0..50V stabilize voltaj ayarı ve 1.5A'ya kadar akım ayarı ile harika bir laboratuvar güç kaynağı (LBP) devresini okuyucunun dikkatine sunmak istiyorum.
Разработка простого и доступного блока питания (ПиДБП 0…50В) велась на форуме сайта «Паяльник» по инициативе пользователя с именем Olegrmz. На момент написания этой статьи, на форуме ветка насчитывала около 500 страниц обсуждения данной схемы и примерно 18 её вариантов. Все варианты рабочие со своими особенностями. Наиболее стабильная и популярная версия простого и доступного блока питания – это версия v16y2. Именно ее я хочу представить вниманию читателя.
Преимуществом схемного решения ПиДБП в отличие от общепринятых схем на операционных усилителях (ОУ) является то, что выходное напряжение может достигать 50В, а не ограничиваться напряжением питания ОУ (32В), как в подавляющем большинстве схем ЛБП.
Стабильность устройства и его повторяемость просто замечательные. Поэтому, я рекомендую читателю собрать этот простой и доступный лабораторный блок питания для своей домашней мастерской.
Схема простого и доступного БП 0…50В (версия v16y2)
Схема состоит из следующих узлов: выпрямитель с фильтром, стабилизатор напряжения +12В, стабилизация напряжения, стабилизация тока, индикация, регулирующий узел и защита от перегрева.
Выпрямитель состоит из понижающего трансформатора TV1, диодного моста VDS1 и фильтра C1.
Стабилизатор напряжения +12В выполнен на основе микросхемы VD1 и на транзисторе VT1. Стабилизированным напряжением +12В питается операционный усилитель DA1. Также это значение используется, как источник опорного напряжения в узлах регулировки.
Регулирующий узел состоит из двух транзисторов VT2 и VT4, включенных по схеме составного транзистора для увеличения коэффициента усиления. VT4 является самым нагруженным элементом. На нем рассеивается большое количество тепла, пропорциональное разности между входным и выходным напряжением при протекании через него тока нагрузки. Транзисторами VT2 и VT4 управляет VT3.
Как видно по схеме, транзистор VT2 прямой проводимости (PNP). Ниже представлена схема включения транзистора с обратной проводимостью NPN. Именно под такую структуру (NPN) транзистора VT2 разведена печатная плата (ссылка под статьей).
Узел стабилизации напряжения выполнен на ОУ DA1.1, который сравнивает часть напряжения с выхода лабораторного блока питания (инверсный вход) с частью опорного значения (прямой вход), а сигнал рассогласования поступает на базу транзистора VT3.
Узел стабилизации тока выполнен на ОУ DA1.2, который сравнивает падение напряжения на шунте R27 (падение на нем пропорционально току нагрузки ЛБП) с частью опорного значения. Сигнал рассогласования поступает на транзистор VT3. Узлы стабилизации тока и напряжении работают параллельно и это плюс в скорости работы системы автоматического регулирования.
Узел индикации выполнен на ОУ DA1.4, работающим как компаратор, который управляет свечением светодиодов HL1 и HL2 в зависимости от режима стабилизации (тока или напряжения). Этот узел не обязателен, но мне очень удобно видеть порог включения режима стабилизации тока при проверке некоторых устройств.
При замкнутом ключе S1 блок питания перестает работать в режиме стабилизации тока, а включается триггерная защита (DA1.2 взаимодействует с DA1.4), которая при превышении установленного порога снижает до нуля выходной ток ЛБП до тех пор, пока не будет разорван ключ S1.
Termal koruma ünitesi de isteğe bağlıdır ve elemanlarının montajı isteğe bağlıdır. İşlemsel yükselteç DA1.3 üzerinde yapılır. Bu işlemsel yükselteç, referans değerinin bir kısmını bölücü R31R32'nin değeri ile karşılaştırır. Sıcaklık yükseldikçe, direnç R31 azalır ve ters giriş DA1.3'teki potansiyel artar ve doğrudan girişteki potansiyelden daha büyük olduğunda (R34 kullanılarak ayarlanan değer), çıkışta toprak (GND) görünecektir. DA1.3. Bu durumda, HL3 LED'i yanacak, transistör VT3 ve ondan sonra VT4 ve VT2 kapanacaktır. Güç kaynağının çıkışı sıfır olacaktır. VT2 transistörünün ısı emicisinin boyutları, gerekli gücün uzun süre dağıtılmasına izin vermiyorsa, bu kullanışlı bir özelliktir. Ayrıca, güç transistörü soğutucunun, zorunlu soğutma olmadan kasanın içine monte edilmesi de yararlıdır.
