РадіоКот :: Потужний лабораторний блок живлення (ЛБП) 2.5 ... 15В / 0 ... 10А

Наша сеть партнеров Banwar

>>>>

Потужний лабораторний блок живлення (ЛБП) 2.5 ... 15В / 0 ... 10А

Кота з Днюхой !!! Бажаю не старіти і отримувати змістовні статті, які буде із задоволенням читати і старі й малі!

Ліричний відступ.

Прийшов якось час переробити свій старий лабораторний блок живлення, вірою і правдою прослужив понад 20 років. Що і було успішно зроблено за схемою від Eddy71. Мої коментарі і доопрацювання розташовані на сторінках відповідного форуму (для конкурсу опустимо). Але через слабенького трансформатора вихідний струм вийшов не більше 2А - в більшості випадків вистачає, але іноді потрібно і побільше.

Так вже історично склалося, що з імпульсними блоками у мене немає взаємності. Тобто іноді і зібрати можу, і починають, і переробити з АТ / АТС, але 100% результат не гарантований. А тут якраз нагодився під руку трансформатор "430-2004. 5 LEI-4" від UPS потужністю 400Вт. На просторах інтернету знайшов, що у "430-2004. 3 LEI-4" перетин сердечника 17,15 см2, 174 Вт, на вторинних обох обмотках 2х7В, в результаті 14В. Навіть якщо не 400Вт, то все-одно багато. Вирішив зібрати блок на лінійному стабілізаторі.

Почали свербіти лапи та інші думательние органи. Поліз в інтернет, покопав, відібрав самі сподобалися схеми. Подумав, пошукав деталі, до однієї навіть спробував намалювати плату.

Тут виникли нюанси - там деталі відсутні, там плата не сподобалася. Наша людина не може взяти готове - йому потрібно після складання що-небудь обробити напилком. Розповім, що не підійшло мені, а заодно нагадаю, що є в інтернеті.

Відступимо від класики і перенесемо цю частину в початок, так буде зрозуміліше.

Джерела натхнення Література:

1. "12V будинку або UPS" навпаки "(РадіоКот> Лабораторія> Аналогові пристрої, https://radiokot.ru/lab/analog/42/) - трохи не те.
2. "Потужний лабораторний блок живлення на основі трансформатора від бесперебойніка" - ні фіга не лабораторний.
3. "Блок живлення з бесперебойніка" (https://radio-house.ucoz.ru/load/istochniki_pitanija/9) - цікаво, але буде сильно грітися силовий транзистор, а додати імпульсний step-down як в [6] не вийде. Була перемальована схема і розпочато розведення плати, але якось не пішло. Та й місце в корпусі UPS замало для радіаторів з такою потужністю, що розсіюється. Хоча в принципі, я відштовхувався від нього.
4. "Лабораторний блок живлення 1,3-30v 0-5A" - не хочу працювати зі зв'язкою LM317 + транзистор (https://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=81)
5. "Лабораторний блок живлення з швидкодіючою захистом" (https://www.irls.narod.ru/bp/lbp08.htm) - круто, але старо (захист на реле)
6. "Потужний лабораторний блок живлення" (1 ... 15 В, 0 ... 5А) - РадіоКот> Конкурс: Привітай Кота по-людськи 2013 - https://radiokot.ru/circuit/power/supply/42/. Блок дуже цікавий, але на подив деталі типу OP-7 (аналог 140УД17), AP432 в дефіциті, а КП303 будинку знайшовся тільки один. Аналоги незрозуміло як вплинуть на параметри, наприклад якщо замість AP432 поставити TL431, то мінімальна вихідна напруга збільшиться до 2,5-3В.
7. "Простий стабілізований БЖ на супердоступних деталях" (https://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=2349), який я збирав і досконально вивчив, навіть дечого допрацював, але струм малуватий, а збільшувати - клопітно.
8. "Оригінальний Step-Down" - https://arv.radioliga.com/content/view/212/44/
9. "Імпульсні стабілізатори напруги на мікросхемах і транзисторах" - https://radiostorage.net/?area=news/2783
10. "Потужний перетворювач напруги 24 В - 12 В з високим ККД" - https://www.diagram.com.ua/list/power/power311.shtml

Довелося комбінувати щось своє (допрацьовувати напилком). Як говориться: одна дисертація - плагіат, дві - компіляція, три - вже дисертація.

Сформулюємо вимоги:

1. Стабілізатор напруги від 2,5 до 15В (при зміні схеми - від 0).
2. Регульована захист по струму 0-10А (зі стабілізацією або відключенням при перевантаженні).
3. Простота і доступність деталей (по максимуму), при наявності готового трансформатора. Потужний польовика доведеться купувати, але при додаванні імпульсного step-down як в [6], можна буде замінити його на щось підручний від донорів.
4. Можливість використання на вході імпульсного step-down як в [6] для зменшення тепловиділення.

