Сергей Никитин

Простой лабораторный блок питания.

Описанием этого простого лабораторного блока питания, я открываю цикл статей, в которых познакомлю Вас с простыми и надёжными в работе разработками (в основном различных источников питания и зарядных устройств), которые приходилось собирать по мере необходимости из подручных средств.
Для всех этих конструкций в основном использовались детали и части от списанной с эксплуатации старой оргтехники.

И так, понадобился как-то срочно блок питания с регулировкой выходного напряжения в пределах 30-40 вольт и током нагрузки в районе 5-ти ампер.

В наличии имелся трансформатор от бесперебойника UPS-500, в котором при соединении вторичных обмоток последовательно, получалось около 30-33 Вольт переменного напряжения. Это меня как раз устраивало, но осталось решить, по какой схеме собирать блок питания.

Если делать блок питания по классической схеме, то вся лишняя мощность при низком выходном напряжении будет выделяться на регулирующем транзисторе. Это мне не подходило, да и делать блок питания по предлагаемым схемам как то не захотелось, и ещё нужно было-бы для него искать детали.
По этому разработал схему под те детали, какие на данный момент у меня были в наличии.

За основу схемы взял ключевой стабилизатор, чтобы на греть в пустую окружающее пространство выделяемой мощностью на регулирующем транзисторе.
Здесь нет ШИМ-регулирования и частота включения ключевого транзистора, зависит только от тока нагрузки. Без нагрузки частота включения в районе одного герца и менее, зависит от индуктивности дросселя и ёмкости конденсатора С5. Включение слышно по небольшому циканию дросселя.

Транзисторы MJ15004 были в огромном количестве от ранее разобранных бесперебойников, поэтому решил поставить их на выходные. Для надёжности поставил два в параллель, хотя и один вполне справляется со своей задачей.
Вместо них можно поставить любые мощные p-n-p транзисторы, например КТ-818, КТ-825.

Дроссель L1 можно намотать на обычном Ш-образном (ШЛ) магнитопроводе, его индуктивность особо не критична, но желательно, чтобы подходила ближе к нескольким миллигенри.
Берётся любой подходящий сердечник, Ш, ШЛ, с сечением желательно не меньше 3 см,. Вполне подойдут сердечники от выходных транформаторов ламповых приёмников, телевизоров, выходные трансформаторы кадровых развёрток телевизоров и т.д. Например стандартный размер Ш, ШЛ-16х24.
Далее берётся медный провод, диаметром 1,0 - 1,5 мм и мотается до заполнения окна сердечника полностью.
У меня дроссель намотан на железе от трансформатора ТВК-90, проводом 1,5 мм до заполнения окна.
Магнитопровод, конечно собираем с зазором 0,2-0,5мм.(2 - 5 слоёв обычной писчей бумаги).

Единственный минус этого блока питания, под большой нагрузкой дроссель у меня жужжит, и этот звук меняется от величины нагрузки, что слышно и немного достаёт. Поэтому наверно нужно дроссель хорошо пропитывать, а может ещё лучше - залить полностью в каком нибудь подходящем корпусе эпоксидкой, чтобы уменьшить звук "цикания" .

Транзисторы я установил на небольшие алюминиевые пластины, и на всякий случай поставил внутрь ещё и вентилятор для их обдува.

Вместо VD1 можно ставить любые быстрые диоды на соответствующее напряжение и ток, у меня просто в наличии много диодов КД213, поэтому я их в таких местах в основном везде и ставлю. Они достаточно мощные (10А) и напряжение 100В, что вполне достаточно.

На мой дизайн блока питания особо внимание не останавливайте, задача стояла не та. Нужно было сделать быстро, и работоспособно. Сделал временно в таком корпусе и в таком оформлении, и пока это "временно" уже довольно долго работает.
Можно в схему ещё добавить амперметр для удобства. Но это дело личное. Я поставил одну головку для измерения напряжения и тока, шунт для амперметра сделал из толстого монтажного провода (на фотографиях видно, намотан на проволочном резисторе) и поставил переключатель "Напряжение" - "Ток". На схеме это просто не показал.

Всем доброго времени суток! Сегодня я хочу представить вашему вниманию Лабораторный Блок Питания (ЛБП). Я думаю каждый начинающий радиолюбитель сталкивался с проблемой получения необходимого напряжения для той или иной своей самоделки, ведь каждое устройство требует разного напряжения. С такой проблемой столкнулся на днях и я. Надо было за питать самодельный усилитель, а необходимого напряжения под рукой не оказалось. Ну это не первая моя самоделка с которой у меня возникли проблемы. Вот я принялся за работу.

