Как собрать регулируемый блок питания своими руками. Блок регулирования напряжения и тока для простого лабораторного источника питания. Как сделать двухполярное питание

В любой радиолюбительской мастерской не обойтись без источника питания с возможностью изменения величины напряжения в широких пределах. Представленное устройство предназначено для регулирования напряжения от полвольта почти до величины входного напряжения и регулирования величины ограничения тока нагрузки. При наличии готового нерегулируемого источника питания напряжением 20-30 В и допустимым током нагрузки до 5 А, этот блок позволит сделать источник универсальным.

Схема

За основу взята распространённая схема (рис.1), обсуждаемая на некоторых радиолюбительских форумах.

Честно говоря, стабилизированной эту схему назвать нельзя однозначно, но тем не менее я рекомендую её для начинающих радиолюбителей, нуждающихся в регулируемом источнике питания. Схема хороша тем, что позволяет регулировать напряжение в широких пределах, а также ограничивать ток нагрузки, что исключает перегрузку источника питания при коротких замыканиях.

У этой схемы есть один существенный недостаток. При регулировании напряжения, оно изменяется не равномерно. От минимума напряжение нарастает очень медленно, но ближе к максимуму процесс становится настолько стремительным, что точная установка требуемого значения весьма затруднительна. По этому поводу на многих форумах не мало соплей и плевков. Не советую уподобляться истерикам и размазывать сопли по этому поводу, всё, что требуется от настоящего радиолюбителя – включать мозг.

Суть проста. Чтобы получить линейный характер регулирования при нелинейном изменении величины регулирования линейным элементом, нужно скорректировать его характеристику в сторону обратной нелинейности… Вот такая не шуточная шутка получилась:)

Предлагаю Вам свой вариант схемы, в котором применена отечественная элементная база и добавлен элемент коррекции нелинейности регулировки напряжения – рисунок 2.

Обратите внимание на подстроечный резистор R7. Его роль как раз и заключается в коррекции характеристики регулирования.

В качестве регулирующего элемента я применил транзистор КТ819ГМ (просто оказался в наличии). Он выполнен в массивном металлическом корпусе и рассчитан на ток коллектора до 15А. Этот транзистор необходимо размещать на радиаторе для эффективного теплоотвода.

В качестве шунта R2 я использовал параллельную спайку пяти двухваттных резисторов 5,1 Ом по 2 Вт каждый. Этот шунт я так же вынес за пределы платы, расположив рядом с радиатором транзистора.

У меня не оказалось переменного резистора 470 Ом, поэтому мне пришлось для R5 использовать резистор 1 кОм, но и при этом номинале ток регулируется достаточно равномерно.

Настройка схемы

Исходная схема (рисунок 1) практически не нуждается в настройке. Переработанная схема (рисунок 2) требует настройки коррекции характера регулирования напряжения. Настройка очень проста.

Подайте на вход напряжение питания (желательно от того источника, который будете брать за основу). Переменный резистор R6 выведите в крайнее положение, при котором напряжение выхода будет максимальным. Измерьте напряжение на выходе схемы. Переведите движок резистора R6 как Вам кажется точно в среднее положение. Подстроечным резистором R7 добейтесь на выходе схемы ровно половины того напряжения, которое измеряли при установке на максимум. Собственно – всё.

Данная коррекция не гарантирует абсолютную линейность регулировки, но визуально Вам покажется, что напряжение меняется идеально равномерно.

Применение

Плюс этой схемы заключается в ограничении максимального тока. Её можно использовать для сборки относительно бюджетного варианта источника питания. Для примера, я использовал в качестве преобразователя сетевого напряжения электронный трансформатор для галогенных ламп. У них есть серьёзный недостаток – отсутствие защиты от перегрузки. Но поскольку регулирующая схема ограничивает ток нагрузки, то практически защищает схему первичного преобразования от КЗ.

Файлы

Схема достаточно проста для повторения даже начинающими радиолюбителями, но, если кого интересует готовая печатка, качайте файл -

Кроме схемы и печатки в архиве содержится файл таблица с графиком, визуально отражающий изменение харауеристики равномерности регулирования при введении в схему корректирующего резистора, может кому то будет интересно, или даже полезно. Там в красных ячейках можно задавать величину сопротивлений переменного и корректирующего резистора. Изменение характеристики визуально можно наблюдать по представленным в файле графикам.

Предупреждение

Показанный в данной статье способ коррекции пригоден далеко не во всех случаях и может быть непреемлем для отдельного ряда задач!

