Схема регулируемого блока питания 0…24 В, 0…3 А,
с регулятором тока ограничения.
В статье мы приводим вам не сложную принципиальную схему регулируемого 0 …24 Вольта блока питания. Ограничение тока регулируется переменным резистором R8 в диапазоне 0 … 3 Ампера. При желании этот диапазон можно увеличить путем уменьшения номинала резистора R6. Данный ограничитель тока является защитой блока питания от перегрузок и коротких замыканий на выходе. Величина выходного напряжения задается переменным резистором R3. И так, принципиальная схема:
Максимальное напряжение на выходе блока питания зависит от напряжения стабилизации стабилитрона VD5. В схеме применен импортный стабилитрон BZX24, его U стабилизации лежит в диапазоне 22,8…25,2 Вольта согласно описанию.
Вы можете скачать datashit на все стабилитроны этой линейки (BZX2…BZX39) по прямой ссылке с нашего сайта:
Так же в схеме можно применить отечественный стабилитрон КС527.
Список элементов схемы блока питания:
● R1 - 180 Ом, 0,5 Вт
● R2 - 6,8 кОм, 0,5 Вт
● R3 - 10 кОм, переменный (6,8…22 кОм)
● R4 - 6,8 кОм, 0,5 Вт
● R5 - 7,5 кОм, 0,5 Вт
● R6 - 0,22 Ом, 5 Вт (0,1…0,5 Ом)
● R7 - 20 кОм, 0,5 Вт
● R8 - 100 Ом, подстраиваемый (47…330 Ом)
● С1, С2 - 1000 х 35V (2200 х 50V)
● С3 - 1 х 35V
● С4 - 470 х 35V
● 100n - керамический (0,01…0,47 мкФ)
● F1 - 5 Ампер
● Т1 - КТ816, можно поставить импортный BD140
● Т2 - BC548, можно поставить BC547
● Т3 - КТ815, можно поставить импортный BD139
● Т4 - КТ819, можно поставить импортный 2N3055
● Т5 - КТ815, можно поставить импортный BD139
● VD1…VD4 - КД202, или импортная диодная сборка на ток не менее 6 Ампер
● VD5 - BZX24 (BZX27), можно заменить отечественным КС527
● VD6 - АЛ307Б (RED LED)
О выборе конденсаторов.
С1 и С2 стоят параллельно, поэтому их емкости складываются. Номиналы их выбираются из примерного расчета 1000 мкФ на 1 Ампер тока. То есть, если вы захотите поднять максимальный ток БП до 5…6 Ампер, значит номиналы С1 и С2 можно поставить по 2200 мкФ каждая. Рабочее напряжение этих конденсаторов выбирается изи расчета Uвх * 4/3 , то есть, если напряжение на выходе диодного моста составляет порядка 30 Вольт, значит (30*4/3=40) конденсаторы должны быть расчитаны на рабочее напряжение не менее 40 Вольт.
Номинал конденсатора С4 выбирается примерно из расчета 200 мкФ на 1 Ампер тока.
Печатная плата блока питания 0…24 В, 0…3 А:
О деталях блока питания.
● Трансформатор - должен быть соответствующей мощности, то есть если максимальное напряжение вашего блока питания составляет 24 Вольта, и вы рассчитываете, что ваш БП должен обеспечивать ток порядка 5 Ампер, соответственно (24 * 5 = 120) мощность трансформатора должна быть не менее 120 Ватт. Обычно трансформатор выбирают с небольшим запасом по мощности (от 10 до 50 %) Подробнее о расчете можно прочитать статью:
Если вы решили применить в схеме тороидальный трансформатор, его расчет описан в статье:
● Диодный мост - по схеме собран на отдельных четырех диодах КД202, они расчитаны на прямой ток 5 Ампер, параметры в таблице ниже:
5 Ампер это максимальный ток для этих диодов, и то установленных на радиаторы, поэтому для тока в 5 и более ампер лучше применять импортные диодные сборки ампер на 10.
Как альтернативу можете рассмотреть 10 Амперные диоды 10А2, 10А4, 10А6, 10А8, 10А10, внешний вид и параметры на картинках ниже:
На наш взгляд, лучшим вариантом выпрямителя будет применение импортных диодных сборок, например, типа KBU-RS 10/15/25/35 A, они и токи большие выдерживают, и места занимают гораздо меньше.
Параметры можете скачать по прямой ссылке:
● Транзистор Т1 - может слегка нагреваться, поэтому лучше его установить на небольшой радиатор или пластину из алюминия.