И так, нам понадобиться:
-Корпус (можно купить готовый, а можно как я взять его из компьютерного блока питания)
-Трансформатор с выходным напряжениям до 30В и током до 1,5 ампера (транс я взял по мощнее так как 1,5А для меня маловато)
-Простой набор радиодеталей:
-Диодный мост на 3А.
-Конденсатор электролитический 50В 2200мкф.
-Конденсатор керамический на 0.1мкф (чтобы сильнее сгладить пульсации).
-Микросхема LM317 (в моем случае 2 таких микросхемы).
-Резистор переменный на 4.7кОм.
-Резистор на 200ом 0.5Ват.
-Конденсатор керамический на 1мкф.
-Старый аналоговый тестер (я использовал в качестве вольтметра).
-Текстолит и хлор железа (для травления платы).
-Клеммы.
-Провода.
-Паяльные принадлежности.
Начинаем! Корпус я взял из компьютерного Блока Питания. Разбираем его и вытаскиваем внутренности и отпиливаем переднюю панель (ту с которой выходят провода) как на фото.

Отрезаем крепления платы с одной стороны и выгибаем их таким образом чтобы потом закрепить на них сделанную нами переднюю панель.

Выбираем место для трансформатора, сверлим в нижней части корпуса отверстия и закрепляем трансформатор.

Теперь приступим к собиранию платы для начала ее нужно вытравить. Переносим заранее распечатанную плату на текстолит.

И кидаем в хлорное на 10-20мин. После того как вытравили сверлим отверстия и лудим плату.

Впаиваем элементы согласно схеме.

Берем провода, собираем схему и пакуем все в корпус. ВАЖНО! (микросхему нужно установить на радиатор так как при больших нагрузках она сильно греется и может выйти из строя). Вот что получилось.

Теперь нужно получить вольтметр из старого тестера. Для этого просто отрезаем сам индикатор от пластикового корпуса.

Примерно раз в год во меня просыпается неумолимое желание сделать лабораторный блок питания (например, свой прошлый лабораторник я описывал ). А тут еще и предложили что-нибудь обозреть - ну и я не устоял, ибо очень давно хотел попробовать данный модуль. К сожалению, расчленёнки не будет, потому что конструкция крайне сложно разбирается, и я побоялся не собрать нормально в обратный зад. :)

подобного модуля уже был, но данный - привлёк индикацией. Всё же большие цифры гораздо удобнее мелких.

Начну я, однако, не с главного героя обзора, а со второго, не менее важного - (также предоставленного для обзора), без которого данный модуль бесполезен.

Блок питания несколько отличается от первоначальной версии, и, к сожалению, не в лучшую сторону. Внешние отличия заключаются в надписи ac-dc 24v вместо 2412DC на первоначальной версии, и наличии некоего адреса сайта на нижней стороне платы. «Внутренние» отличия гораздо интереснее. Но для начала - внешний вид.

Главная проблема данного экземпляра (а скорее всей партии) - некачественный выходной разъем. он совершенно отвратительно паяется, ну и закономерно плохо припаян. Пропаять нужно сразу, потому что держится он еле-еле. Впрочем, как я написал - это проблема экземпляра либо партии, и в целом вероятность повтора данной проблемы у других покупателей через какое-то время - не так и велика.

В целом пайка не блещет аккуратностью, и желательно плату осмотреть и пропаять подозрительные места

Знаменитый конденсатор запаян как и раньше самый обычный, и его тоже желательно заменить, как писал в уважаемый Kirich. Также он рекомендует повесить керамику по выходу и параллельно выходным электролитам.

Диод снаббера, однако, запаян правильно:

Плата хорошо отмыта, и в целом всё с ней хорошо, если бы не одно маленькое НО. Похоже, что производитель ШИМ-контроллера, на котором собран данный БП, решил усовершенствовать «зелёный» режим, и вместо снижения частоты на малой нагрузке - выдаёт на затвор силового транзистора пачки импульсов на штатных 62-64кГц. Выглядит на осцилле это как короткая пачка управляющих испульсов и длинная пауза - порядка 30мС (при работе без нагрузки), а с увеличением нагрузки эти паузы уменьшаются. И всё бы хорошо, если не то самое маленькое НО - на выходе в результате имеем изрядную «пилу»:

На фото - работа без нагрузки и с одноамперной кажется нагрузкой. AC 0.2В/деление и 5мС/деление.