ВНИМАНИЕ!!! Показанный способ коррекции следует использовать с особой осторожностью, зная принцип работы настраиваемого устройства и хорошо представляя, что Вы делаете! В других схемах при определённых положениях движка резисторов могут возникать недопустимые токи, способные вывести из строя резисторы или иные детали рабочего устройства!!! Используя описанный способ коррекции в своём устройстве вы действуете на свой страх и риск, а ещё лучше, представляете, что делаете. Ни какой ответственности за возможные причинённые неисправности Ваших устройств при применении корректирующего резистора по моей схеме лично я не несу.

Данный способ коррекции в конкретной представленной схеме на рисунке 2 абсолютно безопасен при любых номиналах корректирующего резистора и любых положениях движков корректирующего и переменного резисторов R7 и R6.

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

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

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

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

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

Этот блок питания на микросхеме LM317, не требует каких – то особых знаний для сборки, и после правильного монтажа из исправных деталей, не нуждается в наладке. Несмотря на свою кажущуюся простоту, этот блок является надёжным источником питания цифровых устройств и имеет встроенную защиту от перегрева и перегрузки по току. Микросхема внутри себя имеет свыше двадцати транзисторов и является высокотехнологичным устройством, хотя снаружи выглядит как обычный транзистор.

Питание схемы рассчитано на напряжение до 40 вольт переменного тока, а на выходе можно получить от 1.2 до 30 вольт постоянного, стабилизированного напряжения. Регулировка от минимума до максимума потенциометром происходит очень плавно, без скачков и провалов. Ток на выходе до 1.5 ампер. Если потребляемый ток не планируется выше 250 миллиампер, то радиатор не нужен. При потреблении большей нагрузки, микросхему поместить на теплопроводную пасту к радиатору общей площадью рассеивания 350 – 400 или больше, миллиметров квадратных. Подбор трансформатора питания нужно рассчитывать исходя из того, что напряжение на входе в блок питания должно быть на 10 – 15 % больше, чем планируете получать на выходе. Мощность питающего трансформатора лучше взять с хорошим запасом, во избежание излишнего перегрева и на вход его обязательно поставить плавкий предохранитель, подобранный по мощности, для защиты от возможных неприятностей.
Нам, для изготовления этого нужного устройства, потребуются детали:

• Микросхема LM317 или LM317T.
• Выпрямительная сборка почти любая или отдельные четыре диода на ток не менее 1 ампер каждый.
• Конденсатор C1 от 1000 МкФ и выше напряжением 50 вольт, он служит для сглаживания бросков напряжения питающей сети и, чем больше его ёмкость, тем более стабильным будет напряжение на выходе.
• C2 и C4 – 0.047 МкФ. На крышке конденсатора цифра 104.
• C3 – 1МкФ и больше напряжением 50 вольт. Этот конденсатор, так же можно применить большей ёмкости для повышения стабильности выходящего напряжения.
• D5 и D6 – диоды, например 1N4007, или любые другие на ток 1 ампер или больше.
• R1 – потенциометр на 10 Ком. Любого типа, но обязательно хороший, иначе выходное напряжение будет «прыгать».
• R2 – 220 Ом, мощностью 0.25 – 0.5 ватт.

Перед подключением к схеме питающего напряжения, обязательно проверьте правильность монтажа и пайки элементов схемы.

Сборка регулируемого стабилизированного блока питания

Сборку я произвел на обычной макетной платы без всякого травления. Мне этот способ нравится из-за своей простоты. Благодаря ему схему можно собрать за считанные минуты.

Проверка блока питания

Вращением переменного резистора можно установить желаемое напряжение на выходе, что очень удобно.

Все мастера, занимающиеся ремонтом электронной аппаратуры, знают о важности наличия лабораторного блока питания, с помощью которого можно получать различные значения напряжения и тока для использования при зарядке устройств, питании, тестировании схем и т. д. В продаже имеется много разновидностей таких аппаратов, но опытным радиолюбителям вполне по силам изготовить лабораторный блок питания своими руками. Использовать для этого можно бывшие в употреблении детали и корпуса, дополнив их новыми элементами.

Простое устройство

Самый простой блок питания состоит всего из нескольких элементов. Начинающим радиолюбителям будет несложно разработать и собрать эти легкие схемы. Главный принцип – создать выпрямительную схему для получения постоянного тока. При этом уровень напряжения на выходе меняться не будет, он зависит от коэффициента трансформации.

Основные компоненты для схемы простого блока питания:

1. Понижающий трансформатор;
2. Выпрямительные диоды. Можно включить их по схеме моста и получить полноволновое выпрямление либо использовать полуволновое устройство с одним диодом;
3. Конденсатор для сглаживания пульсаций. Выбирается электролитический тип емкостью 470-1000 мкФ;
4. Проводники для монтажа схемы. Их поперечное сечение определяется величиной нагрузочного тока.

