стоят тех деталей, которые потребуются для их создания. Остаются проблемы со стабильностью (то есть отсутствие колебаний на при любом выходном напряжении или токе , или при «нечетных» нагрузках). Это может показаться не проблемой, но взаимодействие между регуляторами напряжения и тока может заставить источник питания с хорошим поведением внезапно подумать, что это генератор. Само собой разумеется, что это нежелательно (мягко говоря).

Project 44 существует уже довольно давно (с 2000 года), и хотя максимальный выход составляет всего ± 25 В, это довольно хороший вариант для запуска начальных тестов.У него нет регулируемого ограничения тока, поэтому выходной ток устанавливается регуляторами LM317 / 337 на уровне около 1,5 А. Его полезность никогда не уменьшалась с момента публикации, но вы должны использовать «предохранительные» резисторы последовательно с выходами, чтобы ничего не повредить, если есть ошибка в проводке DUT. Стоимость любого данного проекта ESP обычно указывается в статье проекта или примечаниях к конструкции (доступно при покупке одной или нескольких печатных плат).

Одна из вещей, которые ожидал от , — это то, что настольная поставка требует очень хорошего регулирования.На самом деле это не так. Усилители мощности обычно не имеют регулируемых источников питания, а предусилители (и аналогичные слаботочные проекты) потребляют довольно постоянный ток, поэтому регулировка в допустимом диапазоне проста. Если напряжение источника питания падает (скажем) на 0,5 В при большой нагрузке, это действительно не имеет значения, потому что это намного меньше, чем он должен будет справиться при подключении к «нормальному» источнику питания. Дело в том, что критичен для , так это ограничение тока, и хотя это может показаться достаточно простым, на самом деле сложно заставить его работать надежно.Схема ограничения тока вводит в схему дополнительное усиление, и поддержание стабильности может быть в лучшем случае утомительным, а в худшем — почти невозможным.

Часто критическим аспектом любого источника питания с ограничением тока является переход между регулированием напряжения и тока, где взаимодействуют две различные формы регулирования. В начале ограничения тока у вас есть регулятор напряжения, пытающийся поддерживать заданное напряжение, и в то же время регулятор тока пытается уменьшить напряжение для поддержания заданного тока.Для тех, кто действительно хочет создать источник питания, Джон Линсли-Худ представил его конструкцию еще в 1975 году. Обновленная версия показана ниже, но оригинальные транзисторы были заменены современными и включены в комплект поставки двух последовательных транзисторов. Добавление третьего последовательного транзистора к каждому источнику питания упрощает охлаждение и снижает нагрузку на транзисторы. В исходной схеме использовались операционные усилители µA741, но если они у вас под рукой, то 1458 (по сути, двойной 741) — лучший выбор.Вы также можете использовать LM358 в этой схеме.


Рисунок 7.1 — Стендовый источник питания (после JLH, 1975) [6]

Вышеупомянутое адаптировано из оригинала, в котором использовался один силовой транзистор 2N3055 и MJ2955 TO-3 (по одному для каждой шины). Мало того, что они были подвержены чрезмерному рассеянию в оригинале (до 93 Вт при максимальном токе на закороченном выходе), но и устройства TO-3 сегодня довольно дороги. Их также сложно монтировать, поскольку плоские устройства в этом отношении намного проще.Указанные устройства TIP35 / 36 имеют более высокую номинальную мощность (125 Вт против 115 Вт каждое) и более высокий ток коллектора, но я модифицировал схему так, чтобы она обеспечивала максимум ± 25 В и использовала трансформатор более низкого напряжения. Это поддерживает последовательные транзисторы на управляемом уровне мощности, не более 40 Вт каждый. Не стесняйтесь добавлять еще один последовательный транзистор для каждой полярности, еще больше снижая тепловую нагрузку. Q3 (a и b) должен иметь достаточно хороший радиатор , так как рассеиваемая мощность намного выше, чем может появиться при полном выходном токе (и на при любом выходном напряжении ).

Концевой выключатель тока не идеален, так как контакты переключателя должны выдерживать максимальный выходной ток (около 2,4 А), и это менее удобно, чем потенциометр, позволяющий непрерывно ограничивать переменный ток. Резисторы 0,27 Ом должны быть рассчитаны не менее чем на 3 Вт, а на резисторы 1,5 Ом — 1 Вт. Остальные токоограничивающие резисторы — 0,5 Вт. Хотя переключатель не такой универсальный, как горшок, ограничивающие пороги предназначены для защиты вашей схемы. При первом тестировании вы обычно используете слабый ток, чтобы убедиться, что ничего не потребляет больше, чем нужно.Значение 5 мА слишком мало для большинства цепей, но может быть полезно. Его можно не указывать, если вы думаете, что он вам не понадобится.

Для выхода требуется либо сверхмощный тумблер, либо реле для включения и выключения постоянного тока, и это полностью отключает питание, когда вам не нужен какой-либо выход (например, повторная пайка пропущенного соединения и т. Д.). Измерение не показано — подробнее о том, как добавить вольтметр и, при необходимости, амперметр, см. Ниже. Два подстроечных резистора на 20 кОм позволяют установить максимальное напряжение (номинально ± 25 В).Они должны быть примерно отцентрированы для получения правильного напряжения. Хотя это не показано на схеме, вам может потребоваться добавить резисторы последовательно с C4a / b, если источник питания колеблется в режиме ограничения тока. Их не было в оригинале, но смоделированная схема колеблется, если их там нет. Значение около 100 Ом должно быть достаточным.

Схема далека от «идеальной» (как и оригинал), но она должна хорошо работать на практике. В идеале потенциометры установки напряжения должны быть двухконтактными, поэтому оба источника питания могут быть изменены одновременно.Аналогично, переключатель (Sw1a / b) будет 2-полюсным 5-позиционным переключателем. Обратите внимание, что я не создавал и не тестировал эту схему , но она была смоделирована и работает так, как ожидалось. Преимущество показанной простой компоновки состоит в том, что ее, скорее всего, можно будет построить дешевле, чем коммерческие поставки.

Последовательные транзисторы (Q1a / b и Q2a / b) нуждаются в очень хорошем радиаторе и оптимальной тепловой связи. Если вы используете при низком выходном напряжении и высоком токе, вам понадобится вентилятор, чтобы транзисторы оставались достаточно холодными, чтобы они не вышли из строя из-за перегрева.Для транзисторов драйвера (Q3a / b) также потребуются небольшие радиаторы. Схема симметрична, поэтому, хотя она может показаться сложной, в основном это повторение. Я не могу гарантировать, что он будет полностью стабильным в режиме ограничения тока — симулятор говорит мне, что это так, но это может быть просто сам симулятор — реальность часто сильно отличается от симуляции.

Хотя есть ожидание , что источник питания никогда не должен колебаться, на самом деле требуется серьезная инженерия, чтобы поддерживать стабильность наряду с хорошей переходной характеристикой.В основном, небольшое количество колебаний обычно не причинит никакого вреда, а ограничение тока существует, чтобы гарантировать, что ваше последнее творение не самоуничтожится в случае неисправности проводки. Он также может быть удобен для зарядки аккумулятора (помимо прочего), а основная цель ограничителя — защитить вашу схему и источник питания от «неудач». Многие источники питания демонстрируют признаки нестабильности высокой частоты, редко в режиме «постоянного напряжения» и чаще всего в режиме постоянного тока.