● Транзистор Т4 - однозначно будет нагреваться, поэтому ему нужен хороший радиатор. Это связано с мощностью, рассеиваемой на этом транзисторе. Приведем пример: на коллекторе транзистора Т4 имеем 30 Вольт, на выходе БП установили 12 Вольт, а ток при этом течет 5 Ампер. Получается, что 18 Вольт остается на транзисторе, а 18 Вольт умноженное на 5 Ампер получим 90 Ватт, это та мощность которая будет рассеиваться на транзисторе Т4. И чем меньшее напряжение вы установите на выходе БП, тем мощность рассеивания будет больше. Отсюда следует то, что транзистор следует выбирать внимательно, и обращать внимание на его характеристики. Ниже находятся две прямые ссылки на транзисторы КТ819 и 2N3055, можете скачать их себе на компьютер:
Регулировка тока ограничения.
Включаем блок питания, регулятором выходного напряжения устанавливаем 5 Вольт на выходе в холостом режиме, подключаем к выходу резистор 1 Ом мощностью не менее 5 Ватт с последовательно подключенным амперметром.
С помощью подстроечного резистора R8 устанавливаем необходимый ток ограничения, и чтобы убедиться, что ограничение работает, вращаем регулятор уровня выходного напряжения вплоть до крайнего положения, то есть до максимума, при этом величина выходного тока должна быть неизменной. Если вам не нужно изменять ток ограничения, тогда вместо резистора R8 установите перемычку между эмиттером Т4 и базой Т5, и тогда при номинале резистора R6 0,39 Ом ограничение тока будет происходить при токе 3 Ампера.
Как увеличить максимальный ток БП.
● Применение трансформатора соответствующей мощности, способного длительно отдавать требуемый ток в нагрузку.
● Применение диодов или диодных сборок, способных длительно выдерживать требуемый ток.
● Применение параллельного соединения регулирующих транзисторов (Т4). Схема параллельного включения ниже:
Мощность резисторов Rш1 и Rш2 не менее 5 Ватт. Транзисторы оба устанавливаются на радиатор, компьютерный вентилятор на обдув лишним не будет.
● Увеличение номиналов емкостей С1, С2, С4. (Если применять БП для заряда автомобильных аккумуляторов, этот пункт не критичен)
● Дорожки печатной платы, по которым будут течь большие токи, залудить оловом потолще, или поверх дорожек напаять дополнительный провод их утолщающий.
● Применение толстых соединительных проводов по линиям больших токов.
Внешний вид собранной платы блока питания:
Вот очередная версия лабораторного блока питания с напряжением от 0 до 30 В и регулировкой потребляемого тока 0-2 А, что всегда бывает полезно, когда используется БП для настройки самодельных схем или когда они неизвестные приборы запускаются в первый раз.
Схема ИП с регулировкой тока и напряжения
Сама схема питания — это популярный комплект из таких элементов:
- Сам регулируемый стабилизатор, в котором заменен T1 — BC337 на BD139, T2 — BD243 на BD911
- D1-D4 — диоды 1N4001 заменены на RL-207
- C1 — 1000 мкФ / 40 В заменен на 4700 мкФ / 50 В
- D6, D7 — 1N4148 на 1N4001
У используемого трансформатора есть напряжения: 25 В, 2 А и 12 В, которое полезно для управления вентилятором, охлаждающим радиатор и силовые диоды на панели. Для этого была создана небольшая плата с мостовым выпрямителем, фильтрующими конденсаторами и стабилизатором LM7812 (с радиатором).
Внутри корпуса лабораторного источника питания размещены трансформатор, плата самого регулируемого блока питания, платы стабилизаторов — 12 В и 24 В, радиатор с охлаждающим вентилятором (запускается при 50 С).
На передней части корпуса установлены выключатель, три светодиода, информирующих о состоянии блока питания (сеть 220 В, включение вентилятора и защита — ограничение тока или короткое замыкание), синие и красные LED дисплеи с наклеенной на них затемняющей пленкой. Рядом с дисплеями расположены регулирующие потенциометры, а справа выводы питания. На задней части корпуса имеется разъем для сети, предохранитель и охлаждающий вентилятор 60×60 мм.
Что касается индикаторных дисплеев, они показывают:
- синий — текущее напряжение в вольтах V
- красный — текущий ток в амперах A
Источник питания получился реально удобный и надёжный. Вся сборка заняла несколько дней. Что касается охлаждения, оно включается только при высокой нагрузке и то на короткое время, примерно на пару минут.