Що візьмемо від схем:

1. Транзистор - N-канальний польовий з струмом більше 20А (бо нам потрібно 10А) і корпусом TO-247 для поліпшення відведення тепла (макс. 180Вт). У корпусу TO-220 - макс. 110Вт. (При найважчому режимі - на вході 16В, на виході 2,5 В, струм 10А на регулюючому транзисторі буде виділятися (16-2,5) * 10 = 135Вт. При хорошому радіаторі і охолодженні може і так зійде, хоча важко буде).
2. Додаткове (підвищений) харчування як в [6] і [3] - для поліпшення стабілізації, управління N-канальним польовиком.
3. Стабілізатор напруги простіше - як в [1], [3] або [6]. Поки поставимо TL431 (нижня межа буде 2,5 В). Якщо вдасться дістати AP432 / TL432 - зменшимо нижню межу до 1,25В. Або потім можна буде зробити як в [7] - тоді буде від 0В, хоча для таких струмів незрозуміло навіщо це потрібно.
4. Знову ж таки, для спрощення, шунт поставимо в "мінус", щоб не возитися зі стабілізатором струму для отримання опорного напруги спрацьовування струмового захисту, як в [6].
5. Регулює польовика в поставимо в "плюс" - щоб мати можливість додати імпульсний понижуючий стабілізатор для підвищення ККД і зменшення нагрівання.

Для вихідних напруг понад 15В цей блок використовувати небажано, тому що більш широкий діапазон напруг ускладнить схему, та й простому радіоаматори не потрібні такі струми. А просунутий зможе зібрати або придбати щось більш серйозне.

Принципова схема лінійного стабілізатора:

Щоб не заплутувати, наводиться підсумкова схема, що вийшла в результаті експериментів, тому в нумерації елементів є пропуски. Для експериментів до струмів 5А використовувався наявний під рукою польовика IRF634 (який згодом замінений на більш масивний покупної в корпусі TO-247 IRFP250). Хоча, як бачимо в [6], при наявності додаткового імпульсного понижуючого стабілізатора можна використовувати і щось з ряду IRFZ30-44, видраних з того ж UPS, звідки і трансформатор.

Чому IRFP250? А тому, що у нього постійний струм при 100 ° С - 20А (при 25 ° С - 33А), розсіює потужність - 180Вт, і розумна ціна - близько $ 1.

Піддослідний виглядає так (крокодили висять для підбору резисторів струмового захисту - це зручніше і швидше, ніж підпоювати поштучно):

Приклад підключення трансформатора:

Трансформатор підключається через автомобільний запобіжник на 15А до діодному мосту D50. Міст має бути розрахований не менше ніж на 15А і встановлений на радіатор. З'єднання від трансформатора до мосту, конденсатору С50 і далі через Jmp1, Jmp2 до основної плати виконуються товстим проводом коротший. Для зменшення тепловиділення можна спробувати скласти діодний міст з діодів Шотткі, які мають менше падіння напруги.

Конденсатор С50 беруть з розрахунку 1000мкФ на 1А вихідного струму, тобто для 10А - 10000мкФ. Краще скласти з декількох (наприклад по 4700мкФ) - так дешевше (при покупці з'ясувалося, що 6800мкф * 25В коштує 25 грн., А 4700 * 25В - 7 грн).

Потужність трансформатора дозволяє зробити ще кілька стабілізаторів з фіксованим напругою (а можна і з регульованим). Для прикладу вони показані на схемі. Морда мого корпусу (від того ж UPS, від якого і трансформатор) не дозволяє нормально (гламурно, зі збереженням зручного доступу) розмістити ще кілька вихідних роз'ємів, тому я додаткові стабілізатори не робив, за винятком "службового" на U21 для харчування вентилятора охолодження.

Розмістити це можна на платі (або окремих), а можна D50, C50 з'єднати навісним монтажем - залежить від конструктиву і особистих переваг кожного кота. Наприклад - ось так:

Опис роботи схеми.

Розглянемо роботу блоку без додаткового імпульсного стабілізатора. При цьому Jmp1 основної плати підключається до плюса вихідного конденсатора фільтра (С50), Jmp3 підключається туди ж, Jmp2 з'єднується з мінусом вихідного конденсатора фільтра (С50). Jmp4 і Jmp5 підключаються до входу моста D50.

Верхня частина схеми (D10, C20, C21, U6, ...) служить для подачі додаткової напруги на затвор регулюючого транзистора Q1. В [3] від неї також харчується вольтметр вихідної напруги. Але у мене вольтметр інший, тому від Кренки я відмовився (тим більше, що на плюсі ​​С22 щодо землі - до 42В, що навіть з урахуванням стабилитрона D11 наближається до максимально допустимого для мікросхем 78хх). Замінив на звичайний параметричний стабілізатор.

