Как собрать блок питания с регуляторами своими руками

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

  • большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
  • низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
  • наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
  • относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

  • плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
  • высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

  • высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
  • радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

  • стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
  • большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Зачем собирать самодельный аппарат?

Многие умельцы могут задаться вопросом: «А стоит ли вообще собирать аппарат своими руками из блока питания компьютера, если в магазине можно без проблем купить дешевый инвертор ценой в 50 долларов и не мучиться?». Справедливо. Но не все так очевидно, как кажется на первый взгляд.

Покупной инверторный сварочный агрегат ценой в 50$ — это то еще приключение. Эти аппараты не подходят даже для нерегулярного применения, что уж говорить о постоянной сварке. Скажем, на протяжении всего дачного сезона (а это период с апреля по ноябрь!). Как решить эту проблему? Купить аппарат хотя бы за 100 долларов. Но в таком случае об экономии и речь не идет. Для многих соотечественников 100$ — это половина зарплаты, если не больше.

Именно в подобной ситуации стоит задуматься о сборке самодельного аппарата. Его себестоимость существенно ниже, чем у заводских аппаратов. При этом вы сами выбираете, из чего он будет собран и какими функциями будет обладать. Нет смысла переплачивать за форсаж дуги или горячий старт, если они вам не нужны.

Второй фактор, на который нужно обратить особое внимание — это качество компонентов, из которых собран инвертор. Заводской бюджетный аппарат обычно собирают из не самых качественных запчастей, которые к тому же могут стоит недешево при сервисном ремонте

У самодельного инвертора нет этих проблем. Вы сами выбираете, из чего собирать аппарат и на чем можно сэкономить, а на чем не стоит.

Также учтите, что не всем сварщика в принципе нравятся современные сварочные аппараты. Они кажутся им слишком сложными и «навороченными». Им не нужны дополнительные функции и переплата за бренд. Они хотят получить просто функциональное устройство для дома. В таком случае целесообразнее сделать инвертор самому. Он будет именно таким, как вам нужно. Ничего лишнего. По такой системе можно собрать как простой и дешевый инвертор, так и аппарат покруче заводского.

Может все же купить аппарат в магазине?

Конечно, существует  целый ряд причин, почему не стоит собирать сварочный инвертор своими руками из подручных средств. Нужно не просто выделить свободное время и иметь терпение

Важно обладать знаниями в области электротехники, разбираться в схемах и понимать принцип действия электроприборов. Но мы считаем, что даже если у вас нет необходимых знаний, их всегда можно приобрести

Достаточно потратить неделю-другую на изучение специальной литературы. К тому же, сейчас в интернете полно обучающих видеороликов, где все наглядно и просто.

Диоды

Выбор диодов определяется силой тока на вторичной обмотке. Для данных целей подойдут кремниевые полупроводники, только не высокочастотные, поскольку те предназначены для выполнения других задач.

После диодного моста настоятельно рекомендуется в схеме предусмотреть стабилитрон с подходящими параметрами, поскольку в течение дня далеко не факт, что входное напряжение будет стабильно 220 вольт. Если подать на первичную обмотку большее напряжение, то выходное тоже будет больше чем 12 вольт.

  • Что такое промежуточное реле: конструкция, принцип действия, устройство и идеи по применению (115 фото)

  • Как работает реле контроля напряжения: принцип работы защиты и нюансы подключения реле контроля для дома или квартиры

  • Что такое импульсное реле: принцип работы, виды, описание устройств и схемы подключения. 155 фото реле импульсного типа и видео инструкция по монтажу

Что понадобится для изготовления

Более 90% компонентов лабораторной лаборатории уже находятся в блоке питания компьютера. Остальное придется подбирать по конкретной схеме (элементы дешевые и их будет мало), но вам обязательно понадобятся:

  • два потенциометра для регулирования напряжения и тока;
  • клеммы для подключения нагрузки (для плюсовой клеммы удобно использовать красный, а для минусовой — черный);
  • вольтметр и амперметр для измерения выходных параметров (можно использовать аналоговые приборы, можно использовать цифровые, а удобнее использовать двойной вольтметр-амперметр).
  • несколько оксидных конденсаторов на напряжение не менее 35 вольт (желательно 50+) с емкостью, соответствующей номинальной емкости канальных элементов +12 вольт (или больше, если они подходят по размеру);

Из инструментов вам обязательно понадобится мультиметр. Осциллограф не будет лишним — он проверяет наличие выходных импульсов на микросхеме ШИМ и ее реакцию на управляющее воздействие, если что-то пойдет не так. Также вам понадобится паяльник с набором расходных материалов и небольшой кузнечный инструмент (набор отверток, кусачки и т.д.).

Первое включение блока

Если БП собран на микросхеме, перед первым включением желательно проверить исправность обвязки. Для этого надо подать на микросхему напряжение питания от стороннего источника и осциллографом проверить наличие импульсов.

Подача напряжения питания от стороннего источника.

Если все нормально, можно подавать напряжение 220 вольт и приступать к наладке устройства. Первое включение в сеть (да и последующие после переделок или при наладке) надо делать через лампу накаливания на 220 вольт, включив ее в разрыв провода питания.

Если в схеме что-то не так, лампа вспыхнет, сигнализируя о неисправности. Если все в порядке, лампа гореть не будет или будет светиться в полнакала. На выходе надо нагрузить БП хотя бы одной автомобильной лампой на 12 вольт – без этого некоторые источники не запустятся.

Схема пробного включения БП.

Импульсный блок питания – не самое простое электронное устройство. Успех сборки и эксплуатации зависит от разных факторов, в том числе от конструктива устройства. На работоспособность влияют, например, тщательность изготовления намоточных деталей или топология разводки печатной платы. Рекомендуется сначала повторить уже опробованную конструкцию, и, по мере наработки опыта, творить что-то свое.

В завершении для наглядности рекомендуем к просмотру серию тематических видеороликов.

Фото лабораторных блоков питания своими руками

Источники

  • https://supereyes.ru/articles/power_supply/laboratornyy_blok_pitaniya_impulsnyy_ili_lineynyy_kakoy_vybrat/
  • https://svoimirykami.guru/laboratornyj-blok-pitaniya-svoimi-rukami/
  • https://amperof.ru/sovety-elektrika/laboratornyj-blok-pitaniya-svoimi-rukami.html
  • https://USamodelkina.ru/16407-reguliruemyj-blok-pitanija-ochen-prosto-po-silam-dazhe-shkolniku-podrobno.html
  • https://tehnoobzor.com/schemes/pitanie/2779-kak-sdelat-laboratornyy-blok-pitaniya-svoimi-rukami.html
  • https://www.ixbt.com/live/topcompile/power-supply_3.html

Характеристики лабораторного блока питания

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

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

Из основных узлов схемы можно выделить:

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

Отдельно нужно остановиться на некоторых компонентах примененных в схеме:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Сборка в железе

Раньше у меня был очень плохой блок питания еще на транзисторах. Я подумал, почему бы его не переделать? Вот и результат 😉

Здесь мы видим импортный диодный мост GBU606. Он рассчитан на ток до 6 Ампер, что с лихвой хватает нашему блоку питания, так как он будет выдавать максимум 1,5 Ампера в нагрузку. LM-ку я поставил на радиатор с помощью пасты КПТ-8 для улучшения теплообмена. Ну а все остальное, думаю, вам знакомо.

А вот и допотопный трансформатор, который выдает мне напряжение 12 Вольт на вторичной обмотке.

Все это аккуратно упаковываем в корпус и выводим провода.

Ну как вам ? 😉

Минимальное напряжение у меня получилось 1,25 Вольт, а максимальное – 15 Вольт.

Ставлю любое напряжение, в данном случае самые распространенные 12 Вольт и 5 Вольт

Все работает на ура!