Здравствуйте дорогие друзья. В очередной своей статье, решил показать как собирался блок питания с регулировкой напряжения и тока. Схему я увидел в видео у Ака и решил сделать себе такое же устройство. Печатной платы с видео не было, я нарисовал её сам, она будет ниже. Сначала, я просто собрал схему навесным монтажом, но с первого раза она у меня почему то не заработала, наверно перепутал выводы транзисторов ну и собрал еще раз, но теперь она не могла просто не заработать.
Вот схема устройства.
Схема достаточно проста и не нуждается в наладке, все детали можно найти в старом телевизоре. Но я не разбирал телевизор, так как у меня все эти детали были, ну ладно не будем отклоняться от темы. Я нарисовал печатную плату в программе Sprint-Layout_5.0. и перенес её на плату.
Но у меня почему то плохо перенеслось и пришлось дорисовывать перманентным маркером. Далее кинул в раствор для травления.
Когда у меня плата протравилась, я промыл её хорошенько водой, если водой не помыть будет липкая. Просушил её, снял тонер растворителем и вот что получилось.
Самое то что мне не нравиться это сверление дырок в плате. Теперь начинается самое интересное и легкое - это лужение платы.
После лужения нам нужно снять все что осталось от флюса, сделаем это растворителем, просто протрем нашу плату. Теперь берем детали, я заранее их нашел у себя и вставляем в печатную плату согласно схеме.
Вот и все, можете радоваться, схема собрана. Вот печатная плата
Да и еще, на моём снимке нет выходного конденсатора, я его не поставил так как не нашел.
Вот список деталей:
Два транзистора кт818
, кт815
. Два электролитических конденсатора на 1000мкф (50-60вольт). Три постоянных резистора на 820 ом, 470 ом, 24 к. Два переменных резистора первый от (4,7к-10к)и второй 84к. И еще один диод 1N4007
. Об остальном расскажет видео.
Всем привет. Сегодня заключительный обзор, сборка лабораторного линейного блока питания. Сегодня много слесарных работ, изготовление корпуса и финальная сборка. Обзор размещен в блоге «DIY или Сделай Сам», надеюсь я тут никого не отвлекаю и не кому не мешаю тешить свой взгляд прелестями Лены и Игоря))). Всем кому интересны самоделки и радиотехника - Добро пожаловать!!!
ВНИМАНИЕ: Очень много букв и фото! Трафик!
Добро пожаловать радиолюбитель и любитель самоделок! Для начала давайте вспомним, этапы сборки лабораторного линейного блока питания. Непосредственно к данному обзору не имеет отношения, потому разместил под спойлер:
Этапы сборки
Сборка силового модуля. Плата, радиатор, силовой транзистор, 2 переменных многооборотных резистора и зеленый трансформатор (из Восьмидесятых ®) Как подсказал мудрый kirich
, я самостоятельно собрал схему, которую китайцы продают в виде конструктора, для сборки блока питания. Я сначала расстроился, но потом решил, что, видать схема хороша, раз китайцы её копируют… В то же время вылезли и детские болячки этой схемы (которые полностью были скопированы китайцами), без замены микросхем на более «высоковольтные», на вход нельзя подавать больше 22 вольт переменного напряжения… И несколько более мелких проблем, которые подсказали мне наши форумчане, за что им огромное спасибо. Совсем недавно будущий инженер "AnnaSun
" предложила избавления от трансформатора. Конечно каждый может модернизировать свой БП как угодно, можно и импульсник поставить в качестве источника питания. Но у любого импульсника (быть может кроме резонансных) на выходе куча помех, и эти помехи частично перейдут на выход ЛабБП… А если там имульсные помехи, то (ИМХО) это не ЛабБП. Потому я не буду избавляться от «зеленого трансформатора».
Поскольку это линейный блок питания, у него есть характерный и существенный недостаток, вся лишняя энергия выделяется на силовом транзисторе. Для примера, на вход мы подаем 24В переменного напряжения, которое после выпрямления и сглаживания превратится в 32-33В. Если на выход присоединить мощную нагрузку, потребляющую 3А при напряжении 5В, вся оставшаяся мощность (28В при токе 3А), а это 84Вт, будет рассеиваться на силовом транзисторе, переходя в тепло. Одним из способов предотвратить эту проблему, и соответственно повысить КПД, это поставить модуль ручного или автоматического переключения обмоток. Данный модуль был рассмотрен в :
Для удобства работы с блоком питания и возможности мгновенного отключения нагрузки, с схему был введен дополнительный модуль на реле, позволяющий включать или выключать нагрузку. Этому был посвящен .
К сожалению, из-за отсутствия нужных реле (нормально замкнутых), данный модуль работал некорректно, потому он будет заменен другим модулем, на D-триггере, позволяющий включать или выключать нагрузку при помощи одной кнопки.