Если вы начали думать, что создание собственного источника питания не выглядит слишком сложным, есть и другие необходимые вещи. Температура транзистора имеет решающее значение, поэтому важно включить механизм теплового отключения. Это может быть простой термовыключатель, отключающий сеть, если радиатор становится слишком горячим — простой, но не очень сложный. Обычно лучше включить индикатор «перегрева» и тепловой вентилятор, который включается, если температура радиатора превышает заданную.Приобретенные в магазине расходные материалы могут иметь вентилятор с регулируемой скоростью с окончательным отключением, если радиатор не остывает. Это может произойти, если есть устойчивый высокий ток в коротком замыкании, заблокированный фильтр вентилятора или размещение на рабочем столе ограничивает воздушный поток.


8 Тепловое зондирование

Это важная часть любого источника питания. В идеале, если достигнут тепловой предел, питание должно отключиться, но с некоторыми схемами это проще, чем с другими. Например, рисунок 6.1 схема проста, так как это просто вопрос потянув опорного напряжения к нулю (по существу, параллельно с «вкл / выкл» переключателя). Это можно сделать с помощью транзистора, контактов реле или даже сделать «пропорциональным», чтобы максимальный выходной ток уменьшался по мере нагрева радиаторов. В схеме на Рисунке 7.1 ограничение температуры немного сложнее, поскольку потенциометры «заданного напряжения» привязаны не к земле, а к выходным шинам питания. Из-за необходимости полной изоляции реле является лучшим выбором, и оно просто закорачивает установленные потенциометры.Вам нужно двухполюсное реле, потому что два электролизера отделены друг от друга (электрически).

Следующее — решить, как лучше всего определять температуру радиатора. Очевидным выбором является термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), и они легко доступны в диапазоне различных значений (значение обычно указывается при 25 ° C). К сожалению, термисторы неудобно устанавливать на радиатор, если только вы не можете получить его со встроенным монтажным узлом. Вы можете сделать его самостоятельно, используя миниатюрный терморезистор и прикрепив его к проволочному наконечнику с помощью эпоксидной смолы.Естественно, нужно быть осторожным, чтобы не было электрического соединения термистора с его креплением. Вы также можете использовать диоды или транзисторы для измерения температуры, но они менее чувствительны, чем термисторы (всего -2 мВ / ° C), и более утомительны в настройке. Транзистор может быть сконфигурирован для обеспечения большей чувствительности (потому что у него есть усиление), и вы можете легко получить до -100 мВ / ° C. Однако для транзистора требуется подстроечный резистор (желательно как можно ближе, чтобы минимизировать шумоподавление), а датчику требуется три провода вместо двух.Их также сложно правильно установить. Более или менее типичный термистор NTC 10 кОм (при 25 ° C) покажет изменение примерно на -250 Ом / ° C.

Поскольку термисторы сильно различаются по своему значению, изменяющемуся с температурой, важно, чтобы был предусмотрен метод регулировки. В идеале вам понадобится точный термометр с термопарой для измерения температуры радиатора как можно ближе к одному из выходных транзисторов с последовательным проходом. Вам понадобится термопаста, чтобы получить точные показания.Обычно сопротивление термистора падает примерно до 30-40% от значения 25 ° C при 50 ° C, но это зависит от используемого материала. Технические данные термистора, который вы покупаете, обычно содержат точные данные. Убедитесь, что термистор (и) не установлен слишком близко к вентилятору. В противном случае вентилятор будет легко охлаждать термисторы, но может не поддерживать безопасную температуру радиатора. Это может вызвать сбой.

Дешевый операционный усилитель — это самый простой способ надежного обнаружения «события» превышения температуры. Можно использовать несколько термисторов, причем самый горячий запускает охлаждающий вентилятор (ы) или отключает питание.Вы можете использовать двухступенчатую систему, как показано ниже, где при небольшом перегреве вентиляторы запускаются, но если температура продолжает расти, то питание полностью отключается от нагрузки. Два подстроечных резистора используются для обеспечения того, чтобы начальное напряжение на каждом термисторе составляло около 5,8 В при 25 ° C, что означает примерно 65% от общего сопротивления или VR1 и VR2. Если напряжение на любом из термисторов упадет примерно до 5,4 В, вентилятор включится. Вентилятор снова выключится, когда напряжение вернется к 5.Порог 4 В. Если подача прекращается из-за того, что температура продолжает расти, вентилятор продолжит работу.


Рисунок 8.1 — Датчик температуры, вентилятор и выключатель реле

U1A — это буфер, обеспечивающий, чтобы гистерезисный резистор на U2B не мешал работе первого компаратора. При низких температурах компаратор U1B имеет низкий выход, а U2A высокий, поэтому вентилятор не работает и контакты реле замкнуты (при условии, что переключатель постоянного тока замкнут). При повышении температуры сопротивление одного или обоих термисторов упадет до более низкого уровня.Когда напряжение на термисторе упадет до ~ 5,2 В, вентилятор запустится, а если температура продолжит расти, выходное реле питания будет отключено при дальнейшем падении напряжения на термисторе. Такое расположение гарантирует, что температура никогда не должна достигать опасного уровня. Потребуется отрегулировать подстроечные регуляторы, чтобы предварительно установить начальное напряжение термистора на соответствующий уровень, чтобы обеспечить включение вентилятора, когда температура радиатора достигнет примерно 35 ° C. Светодиод нужен, чтобы вы знали, почему все внезапно перестало работать (выходные транзисторы слишком горячие!).Последний подстроечный резистор (VR3) должен быть настроен на температуру отключения около 45 ° C. Оба компаратора имеют гистерезис, поэтому вентилятор не будет быстро включаться и выключаться, как и реле отключения. (Обратите внимание, что U2B не используется.)

Термисторы

не являются прецизионными устройствами, поэтому вам нужно будет провести собственные тесты с теми, которые вы можете получить. Возможно, потребуется поэкспериментировать с номиналами резисторов, чтобы получить разумные (и безопасные) пороговые значения температуры. Вы можете спросить, почему я предлагаю такую ​​низкую температуру радиатора (45 ° C).Имейте в виду, что тепловое сопротивление от корпуса транзистора до радиатора может составлять около 0,5 ° C / Вт, поэтому, если транзисторы работают при 35 Вт, температура корпуса будет на 17,5 ° C на выше, чем на радиаторе. Это означает, что температура корпуса превышает 60 ° C. Если ваши методы монтажа недостаточно хороши, разница может быть больше, что приведет к риску отказа. Если вы не можете положить палец на транзистор и удерживать его там , то, вероятно, он слишком горячий.

Поддержание безопасной рабочей температуры и отключение источника питания (или отключение нагрузки), если силовые транзисторы становятся слишком горячими, является важной частью любого источника питания.Природа любого источника переменных заключается в том, что вы никогда не знаете, для чего вы в конечном итоге будете использовать его, когда он впервые будет создан, и все возможные случаи необходимо учитывать. Лучше преждевременно отключиться от источника питания, чем позволить транзисторам нагреться до такой степени, что они выйдут из строя. Транзисторы выходят из строя из-за короткого замыкания (по крайней мере, на начальном этапе), в результате чего на ИУ подается полное нерегулируемое напряжение питания. Ущерб, который может нанести, может быть катастрофическим.


9 Учет

Для всех блоков питания нужны счетчики.Обычно они включаются для напряжения и тока, и сейчас наиболее распространены цифровые. Однако «традиционные» аналоговые измерители с подвижной катушкой не только рентабельны (вы можете получить их на удивление дешево), но также легко читаются с первого взгляда. Многие цифровые счетчики не обеспечивают разумных подключений к источнику питания и измерениям (например, некоторым требуется плавающее питание). Это усложняет схему, а точность, которую обеспечивают цифровые измерители, часто оказывается иллюзией. В аналоговых измерителях «FSD» означает отклонение на полную шкалу.