Düzeltici direnç R22, transformatörün yetenekleri altında güç kaynağının çıkışındaki maksimum voltajı ayarlamanıza izin verir. Anma akımına ayarlanmalıdır.
Değişken direnç R26 akımı düzenler ve direnç R20 voltajı düzenler.
Diode VD2, devre elemanlarını karşı gerilimden korur. Bu, güç kaynağına bir pil veya şarj edilmiş kapasiteye sahip bir cihaz bağlandığında gereklidir.
Diode VD5, örneğin aynı pil veya şarjlı bir kapasite gibi bir yük bağlandığında kutupların tersine dönmesine karşı koruma sağlar.
Devre Bileşenleri
Tüm değerler şemada belirtilmiştir ve montaj sırasında hepsi gözlenirse sorunsuz başlayacaktır. Ayrıca parantez içindeki şemada 50V giriş voltajı değerleri verilmiştir.
Chip DA1, dörtlü bir işlemsel yükselteç LM324'tür. Dört kanalın tamamı birbirinden bağımsızdır. Bu op-amp'in bir özelliği, girişlerinde PNP transistörlerinin bulunmasıdır. Bu nedenle, LM324'ü değiştirirken, girişte bipolar PNP transistörlerinin bulunduğu bir analog seçmek ve ayrıca analogun sıfıra yakın bir çıkış sıfır ön gerilim voltajı sağlayabilmesi gerekir. LM324 yongası iki LM358 yongası ile değiştirilebilir (yeni PCB düzeni gerektirir).
Diyot köprüsü 1N5408 doğrultucu diyotlardan monte edilebilir veya KBU610 veya KBU810 gibi hazır bir köprü kullanılabilir. Filtre kapasitansı C1 (10.000 uF) şarj olurken köprüden oldukça büyük bir akım sağlayacaktır, bu dikkate alınmalıdır.
Güç kaynağının çıkış parametrelerini ayarlama kolaylığı için, doğrusal bir ilişki ile R20 ve R26 değişken dirençlerinin kullanılması gerekir. Logaritmik bağımlılığa sahip potansiyometreler kullanırsanız, düğmelerini aynı açıyla çevirdiğinizde direnç eşit olmayan şekilde değişecektir. Bu, özellikle kasaya dijital değerlere sahip tek tip (doğrusal) bir ölçek çizilirse fark edilir.
Düzeltici dirençler R22 ve R34, 3296W tipi çok turlu kullanmak daha iyidir, cihazı sorunsuz ve rahat bir şekilde yapılandırmanıza izin verir.
R31 için 10kΩ NTC termistör kullandım.
Ürüne bağlı baskılı devre kartı için transistör VT2, NPN iletkenliğine sahip olmalıdır. Nominal kollektör akımı ve Uke bir marj ile seçilir. Ayrıca, harcanan bir güç marjı olmalıdır. Böylece, Uin=50V, Uout=3V ve Iload=1,5A ile transistörde harcanan güç P=(50V-3V)×1.5A=71W olacaktır. Hangi oldukça fazla. Böyle bir durumda, transistör en az 100-120W'lık bir güç kaybı için tasarlanmalı ve iyi bir soğutmaya sahip olmalıdır (aşağıda okuyun).
2N3055'i VT2 olarak kurdum, TIP35C veya 2SC5200 koyabilirsiniz.
Soğutma
VT2 kasasını soğutmak gerekir. Etkili doğal konveksiyon için ısı emici güç kaynağı kasasının dışına kurulmalı veya aktif (zorlamalı) soğutma kullanılmalıdır. Pasif soğutma için radyatör alanının , transistörün harcanan gücünün 1W'ı başına P \u003d (Uin-Uout) × Iload'a eşit olan 10-20cm 2'lik bir hesaplama seçilmesi önerilir. Yükle uzun süreli çalışma planlanıyorsa, 1W başına 20cm 2 alırız ve LBP yalnızca cihazları kontrol etmek veya başlatmak için kullanılacaksa, 1W başına 10cm 2'den vazgeçilebilir.