Вкратце расскажу про новый модуль. Схема довольно известная (прислали мне в личку):
Немножко модифицировал её под свои нужды и собрал такую плату:
С обратной стороны:
На это раз никаких проблем не было. Все работает очень четко и управляется одной кнопкой. При подаче питания, на 13 выходе микросхемы всегда логический ноль, транзистор (2n5551) закрыт и реле обесточено - соответственно нагрузка не подключена. При нажатии кнопки, на выходе микросхемы появляется логическая единица, транзистор открывается и реле срабатывает подключая нагрузку. Повторное нажатие на кнопку возвращает микросхему в исходное состояние.
Какой же блок питания без индикатора напряжения и тока? Потому в я попытался сделать ампервольтметр самостоятельно. В принципе получился неплохой прибор, однако он имеет некоторую нелинейность в диапазоне от 0 до 3.2А. Эта погрешность никак не будет влиять при использовании данного измерителя, скажем в зарядном устройстве для АКБ автомобиля, но недопустима для Лабораторного БП, потому, я заменю этот модуль, китайскими щитовыми прецизионными и с дисплеями, имеющими 5 разрядов… А собранный мною модуль найдет применение в какой-нибудь другой самоделке.
Наконец-то приехали из Китая более высоковольтные микросхемы, о чем я Вам рассказал в . И теперь можно подавать на вход 24В переменного тока, не опасаясь, что пробьет микросхемы…
Теперь дело осталось за «малым», изготовить корпус и собрать все блоки вместе, чем я и займусь в этом финальном обзоре по данной тематике.
Поискав готовый корпус, ничего подходящего не нашел. У китайцев есть неплохие коробки, но, к сожалению, цена их, а особенно … 
Отдать китайцам 60 баксов мне «жаба» не позволила, да и глупо такие деньги отдавать за корпус, можно еще немного добавить и купить . По крайней мере, корпус из этого Бп выйдет хороший.
Потому я поехал на строительный базар и купил 3 метра алюминиевого уголка. С его помощью будет собран каркас прибора.
Подготавливаем детали нужного размера. Расчерчиваем заготовки и спиливаем уголки при помощи отрезного диска. .
Затем выкладываем заготовки верхней и нижней панели, чтобы прикинуть, что получится.
Пробуем расположить модули внутри
Сборка идет на потайных винтах (под шляпку зенкером, разенковывается отверстие, что бы головка винта не выступала над уголком), и гайках с обратной стороны. Потихоньку появляются очертания каркаса блока питания:
И вот каркас собран… Не очень ровный, особенно по углам, но думаю, что покраска скроет все неровности:
Размеры каркаса под спойлером:
Измерение размеров
К сожалению времени мало свободного, потому слесарные работы продвигаются медленно. Вечерами за неделю изготовил лицевую панель из листа алюминия и панельку под вход питания и предохранитель.
Расчерчиваем будущие отверстия под Вольтметр и Амперметр. Посадочное гнездо должно быть размерами 45.5мм на 26.5мм
Обклеиваем посадочные отверстия малярным скотчем:
И отрезным диском, при помощи дремеля делаем пропилы (скотч нужен, что бы не выйти за размеры гнезд, и не испортить панель царапинами) Дремель быстро справляется с алюминием, но на 1 отверстие уходит 3-4 
Опять была заминка, банально, кончились отрезные диски для дремеля, поиск по всем магазинам Алматы ни к чему не привел, потому пришлось ждать диски из Китая… Благо пришли быстро за 15 дней. Дальше работа пошла более весело и быстро…
Пропилил дремелем отверстия под цифровые индикаторы, и обработал напильником.
Ставим на «уголки» зеленый трансформатор
Примеряем радиатор с силовым транзистором. Он будет изолирован от корпуса, так как на радиаторе установлен транзистор в корпусе ТО-3, а там сложно изолировать коллектор транзистора от корпуса. Радиатор будет стоять за декоративной решеткой с вентилятором охлаждения.
Обработал наждачкой на бруске лицевую панель. Решил примерить все что будет на ней закреплено. Получается вот так:
Два цифровых измерителя, кнопка включения нагрузки, два многооборотных потенциометра, выходные клеммы и держатель светодиода «Ограничение тока». Вроде ничего не забыл?
С обратной стороны лицевой панели.
Разбираем все и красим черной краской с баллончика каркас блока питания.
На заднюю стенку прикрепляем на болты декоративную решетку (куплено на авторынке, анодированный алюминий для тюнига воздухозабора радиатора 2000 тенге (6.13USD))
Вот так получилось, вид с обратной стороны корпуса блока питания.