Я всегда отдавал предпочтение аналоговым счетчикам. Если вы можете получить измеритель с циферблатом, который откалиброван от 0 до 30 В (например), один можно использовать для напряжения, а другой для тока (0-3,0 А). Необходимые шунты и множители могут быть определены достаточно легко — все подробности см. В статье «Счетчики, множители и шунты». Можно использовать резистор измерения тока в качестве шунта измерителя, в зависимости от номинала резистора считывания, а также чувствительности и внутреннего сопротивления измерителя.В большинстве случаев движение измерителя 1 мА является хорошим компромиссом, и это позволит вам использовать резистор измерения тока, показанный на рисунке 6.1. Да, подключение измерителя и внешнего резистора немного повлияет на шунт, но погрешность будет очень маленькой (вплоть до бесконечно малой).


Рисунок 9.1 — Измерение тока и напряжения

Основные схемы измерения показаны выше. Измеритель тока неудобен, потому что полярность должна быть изменена в зависимости от того, контролирует ли он положительный или отрицательный шунт.Он выглядит запутанным, но при подключении, как показано на рисунке, он будет работать именно так, как задумано. Общее сопротивление измерителя предполагает использование измерительного механизма 1 мА, откалиброванного на 30 В (вольтметр) или 3 А (амперметр), и при условии, что внутреннее сопротивление катушки составляет 200 Ом. Если используемый измеритель более чувствителен (или его сопротивление другое), необходимо будет рассчитать сопротивления. Почти всегда проще использовать подстроечные резисторы для установки диапазона, чем постоянные резисторы, и показаны подходящие значения. Для вольтметра (откалиброван на 30 В FSD)…

R м = (V / FSD) — R внутренний
R м = (30/1 м) — 200 = 28,8 тыс.

Если шунтирующие резисторы для амперметра отличаются от показанных значений, калибровка будет другой. Показанное «общее сопротивление» включает внутреннее сопротивление измерителя (обычно около 200 Ом для движения 1 мА). Обратите внимание, что если вы используете движение 1 мА, сопротивление шунтирующего резистора должно быть не менее 0,1 Ом. Требуется шунт 67 мОм, но это предполагает, что сопротивление измерителя составляет ровно 200 Ом, и нет никакой возможности для регулировки, если показания неправильные.Можно ли использовать один и тот же шунт как для измерения тока, так и для амперметра, зависит от окончательной топологии конструкции. Это не всегда практично, но немного снижает потери напряжения.

Обратите внимание, что при использовании схемы, показанной на Рисунке 6.1, два шунта имеют одинаковую полярность напряжения, поэтому показанное выше реверсирование не требуется. Чтобы посмотреть положительный или отрицательный выходной ток, измеритель просто переключают с одного шунта на другой, а полярность не меняется. Это устраняет перекрестную проводку, показанную на отрицательном шунте на приведенном выше рисунке.

Пока показан переключаемый амперметр (а это то, что использует мой старый источник питания), лучше использовать отдельный амперметр для каждого выхода. При условии, что у вас достаточно места на передней панели, это избавляет от утомительного переключения счетчика и означает, что если вы забудете (и что будет ), вы можете контролировать отрицательное питание, но используя положительное питание. Излишне говорить, что это означает, что вы не видите ток, и ИУ может быть повреждено до того, как вы поймете свою ошибку. Использование ограничения тока может уменьшить это, конечно, при условии, что оно установлено на неразрушающий (низкий) ток, когда вы начинаете тестирование.

Вольтметр можно переключить для измерения положительного или отрицательного напряжения, или его можно просто подключить к двойному источнику питания (50 В для схем, показанных здесь) и откалибровать, чтобы показывать 30 В FSD («Измеритель напряжения (альтернативный)). Подразумевается, что напряжение будет составлять ± 25 В или другое более низкое напряжение по выбору. Может возникнуть небольшая ошибка, если источники питания не отслеживают идеально, но обычно это не является серьезной проблемой, если вы по какой-то причине не ожидаете точного напряжения. Если это так, лучше использовать внешний измеритель — те, что находятся на источнике питания, относятся к «коммунальным» счетчикам — они показывают значение напряжения и тока, но ожидать точности лучше, чем около 5%, нереально.


9.1 Цифровые счетчики

Цифровые измерители — это либо лучшее, что было после нарезанного хлеба, либо вред для ландшафта, в зависимости от вашей точки зрения. Лично я предпочитаю аналоговые (механические) счетчики, но они обычно довольно большие и громоздкие, занимая больше места на панели, чем цифровые устройства считывания. Самым большим преимуществом аналоговых измерителей является то, что вы можете наблюдать за перемещением стрелки, поэтому нарастающий (возможно, убегающий) ток можно быстро увидеть, а различные токи можно легко усреднить на глаз.Цифровые измерители особенно бесполезны, если ток меняется быстро, потому что на дисплее просто размываются цифры, и вы не можете усреднить цифровые показания на глаз.

Однако сейчас цифровые измерители обычно дешевле аналоговых, и большинство из них довольно точны. Поскольку они занимают меньше места на панели, они являются хорошим вариантом при соблюдении нескольких простых мер предосторожности. В частности, и особенно для измерителя тока, вам необходимо включить схему усреднения, которая предотвращает отображение на дисплее набора, казалось бы, случайных цифр, когда ток питания быстро изменяется.Это может быть просто резистор (1 кОм всегда является хорошей отправной точкой) и конденсатор для усреднения показаний. С резистором 1 кОм конденсатор 100 мкФ означает, что у вас есть точка низкой частоты 1,59 Гц -3 дБ, поэтому самые быстрые изменения будут сглажены, чтобы вы могли считывать ток. Если не указать это, вы не сможете расшифровать показания. Этого достаточно, чтобы убедиться, что тренд хорошо заметен.

Никаких подробностей цифровых счетчиков здесь не показано, потому что они зависят от самого счетчика.Некоторые из них имеют автоматический выбор диапазона, другие используют переключаемые диапазоны, а более простые просто дают показания от «000» до «199» с возможностью выбора десятичной точки в желаемой позиции (часто с помощью перемычки или ссылки на измерителе). Печатная плата). Для измерения тока часто бывает необходимо использовать операционный усилитель для повышения небольшого напряжения на токовом шунте. Например, если у вас есть шунт 0,33 Ом, вам необходимо усилить или ослабить напряжение на нем, чтобы соответствовать диапазону. Для полной шкалы 2,5 А это означает, что вы получите только 825 мВ при токе 2.5A, и его необходимо усилить, чтобы измеритель показал «2,50» (2,5 В в измерителе). Величина усиления или ослабления зависит от чувствительности измерителя. Например, для счетчика на 200 мВ потребуется снизить шунтирующее напряжение в 33 раза с помощью делителя напряжения. Он будет читать 2,5 (25 мВ) с десятичной точкой, выбранной любыми имеющимися средствами. Разрешение составляет всего 100 мВ (± 2%, ± последняя цифра «фактора неопределенности» измерителя, которая может составлять до двух «единиц»). Это (ИМО) недостаточно хорошо.

В идеале, если вы решите использовать цифровой замер, используйте счетчик, который предлагает три полных цифр (до «999», а не «199»), и, если возможно, с автоматическим выбором диапазона. Есть много вариантов, поэтому вам решать, сколько вы хотите потратить и какая точность вам нужна. Опять же, Meters, Multipliers & Shunts дает несколько рабочих примеров, которые могут быть вам полезны.