Ланцюжок Q4-R11 служить для завдання стабільного струму 5мА через U3 (як в [6]). При такій схемі досить поставити резистор R18 = 1К3 потужністю 0,5 Вт.

Якщо потрібно спростити ще, то можна замість ланцюжка Q4-R11 залишити тільки резистор R11 (дивимося таблицю, розрахунок для струму стабілітрона D11 5mA).

5 5 ланцюжок Q4-R11 1,8К / 0,25Вт 2 8 2,4К 1,3К / 0,5 Вт 3 12 1,6К 1,1К / 0,5 Вт

Діодний міст D10 у мене smd (маленький), якщо хто буде збирати на діодах типу 1N4004, то також можна спростити, видаливши конденсатор С20 (або С21), а замість моста D10 поставити один діод, підключивши анод до плюса С21, а катод - до плюса С22.

Стабілізатор U4 забезпечує харчування амперметра і вольтметра. Така схема забезпечує вимір практично "чистого" струму (без струму споживання інших елементів схеми) і отже, правильну роботу захисту, але вихідна напруга вимірюється з урахуванням падіння на шунт (похибка до максимум 0.5В при струмі 10А і шунт 0.05Ом). У мене саморобні вольт і амперметр на ICL7107, споживають близько 100-120мА. Кренке гріється неслабо, довелося прикрутити радіатор ((20-5) В * 0,2 А = 3Вт). Якщо вольтметр має різний загальний провід для подачі живлення і вимірювання - ще краще, вихід підключаємо до точок Jmp7, Jmp6 і вимірюємо "чисте" вихідна напруга.

На верхньому фото - 7805 з радіатором. При оптимізації 7805 замінив імпульсним стабілізатором step-down (чоппером).

Також стабілізатор U4 використовується як додатковий ступінь стабілізації для отримання опорного напруги для струмового захисту. (Примітка: U1 і U3 у мене іспользуються smd в корпусі SOP - тому така нумерація ніг).

На роз'ємі XP1 поживна і вимірювальні землі рознесені, тому що один загальний провід вносив сильну похибка через струму споживання самого амперметра (неслабо скакав останній розряд через зміну показань і кількості включених сегментів).

Природно, вольтметр і амперметр можна використовувати стрілочні, а можна і готові китайські або будь-які інші - тут теж все на ваш вибір, смак, кишеню і наявність.

Стабілізація напруги виконана за стандартною схемою на U3. Якщо під рукою змінний резистор R13 іншого номіналу (бажано не менше 10К), то розрахувати номінал резистора R14 можна за формулою:

R14 = R13 / (Uвих.макс. / Utl431 - 1), де Utl431 = 2,495В - опорна напруга TL431

У мене стоїть R13 = 50K, R14 = 10K. Змінний резистор R13 - з лінійною характеристикою.

Уже в процесі роботи над блоком дізнався, що існує TLV431 з опорною напругою 1,25В. Але у неї, на жаль, максимальна вхідна (на катоді) - 18В, тому в якості U3 вона непридатна.

Резистор R17 грає роль навантаження при відключеному виході блоку, розряджаючи вихідний конденсатор. Підключений так, щоб не впливав на вимір вихідного струму.

Захист по струму.

Захист по струму виконана на ОУ U2, транзисторі Q2 і додатковому блоці. ОУ U2 порівнює падіння напруги на шунт з опорною напругою, що знімається з резистора R3. Якщо падіння напруги на шунт перевищує опорна, напруга на виході U2 підскакує майже до напруги його живлення, що викликає відкривання транзистора Q2 і зменшення напруги на затворі Q1, що в свою чергу призводить до зниження вихідної напруги і, як наслідок, - зменшення струму.

Як U2 не можна використовувати компаратори з ОК (відкритим колектором), тому що для відкривання транзистора і включення світлодіода HL1 використовується витікаючий струм.

Були помічені "гальма", а саме плавне, протягом 2-5 сек., Спрацьовування захисту в разі, коли струм знаходиться близько порогового значення, і зниження стабилизируемого струму щодо порога після спрацьовування при відносно великий (більше 10 нФ) ємності конденсатора С9. Ці "гальма" усунені зменшенням ємності конденсатора С9 в колі зворотного зв'язку U2 до 470пФ (але можна ставити і 330 і 560).

Додатковий блок в найпростішому варіанті для стабілізації струму являє собою резистор R15 з світлодіодом HL1, який відображає режим стабілізації струму.

У процесі створення ЛБП я йшов поетапно, тому цей блок зроблений у вигляді окремої плати, що також зменшує кількість з'єднувальних проводів від основної плати до передньої панелі. В принципі, його можна розвести і на основній платі, задіявши другу половинку U2. Або при необхідності можна другу половинку U2 використовувати для посилення сигналу з шунта для амперметра.