trafo
Transformatörün sekonder sargısı, maksimum yük akımından (1.5) daha az olmayan bir akım için tasarlanmalıdır ve bir marjı olması daha iyidir. Sekonder sargının voltajı, LBP'nin istenen parametrelerine göre seçilir. Uout \u003d 30V için ~ 24V'luk bir transformatör kullanmanızı öneririm, çünkü rölantide C1 kapasitansında düzeltme yapıldıktan sonra voltaj 1,41 kat daha yüksek (34V) olacak ve dengeleyiciden sonra birkaç volt azalacaktır. ~ 24V sargılı bir transformatörün kullanılması, devrenin bazı elemanlarını yeniden hesaplamadan kurtaracaktır. Uout=50V için 36V sekonder sargılı bir transformatör kullanmanızı öneririm.
Ayrıca, kontrol transistöründeki güç kaybını azaltmak için, iki veya üç sekonder sargılı bir transformatör kullanılması ve bir geçiş anahtarı veya sargı anahtarı eklenmesi önerilir. 12V + 12V trafo kullanabilir ve voltaj düzenleme modlarını 0'dan 15V'a ve 15V'den 30V'a değiştirmek için bir geçiş yapabilirsiniz.
LBP stabilizatörüne bir anahtarlamalı güç kaynağından güç verilebilir, daha sonra C1 giriş kapasitansı birkaç yüz mikrofarad'a düşürülmelidir.
Baskılı devre kartı
Baskılı devre kartının boyutları 72×75 mm'dir. PDBP'nin geliştirilmesiyle ilgili forum başlığından alınmıştır. Kart, doğrultucu ve filtre kapasitörleri olmadan, yani sadece dengeleyicinin kendisi olmadan boşanır.
DA1 mikro devresinin şemadaki ve baskılı devre kartındaki kanallarının pin numaraları farklıdır, daha doğrusu, kanallar baskılı devre kartının kablolama prensibine göre bağlanır (hem daha basit hem de bağlı). Genel olarak, dört kanaldan hangisinin DA1.1, hangisinin DA1.2 olacağı önemli değildir, vb. Ana şey bağlantı şemasını takip etmektir.
Kolaylık sağlamak için kurulum, jumperlar ve dirençlerle başlamalıdır.
Ardından, diğer tüm bileşenler, en küçüğünden en büyüğüne doğru monte edilir.
Başlatma ve test etme
Montaj yaparken, bir nedenden dolayı kartta C5 ve C7 çıkış kapasitansı olmadığını buldum. PDBP'yi test ederken, bu kapların yavaşlamadığından ve otomatik kontrol sistemini herhangi bir şekilde dengesizleştirmediğinden emin olmak için bir kanopi ile kurulmaları gerekiyordu. Ayarlama sırasında LBP çıkışındaki voltaj değişim oranı ve kısa devre korumasının hızı, kısa devreyi çözmek için zamanın olup olmayacağıyla ilgileniyordum. Test sırasında koruma mükemmel çalıştı ve ayarlandığında Uout'un değeri de mükemmel bir şekilde değişti.
Güç kaynağının ilk lansmanını bir Çin LBP'sinden (30V) gerçekleştirdim, çıkış akımını yaklaşık 50mA ile sınırladım, böylece test edilen cihazın arızalanması durumunda onu yakmaz.
PIDB'yi başlattıktan sonra, Uout'un 0 ila 23V arasındaki tüm aralıkta ayarlandığından emin oldum. Ayrıca, R22'nin yardımıyla Umax'ı 23V'den 28V'a yükselttim. Daha sonra 1A yük altında Uout'un maksimum değerini tekrar ayarladım.
Ondan sonra yük kapasitesini kontrol etmeye devam ettim. İlk önce, PIDBP'yi 51 Ohm'luk bir dirençle yükledim ve onu bir su banyosuna indirdim. R26 potansiyometresini çevirerek, mevcut stabilizasyon ünitesinin doğru çalıştığından emin oldum, Iload değeri 0'dan 0,5A'ya sorunsuz bir şekilde değişiyor.
Ardından test edilen cihazın çıkışını 2V'a ayarlayıp radyatöre taktığım 4Ω'luk bir dirençle yükledim. R26'yı maksimuma kadar gevşetin. R20 topuzunu yumuşak bir şekilde çevirerek Uout'u arttırdım ve elemanların ısınmasını izledim ve ampermetredeki okumalara baktım. 1.4A değerine ulaşıldığında, mevcut büyüme durdu. Yani, maksimum yük akımı 1.4A idi.