10 Строительство

Вот где все может стать некрасивым. Передняя панель является наиболее важной частью источника питания, потому что на ней есть регуляторы напряжения и тока, переключатели включения / выключения (сеть и постоянный ток), возможно, последовательно-параллельный переключатель, счетчики и, конечно же, выходные разъемы (обычно комбинированные банановые розетки. / переплет постов).Конечно, вы также добавите светодиоды для включения, ограничения тока и тепловой перегрузки. Все на передней панели должно быть доступно для строительства или обслуживания, а это неизбежно означает лабиринт проводки. На передней панели есть провода для сети переменного тока, выходы постоянного тока, все светодиоды и потенциометры, и все это складывается (на удивление быстро). Поддержание общего источника питания для всех светодиодов (например, от анода к положительному вспомогательному источнику питания) означает, что многие из светодиодов могут совместно использовать одно и то же анодное напряжение, что может сэкономить проводку.Однако это не относится к , а не , к светодиодам ограничения тока в двойной версии схемы на рис. 6.1, потому что два источника питания должны оставаться полностью независимыми до последовательно-параллельного переключения.

Внутренние компоненты должны содержать силовой трансформатор (ы), выпрямитель (ы) и крышки фильтров, а также основной радиатор (и) для выходных транзисторов. Последний будет иметь входную, выходную и управляющую проводку, а также соединения для термисторов и вентилятора (ов). По крайней мере, каждый модуль вывода (при условии двойного питания) будет иметь не менее шести проводов.Тогда есть плата (и) управления регуляторами. У вас будет по одному для каждого источника (при условии, что схема с двумя источниками питания показана на рис. 7.1), а также плата терморегулятора для контроля температуры радиатора.

Слишком легко сделать неправильную проводку, и вам нужен очень дисциплинированный подход, чтобы не допустить ошибок при подключении. Избегайте соблазна установить все платы управления на лицевую панель. Это может уменьшить потребность в проводке, но делает обслуживание кошмаром, если различные части источника питания не могут быть доступны и протестированы без отключения проводов от плат.Какой бы размер шкафа вы ни планировали использовать, если в нем мало свободного места, значит, он слишком мал.

Убедитесь, что все соединения доступны без необходимости снимать платы, чтобы добраться до нижней стороны. Используйте булавки, проволочные петли или любую другую подходящую технику, чтобы все провода можно было отсоединить от верхней (или видимой) стороны плат. Избегайте вилок и розеток — все соединения (особенно действительно важные) должны быть припаяны, а проводка должна быть устроена так, чтобы, если вам когда-нибудь понадобится снять плату, чтобы что-то заменить, проводка была связана с помощью кабельных стяжек, чтобы каждый провод совпадал с подходящую точку подключения.Аналогичным образом, если это вообще возможно, при сборке плат (чаще всего на Veroboard) сохраняйте соединения вдоль одного края платы. Это будет означать добавление перемычек на Veroboard, но это намного лучше, чем прокладывать провода по всей плате. Это не только упрощает электромонтаж, но и снижает вероятность ошибок.

Тримпоты — это реальность для любого источника питания. Необходимо установить напряжение и ток и откалибровать измерители. Температурный датчик также должен быть откалиброван, поэтому почти все источники питания будут иметь множество подстроечных резисторов — вы просто не можете полагаться на резисторы с фиксированным номиналом, чтобы обеспечить надлежащие условия для чего-либо.Если бы вы построили схему на рис. 6.1 в виде двойного источника питания, с тепловой защитой и счетчиком, у вас было бы как минимум девять подстроечных резисторов, чтобы все правильно настроить. Это нормально для блоков питания, но в некоторых может быть больше!

Убедитесь, что важные части источника питания легко отделены от остальных (и шасси). Например, радиатор в сборе должен быть выполнен таким образом, чтобы его можно было снять, а доступ ко всем транзисторам можно было получить без демонтажа всего модуля.Одна конструкция, которую я видел, имеет крышки основного фильтра непосредственно перед выходными транзисторами, поэтому их нельзя снять, не сняв крышки фильтра (или транзисторы) с печатной платы. Расположение крышек таково, что вы просто не сможете получить доступ к крепежным винтам транзистора после завершения сборки. Настоятельно рекомендую избегать подобных ошибок. Необходимость извлекать (и / или демонтировать) компоненты или платы, чтобы получить доступ к любой части источника питания, превращает дальнейшую работу в кошмар.Учтите, что он может проработать 20 или более лет, прежде чем ему потребуется обслуживание, и к тому времени вы, вероятно, забудете многие «тонкости» схемы. По прошествии этого времени у вас может даже не быть схемы, поэтому убедитесь, что вы поместили ее в корпус!

Хотя основы источника питания не слишком сложны, всегда будет гораздо больше проводки, чем в любом типичном аудиопроекте. Это неизбежно, если вы не увеличите общую стоимость еще больше, сделав свои собственные печатные платы.Хотя это означает более профессиональный продукт, нет никакой гарантии, что вы получите правильный дизайн с первого раза, а внесение изменений может занять очень много времени. Если ошибка была сделана в топологии печатной платы, может быть сложно диагностировать и найти ошибку, чтобы ее можно было исправить. В общем, вероятно, будет намного проще подключить окончательную выходную секцию. Из-за задействованных высоких токов (которые могут присутствовать в течение нескольких часов) обычная печатная плата не обеспечивает достаточно низкое сопротивление или достаточно высокую пропускную способность по току, если вы не используете очень широкие дорожки (я бы предложил минимум 5-миллиметровых дорожек для 5A, но даже это является предельным значением для непрерывного режима).

Хотя это может показаться незначительной придиркой, я настоятельно рекомендую вам использовать розетку IEC для сети. По моему многолетнему опыту работы с испытательным оборудованием и другим оборудованием, нет ничего более неприятного, чем фиксированный сетевой шнур. Вместо того, чтобы просто отсоединять вилку IEC от задней панели, если ее нужно переместить, вам, возможно, придется проследить фиксированный провод до его сетевой розетки, а затем отсоединить его от других проводов для остальной части оборудования вашего испытательного стенда. В зависимости от того, сколько у вас оборудования, это может быть более сложной задачей (и болью в задней части), о которой вы думаете, когда оно впервые устанавливается и подключается.Незначительный момент, но о нем стоит помнить. Очень немногие контрольно-измерительные приборы, которые я построил, имеют фиксированные сетевые кабели, и у меня есть хороший набор сетевых кабелей IEC!

Осталась одна проблема. Чтобы проверить различные части вашего блока питания, прежде чем он будет полностью подключен, вам понадобится … блок питания. Шансы сделать все правильно с первого раза невелики, поэтому, если у вас нет источника питания, вам придется разработать способ проверить правильность работы различных секций без риска задымления, если что-то не так. .Вы можете использовать « предохранительные » резисторы последовательно с основным источником питания, чтобы ограничить повреждение, если есть ошибка проводки, или (если он у вас есть) использовать Variac и текущий монитор (см. Проект 139 или Проект 139A, чтобы вы могли проверить на чрезмерный ток при повышении напряжения. Многие части блока питания не будут работать должным образом при пониженном напряжении, поэтому всегда есть риск. Тестирование и калибровка блоков питания — нетривиальная задача, поэтому вам придется многое сделать, чтобы завершить его.