Схема додаткового блоку (триггерной захисту):

Цей блок дозволяє перемикати режими стабілізації струму (м'яке обмеження) і повного відключення (жорстке обмеження).

При показаннях на схемі положенні SA1 блок працює в режимі стабілізації струму, як описано вище, передаючи рівень з виходу ОУ U2 на транзистор Q2 через контакти 2-3 роз'єму XP3.

При перемиканні SA1 (кнопка з фіксацією) в нижнє за схемою становище на базу Q2 подається напруга з виходу ОУ U31, включеного в режимі компаратора. Його пороги спрацьовування і гістерезис задані резисторами R31-R34 таким чином, щоб він залишався в одиничному стані навіть після зменшення струму нижче порога (зняття напруги з входу). Для збереження порогів перемикання призначений стабілізатор U30. Скидання захисту проводиться кнопкою SB1 (без фіксації). При спрацьовуванні триггерной захисту вихідна напруга блоку падає до нуля.

Особисто мені в процесі складання попереднього ЛБП [7] здалося зручнішим использвать для установки значень струму спрацьовування замість змінного резистора (R3) галетний перемикач, який дозволяє виставити наперед задані струми спрацьовування захисту.

Схема заміни наступна:

Розрахунок ключових елементів струмового захисту (номіналів обмеження струму) крутиться навколо формули

(1) Uref * R3 / (R2 + R3) = R4 * I, де

Uref - опорна напруга на 1 нозі U1, R4 - шунт (загальний тобто паралельно R4 і R41), I - струм через шунт (струм блоку).

Звідси знаходимо R2 = R3 * (Uref / (R4 * Imax) - 1)

Якщо замість змінного резистора R3 встановити постійний R3, а для зменшення струму спрацьовування захисту до нього паралельно підключати резистори R10х, то їх можна обчислити за формулою, яка виходить шляхом нескладних перетворень з (1):

(2) R10х = R2 / (Uref / (I * R4) - R2 / R3 - 1)

а звідси, якщо позначити R3p - паралельне з'єднання резисторів R3 і R10х, то отримаємо значення струму для реальних значень R10х:

(3) I = Uref * R3p / ((R2 + R3p) * R4)

Расчетка (файл у форматі Excel), що полегшує життя і сберегающий папір і олівець, додається (01.xls). Практика досить точно узгоджується з теорією навіть при використанні звичайних резисторів МЛТ 10%, але при бажанні можна підібрати або скласти з декількох (для цього і підпаяні крокодили). Я крокодили використовував для перевірки теорії практикою, а в результуючий блок резистори НЕ підбирав, ставив що було. Тому на фото в кінці статті, наприклад замість 4А стабілізується 3.9А.

Резистор R101 номіналом 390К, який на порядок більше R3, можна не встановлювати, видимих ​​відмінностей не буде. При перемиканні діапазону SA2 (коли його контакти розімкнуті) максимальний струм блоку визначається співвідношенням R2 / R3 і при таких номіналах не перевищить 10А.

Приклад таблички з расчеткі:

Понижуючий імпульсний стабілізатор (заміна U4).

Через сильний нагрівання на заміну 7805 зібрав за стандартною схемою на ток 200-300мА і пульсації 1 мА з того, що було під рукою - працює прекрасно, не гріється, не свистить, вольт-амперметрів НЕ паскудить ..

Управління вентилятором.

Для управління вентилятором взята готова хустки від якогось блоку живлення АТХ. Схему привожу для прикладу (цікавий хід) - з метою уніфікації використовуваних деталей розробники майже всі елементи ставили парами для збільшення потужності. На моїй схемі нумерація зрушена на 50 початкового розміру.

Щоб вентилятор не обертався при кімнатній температурі (поки блок не навантажений), відпаяні резистор R5 (R55), а резистор R3 (R53) шляхом підбору зменшений до 5K1.

При повторенні транзистори Q51-Q52 можна замінити одним більш потужним (з струмом колектора 0.5А), резистори R51-R52 - одним 110 Ом потужністю 0.5Вт. Або використовувати будь-яку іншу схему управління вентилятором.

Деталі.

Особливих вимог до деталей не висувалося, крім силового транзистора і діодного моста. Для початківців скажу, що транзистор BC817 можна замінити на будь-який з серії КТ503, C945 або аналогічний. Операціоннік LM358 узятий як самий розповсюджений на "донорів", особливих вимог до нього не пред'являв. Не можна замість нього використовувати компаратори з відкритим колектором типу LM393. Регулюючий транзистор - з N-каналом, напругою стік-витік більше 40В, 2-х кратним запасом по струму (бажано не менше 15-20А) і корпусом "чим більше, тим краще". Те ж саме стосується випрямних діодів D50.