Ставим вентилятор для обдува радиатора с силовым транзистором. Я прикрепил его на пластиковые черные хомуты, держит хорошо, внешний вид не страдает, их почти не видно.
Возвращаем на место пластиковое основание каркаса с уже установленным силовым трансформатором.
Размечаем места крепления радиатора. Радиатор изолирован от корпуса прибора, т.к. на нем напряжение равное напряжению на коллекторе силового транзистора. Думаю, что он хорошо будет обдуваться вентилятором, что позволит значительно снизить температуру радиатора. Вентилятор будет управляться схемой снимающей информацию с датчика (терморезистора) закрепленного на радиаторе. Таким образом вентилятор не будет «молотить» в пустую, а будет включатся при достижении определенной температуры на радиаторе силового транзистора.
Прикрепляем на место лицевую панель, поглядеть что получилось. 
Декоративной решетки осталось много, потому решил попробовать сделать П-образную крышку корпуса блока питания (на манер компьютерных корпусов), если не понравится, переделаю на что-нибудь другое.
Вид спереди. Пока решетка «наживлена» и еще не плотно прилегает к каркасу.
Вроде неплохо получается. Решетка достаточно прочная, можно смело ставить сверху что-либо, ну а про качество вентиляции внутри корпуса, даже не стоит говорить, вентиляция будет просто отличная, по сравнению с закрытыми корпусами.
Ну чтож, продолжаем сборку. Подключаем цифровой амперметр. Важно:
не наступайте на мои грабли, не используйте штатный разъем, только пайка непосредственно к контактам разъема. Иначе будет в место тока в Амперах, показывать погоду на Марсе.
Провода для подключения амперметра, да и всех остальных вспомогательных устройств должны быть максимально короткими.
Между выходными клеммами (плюс-минус) установил панельку из фольгированного текстолита. Очень удобно прочертив изолирующие бороздки в медной фольге, создавать площадки для подключения всех вспомогательных устройств (амперметр, вольтметр, плата отключения нагрузки и т.п.)
Основная плата установлена рядом с радиатором выходного транзистора.
Плата переключения обмоток установлена над трансформатором, что позволило значительно сократить длину шлейфа проводов.
Наступил черед собрать модуль дополнительного питания для модуля переключения обмоток, амперметра, вольтметра и т.п.
Поскольку у нас линейный - аналоговый БП, будем использовать так же вариант на трансформаторе, никаких импульсных блоков питания. :-)
Вытравливаем плату:
Впаиваем детали:
Тестируем, ставим латунные «ножки» и встраиваем модуль в корпус:
Ну вот, все блоки встроены (кроме модуля управления вентилятором, который будет изготовлен позже) и установлены на свои места. Провода подключены, предохранителя вставлены. Можно проводить первое включение. Осеняем себя крестом, закрываем глаза и даем питание…
Бабаха и белого дыма нет - уже хорошо… Вроде на холостом ходу ничего не греется… Нажимаем кнопку включения нагрузки - зажигается зеленый светодиод и щелкает реле. Вроде все пока нормально. Можно приступать к тестированию.
Как говорится, «скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Опять выплыли подводные камни. Модуль переключения обмоток трансформатора работает некорректно с силовым модулем. При напряжении переключения с первой обмотки на следующую происходит скачек напряжения, т.е при достижении 6.4В происходит скачек до 10.2В. Потом конечно можно уменьшить напряжение, но это не дело. Сначала я думал, что проблема в питании микросхем, поскольку их питание тоже от обмоток силового трансформатора, и соответственно растет с каждой последующей подключенной обмоткой. Потому попробовал дать питание на микросхемы с отдельного источника питания. Но это не помогло.
Потому есть 2 варианта: 1. Полностью переделать схему. 2. Отказаться от модуля автоматического переключения обмоток. Начну с 2 варианта. Полностью без переключения обмоток я остаться не могу, потому как вариант мириться с печкой мне не нравится, потому поставлю тумблер- переключатель позволяющий выбирать подаваемое напряжение на вход БП из 2-х вариантов 12В или 24В. Это конечно «полумера», но лучше чем вообще ничего.
Заодно решил поменять амперметр на другой подобный, но с зеленым цветом свечения цифр, поскольку красные цифры амперметра светятся довольно слабо и при солнечном свете их плохо видно. Вот что получилось:
Вроде так получше. Возможно, так же, что я заменю вольтметр на другой, т.к. 5 разрядов в вольтметре явно избыточно, 2 разряда после запятой вполне достаточно. Варианты замены у меня есть, так что проблем не будет.
Ставим переключатель и подключаем к нему провода. Проверяем.