Очень удобен этот блок питания для регулировки оборотов мини-дрели, которая используется для сверления плат.

Лабораторный блок питания 12 вольт своими руками

Привет всем самоделкиным. Многие радиолюбители знают, что блок питания это дорогостоящая часть всей электроники и зачастую приобрести хороший блок питания нет возможности, но у каждого начинающего разбираться в радиоделе есть старый компьютерный блок, который уже давно завалялся и не используется. В этой статье я расскажу как сделать лабораторный блок питания для различных приспособлений, таких ,например, как усилитель. Для начала необходимо определиться, что понадобиться для сборки, это: * Сам компьютерный блок, мощность моего была 350 ватт, чего хватит на все с запасом. * Фанера, у меня таковой нашлось 4 отрезка. * Электролобзик. * Отвертки. * Паяльник и паяльные принадлежности. * Дрель. * Наждачная бумага, зернистости покрупнее. * Гвозди, я предпочел гвозди с мелкой шляпкой. * Резиновые пробки, добытые из химических пробирок.

Когда все необходимое есть, можно приступать к разборке компьютерного блока питания.

Сначала открутим верхние болты, которые держат крышку.

Открутив их, переходим к четырем болтам на кулере. После этого освободим плату от корпуса, там тоже есть болты, в моем же случае еще затаился один черный болтик по середине, который я поначалу и не заметил.

Также отпаиваем провода с включателя.

Теперь плата блока легко вынимается, а родной корпус нам уже не пригодиться.

Следующим, что мы уберем из блока будет куча проводов, поскольку нам нужны будут всего 3 из них, это желтый(12 В+) и синий(-) и зеленый для включения.

Для того чтобы блок включился зеленый проводок запаиваем к месту скопления черных проводов.

А теперь почистим все от пыли, кулер почистить так не удалось, его я разобрал и как следует промазал солидолом.

Перед тем как отпилить переднюю часть отметим на ней место под наш кулер, будет он прямо по class=»aligncenter» width=»1200″ height=»1600″ Обводим карандашом и просверливаем две дырки, расстояние между ними делаем около 2 мм, после этого расшатываем отверстие убирая тем самым перегородку, чтобы запустить пилку электролобзика.

Зашлифовываем посадочное место кулера.

Примеряем, сидит он там хорошо).

Мелким сверлом проделываем четыре отверстия под болты для закрепления кулера. Вот теперь можно и отпилить заготовку передней части. Передняя, так сказать самая главная часть блока готова, по аналогии вырезаем заднюю стенку.

Примеряем стенки, выглядит неплохо, дело за боковыми крышками.

Примерив под ровным углом боковую стенку, намечаем место распила уголком. Боковая стенка готова, понадобиться еще одна такая же. Просто обведем предыдущую.

Под шнур 220 В делаем штекер, тот же, что и был в родном корпусе, его нам нужно разместить в передней части блока. Выпиливаем тем же лобзиком, готово. Затягиваем штекер-вилку двумя штатными болтами. Проделав глубокие отверстия в передней панели под болты крепим кулер. Посмотрим, как все это будет выглядеть, вроде неплохо выглядит, конечно я не дизайнер).

Прибиваем нижнюю и переднюю стороны нашего блока на два гвоздя с мелкой шляпкой.

Так как наш блок будет включаться и выключаться, то ему так же необходим включатель, его я разместил рядом с штекером под вилку. Проделываем под включатель место, тут главное не переборщить, тогда он просто будет болтаться, что не очень хорошо.

Включатель сел плотно и не люфтит.

С установленным кулером передняя панель выглядит так. Так как задняя панель должна иметь вентиляционных выход, то с помощью лобзика делаем овальный продув.

Для подключения различных устройств, которые будут использоваться с эти блоком нужны клеммники, их я нашел из школьного резистора. С обратной стороны затягивается все с помощью гайки и прижимается с ее помощью пластинка с залуженным контактом.