Як радіаторів використані радіатори від процесорів (для діодним збирання від P3, для регулюючого транзистора - від P4 або більш старшого). Вони якраз розраховані на рассеиваемую потужність до 100 Вт при охолодженні.

Малюнок підсумкової друкованої плати наводиться вже з урахуванням виправлень. Силові доріжки (і так широкі) краще додатково пропаять мідним дротом 1мм.

Налаштування.

Як показав форум по [7] назва статті "Простий стабілізований БЖ на супердоступних деталях" залучило масу початківців радіоаматорів, які при складанні не змогли вирішити найпростіші проблеми, які їм розжовували по кілька разів. Навіть пошук несправної або непропаяной деталі у них може викликати складності і ступор ...

У мене все налаштувалися в в процесі розробки. Але тим не менш, постараюся якомога детальніше розписати (як приклад) порядок перевірки (настройки) подібного блоку:

1. Перевірити правильність монтажу, відсутність обривів, замикань і ін ...
2. (Цей крок швидше для початківців, впевнені в собі можуть його пропустити) Підключити силову частину через інтегральний стабілізатор типу 7818 (встановлений на радіатор), підключивши його вхід до плюса вихідного конденсатора фільтра (С50), вихід - до точки Jmp1 основної плати, загальний провід - до "землі" (мінуса вихідного конденсатора фільтра С50). Це дозволить провести тестування блоку на токах до 1А, знизивши ризик токового пробою силового транзистора при помилках (спрацює внутрішній захист 7818).
3. Перевірити наявність живлячої напруги на основній платі (всі значення дані для змінної напруги на вторинній обмотці 14В), а саме: + 20-21В в точці Jmp1 (при установці додаткової 7818 - + 18В), + 20-21В в точці Jmp3, +40 -42В на "плюсі" конденсатора C22, + 22В - на "плюсі" конденсатора C24, +5 в - на "плюсі" конденсатора C4, + 2,5 в - в точці з'єднання резисторів R1 і R2.
4. Підключаємо штатні вольтметр і амперметр. (Примітка. У принципі, можна обійтися і без осцилографа. Якщо показання струму і напруги не стрибають - то вихід "чистий", без генерації. Якщо скачуть показання вольтметра - швидше за все є високочастотна генерація або низькочастотні пульсації напруги - бажано перевірити осцилографом. Якщо скачуть показання амперметра - швидше за все неправильно підключена вимірювальна земля, не відділена від силової, навіть зміни показань індикатора, а отже і потребляемоно струму, призводять до зміни показань).
5. Відключаємо струмовий захист, від'єднавши додаткову плату з роз'єму XP3.
6. Обертаючи резистор R13, перевіряємо плавну зміну вихідної напруги на виході блоку від 2.5 до 15В. Верхню межу можна підкоригувати, підібравши резистор R14 (зменшити для збільшення верхньої межі). При цьому на затворі транзистора Q1 напруга буде змінюватися від 2.5 до (приблизно) 18В. Напруга на "плюсі" C24 має залишатися в межах + 21-22В, "просідати" не повинно. Якщо напруга на "плюсі" C24 "просідає" більше, ніж на 2В, можна зменшити опір R18. Але сильно важливо знати міру, тому що збільшиться струм, а отже і нагрів, елементів R18, D11, Q4, R11, U3.
7. Навантажуємо блок струмом 0.5-1А. Перевіряємо те ж саме, що в п.6 - "просідань" бути не повинно у всьому діапазоні вихідних напруг. Додатково перевіряємо напруги як в п.3 - сильних відхилень бути не повинно. (Примітка. При правильній роботі блоку і такому підключенні вольтметра (а не безпосередньо до виходу) при збільшенні струму показання вольтметра повинні збільшуватися на величину Rш * I. Тобто при шунт як на схемі 0,05 Ом і підключенні навантаження на струм 1А показання збільшаться на 0,05В, при навантаженні 3А - на 0,15В, 5А - на 0,25В і т.д.) Якщо вольтметр (наприклад стрілочний) підключений безпосередньо до виходу (до Jmp6 і Jmp7) - свідчення повинні бути стабільні при зміні струму навантаження.
8. Підключаємо струмовий захист, приєднавши додаткову плату до гнізда XP3. Перевіряємо наявність напруги + 12В на "плюсі" C31 і 4.4В на 2-й нозі U31A. Починаючи з цього пункту бажано мати регульовану навантаження або магазин (набір) опорів відповідної потужності.
9. Перемикач SA1 додаткового блоку ставимо в нижнє (за схемою) положення, включаючи критичний режим (жорсткого обмеження). Виставляємо якесь напруження, наприер 10-12В. По черзі, починаючи з малого, виставляємо струм обмеження і, збільшуючи струм навантаження, переконуємося, що блок входить в режим захисту. При цьому напруга на 7-й нозі U2B підскакує майже до Uпит (ок.12-20В), повинен загорятися світлодіод HL31 і виходнок напруга зменшується до 0. Напруга на 1-й нозі U31B підскакує майже до +12. На короткий час натискаємо на SB1 - світлодіод HL31 згасне, напруга повернеться до вихідного, а вольтметр покаже поточне значення струму. Відпускаємо SB1 - блок повернеться в режим захисту. Зменшуємо або відключаємо навантаження - блок повинен залишитися в режимі захисту. Натискаємо SB1 - світлодіод HL31 згасне, напруга повернеться до вихідного, а вольтметр покаже поточне значення струму (нуль, якщо навантаження відключена).
10. Перемикач SA1 додаткового блоку ставимо в верхнє (за схемою) положення, включаючи режим стабілізації струму (м'якого обмеження). Виставляємо якесь напруження, наприклад 10-12В. По черзі, починаючи з малого, виставляємо струм обмеження і, збільшуючи струм навантаження, переконуємося, що блок входить в режим стабілізації струму. При цьому повинен загорятися світлодіод HL31 і почне зменшуватися вихідна напруга при стабільному струмі. Якщо після входження в режим стабілізації струму струм стрибком зменшується (на невелике значення ок.50-200 мА), можна спробувати зменшити ємність C9. При відключенні навантаження повинен згаснути HL31 і напруга повернутися до первісного.
11. При виконанні пунктів 9-10 можна більш точно підібрати значення резисторів R101-R111, якщо струм спрацьовування захисту задається галетніком, а не змінним резистором.
12. Тепер можна поганяти блок у всьому діапазоні напруг до 15В і струмів до 1А, ще раз перевіривши всі режими. Бажано підключити осцилограф і переконатися у відсутності високочастотної генерації або низькочастотних пульсацій на виході, особливо при максимальному струмі або напрузі, або в режимі стабілізації струму.
13. Якщо виконувався пункт 2 (силова частина підключалася через інтегральний стабілізатор типу 7818), то відключаємо його, підключивши Jmp1 основної плати до плюса вихідного конденсатора фільтра (С50). Струмовий захист, звичайно повинна бути підключена і вже перевірена.
14. Повторюємо перевірку по пунктам 6-7, 9-10, 12 для всього діапазону напруг і струмів.

