Лабораторный блок питания. Подробно, с нуля.
Лабораторный или регулируемый блок питания один из первоочередных приборов на столе электронщика, да и не только.
В этой статье я не буду рассматривать готовые изделия. Наоборот, расскажу максимально подробно и наглядно, как собрать блок питания, подобно конструктору LEGO. Даже человек далекий от электроники сможет самостоятельно соединить все элементы пользуясь инструкцией и схемой. Итак, начнем.
У каждого электронщика, будь он новичок или профи, на столе должен лежать блок питания. Для чего он нужен? Разумеется, для настройки новых сборок, проверки готовых модулей, экспериментов и т.д. Заранее никогда не знаешь, что придется проверять. Поэтому блок питания должен обладать как можно большим диапазоном изменения напряжения и тока, легкой регулировкой, защитой от случайного короткого замыкания. В общем на все случаи жизни.
Давайте посмотрим, что мы получим после сборки. Выходное напряжение от 1.2 до 35 вольт, регулировка по току от 0.2А до 8А, защита от короткого замыкания. Для защиты от перегрева добавим регулируемый вентилятор. Таким образом такой блок питания можно будет использовать даже для зарядки автомобильного аккумулятора. Теперь давайте по-порядку, никаких сложных схем. Используем готовые модули, паяльник и руки.
Для начала нам нужно понизить напряжение от напряжения в розетке. Нет мы не будем наматывать трансформатор для линейного блока питания, по крайней мере не в этой статье (размеры такого трансформатора были бы внушительными). Воспользуемся готовым преобразователем переменного напряжения. Цена вопроса порядка 10 долларов. Что мы получим: широкий диапазон входного напряжения 100 ~ 240 вольт, на выходе 36 вольт, постоянный ток до 5-6.5 ампер. Т.е. мощность как минимум 180 Ватт. Размеры: 11,5*6,5*3 см.
К тому же модуль защищен от перегрева, от перегрузки и короткого замыкания. И все это реально протестированные показатели. Сразу ссылка где смотреть и купить. Есть конечно предложения более мощных преобразователей, но они не проходят тестов и реально выдают меньшие характеристики. Так что осторожно, не переплачивайте.
Следующий элемент — преобразователь напряжения и тока или ШИМ — контроллер. В двух словах напряжение изменяем амплитудой импульсов, ток скважностью или шириной импульсов. Очень хорошо зарекомендовал себя модуль показанный на фотографии. На модуль можно подавать напряжение до 40 вольт и снимать от 1.2 до 35 вольт, ток регулируем от 0.2 ампер до 8-9 ампер. Размеры 6,5*4,8*2,4 см. Модуль не имеет защиты на входе от переполюсовки. Будьте внимательны при подключении + и -. Смотрим в магазине.
В нашем случае модуль придется подготовить. Все дело в том, что регулировка тока и напряжения на нем производится отверткой. Для нашего блока питания нужны внешние крутилки. Поэтому придется заменить встроенные подстроечники на выносные.
Да здесь, наконец-то, пора взять паяльник. Прошу заметить, устанавливаемые потенциометры должны быть проволочные. Они обеспечат плавную регулировку, что позволит более точно установить выходной ток или напряжение. Нам нужно заменить два подстроечника по 10Ком (см.ниже). Потенциометры можно найти по ссылкам: вариант 1 и вариант 2. Второй меньше по размеру, в целом, характеристики схожи. Выбирать вам. Стоимость приблизительно одинаковая, чуть больше доллара.
Доступные варианты проволочных потенциометров
Переделываем согласно рисунка ниже.
Вышеперечисленные компоненты позволят получать необходимый ток и напряжение. Для их контроля нужен измерительный прибор. Оптимальным будет использование вольтамперметра. Здесь на выбор можно рассмотреть два варианта. Разница небольшая. Один на одну цифру точнее другого и может измерять напряжение до 200 вольт против 100 вольт, что нам не актуально. Регулировками с обратной стороны можно скорректировать точность измерений (см. рисунок).
Подключать данные вольтамперметры можно по двум схемам. Приведу их для ознакомления. В первой схеме прибор подключается от отдельного источника питания, во второй — питание от источника, на котором производится измерение. Схемы увеличиваются при клике для лучшего просмотра.
Сравнивая две схемы, легко заметить какие ограничения накладывает вторая. Т.е. согласно второй схеме нам нельзя производить измерения напряжения меньше 4 вольт и больше 28 вольт. Это неприемлимо. Поэтому использовать будем первый вариант. И нам понадобится еще один источник постоянного тока.
Здесь у меня два предложения. Если не собираетесь перегружать блок питания, то в качестве дополнительного источника можно использовать старую зарядку от мобильного. 5 вольт вполне достаточно. Так можно сэкономить. Общая схема соединения примет следующий вид:
Второе предложение — установка дополнительного охлаждения. Это расширит возможности блока питания, даст возможность длительно подключать к нему нагрузку, использовать для заряда аккумулятора и т. п.
На алиэкспрессе друзья китайцы предлагают дешевые б/у импульсные блоки питания. Не смотря на б/у, они отлично работают и отлично подходят для нашей цели. Нам подойдет на 12 вольт от 0.5 ампер. Что-то конкретное рекомендовать тяжело. При небольшой разнице в цене лучше взять с запасом по току. Внизу оставлю несколько ссылок на выбор.
Как организовать правильную работу вентилятора охлаждения я рассказывал в статье «Управление вентилятором от датчика температуры«, повторяться не будем. Просто объединим все элементы в конечную схему, приведенную ниже.
Итак, преобразуем 220 вольт переменного тока в 36 вольт постоянного. Перепаянные проволочные потенциометры плавно регулируют выходное напряжение или ограничивают выходной ток. Контролировать выходной ток можно, разумеется, только при подключенной нагрузке. Первые замеры продублируйте с помощью мультиметра, откалибруйте правильность показаний подстроечниками сзади вольтамперметра. Места регулировки показаны на рисунке выше. Разместите датчики между ребер радиаторов преобразователей. Осторожнее, не замкните ножки датчиков между собой или на радиатор, используйте изолятор. Что касается вентилятора, можно использовать и 12 вольтовый, но он не сможет развить полные обороты (думаю, это не критично).
Для удобства использования, на выходе блока питания целесообразно установить специальный медный разъем. Размер: 43x15x35 мм. Наружный диаметр 5мм, внутренний — 4 мм. Для подключения к нему щупов отлично подойдут коннекторы (см. рисунок, щелкните для увеличения). Их диаметр как раз 4 мм.