При положении переключателя «вниз» - максимальное напряжение без нагрузки составило около 16В
При положении переключателя вверх - доступно максимальное напряжение для данного трансформатора 34В (без нагрузки)
Теперь ручки, долго не стал придумывать варианты и нашел пластмассовые дюбели подходящего диаметра, как внутреннего, так и внешнего.
Отрезаем трубочку нужной длины и надеваем на штоки переменных резисторов:
Затем надеваем ручки и фиксируем винтами. Поскольку трубка дюбеля достаточно мягкая, ручка фиксируется очень хорошо, что бы сорвать её необходимы значительные усилия.
Обзор получился очень большим. Потому не буду отнимать Ваше время и вкратце протестируем Лабораторный блок питания.
Помехи осциллографом мы уже смотрели в первом обзоре, и с тех пор ничего не изменилось в схемотехнике.
Потому проверим минимальное напряжение, ручка регулировки в крайнем левом положении:
Теперь максимальный ток 
Ограничение тока в 1А
Максимальное ограничение тока, ручка регулировки тока в крайне правом положении:
На этом Всё мои дорогие радиогубители и сочувствующие… Спасибо всем, кто дочитал до конца. Прибор получился брутальный, тяжелый и я надеюсь надежный. До новых встреч в эфире!
UPD: Осциллограммы на выходе блока питания при включении напряжения:
И выключения напряжения:
UPD2: Друзья с форума «Паяльник» дали идею, как с минимальными переделками схемы запустить модуль переключения обмоток. Спасибо всем за проявленный интерес, буду доделывать прибор. Поэтому - продолжение следует. Добавить в избранное Понравилось +72 +134
Простой и надежный блок питания своими руками при нынешнем уровне развития элементной базы радиоэлектронных компонентов можно сделать очень быстро и легко. При этом не потребуются знания электроники и электротехники на высоком уровне. Вскоре вы в этом убедитесь.
Изготовление своего первого источника питания довольно интересное и запоминающееся событие. Поэтому важным критерием здесь является простота схемы, чтобы после сборки она сразу заработала без каких-либо дополнительных настроек и подстроек.
Следует заметить, что практически каждое электронное, электрическое устройство или прибор нуждаются в питании. Отличие состоит лишь в основных параметрах – величина напряжения и тока, произведение которых дают мощность.
Изготовить блок питания своими руками – это очень хороший первый опыт для начинающих электронщиков, поскольку позволяет прочувствовать (не на себе) различные величины токов, протекающих в устройствах.
Современный рынок источников питания разделен на две категории: трансформаторные и безтрансформаторные. Первые достаточно просты в изготовлении для начинающих радиолюбителей. Второе неоспоримое преимущество – это сравнительно низкий уровень электромагнитных излучений, а соответственно и помех. Существенным недостатком по современным меркам является значительная масса и габариты, вызванные наличием трансформатором – самого тяжелого и громоздкого элемента в схеме.
Безтрансформаторные блоки питания лишены последнего недостатка ввиду отсутствия трансформатора. Вернее он там есть, но не в классическом представлении, а работает с напряжением высокой частоты, что позволяет снизить число витков и размеры магнитопровода. В результате снижаются вцелом габариты трансформатора. Высокая частота формируется полупроводниковыми ключами, в процессе из включения и выключения по заданному алгоритму. Вследствие этого возникают сильные электромагнитные помехи, поэтому такие источник подлежат обязательному экранированию.
Мы будем собирать трансформаторный блок питания, который никогда не утратит своей актуальности, поскольку и поныне используется в аудиотехнике высокого класса, благодаря минимальному уровню создаваемых помех, что очень важно для получения качественного звука.
Устройство и принцип работы блока питания
Стремление получить как можно компактнее готовое устройство примело к появлению различных микросхем, внутри которых находятся сотни, тысячи и миллионы отдельных электронных элементов. Поэтому практически любой электронный прибор содержит микросхему, стандартная величина питания которой 3,3 В или 5 В. Вспомогательные элементы могут питаться от 9 В до 12 В постоянного тока. Однако мы хорошо знаем, что розетке переменное напряжение 220 В частотою 50 Гц. Если его подать непосредственно на микросхему или какой-либо другой низковольтный элемент, то они мгновенно выйдут из строя.
Отсюда становится понятным, что главная задача сетевого блока питания (БП) состоит в снижении величины напряжения до приемлемого уровня, а также преобразование (выпрямление) его из переменного в постоянное. Кроме того, его уровень должен оставаться постоянным независимо от колебаний входного (в розетке). Иначе устройство будет работать нестабильно. Следовательно, еще одна важнейшая функция БП – это стабилизация уровня напряжения.