Фотографії пристрою.

Основний стабілізатор з модулем step-down замість 78хх для харчування вольт-амперметрів і потужним силовим транзистором (IRFP250):

Компонування блоку в корпусі від UPS:

Морда блоку і він сам в роботі на електронну навантаження 12В / 4А (струм обмеження - 6А). На задньому плані видно винуватець [7], який дає 0-30В і тільки 2А ...:

І в захисті (виставлено обмеження 4А):

Для зменшення тепловиділення і підвищення ККД блоку можна застосувати імпульсний step-down, аналогічний [6], який забезпечує на вході регулюючого транзистора напруга всього на кілька вольт вище, ніж вихідна.

М-даа! Сказати простіше, ніж зробити! Ця частина у мене затягнулася більше, ніж на півроку, в основному через брак часу. Але за принципом "будь-який папір схема повинна вилежатися" успішно переможена.

Спочатку я возився (для інших цілей) з Оригінальним Step-Down [8]. Дуже мені сподобався синхронним випрямленням і слабким нагріванням транзисторів. Правда, вичавити з нього більш 5-6А з використанням рекомендованого жовто-білого колечка від блоку АТС мені так і не вдалося.

Поборов обмеження струму, взявши сердечник від основного трансформатора блоку живлення ATX. Типорозмір виявився ER35 / 20/11, матеріал імовірно N87 Epcos. Розрахунок дроселя чопера проведений програмою Booster 5100 для таких параметрів:

• вхідна напруга: 18-21В
• вихідна напруга: 4-15В
• струм навантаження: 12А
• частота перетворення - 52КГц
• величина немагнітного зазору - 1мм

Зіткнувся з писком дроселя і зривом роботи мікросхеми при зміні вихідної напруги. Пошукав ще, знайшов інші схеми [9] - [10] і переконався, що принципово у все правильно, але про всяк випадок домотать дросель до заповнення - вийшло 135 мкГн. Коли все запрацювало - повертатися не став, бо краще - ворог хорошого. Перерахунок для різних значень наведено нижче.

Iвих, А0,511U вих, В5101751017Треб.зазор, мм

0,001 0,001 0,001 0,573 0,732 0,364 Lмін, мкГн 527 676 374 24 31 17 L, мкГн 540 685 381 25 34 17 Витків 56 63 47 12 14 10

Дросель намотаний на сердечнику ER35 / 20/11 плоским шлейфом з 5 проводом 0.6мм в 5 шарів, в кожному шарі помістилося по 5-6 витків, всього - 25-30 витків. При зазорі 2мм індуктивність 90мкГн, потім зазор зменшений до 1мм (2 по 0.5мм), індуктивність збільшилася до 135 мкГн.