Похоже, что мои соображения выше правильны, и это такая интересная «особенность» новых версиий БП. Старые, как говорили, изрядно снижали частоту - вплоть до 14-15кГц, а эти вот начинают работать «импульсно» и выдавать пилу на выход. Как с этим бороться мне не совсем ясно - пробовал я и конденсаторы большей емкости ставить - ничерта не даёт.

Естественно, в комментариях приветствуются советы по доработке, потому что сейчас похоже все БП пошли с такой вот «фичей», во всяком случае в комментах к обзору Kirichа я встречал похожие осциллки.

Впрочем, как ни странно - в итоге всё работает вполне нормально.

Ну что, перейдём к главному герою?

Поставляется в прозрачной пластиковой коробочке, завёрнутый в инструкцию. Инструкция крупная, на хорошей бумаге, на китайском и вполне вменяемом английском.

Как видим заявлена точность 0.5%, и надо сказать что он вполне ее обеспечивает, хотя на совсем малых токах и врёт, что, впрочем, закономерно - но обэтом ниже.

Сам модуль компактный (размеры окна в корпусе для установки - 39х71.5, плюс выборки до 75.5, глубина 35.5), дисплей 28х27, высота цифр 5мм (на «обычном» ампервольтметре 7.5мм). Сам дисплей яркий, контрастный, с хорошими углами обзора. Единственное что не очень нравится - довольно медленное обновление (показания наверно раза два в секунду обновляются). Но это думаю не в дисплее проблема, а в прошивке, да и не напрягает оно совершенно.

Дополнительная информация

На 8-ногой микрухе написано XL7005A - шим-контроллер 150кГц 0.4А

К сожалению, разобрать его - нетривиальная задача, ибо три платы спаяны «бутербродом», три разъема по 8 контактов, которые стоят довольно плотненько, и можно с лёгкостью чего-нить задеть и испортить. так что извиняйте. Над энкодером видны надписи rx gnd tx - видимо модуль поддерживает передачу данных, ну и выше явно разъем для перепрошивки. В целом качество сборки оставило приятные впечатления, Флюс не смыт в местах пайки переходных контактов, что закономерно и понятно, ну и флюс явно такой который не требует смывания.

Понятно, что приобретается такой модуль не для разборки, а для сборки, и не непонятно чего, но блока питания. Для тех кто не в курсе что такое лабораторный БП и для чего он нужен - кратенько напишу, что это регулируемый блок питания, с ограничением выходного тока и регулировкой выходного напряжения. Нужен он для запитки устройств «на столе», например при ремонте или разработке. Позволяет не спалить что-то случайно;) Также им можно например заряжать аккумуляторы.

Переходим к сборке блока питания. Пожалуй, спрячу под спойлер, а то фоток будет много.

сборка блока питания

собирать будем в корпусе Kradex Z-3. все компоненты входят в него настолько хорошо, что создается впечатление что они просто созданы друг для друга. ;)

Корпуса kradex отличаются идиотской конструкцией соединяющих стоек - они слишком далеко от боковых стенок и слишком близко к передней и задней. поэтому - безжалостно выкусываем, и переносим в серединку корпуса, где они никому не будут мешать. крепим дихлорэтаном. аналогично - делаем стоечки для крепления БП.

Далее - фрезеруем переднюю и заднюю панели, а также отверстия для вентилятора. в принципе - не так он и нужен, но я решил сразу поставить, чтобы два раза не вставать. к сожалению, места хватило только для 50мм вентилятора.

Так как на «морде» будет USB разъем - припаиваем к нему текстолитовые «уши», а к корпусу приклеиваем кусочки пластика с предварительно нарезанной резьбой м3. самые короткие винтики «от компьютера» отлично подходят для крепления разъема к передней панели.

То что фрезу в патрон зажимать низя я в курсе, и фанговый патрон есть, и цанги хорошие, но я разгильдяй, да и материал тут мягкий, поэтому я ленюсь ставить другой патрон и такую мелочёвку фрезерую так.

Для питания USB и вентилятора я применил преобразователи из прошлого моего обзора, приклеив их к радиатору из ш-образного профиля 8х15. очень способствует улучшению охлаждения. вентилятор запитал от 6.5В - на 5В он дует совсем слабо. хотел приделать еще регулировку скорости, но поленился, да и решил что отдельного преобразователя хватит для ручной установки любых понравившихся оборотов.