11 Полезное дополнение

Хотя здесь я описал только базовый источник питания, многие коммерческие источники питания включают выход 5 В (обычно рассчитанный на ток около 3 А), а некоторые также включают источник питания ± 12 В.Поскольку вы никогда не знаете, как будет сконфигурирован источник питания в будущем, они оба будут полностью изолированы. Как только вы соедините вместе заземляющие (или общие) соединения внутри, это ограничит ваши действия с источниками питания. Как уже отмечалось, вы никогда не можете предугадать, для чего вы будете использовать источник, когда он впервые будет построен, и было бы неразумно предполагать что-либо заранее.

Это означает по крайней мере один, но, возможно, два дополнительных трансформатора, а также выпрямители, фильтры и регуляторы.Вам также потребуется больше места на передней панели для подключений. Большинство коммерческих расходных материалов не обеспечивают измерения для каких-либо дополнительных источников питания, и в схемах не требуется ничего особенного. Можно использовать пару плат P05-Mini, одну для одного выхода + 5 В, а другую для ± 12 В.

По сравнению со стоимостью остальной части поставки, они могут быть добавлены за (почти) арахис, за возможным исключением трансформаторов. В качестве альтернативы они могут быть построены как отдельная единица, что дает определенные преимущества.Как и ожидалось, у меня есть один из них, а также те, что есть на моем рабочем месте, и, хотя он мало используется, он бесценен, когда мне нужен дополнительный источник питания, изолированный от всех остальных. Он также достаточно мал, чтобы я мог взять его из мастерской в ​​свой офис, где я также выполняю некоторые работы по тестированию и разработке. Действительно, вот где он сейчас.


12 Меры предосторожности

Существуют меры предосторожности, которые следует соблюдать при использовании любого регулируемого источника питания .Если нет переключателя, который отключает постоянный ток (или снижает выходную мощность до нуля), питание никогда не должно включаться при подключенной нагрузке. Большинство схем должны пройти фазы «запуска» (зарядка конденсаторов, стабилизация напряжения стабилитрона и т. Д.), Прежде чем выход станет стабильным. Если ваша нагрузка подключена, она может быть подвержена опасному напряжению, а ограничения тока может быть недостаточно для предотвращения повреждений. В самом деле, до тех пор, пока все внутренние схемы не будут иметь требуемые рабочие напряжения, ограничения по току может даже не быть!

С рисунком 7.1, когда источник питания включен и работает, снижение напряжения до нуля с помощью переключателя будет работать. Однако во время «запуска» (после подачи питания от сети) этот может быть не так! Ничего не должно быть подключено к выходу при включенном сетевом выключателе, так как выход может быть непредсказуемым. Это было подтверждено моделированием — даже при выключенном переключателе выходная мощность мгновенно возрастает до более 4 В при подаче питания. Схема на рис. 6.1 должна быть лучше в этом отношении, но все же лучше не подключать нагрузку при включенной сети.

Необходимо включить питание, уменьшить напряжение до нуля, пока вы выполняете соединения, а затем напряжение можно установить на желаемый уровень. При тестировании чего-либо в первый раз используйте низкий порог ограничения тока, чтобы свести к минимуму повреждение в случае неисправности в ИУ. Если вам нужен источник с ограничением по току, напряжение следует установить так, чтобы был достигнут предел по току, но не выше его. Например, если вы хотите обеспечить ток в 1 А через нагрузку 10 Ом, напряжение необходимо установить только для напряжения холостого хода около 12 В.Установка более высокого напряжения только увеличивает риск для вашей нагрузки, если что-то пойдет не так.

Установка низкого напряжения (как раз достаточного для выполнения задачи) , а не , не уменьшает рассеивание в последовательно проходящих транзисторах. Единственная причина — убедиться, что выходной конденсатор (-ы) не может заряжаться до 25 В, а затем разряжаться через нагрузку. Это почти наверняка гарантирует, что мгновенный ток будет намного выше установленного порога. Это не только совет для схем, показанных здесь — он применим ко всем источникам питания , если в инструкциях по эксплуатации не указано иное.Большинство советует не подключать что-либо, пока не будут установлены напряжение и максимальный ток перед подключением нагрузки.

Существует несколько конструкций источников питания, в которых для управления функциями используется микроконтроллер, но будьте очень осторожны со всем (домашним или коммерческим), которые требуют от вас «программирования» напряжения или тока с помощью клавиатуры. Использование обычных кастрюль с низким уровнем технологий означает, что вы можете увеличить напряжение (или ток) поворотом ручки и быстро снизить напряжение, если обнаружены какие-либо аномалии.Попытка сделать это с помощью кнопок обычно невозможна, и большой ущерб может быть причинен просто потому, что вы не смогли достаточно быстро снизить напряжение при первых признаках или неисправности. «Высокотехнологичный» внешний вид программируемого источника питания может быть привлекательным, но он непрактичен для чего-либо, кроме лабораторных испытаний, когда оборудование, на которое подается питание, является известной величиной с самого начала.


Выводы

Если все вышеперечисленное не отпугнуло вас от идеи создания собственного источника питания, я настоятельно рекомендую вам начать с чего-нибудь довольно простого (например, Project 44).Я знаю, что «сделай сам» — это все, что нужно сделать самому, но это должно быть верным только тогда, когда это имеет смысл. Как обсуждалось ранее, я построил источник питания от ± 0 до 25 В, 2 А с полностью регулируемым ограничением тока, термовыключателем и двухскоростным вентилятором. Он довольно часто использовался около 30 лет (на момент написания) и никогда меня не подводил. Однако это сложная схема и не совсем подходит для любительского строительства. К сожалению, принципиальную схему невозможно найти, и ее непросто «перепроектировать».С семнадцатью транзисторами, пятью операционными усилителями, двумя микросхемами стабилизатора 12 В, пятью подстроечными резисторами, а также ожидаемой связкой резисторов, диодов, колпачков фильтров, переключателей, измерителей и потенциометров напряжения / тока, я бы не рекомендовал это — даже если бы я сделал У есть полная схема для него. Стоимость будет сочтена неприемлемой для большинства строителей, которым все это может не понадобиться так часто.

Простая схема, показанная выше (рисунок 7.1), неплоха. Он не так хорош, как тот, который я построил, но, безусловно, приемлем для нормальной работы на стенде.У него есть то преимущество, что он может ограничивать ток более низким, чем у меня (~ 50 мА — мой минимум), и это полезно для чувствительных схем. Что еще более важно, его достаточно просто собрать даже на Veroboard, со схемами ограничения тока, подключенными напрямую к переключателю и потенциометрам напряжения. Остается только базовая схема на Veroboard, которая должна быть довольно простой. В целом схема, показанная на рис. 6.1, лучше, но переключение на последовательно-параллельную работу должно выполняться с большой осторожностью.

Возможно, что удивительно (а может, и нет), определение тока в целом намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. Это довольно просто, если вы используете простую схему переключаемого резистора, но настроить ее не так-то просто. Существуют специализированные микросхемы, предназначенные именно для этого приложения, но большинство из них предназначены только для SMD, и они недешевы, особенно если они доступны только в упаковке из пяти штук. Это очень часто встречается с деталями SMD. Конечно, это всего лишь сенсорная часть — все еще необходимо получить действующее правило .Как уже отмечалось, в точке перехода (от регулирования напряжения к регулированию тока) есть два отдельных регулятора, каждый из которых пытается наложить свою волю на выход. Без значительных затрат времени на разработку результатом часто становятся колебания (переходные или непрерывные).