Також досить часто при включенні (або зміні вихідної напруги) через 1-2 сек. різко нагрівався і йшов на захист стабілізатор 7812. Оскільки вихідний струм ключів IR2104 становить до 270мА і перевантажувати стабілізатор не повинен, припустив що 7812 неправильно відпрацьовує імпульсні струми при перемиканні ключів. Додав фільтр - резистор R14 - 2 Ом. Стало запускатися стабільно. Можна замість резистора R14 поставити дросель на гантельками від каналу 5В (12В) блоку живлення ATX.

Крім цього фільтра в базову схему доданий (для універсальності та інших застосувань) вузол захисту від зниженої вхідної напруги (наприклад при роботі від акумулятора) і вузол стеження за вихідним напругою як в [6]. Також доданий на вихід навантажувальний резистор R15 і насипані блокувальні конденсатори по 0,1мкФ. Конденсатор C6 замінений на керамічний 2.2мкФ.

В результаті вийшов покращений "Оригінальний Step-Down" [8] з вузлами відключення при зниженні вхідної напруги і прив'язки до вихідній напрузі лінійного блоку як в [6]. Схема забезпечує зміна вихідної напруги від 5 до 18В (під час стеження за напругою 2,5-15В) при струмі до 10А. Вхідна напруга - 21В від трансформатора 430-2004.5 LEI-4.

Схема додаткового імпульсного стабілізатора Step-down:

Кілька слів за елементами.

• Застосована регульована LM2576-ADJ, для розрахунків дроселя нагадую, вона працює на фіксованій частоті 52 кГц.
• Резистор R1 є навантаженням U1, тому що IR2104 має високий вхідний опір, без нього схема не працює належним чином.
• Конденсатори С6, C7 і С13 необхідно розпаювати ближче до ніжок драйвера.
• Діод D1 обов'язково повинен бути ультрафаст: замість HER108 підійде що-небудь типу UF4007 і т. П.
• Окремої згадки заслуговують вхідні і вихідні C1, C2, C4, C5 - краще застосувати два по 1000мкФ, ніж один на 2200мкФ, і якщо у вас є можливість, то ставте сюди комп'ютерні 105град. Low ESR.
• Не економте на блокувальних по 0,1мкФ.
• Силові доріжки посилені напування мідного дроту 1мм.
• Стабілізатор 7812 трохи гріється, бажаний невеликий радіатор.

Вузол R6-R8, D2, Q3 узятий з даташіта на LM2576 - він забезпечує відключення мікросхеми при зниженні напруги нижче певного рівня, наприклад при роботі від акумулятора, щоб його не вбити. Схема буде працювати при напрузі на верхній (за схемою) нозі R6 вище Vth, а при зниженні нижче цього рівня - транзистор Q3 закриється, напруга на вході 5 (ON / OFF) подтянентся до високого рівня і мікросхема відключиться. Напруга Vth приблизно визначається так:

Vth = Vd2 + 2 * Vbe (Q3)

Якщо ця функція не потрібна, то елементи R6-R8, D2, Q3 не встановлюються, а замість Q3 запаюється перемичка на землю. Можна вчинити по-іншому - замість R6-R7, D2 поставити дільник з резистора і терморезистора щоб відстежувати, наприклад, температуру радіатора транзисторів і відключати схему при перегріванні.

Вузол R9-R13, RA1, Q4, C10 призначений для використання імпульсного понижуючого стабілізатора спільно з лінійним, включеним після нього. Вхід лінійного стабілізатора підключається до XP2, а на JMP1 подається напруга з виходу лінійного стабілізатора. Цей вузол забезпечує різницю напруг на вході і виході в 2-3В, знижуючи таким чином потужність, що розсіюється на лінійному стабілізаторі.

Працює наступним чином. Якщо різниця напруг між "+" XP2 і JMP1 невелика, транзистор Q4 закритий і вихідна напруга стабілізатора визначається дільником R9-R10. При вказаних номіналах воно буде прагнути до 18В.

Як тільки різниця напруг (регулюється в невеликих межах подстроечніком RA1) між "+" XP2 і JMP1 досягне порога відкривання транзистора Q4, він відкриється і підключить паралельно верхньому плечу дільника (R9) резистор R13, що призведе в свою чергу до прагнення знизити вихідну напругу стабілізатора до 5В.

Якщо Jmp1 не підключати, то вихідна напруга стабілізатора при таких номіналах складе 18В. Якщо функція стеження не потрібна, то елементи R11-R13, RA1, Q4, C10 не встановлюються. Номінал резистора R9 для необхідного вихідного напруги обчислюється за відомою формулою для LM2576 (є на схемі).