«первичный» блок питания я решил доработать - чуть повысить напряжение, чтобы получить на выходе всего устройства хотя бы 24В. с учетом ограничения максимального входного напряжения примененных преобразователей в 28В - я решил «разогнать» БП до 26В. для этого параллельно резистору R19 припаиваем резистор на 22кОм.

Ну и результат:

Теперь перейдём к тестированию.

Для начала - как оно вообще работает. верхняя маленькая строка - установленные значения тока и напряжения. большие цифры - это измеренные значения на выходе, ну и снизу - входное напряжение (минимальная разность между входом и выходом около вольта). Пиктограммки справа показывают текущее состояние: блокировка, состояние (ок/не ок), режим выхода (cc/cv) и состояне выхода - вкл/выкл. При включении выход выключен. Включение и выключение выхода - кнопкой под энкодером. Пиктограммка выкл - красным, вкл - зеленым. Блокировка - длительным нажатием энкодера.

При нажатии кнопки set - у нас появляется возможность изменять текущие значения тока и напряжения. изменяемый разряд подсвечивается красным в верхней строчке, и переключается нажатием на энкодер. вращением энкодера - изменяется значение. при переходе с 9 на 0 - увеличивается старший разряд.

При повторном нажатии на set - попадаем в меню «расширенных» настроек. А в верхней строчке соответственно начинают отображаться текущие параметры выхода - ток и напряжение.

Тут у нас есть выходное напряжение, выходной ток, напряжение/ток/мощность срабатывания защиты, яркость подсветки, и текущая ячейка памяти. ячеек этих 10. М0 - это «ручной» режим, то есть то чем мы балуемся сейчас. эти значения сохраняются и восстанавливаются при последующем включении.

Выбор параметра - кнопками вверх/вниз, далее нажимаем на энкодер и изменяем параметр, выход кнопкой set. для того чтобы сохранить значения в какую-то ячейку памяти, нужно вначале ее выбрать в нижнем пункте меню, потом изменить всё что нужно, а потом перейти в нижнем пункте меню на номер ячейки и подержать кнопку set две секунды. Номер ячейки в которую сохранено - появится слева между пиктограммами.

On|off в нижнем пункте меню справа - это состояние выхода при выборе данной ячейки памяти. off - выключено, on - «как было».

Управление, конечно, немного странноватое. Как работают эти «защиты» я честно говоря так и не понял, пользуюсь просто в режиме ограничения тока и стабилизации напряжения.

Далее. следующее нажатие кнопки set выносит нас на «главный экран». Выбор ячейки памяти осуществляется либо удержанием кнопки вверх для выбора М1, либо кнопки вниз для выбора М2, либо кнопки set - а далее энкодером выбираем номер ячейки. досадно, что при переключении ячеек памяти не отображаются занесенные туда ток и напряжение. Это было бы логично и удобно - но нет.

Теперь - измерения. Вынес в табличку, и, честно говоря, даже не буду толком считать и комментировать, ибо уже чего-то котелок не варит;) Set - это то что выставляем, изм - это то что он измеряет на своем выходе, тестер - соответственно что показывает тестер. На малых токах врёт довольно значительно, но ИМХО это простительно. Со 100мА и выше - стабильно врёт на 3мА (занижает), на меньших токах - не так сильно, но тоже врёт. Как на мой взгляд - в погрешности на адекватных токах влазит (0.5% +2 цифры). Пусть метрологи поправят если что;) На малых токах конечно мимо.

А, чуть не забыл. измерения помех и пульсаций.

На малых токах:

На больших (2.5А кажется) токах:

AC 0,2В 500мкС.

При включении напряжение плавно нарастает, включение происходит в режиме СС, потом переходит в режим CV:

Если подключить светодиод, а потом включить выход - то горит ок. Если вначале включить выход, а потом подключить светодиод - то даже пикнуть не успевает, перегорает мгновенно, что предсказуемо.

Подытоживая: мне очень нравится. ИМХО за эти деньги (до 50 баксов) альтернатив просто нет. По работе он будет ИМХО не хуже любого другого китайского лабораторника. Не самое продуманное управление, но и не так всё страшно - думаю можно будет привыкнуть достаточно быстро, да и чем тут особо управлять-то… один раз настроил, и радуйся, а крутить напряжения потом - дело кнопки и энкодера. По конструкции БП - я уже не уверен, что гнёзда нужно было делать слева, возможно стоило перенести их вправо - что, впрочем, можно сделать банально перевернув переднюю панель. Несомненно, в комментах накидают ссылок на более дешевые варианты, но даже за эту сумму - всё вполне неплохо.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.