В целом структура блока питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и стабилизатора.
Помимо основных узлов еще используется ряд вспомогательных, например, индикаторные светодиоды, которые сигнализируют о наличие подведенного напряжения. А если в БП предусмотрена его регулировка, то естественно там будет вольтметр, а возможно еще и амперметр.
Трансформатор
В данной схеме трансформатор применяется для снижения напряжения в розетке 220 В до необходимого уровня, чаще всего 5 В, 9 В, 12 В или 15 В. При этом еще осуществляется гальваническая развязка высоковольтных с низковольтными цепями. Поэтому при любых внештатных ситуациях напряжение на электронном устройстве не превысит значение величины вторичной обмотки. Также гальваническая развязка повышает безопасность обслуживающего персонала. В случае прикосновения к прибору, человек не попадет под высокий потенциал 220 В.
Конструкция трансформатора довольно проста. Он состоит из сердечника, выполняющего функцию магнитопровода, который изготовляется из тонких, хорошо проводящих магнитный поток, пластин, разделенных диэлектриком, в качестве которого служит нетокопроводящий лак.
На стержень сердечника намотаны минимум две обмотки. Одна первичная (еще ее называют сетевая) – на нее подается 220 В, а вторая – вторичная – с нее снимается пониженное напряжение.
Принцип работы трансформатора заключается в следующем. Если к сетевой обмотке приложить напряжение, то, поскольку она замкнута, в ней начнет протекать переменный ток. Вокруг этого тока возникает переменное магнитное поле, которое собирается в сердечнике и протекает по нему в виде магнитного потока. Поскольку на сердечнике расположена еще одна обмотка – вторичная, то поде действием переменного магнитного потока в ней навидится электродвижущая сила (ЭДС). При замыкании этой обмотки на нагрузку, через нее будет протекать переменный ток.
Радиолюбители в своей практике чаще всего применяют два вида трансформаторов, которые главным образом отличатся типом сердечника – броневой и тороидальный. Последний удобнее в применении тем, что на него достаточно просто можно домотать нужное количество витков, тем самым получить необходимое вторичное напряжение, которое прямопропорционально зависит от количества витков.
Основными для нас являются два параметра трансформатора – напряжение и ток вторичной обмотки. Величину тока примем равной 1 А, поскольку на такое же значение мы возьмем стабилитроны. О чем немного далее.
Продолжаем собирать блок питания своими руками. И следующим порядковым элементом в схеме установлен диодный мост, он же полупроводниковый или диодный выпрямитель. Предназначен он для преобразования переменного напряжения вторичной обмотки трансформатора в постоянное, а точнее говоря, в выпрямленное пульсирующее. Отсюда и происходит название «выпрямитель».
Существуют различные схемы выпрямления, однако наибольшее применение получила мостовая схема. Принцип работы ее заключается в следующем. В первый полупериод переменного напряжения ток протекает по пути через диод VD1, резистор R1 и светодиод VD5. Далее ток возвращается к обмотке через открытый VD2.
К диодам VD3 и VD4 в этот момент приложено обратное напряжение, поэтому они заперты и ток через них не протекает (на самом деле протекает только в момент коммутации, но этим можно пренебречь).
В следующий полупериод, когда ток во вторичной обмотке изменит свое направление, произойдет все наоборот: VD1 и VD2 закроются, а VD3 и VD4 откроются. При этом направление протекания тока через резистор R1 и светодиод VD5 останется прежним.
Диодный мост можно спаять из четырех диодов, соединенных согласно схемы, приведенной выше. А можно купить готовый. Они бывают горизонтального и вертикального исполнения в разных корпусах. Но в любом случае имеют четыре вывода. На два вывода подается переменное напряжение, они обозначаются знаком «~», оба одинаковой длины и самые короткие.
С двух других выводов снимается выпрямленное напряжение. Обозначаются они «+» и «-». Вывод «+» имеет наибольшую длину среди остальных. А на некоторых корпусах возле него делается скос.
Конденсаторный фильтр
После диодного моста напряжение имеет пульсирующий характер и еще непригодно для питания микросхем и тем более микроконтроллеров, которые очень чувствительны к различного рода перепадам напряжения. Поэтому его необходимо сгладить. Для этого можно применяется дроссель либо конденсатор. В рассматриваемой схеме достаточно использовать конденсатор. Однако он должен иметь большую емкость, поэтому следует применять электролитический конденсатор. Такие конденсаторы зачастую имеют полярность, поэтому ее необходимо соблюдать при подключении в схему.