Bunun tersini yapabilir, R20'yi maksimuma ve R26'yı minimuma çevirebilir, düşük dirençli bir dirençle (örneğin, 4 Ohm) yükleyebilirsiniz. Düzgün dönen R26, sınırı 1,4A civarında kontrol edin.
Ayrıca, yük bağlıyken çıkışı kapattım, kötü bir şey olmadı, mevcut stabilizasyon mükemmel çalıştı. Bundan sonra, yükü kapattım ve çıkışı farklı Uout değerlerinde kapattım, akım stabilizasyonu 1.4A'da mükemmel bir şekilde açıldı ve düzenleyici transistörü bozulmaya karşı korudu. Başlatmadan önce düzenlenen, çıkışta kısa devre durumu olan bir kısa devre için PIDP'yi kontrol etmenin son aşaması. Bu durumda koruma da kusursuz çalıştı. S1 anahtarı kapatıldığında, ayarlanan eşik Iload'a ulaşıldığında, tetik etkinleştirildi ve S1 anahtarı açılıncaya kadar güç kaynağının çıkışında akım akmadı.
Biraz sonra, küçük bir Uout ile çıkışa 12V 5A pil bağlayarak, yani test edilen cihaz için bir karşı voltaj düzenleyerek önemli bir test daha düzenledim. Diode VD2, göreviyle mükemmel bir şekilde başa çıktı. Kıvılcımlara rağmen pili ters polarite ile kısaca bağladıktan sonra, VD5 diyot kısa bir süre için de olsa dayandı. Pil ile güç kaynağı arasına bir sigorta takılması gerektiği anlaşılmaktadır.
Aşırı ısınma koruması istenen sıcaklığa ayarlanır. Bir bardaktaki suyu gerekli sıcaklığa kadar ısıtabilir, oradaki termistör gövdesini indirebilir ve HL3'ün parlaması için R34 motorunu döndürebilirsiniz.
PDBP'ye bir Çin laboratuvarı güç kaynağından güç verirken, 1A yükte çıkışta, C1-94 osiloskopu kullanarak dalgalanmaları görmeye çalıştım, ancak çok küçükler ve eski C1-94 analogunu dikkate alarak osiloskop, sadece probda parazit gördüm.
2 × 4700 μF kapasiteli 24V 1.5A'lık bir transformatörden kontrol ederken, dalgalanmalar da önemsizdi (dikey tarama, bölüm başına 10 mV).
Devre geliştirme
Birçok radyo amatörünün 3A veya daha fazla yük kapasitesine sahip bir laboratuvar güç kaynağına ihtiyacı olduğu için bunun önemli bir konu olduğunu düşünüyorum.
PIDBP devresinin gücü, ek güç transistörleri VT2'nin paralel bağlantısında yatmaktadır. Transistör sayısı güce göre belirlenir. Bu nedenle 30V 3A güç kaynağı için iki adet 2N3055 transistör kurulmalıdır.
Transistörler bir parametre yayılımına sahip olduğundan, yayıcıların boşluğuna 0,1 Ohm'luk güçlü (2 W) dengeleme dirençleri kurmak gerekir. Dengeleyici dirençler olmadan, güç transistörleri, aralarında eşit olmayan dağıtılmış yük akımı nedeniyle arızalanabilir.
Güç vermenin ikinci aşaması, şönt R27'nin değerini değiştirmektir, aksi takdirde çıkış akımı 1.4A ile sınırlandırılacaktır.
R27'nin değeri aşağıdaki kurala göre seçilir: maksimum yükte, R27'deki voltaj düşüşü 500mV olmalıdır.
Rsh=0.5V/Imaks.
3A'lık bir akım için, şönt direnci 0,166 Ohm'dur (standart 0,15 Ohm aralığından). 5A için 0,1 ohm'u seçin.
Kapasitans C1, 1A başına minimum 2000 uF gereksinimlerine göre seçilir, aksi takdirde önemli dalgalanmalar olacaktır.
Diyot köprüsünü unutma, akımı bir kenar boşluğu ile seçilmelidir.
Şemada başka bir değişiklik yapmanız gerekmez.
PCB PIBP 0..50V İNDİR