Для конструирования 12-вольтового БП нужен трансформатор, который понижал бы напряжение с 220 до 16 В, так как после выпрямителя напряжение немного уменьшается. Такие трансформаторы можно найти в бывших в употреблении компьютерных блоках питания или приобрести новые. Можно встретить рекомендации о самостоятельной перемотке трансформаторов, но на первых порах лучше обойтись без этого.

Диоды подойдут кремниевые. Для устройств небольших по мощности есть в продаже уже готовые мосты. Важно их правильно подсоединить.

Это основная часть схемы, пока еще не совсем готовая к использованию. Надо поставить дополнительно после диодного моста стабилитрон для получения лучшего выходного сигнала.

Получившееся устройство является обычным блоком питания без дополнительных функций и способно поддерживать небольшие нагрузочные токи, до 1 А. При этом возрастание тока может повредить компоненты схемы.

Чтобы получить мощный блок питания, достаточно в этой же конструкции установить один или более усилительных каскадов на транзисторных элементах TIP2955.

Важно! Для обеспечения температурного режима схемы на мощных транзисторах необходимо предусмотреть охлаждение: радиаторное или вентиляционное.

Регулируемый блок питания

Блоки питания с регулировкой по напряжению помогут решать более сложные задачи. Имеющиеся в продаже устройства различаются по параметрам регулирования, показателям мощности и др. и подбираются с учетом планируемого использования.

Простой регулируемый блок питания собирается по примерной схеме, представленной на рисунке.

Первая часть схемы с трансформатором, диодным мостом и сглаживающим конденсатором похожа на схему обычного БП без регулирования. В качестве трансформатора также можно использовать аппарат из старого блока питания, главное, чтобы он соответствовал выбранным параметрам по напряжению. Этот показатель для вторичной обмотки ограничивает регулирующий предел.

Как работает схема:

1. Выпрямленное напряжение выходит к стабилитрону, который определяет максимальную величину U (можно взять на 15 В). Ограниченные параметры этих деталей по току требуют установки в схему транзисторного усилительного каскада;
2. Резистор R2 является переменным. Меняя его сопротивление, можно получить разные величины выходного напряжения;
3. Если регулировать также ток, то второй резистор устанавливается после транзисторного каскада. В данной схеме его нет.

Если требуется другой диапазон регулирования, надо установить трансформатор с соответствующими характеристиками, что потребует также включения другого стабилитрона и т. д. Для транзистора необходимо радиаторное охлаждение.

Измерительные приборы для простейшего регулируемого блока питания подойдут любые: аналоговые и цифровые.

Соорудив регулируемый блок питания своими руками, можно применять его для устройств, рассчитанных на различные значения рабочего и зарядного напряжения.

Двухполярный блок питания

Устройство двуполярного блока питания более сложное. Заниматься его конструированием могут опытные электронщики. В отличие от однополярных, такие БП на выходе обеспечивают напряжение со знаком «плюс» и «минус», что необходимо при питании усилителей.

Хотя изображенная на рисунке схема является простой, ее исполнение потребует определенных навыков и знаний:

1. Потребуется трансформатор со вторичной обмоткой, разделенной на две половины;
2. Одними из главных элементов служат интегральные транзисторные стабилизаторы: КР142ЕН12А – для прямого напряжения; КР142ЕН18А – для обратного;
3. Для выпрямления напряжения используется диодный мост, можно его собрать на отдельных элементах или применить готовую сборку;
4. Резисторы с переменным сопротивлением участвуют в регулировании напряжения;
5. Для транзисторных элементов обязательно монтировать радиаторы охлаждения.

Двухполярный лабораторный блок питания потребует установки также контролирующих приборов. Сборка корпуса производится в зависимости от габаритов устройства.

Защита блока питания

Самый простой метод защиты БП – установка предохранителей с плавкими вставками. Есть предохранители с самостоятельным восстановлением, не требующие замены после перегорания (их ресурс ограничен). Но они не обеспечивают полноценной гарантии. Зачастую происходит повреждение транзистора до перегорания предохранителя. Радиолюбители разработали различные схемы с применением тиристоров и симисторов. Варианты можно найти в сети.

Для изготовления кожуха устройства каждый мастер использует доступные ему способы. При достаточном везении можно найти готовое вместилище для прибора, но все равно придется менять конструкцию фронтальной стенки, чтобы поместить туда контролирующие приборы и регулирующие ручки.