Отрицательный вывод короче положительного и на корпусе возле первого наносится знак «-».
Стабилизатор напряжения LM 7805, LM 7809, LM 7812
Вы наверное замечали, что величина напряжения в розетке не равна 220 В, а изменяется в некоторых пределах. Особенно это ощутимо при подключении мощной нагрузки. Если не применять специальных мер, то оно и на выходе блока питания будет изменяться в пропорциональном диапазоне. Однако такие колебания крайне не желательны, а иногда и недопустимы для многих электронных элементов. Поэтому напряжение после конденсаторного фильтра подлежит обязательной стабилизации. В зависимости от параметров питаемого устройства применяются два варианта стабилизации. В первом случае используются стабилитрон, а во втором – интегральный стабилизатор напряжения. Рассмотрим применение последнего.
В радиолюбительской практике широкое применение получили стабилизаторы напряжения серии LM78xx и LM79xx. Две буквы указывают на производителя. Поэтому вместо LM могут быть и другие буквы, например CM. Маркировка состоит из четырех цифр. Первые две – 78 или 79 означают соответственно положительно или отрицательное напряжение. Две последние цифры, в данном случае вместо них два икса: хх, обозначают величину выходного U. Например, если на позиции двух иксов будет 12, то данный стабилизатор выдает 12 В; 08 – 8 В и т.д.
Для примера расшифруем следующие маркировки:
LM7805 → 5 В, положительное напряжение
LM7912 → 12 В, отрицательное U
Интегральные стабилизаторы имеют три вывода: вход, общий и выход; рассчитаны на ток 1А.
Если выходное U значительно превышает входное и при этом потребляется предельный ток 1 А, то стабилизатор сильно нагревается, поэтому его следует устанавливать на радиатор. Конструкция корпуса предусматривает такую возможность.
Если ток нагрузки гораздо ниже предельного, то можно и не устанавливать радиатор.
Схема блока питания в классическом исполнении включает: сетевой трансформатор, диодный мост, конденсаторный фильтр, стабилизатор и светодиод. Последний выполняет роль индикатора и подключается через токоограничивающий резистор.
Поскольку в данной схеме лимитирующим по тока элементов является стабилизатор LM7805 (допустимое значение 1 А), то все остальные компоненты должны быть рассчитаны на ток не менее 1 А. Поэтому и вторичная обмотка трансформатора выбирается на ток от одного ампера. Напряжение ее должно быть не ниже стабилизированного значения. А по хорошему его следует выбирать из таких соображений, что после выпрямления и сглаживания U должно быть на 2 – 3 В выше, чем стабилизированное, т.е. на вход стабилизатора следует подавать на пару вольт больше его выходного значения. Иначе он будет работать некорректно. Например, для LM7805 входное U = 7 – 8 В; для LM7805 → 15 В. Однако следует учитывать, что при слишком завышенном значении U, микросхема будет сильно нагреваться, поскольку «лишнее» напряжение гасится на ее внутреннем сопротивлении.
Диодный мост можно сделать из диодов типа 1N4007, или взять готовый на ток не менее 1 А.
Сглаживающий конденсатор C1 должен иметь большую емкость 100 – 1000 мкФ и U = 16 В.
Конденсаторы C2 и C3 предназначены для сглаживания высокочастотных пульсаций, которые возникают при работе LM7805. Они устанавливаются для большей надежности и носят рекомендательный характер от производителей стабилизаторов подобных типов. Без таких конденсаторов схема также нормально работает, но поскольку они практически ничего не стоят, то лучше их поставить.
Блок питания своими руками на 78 L 05, 78 L 12, 79 L 05, 79 L 08
Часто необходимо питать только одну или пару микросхем или маломощных транзисторов. В таком случае применять мощный блок питания не рационально. Поэтому лучшим вариантом будет применение стабилизаторов серии 78L05, 78L12, 79L05, 79L08 и т.п. Они рассчитаны на максимальный ток 100 мА = 0,1 А, но при этом очень компактные и по размерам не больше обычного транзистора, а также не требует установки на радиатор.
Маркировка и схема подключения аналогичны, рассмотренной выше серии LM, только отличается расположением выводов.
Для примера изображена схема подключения стабилизатора 78L05. Она же подходит и для LM7805.
Схема включения стабилизаторов отрицательно напряжения приведена ниже. На вход подается -8 В, а на выходе получается -5 В.
Как видно, сделать блок питания своими руками очень просто. Любое напряжение можно получить путем установки соответствующего стабилизатора. Следует также помнить о параметрах трансформатора. Далее мы рассмотри, как сделать блок питания с регулировкой напряжения.