Основная идея этой статьи — показать вам некоторые из доступных опций. В идеале, большинство строителей своими руками хотят что-то, что выполняет свою работу, является надежным и не требует больших затрат на строительство. Если он может использовать детали, которые у вас уже есть, это даже лучше.Если вам все-таки нужно покупать детали, вы должны быть достаточно уверены, что выбранная вами схема соответствует поставленной задаче. Как уже отмечалось, схемы, которые я показал, нужно было адаптировать для обеспечения надежности (особенно при низком выходном напряжении и большом токе). Отсутствие защитных мер (ограничение тока, отключение вентилятора и перегрева) приведет к цепи, которая не только подведет вас, но и может взорвать цепь, которую вы тестируете.

Если вы посмотрите на стоимость необходимых компонентов, вы очень быстро обнаружите, что они составляют довольно пугающую цифру.Только трансформатор (-ы) будет дорогим, и хотя многие детали достаточно дешевы, это не относится к конденсаторам фильтра или радиаторам. Вы также должны предоставить корпус и другое оборудование, и это потребует значительной механической обработки, чтобы разместить счетчики, вентиляторы, разъемы и т. Д. Очень сомнительно, что вы потратите менее 400 австралийских долларов в выбранной вами валюте, даже если у вас есть много мелких деталей на складе. Я видел в сети двойной источник питания 0–30 В, 3 А всего за 325 австралийских долларов, и очень сомнительно, что вы сможете построить его за меньшую цену, если у вас нет почти всего необходимого в своем «ящике для мусора».

Это изделие , а не ни при каких обстоятельствах не должно рассматриваться как конструктивное изделие! Он предназначен только для демонстрации того, что создание даже небольшого запаса скамейки — нетривиальное занятие, и что есть соображения, о которых вы, возможно, не задумывались. Некоторые из конструкций, которые вы найдете в других местах в сети, плохо спроектированы и не обеспечивают адекватный запас прочности для транзистора с последовательным проходом (в частности), и в большинстве нет предупреждений о SOA транзистора, тепловом отказе или любых других вещах. что может пойти наперекосяк.Как показано в этой статье, есть много вещей, которые могут пойти не так, особенно если какая-либо часть источника питания недооценена из-за неправильного использования, которое получит при нормальном использовании.


Список литературы
  1. В любом случае, что это такое за дизайн блока питания (электронный дизайн)
  2. Регулируемый лабораторный источник питания — два раза
  3. стабилизированный источник питания 0-30 В постоянного тока с контролем тока
  4. Zdroj G400 (на чешском языке)
  5. Трубка регулятора напряжения (Википедия)
  6. Стабилизированный источник питания с двумя напряжениями, John Linsley-Hood (Wireless World, январь 1975 г.)
  7. Термисторы NTC (www.resistorguide.com)


Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2019. Воспроизведение или повторная публикация любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и © Ноябрь 2019


Блок питания DIY Lab Bench

Начну с необходимых компонентов:

Общая цена: ~~ 35 $

1. ~~ 4 $

Намного безопаснее, если коробка сделана из непроводящего материала !!!, и с ней легче работать.

2. ~~ 10 $

Источник питания .Я использовал старое зарядное устройство для ноутбука (19V 3.6A). Найдите тот, который соответствует вашим потребностям, но не беспокойтесь, с помощью дешевого повышающего / понижающего преобразователя вы можете регулировать выходное напряжение.

3. ~~ 4 $

повышающий / понижающий преобразователь dc-dc в зависимости от ваших потребностей.

В моем случае понижающий преобразователь. Для регулировки я заменил потенциометры на более крупные, которые установлены на передней панели.

4. ~~ 4 $

Цифровой вольтметр Амперметр

Приятно, что вам не нужен дополнительный инструмент (мультиметр), чтобы видеть, что происходит.

5 . ~~ 3 $ (в моем случае 2x)

Для удобной регулировки на лицевой стороне коробки, а не внутри нее.

6. ~~ 2 $

В целях безопасности

7. ~~ 2 $

Двойной банановый стержень для крепления с внутренней резьбой

Удобно и предлагает несколько способов подключения.

8. ~~ 3 $

Не обязательно быть тяжелым, мне просто понравилось прикрытие от ракеты.

9. ~~ 2 $

3in1 Разъем питания переменного тока

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Если вы никогда не работали с током под напряжением, спросите у кого-нибудь с опытом, никогда не работайте в розетке. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Общая стоимость

Электросхема: https://www.youtube.com/watch?v=sirHycTFB9w

ElectroScienceMethod Channel дает вам хорошую отправную точку.

Корпус :

Я сделал двухмерную модель лицевой панели и, измерив детали, разместил их на чертеже. Сначала я сделал панель из картона, распечатав рисунок 1: 1, чтобы обеспечить хорошее прилегание и расположение деталей.Мой корпус был пластиковым, поэтому с помощью паяльника и прикрепленной к нему небольшой пластины можно было легко вырезать отверстия.

Изучение регулируемого источника питания и его конструкция [Простое объяснение]

Привет. Надеюсь, вы хорошо проводите время. В этом посте я делюсь своими знаниями о регулируемом источнике питания.

Регулируемый — это общий термин, используемый для обозначения любого типа источника питания, который имеет стабильное выходное напряжение или ток независимо от входа или нагрузки. Это может быть линейный источник питания, регулируемый источник питания или регулируемый источник питания.

Единственное условие: он должен иметь выходное напряжение или ток независимо от входа (напряжение) или выходной нагрузки (сопротивления или тока).

Если вы искали просто, чтобы узнать, что такое регулируемый источник питания, я уже дал вам ответ. Но если вы хотите изучить его полностью, вы можете следить за моим обучением вместе со мной.

Будет весело.

Почему регулируемый источник питания?

В основном блоки питания рассчитаны на определенную нагрузку и среду.Но иногда основное напряжение питания, нагрузка и температура окружающей среды продолжают изменяться, изменяя параметры компонентов и, следовательно, изменяя выходное напряжение. Изменения выходного напряжения нежелательны.

Позвольте мне объяснить, почему изменение выходного напряжения нежелательно. У устройств есть минимальное и максимальное входное напряжение и пороговые значения тока. И вы должны соблюдать эти пороговые значения, иначе вы можете повредить устройство.

Если выходное напряжение вашего источника питания изменится, есть вероятность, что оно превысит эти пороговые значения.Вот почему нам нужно постоянное выходное напряжение. И это достигается за счет регулируемого источника питания.

Стабилизированным источником питания может быть любой источник питания, поскольку я сказал, что он должен обладать постоянным выходным напряжением. Линейный источник питания, регулируемый источник питания или регулируемый источник питания могут быть регулируемым источником питания. Он может иметь любое значение напряжения, например 5 В, 10 В, 12 В и многие другие.

Важно помнить, что стабилизированный источник питания не всегда рассчитан только на постоянное выходное напряжение, он может быть рассчитан на постоянный выходной ток.

Таким образом, вы сможете понять, в чем фактическая разница между регулируемыми и нерегулируемыми источниками питания. Позвольте мне похвалить его за ваши примечания:

Нерегулируемый источник питания не имеет выходного напряжения или выходного тока независимо от входного основного напряжения или нагрузки.

Генеральный проект регулируемого источника питания

Если вы попросите меня разработать регулируемый источник питания. Сразу спрошу, это регулируемый линейный источник питания с фиксированным напряжением, или регулируемый источник питания, или переменный источник питания?

В общем, изучение было бы идеальным решением для этого, так как основной принцип работы всех регулируемых источников питания одинаков.