Некоторые идеи для изготовления:

1. Измерить габариты всех компонентов и вырезать стенки из алюминиевых листов. На фронтальной поверхности нанести разметку и проделать необходимые отверстия;
2. Скрепить конструкцию уголком;
3. Нижнее основание БП с мощными трансформаторами должно быть усилено;
4. Для внешней обработки прогрунтовать поверхность, покрасить и закрепить лаком;
5. Схемные компоненты надежно изолируются от внешних стенок во избежание появления напряжения на корпусе при пробое. Для этого возможно проклеить стенки изнутри изолирующим материалом: толстым картоном, пластиком и т. д.

Многие устройства, особенно большой мощности, требуют установки охлаждающего вентилятора. Его можно сделать с функционированием в постоянном режиме либо изготовить схему автоматического включения и выключения по достижении заданных параметров.

Схема реализуется установкой термодатчика и микросхемы, обеспечивающей управление. Чтобы охлаждение было эффективным, необходим свободный доступ воздуха. Значит, задняя панель, около которой монтируют кулер и радиаторы, должна иметь отверстия.

Важно! Во время сборки и ремонта электротехнических устройств надо помнить об опасности поражения электрическим током. Конденсаторы, находившиеся под напряжением, разряжать обязательно.

Собрать качественный и надежный лабораторный блок питания своими руками возможно, если использовать исправные компоненты, четко просчитывать их параметры, пользоваться проверенными схемами и необходимыми приборами.

Видео

Не только радиолюбителям, но и просто в быту, может понадобиться мощный блок питания. Чтоб было до 10А выходного тока при максимальном напряжении до 20 и более вольт. Конечно-же, мысль сразу направляется на ненужные компьютерные блоки питания ATX. Прежде чем приступать к переделке, найдите схему на именно ваш БП.

Последовательность действий по переделке БП ATX в регулируемый лабораторный.

1. Удаляем перемычку J13 (можно кусачками)

2. Удаляем диод D29 (можно просто одну ногу поднять)

3. Перемычка PS-ON на землю уже стоит.

4. Включаем ПБ только на короткое время, так как напряжение на входа будет максимальное (примерно 20-24В). Собственно это и хотим увидеть. Не забываем про выходные электролиты, расчитанные на 16В. Возможно они немного нагреются. Учитывая Ваши "вздутости", их все равно придется отправить в болото, не жалко. Повторюсь: все провода уберите, они мешают, а использоваться будут только земляные и +12В их потом назад припаяете.

5. Удаляем 3.3-х вольтовую часть: R32, Q5, R35, R34, IC2, C22, C21.

6. Удаляем 5В: сборку шоттки HS2, C17, C18, R28, можно и "типа дроссель" L5.

7. Удаляем -12В -5В: D13-D16, D17, C20, R30, C19, R29.

8. Меняем плохие: заменить С11, С12 (желательно на бОльшую ёмкость С11 - 1000uF, C12 - 470uF).

9. Меняем несоответствующие компоненты: С16 (желательно на 3300uF х 35V как у меня, ну хотя бы 2200uF x 35V обязательно!) и резистор R27 - у Вас его уже нет вот и замечательно. Советую его заменить на более мощный, например 2Вт и сопротивление взять 360-560 Ом. Смотрим на мою плату и повторяем:

10. Убираем всё с ног TL494 1,2,3 для этого удаляем резисторы: R49-51 (освобождаем 1-ю ногу), R52-54 (...2-ю ногу), С26, J11 (...3-ю ногу)

11. Не знаю почему, но R38 у меня был перерублен кем-то:) рекомендую Вам его тоже перерубить. Он участвует в обратной связи по напряжению и стоит параллельно R37-му.

12. Отделяем 15-ю и 16-ю ноги микросхемы от "всех остальных", для этого делаем 3 прореза существуюших дорожек а к 14-й ноге восстанавливаем связь перемычкой, как показано на фото.

13. Теперь подпаиваем шлейф от платы регулятора в точки согласно схемы, я использовал отверстия от выпаянных резисторов, но к 14-й и 15-й пришлось содрать лак и просверлить отверстия, на фото.

14. Жила шлейфа №7 (питание регулятора) можно взять от питания +17В ТЛ-ки, в районе перемычки, точнее от неё J10/ Просверлить отверстие в дорожку, расчистить лак и туда. Сверлить лучше со стороны печати.

Ещё посоветовал бы поменять конденсаторы высоковольтные на входе (С1, С2). У Вас они очень маленькой ёмкости и наверняка уже изрядно подсохли. Туда нормально станут 680uF x 200V. Теперь, собираем небольшую платку, на которой будут элементы регулировки. Вспомогательные файлы смотрите