Понадобилось два таких клеммника, один идет на плюс питания, другой на минус. А так выглядит передняя панель с наружной стороны.

Приложив заднюю панель, прибиваем ее к задней части с уже закрепленной передней панелькой.

Так как изначально я не продумал то, что провода подключения 220 В в родном корпусе были короткие, поэтому пришлось по ходу дела заменить их на более длинные.

Один провод я припаял к штекеру, а другой через включатель.

Прикручиваем плату на четыре болтика.

Передняя панель теперь оборудована электроникой, поэтому осталось сделать только верхушку и закрепить боковые стороны. По аналогии с нижней выпиливаем и верхнюю крышку. Фиксируем ее на четыре гвоздя по краям.

Заколачиваем две боковые крышки, так же на 4 гвоздя.

На этом лабораторный блок питания готов, с его помощью можно слушать автомобильную магнитолу, проверять на работоспособность лампочки, питать автоусилитель. Всем удачных самоделок и интересных идей.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Устройство и особенности работы

При рассмотрении особенностей работы импульсного блока, можно отметить следующие:

  1. Сначала происходит выпрямление входного напряжения.
  2. Выпрямленное напряжение в зависимости от предназначения и особенностей всей конструкции, перенаправляется в виде прямоугольного импульса высокой частоты и подается на установленный трансформатор или фильтр, работающий с низкими частотами.
  3. Трансформаторы имеют небольшие размеры и вес при использовании импульсного блока по причине того, что повышение частоты позволяет повысить эффективность их работы, а также уменьшить толщину сердечника. Кроме этого, при изготовлении сердечника может использоваться ферромагнитный материал. При низкой частоте, можно использовать только электротехническую сталь.
  4. Стабилизация напряжения происходит при помощи отрицательной обратной связи. Благодаря использованию данного метода, напряжение, подаваемое к потребителю, остается неизменным, несмотря на колебание входящего напряжения, и создаваемой нагрузки.

Обратная связь может быть организована следующим образом:

  1. При гальванической развязке, используется оптрон или выход обмотки трансформатора.
  2. Если не нужно создавать развязку, используется резисторный делитель напряжения.

Подобными способами выдерживается выходное напряжение с нужными параметрами.

Стандартные блоки импульсного питания, который может использоваться, к примеру, для регулирования выходного напряжения при питании светодиодной лампы, состоит из следующих элементов:

  1. Часть входная, высоковольтная. Она, как правило, представлена генератором импульсов. Ширина импульса – основной показатель, оказывающий влияние на выходной ток: чем шире показатель, тем больше напряжение, и наоборот. Импульсный трансформатор стоит на разделе входной и выходной части, проводит выделение импульса.
  2. На выходной части стоит PTC термистор. Он изготавливается из полупроводника, имеет положительный показатель коэффициента температуры. Данная особенность означает, что при повышении температуры элемента выше определенного значения, значительно поднимается показатель сопротивления. Используется в качестве защитного механизма ключа.
  3. Низковольтная часть. С низковольтной обмотки проводится снятие импульса, выпрямление происходит при помощи диода, а конденсатор выступает в качестве фильтрующего элемента. Диодная сборка может провести выпрямление тока до значения 10А. Следует учитывать, что конденсаторы могут быть рассчитаны на различную нагрузку. Конденсатор проводит снятие оставшихся пиков импульса.
  4. Драйвера проводят гашение возникающего сопротивления в цепи питания. Драйвера во время работы проводят поочередное открытие затворов установленных транзисторов. Работа происходит с определенной частотой
  5. Полевые транзисторы выбирают с учетом показателей сопротивления и максимального напряжения при открытом состоянии. При минимальном значении, сопротивления значительно повышается КПД и уменьшается нагрев во время работы.
  6. Трансформатор типовой для понижения.

С учетом выбранной схемы, можно приступать к созданию блока питания рассматриваемого типа.

Блоки питания различаются по конструкции, технических характеристикам и назначению