Общая блок-схема

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы. Это помогает нам спроектировать отдельные части схемы, а затем, в конце концов, собрать их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта представлена ​​ниже. Все очень просто. Вам нужно понимать, какой блок что делает.

Сначала мы спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш источник питания постоянного тока был готов для наших проектов.

Входной трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать уровни напряжения в соответствии с законом передачи энергии. В зависимости от вашей страны переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В.

Нам нужен входной трансформатор для понижения входящего переменного тока до требуемого уровня.

Будьте осторожны, играя с этим устройством. Поскольку вы используете сетевое напряжение, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь к клеммам голыми руками или плохими инструментами.

Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какие провода находятся под напряжением, идущие к трансформатору.

Схема выпрямителя

Если вы думаете, что трансформатор просто снизил напряжение до желаемого регулируемого постоянного напряжения.

Прошу прощения, вы ошибаетесь, как и я.

Пониженное напряжение все еще равно переменному току. Чтобы преобразовать его в постоянный ток, нужна хорошая выпрямительная схема.

Схема выпрямителя преобразует переменное напряжение в постоянное.В основном, есть два типа выпрямительной схемы; полуволна и полная волна.

Однако нас интересует полный выпрямитель, так как он более энергоэффективен, чем полупрямой.

Сглаживающий конденсатор / фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящую сеть в постоянный ток, но, к сожалению, не может сделать из нее чистый постоянный ток.

Выпрямленный постоянный ток не очень чистый и имеет рябь. Задача фильтра — отфильтровывать эти колебания и обеспечивать совместимость напряжения для регулирования.

Практическое правило: напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы можно было точно регулировать.

Самый лучший фильтр в нашем случае — конденсаторный. Вы, наверное, слышали, конденсатор — это устройство для накопления заряда.

Но на самом деле его лучше всего использовать как фильтр. Это самый недорогой фильтр для нашей базовой конструкции блока питания 5 В.

Регулятор

Стабилизатор — это линейная интегральная схема, в которой используется стабилизированное постоянное выходное напряжение.

Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменение выходного напряжения при изменении нагрузки.Всегда требуется нагрузка, не зависящая от выходного напряжения.

ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но и от изменений напряжения в сети.

Надеюсь, вы разработали базовую концепцию конструкции регулируемого источника питания.

давайте продолжим с реальной принципиальной схемой нашего конкретного источника питания с регулируемым напряжением 5 В, чтобы вы могли получить очень четкое представление о конструкции.

Я буду использовать программное обеспечение NI Multisim, надеюсь, вы знакомы с ним.Если вы с ним не знакомы, нет проблем. Это не обязательно. Вы можете использовать любое программное обеспечение. Основная цель — изучить программное обеспечение для проектирования, а не для моделирования.

Конструкция регулируемого источника питания (с фиксированным напряжением)

Следующие этапы проектирования охватывают проектирование регулируемого источника питания с фиксированным выходным напряжением или регулируемого / регулируемого источника питания. С помощью этих шагов вы можете спроектировать свой регулируемый источник питания.

Я использую конкретный пример 5V, потому что я думаю, что таким образом было бы лучше всего понять весь процесс проектирования.

Вы думаете, я бы начал объяснение с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Ниже приведена принципиальная схема указанного проекта. Вы получаете основное питание, напряжение и частота могут зависеть от вашей страны; предохранитель для защиты цепи; трансформатор, выпрямитель, конденсаторный фильтр, светодиодный индикатор и стабилизатор IC.

Блок-схема реализована в NI Multisim, хорошей программе моделирования для студентов и начинающих электронщиков.Я рекомендую потратить немного времени на то, чтобы поиграть с ним. Поскольку, на мой взгляд, вы должны хорошо разбираться в программном обеспечении для моделирования, чтобы получать удовольствие от изучения базовой электроники.

Пошаговый метод проектирования источника питания постоянного тока 5 В

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Шаг 1: Выбор регулятора IC

Выбор микросхемы регулятора зависит от вашего выходного напряжения.В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5В, мы выберем ИС линейного регулятора LM7805.

Далее нам нужно знать номинальные значения напряжения, тока и мощности выбранной ИС регулятора.

Это делается с помощью паспорта регулятора IC. Ниже приведены номинальные значения и схема контактов для LM7805.

Спецификация 7805 также предписывает использовать конденсатор 0,1 мкФ на выходной стороне, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки.

И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсаций, если фильтрация находится далеко от регулятора.

Шаг 2: Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает экономию денег. Мы узнали, что минимальный вход для выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В. Итак, нам нужен трансформатор для понижения основного переменного тока, по крайней мере, до этого значения.

Но между регулятором и трансформатором тоже стоит выпрямитель на диодном мосту.Выпрямитель имеет собственное падение напряжения, то есть 1,4 В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Математически:

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или как минимум на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этого, для конструкции источника питания 5 В постоянного тока мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В или 12 В.

Шаг 3: Выбор диодов для моста

Видите ли, выпрямитель сделан из диодов, расположенных по некоторой схеме.Для изготовления выпрямителя нужно подобрать для него подходящие диоды. При выборе диода для мостовой схемы.

Имейте в виду выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора i-e 9В в нашем случае. Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который входит в комплект IC.

Но я не хочу, чтобы вы использовали здесь только для обучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки.И пиковое обратное напряжение (PIV) больше пикового вторичного напряжения трансформатора.

Мы выбрали диод IN4001, потому что он имеет номинальный ток на 1 А больше, чем мы желаем, а пиковое обратное напряжение — 50 В.

Шаг 4: Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего конденсаторного фильтра необходимо учитывать его напряжение, номинальную мощность и значение емкости. Т

Номинальное напряжение рассчитывается от вторичного напряжения трансформатора.Практическое правило: номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20% больше, чем вторичное напряжение.

Итак, если вторичное напряжение составляет 17 В (пиковое значение), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте формулу ниже:

Где,

Io = ток нагрузки i-e 500 мА в нашей конструкции, Vo = выходное напряжение i-e в нашем случае 5 В, f = частота

В нашем случае:

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 @ 50 Гц.У вас может быть сеть переменного тока 120 В при 60 Гц. Если да, то укажите значения соответственно. Затем, используя формулу конденсатора, практический стандарт, близкий к этому значению, i-e 3.1847E-4, составляет 470 мкФ.

Другая важная формула из книги «Электронные устройства Томаса Л. Флойда» приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R — сопротивление нагрузки. А Rf — это коэффициент пульсаций, который для хорошей конструкции должен быть менее 10%. На этом мы заканчиваем проектирование блока питания на 5 В.

Сделайте блок питания безопасным

Каждая конструкция должна иметь защитные приспособления для защиты от возгорания. Точно так же в нашем простом источнике питания должен быть предохранитель на входе. Входной предохранитель защитит наш источник питания в случае перегрузки. Например, наша желаемая нагрузка может выдержать 500 мА.

Если в случае, если наша нагрузка начнет работать неправильно, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит наши поставки. Основное правило выбора предохранителя: он должен быть как минимум на 20% больше, чем ток нагрузки.

Разработанный нами простой блок питания способен выдавать ток 1 А, что в некоторых случаях может быть использовано. Если вы решили использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить радиатор к микросхеме регулятора.

Комплект блока питания 5 В (DIY)

Итак, мы получили базовые знания о том, как устроен простой блок питания на 5 В.

Для меня, если вы любитель электроники или новичок, изучаете основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный источник питания.Было бы очень хорошее решение.