Остаточна плата:

Перевірка працездатності.

Упаюємо всі елементи, крім R6-R8, D2, Q3, R11-R13, RA1, Q4, C10. Замість Q3 ставимо перемичку, замість R9 - послідовно постійний резистор 13-15К і змінний 47-50К. Включаємо, перевіряємо плавне регулювання вихідної напруги від 5 до 18В (приблизно). Нічого не повинно пищати і грітися. Упаюємо елементи R9, R11-R13, RA1, Q4, C10. Включаємо - вихідна напруга повинна бути 18В. Замикаємо транзистор Q4 - вихідна напруга впаде до 5В. Бажано поганяти під навантаженням від 0 до 10А і переконатися в нормальній роботі без сильного нагріву і писку (у мене з'являвся слабкий писк при токах 8-10А і напружених 14-18в).

В даному застосуванні елементи R6-R8, D2, Q3 не потрібні, вони внесені для універсальності схеми для подальших застосувань.

Тепер можна підключити цей стабілізатор між фільтруючим конденсатором C50 і лінійні стабілізатори. Для цього вхід додаткового імпульсного стабілізатора (Jmp2) з'єднується з Jmp3 на плюсі ​​вихідного конденсатора фільтра (С50), вихід підключається до Jmp1 основної плати, зворотний зв'язок (Jmp1 імпульсного стабілізатора) - до Jmp8, земля з'єднується з Jmp2 на мінусі вихідного конденсатора фільтра (С50 ).

Перевірити роботу вузла стеження за вихідним напругою можна за допомогою такої схеми:

Фото блоку з встановленим імпульсним знижувальним стабілізатором (навісом допаяни C3, C13, R16 і дросель замість R14):

Блок в режимі стабілізації струму 4А (напруга обмежилося з 15 до 5 В):

Блок в режимі стабілізації струму 10А:

Блок в режимі 14В / 9А, перед переходом в режим стабілізації струму. Вірити потрібно блоку, а не навантаженні, тому що в ній простіший авометр на PIC-контролері і плюс падіння напруги на проводах:

Висновки.

Вийшов потужний лабораторний блок живлення 2,5 ... 15В / 0 ... 10А з режимами стаблізаціі струму або відключення при перевантаженні. Проста схема і компактна плата управління на доступних деталях, які є практично в будь-яких "донорах" (комп'ютерні блоки живлення, UPS). Розміри самого блоку визначаються трансформатором, радіаторами охолодження і обв'язкою (вольтметри, ручки та ін.). Паразитна генерація (з якою зіткнулися багато при складанні блоків [7]) при спрацьовуванні струмового захисту була відсутня.

1. Не потрібно звинувачувати мене в гігантоманії та гонитвою за десятьма амперами. Хотілося спробувати свої сили і вичавити по максимуму з наявного під рукою трансформатора. Але ж завжди легше використовувати потужний блок "упівсили", ніж вичавлювати з малопотужної конструкції 200% за допомогою бубна. Просто цей блок забезпечує хороший запас по струму. Якщо в наявності є трансформатор на менший струм, досить перерахувати резистори струмового захисту про додається расчетке, не змінюючи інших елементів. А плата досить компактна.
2. При використанні додаткового імпульсного стабілізатора маємо маленький сумарний нагрів блоку, при 8-10А радіатори теплі, але не обпалюють. Потужність, що розсіюється лінійного стабілізатора в такому режимі не перевищить 20-30Вт при 10А вихідного струму (падіння напруга на лінійному стабілізаторі регулюється від 2 до 3В). А без застосування додаткового імпульсного стабілізатора могла досягати 150-170Вт !!
3. Вихід блоку "чистий" до значень 14В / 8А (112Вт). Вище починаються пульсації з частотою 100 Гц через пульсацій на виході діодного моста - не вистачає напруги трансформатора або ємності фільтруючого конденсатора. При меншому струмі вихід чистий у всьому діапазоні напруг, а при меншій напрузі - у всьому діапазоні струмів.
4. Спеціальний підбір деталей не застосовувався - мені точності достатньо. Для більш точних значень потрібно брати калібрування шунти і підбирати значення резисторів в делителях, використовуючи прецезіоннікі.
5. Блоки лінійного і особливо імпульсного стабілізатора зроблені з деякою надмірністю, за рахунок чого можуть застосовуватися як самостійно, так і в складі інших конструкцій. Взагалі, люблю я модульність - відпрацював схему і застосовуй ці цеглинки де завгодно.

Додатково додається расчетка ключових елементів схеми і плати для друку (.pdf)

PS Уже потім, змінивши параметри пошуку в гуглі, знайшов кілька схем нормальних лабораторних блоків з струмами до 10А, але це було вже потім ... І своє - воно завжди приємніше ...

файли:
файл расчеткі
Плати для друку

Всі питання в Форум .