Он поможет вам изучить электронику, а также даст вам лучший лабораторный источник питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу передать словами, как весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это похоже на обучение на практике.

Я рекомендую для начала комплект источника питания Elenco (Amazon Link). Он доступен по цене, высокого качества и хорошо документирован, чтобы направлять вас на каждом этапе. Поверьте, вы многому научитесь.Вы узнаете, как паять, собирать и делать конечный продукт, который вы всегда видите в разных магазинах.

Конструкция регулируемого источника питания (с регулируемым / регулируемым выходом)

В большинстве случаев фиксированное напряжение нам не требуется. Иногда нам нужен источник переменного тока.

Например, чтобы проверить токи коллектора транзистора при различных базовых напряжениях, нам понадобится регулируемый источник питания. И это переменное напряжение необходимо регулировать.

Процедура проектирования такая же, как я объяснил выше, с небольшими изменениями в регуляторах мощности.

На этот раз нам потребуется переменный резистор, чтобы, изменяя его сопротивление, мы получали разные напряжения. Ниже приводится схема регулируемого источника питания или переменного источника питания:

До светодиодной части схема такая же, как и для стабилизированного источника питания 5 В при 500 мА. Схема становится сложной после светодиодной части, не так ли? Не бойся.Все очень просто. Переменный резистор предназначен для изменения выходного напряжения.

Диоды используются для защиты схемы от обратного тока. Теперь давайте посмотрим на следующем видео, как изменение резистора изменяет выходное напряжение.

Преимущества регулируемого источника питания

Источник питания с регулируемым выходом имеет много преимуществ. Следующее имеет ключевое значение.

  • низкий уровень шума
  • по недорогой
  • простота
  • надежность

Регулируемый блок питания очень прост в конструкции, вы могли почувствовать это в этом посте.Простой дизайн делает его очень экономичным. Эти блоки питания имеют невысокую стоимость и очень надежны.

Они относительно бесшумны. ИС линейных регуляторов, которые используются на выходе, имеют низкие пульсации выходного напряжения, что делает их наиболее подходящими для приложений, где важна чувствительность к шуму.

Заключение

Проектный блок питания подойдет для поддержки других ваших небольших проектов или принесет вам хорошие оценки / деньги, если вас назначат на аналогичный проект.Я не знаю почему, но я уверен, что если вы выполните те же простые шаги со мной, вы получите свой первый разработанный блок питания.

Пожалуйста, не указывайте только на питание 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с допустимым током до 500 мА.

Для дополнительной информации, для вывода положительного напряжения используйте LM78XX. XX указывает значение выходного напряжения, а 78 указывает положительный выход. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

На этом конструирование регулируемого источника питания подошло к концу. Надеюсь, вам понравилось.

Спасибо и удачной жизни.


Другие полезные сообщения:

Блок питания My DIY Bench

 ---
название: My DIY Bench Power Supply
дата: 2012-12-18 11:30:27
Теги: схема
---

# Мой настольный блок питания своими руками

__Еще одна вещь, которая нужна каждому (и, вероятно, уже построена), - это простой лабораторный стендовый источник питания .__ Многие люди используют такие вещи, как [модифицированные источники питания для ПК] (http: // web2.murraystate.edu/andy.batts/ps/powersupply.htm), но я не был сторонником этого, потому что мне нужно было что-то меньшее, с меньшим током и чище (с точки зрения RF). Мне не нужно ничего особенно мощного, просто что-то, чтобы обеспечить несколько общих напряжений для цифровой логики и небольших радиочастотных схем. Вот что я придумал!

[! [] (5_thumb.jpg)] (5.jpg)
На изображении выше вы можете увидеть обычный светодиод, который получает питание непосредственно от 5-вольтовой розетки. Токоограничивающего резистора нет, поэтому через светодиод проходит много тока, который сжигается, когда я его фотографировал.Амперметр (синий номер) показывает, что он потребляет 410 мА - эй! Макет довольно простой. Каждое подключение к красной банановой вилке обеспечивает напряжение (5, 5, 12 и переменное соответственно). Черные соединения заземлены. Черный разъем в верхнем левом углу - это заземление, чувствительное к току, и ток, проходящий через него, будет отображаться на синем циферблате. Правый циферблат показывает напряжение источника переменного напряжения и может варьироваться от 3,5 до 30,5 В в зависимости от того, где установлен потенциометр. Все выходы напряжения рассчитаны на ток около 1А.
[! [] (1_thumb.jpg)] (1.jpg)
__Я построил это, используя множество (eBay) компонентов, которые у меня были под рукой .__ Я часто экономлю деньги там, где могу, снабжая свой рабочий стол компонентами, которые я покупаю оптом. Вот что я использовал: * Вольтметр постоянного тока 4,5-3,0 В - 2,08 доллара США (отправлено) eBay * 0-9,99 Амперметр - 4,44 доллара США (с доставкой) на eBay * Стабилизатор напряжения L7805 5V - 10 за 3,51 доллара (0,35 доллара США за шт.) (Отправлено) на eBay * Стабилизатор напряжения L7812 12 В - 20 за 3,87 доллара США (0,19 доллара США за шт.) (Отправлено) на eBay * Регулятор переменного напряжения LM317 - 20 за 6 долларов.15 (0,30 долл. США за шт.) (Отправлено) eBay * Линейный потенциометр 10 кОм - 10 за 4,00 (0,40 долл. США за шт.) (Отправлено) на eBay * подключения банановой вилки - 20 за 3,98 доллара США (0,20 доллара США за шт.) (отправлено) eBay * алюминиевый корпус - 3,49 $ (радиошак) ИТОГО: 13,60 $
! [] (LM317.gif)
Действительно ли переменное напряжение работает? Вольтметр точен? Давай проверим.
[! [] (4_thumb.jpg)] (4.jpg)
Я бы сказал, что работает нормально! Теперь у меня новый взгляд на рабочий стол.
[! [] (6_thumb.jpg)] (6.jpg)
__Заметка о желтом цвете: __ Первоначально я получил корпус из серебристого алюминия. Я отшлифовал его (чтобы сделать поверхность шероховатой), затем распылил желтой краской из спрея рустолеум. Я подумал, что это должно было быть по металлу, так что я мог бы попробовать. Я распылил его один раз, затем нанес второй слой через 20 минут, а затем дал высохнуть в течение ночи. В будущем я бы попробовал покрыть лаком, потому что его немного легко поцарапать. Тем не менее, это выглядит довольно круто, и в будущем мне придется начать окрашивать распылением больше моих корпусов.
! [] (rust.jpg)
__Заметка о сглаживающих конденсаторах .__ Практически на всех схемах линейных регуляторов напряжения, таких как LM7805, показаны разделительные конденсаторы до и после регулятора. Я добавил несколько конденсаторов разных номиналов на входе (вы можете увидеть их на схеме), но я намеренно _не_ включал сглаживающие конденсаторы на выходе. Причина заключалась в том, что я всегда ставил сглаживающие конденсаторы в свои макеты и в свои проекты, ближе к реальной схеме. Если бы я включил (и полагался) на выходные конденсаторы на уровне источника питания, я бы улавливал радиочастотный шум 60 Гц (и другой мусор) в кабелях, идущих от источника питания к моей плате.Короче говоря, на выходе нет конденсаторов, поэтому всегда нужно использовать хороший дизайн и добавлять развязывающие конденсаторы во все создаваемые схемы. __Вход__ этой схемы - источник питания 48В от устаревшего струйного принтера. Он был прикреплен к разъему RCA, чтобы его можно было легко подключать и отключать.
.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *