Как сделать лабораторный блок питания с регулировкой по току и напряжению своими руками

Классификация лабораторных источников питания

Лабораторные источники питания можно классифицировать по самым разным параметрам. Наиболее популярный метод классификации – по принципу действия, в соответствии с которым все источники питания можно разделить на импульсные и линейные. Последние также называют трансформаторными.

Каждый из типов блоков имеет свои преимущества. Так, к примеру, импульсный блок питания характеризуется высоким коэффициентом полезного действия и значительно большей мощностью по сравнению с трансформаторными агрегатами. В тоже время линейный источник питания обладает такими достоинствами как простота и надежность конструкции, а также низкая стоимость ремонта и ценовая доступность запчастей.

Линейный блок питания

Традиционным блоком питания является линейный блок. Его конструкция состоит из автотрансформатора и понижающего трансформатора. Также имеется выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное. Преимущественное большинство моделей укомплектовано выпрямителем, состоящим из одного или четырёх диодов, составляющих так называемые диодный мост. При этом есть и другие конструкционные схемы, но они используются гораздо реже. В некоторых моделях после выпрямителя может быть инсталлирован специальный фильтр, который стабилизирует колебания в сети. Как правило, эту функцию выполняет высокоемкостный конденсатор. В некоторых моделях предусмотрены фильтры высокочастотных помех, стабилизаторы тока и напряжения и многое другое. Простейший линейный блок питания, возможно, сделать своими руками, при этом, основным и самым дорогим компонентом является понижающий трансформатор – Т1.

Схема линейного блока питания

Среди мастеров, которые специализируются на ремонте и обслуживании электроники и радиотехники, самым востребованным линейным блоком питания считается модель с выходными характеристиками напряжения в регулируемом диапазоне 0-30 В и тока в диапазоне 0-5А, например — источник питания постоянного тока YIHUA-305D . Этот блок представляет собой высокоточный агрегат, с помощью которого можно легко и тонко настраивать параметры переменного тока и напряжения в установленных номинальных рамках. Оборудование функционирует в двойном режиме – цифровой индикатор одновременно показывает актуальные показатели напряжение и выходного тока. Кроме того, данная модель имеет режим защиты от короткого замыкания (кз), перегрузки по току и функцию самовосстановления.

Импульсный блок питания

В наши дни преимущественное большинство используемых блоков питания – это агрегаты импульсного типа. Эти блоки представляют собой фактически инверторную систему. Принцип их работы прост – происходит предварительное выпрямление входного напряжения, после чего оно преобразуется в импульсы с увеличенной частотой и необходимыми параметрами скважности. В импульсных блоках питания используются небольшие трансформаторы, которых более чем достаточно, поскольку увеличение частоты повышает эффективность трансформатора, а значит нет необходимости в больших габаритах. Нередко сердечник трансформатора изготавливается из ферромагнитных материалов, что, помимо всего прочего, существенно облегчает конструкцию.

Что же обеспечивает стабилизацию напряжения? Эту функцию берёт на себя отрицательная обратная связь, которая поддерживает выходное напряжение на одном уровне. При этом не учитывается величина нагрузки и колебания входного напряжения. Импульсный блок питания, также возможно сделать, своими руками, но в этом случае основными компонентами являются, линейный регулятор — LM7809, либо ШИМ контроллер TL494, а также импульсный трансформатор Т1.

Схема простого импульсного блока питания

Наиболее востребованным среди профессионалов импульсным агрегатом, который пользуется спросом и среди любителей, и среди профессионалов, считается импульсный блок питания MAISHENG MS305D – эталон компактности и удобства. Этот лабораторный источник импульсного типа идеально подходит для стабильной работы самых разных электронных схем и устройств. Конструкцией предусмотрена возможность настраивать параметры переменного тока в диапазоне от 0 до 5 А и напряжения от 0 до 30 В, защита от кз, перегрева и перегрузки по току. Данная модель укомплектована плавными регуляторами, которые облегчают точный подбор напряжения и тока. Прибор оснащен удобным цифровым дисплеем, на котором в реальном времени отображаются параметры напряжения и переменного тока.

Какие бывают схемы

Лабораторные блоки по своей работе делятся на несколько типов, разделенные по схемам блоков питания:

• Однополярная схема;
• Двуполярная;
• Лабораторный, импульсный.

Обратите внимание, основная конструкция всех блоков питания, вне зависимости от их типа, как правило, собрана на обыкновенном трансформаторе напряжения. Либо, если это необходимо, на импульсном трансформаторе, что встречается намного реже.

Схемы блоков питания

Напряжение лабораторного БП располагается в интервале от 0 до 35 вольт. Для этой цели подходят схемы, по которым можно собрать следующие БП:

• однополярный;
• двуполярный;
• лабораторный импульсный.

Конструкции подобных устройств обычно собраны либо на обычных трансформаторах напряжения (ТН), либо на импульсных трансформаторах (ИТ).

Внимание! Отличие ИТ от ТН в том, что на обмотки ТН подается синусоидальное переменное напряжение, а на обмотки ИТ приходят однополярные импульсы. Схема включения обоих абсолютно идентична.

Импульсный трансформатор

Простой лабораторный

Однополярный БП с возможностью регулировать выходное напряжение можно собрать по схеме, в которую входят:

• понижающий трансформатор Tr ( 220/12…30 В);
• диодный мост Dr для выпрямления пониженного переменного напряжения;
• электролитический конденсатор С1 (4700 мкФ*50В) для сглаживания пульсации переменной составляющей;
• потенциометр для регулировки выходного напряжения Р1 5 кОм;
• сопротивления R1, R2, R3 номиналом 1кОм, 5,1 кОм и 10 кОм, соответственно;
• два транзистора: Т1 КТ815 и Т2 КТ805, которые желательно установить на теплоотводы;
• для контроля напряжения на выходе устанавливают цифровой вольтамперметр, с интервалом измерений от 1,5 до 30 В.

В коллекторную цепь транзистора Т2 включены: С2 10 мкф * 50 В и диод Д1.

Схема простого БП

К сведению. Диод устанавливают для защиты С2 от переполюсовки при подключении к аккумуляторам для подзарядки. Если такая процедура не предусмотрена, можно заменить его перемычкой. Все диоды должны выдерживать ток не менее 3 А.

Печатная плата простого БП

Двухполярный источник питания

Для питания усилителей низкой частоты (УНЧ), имеющих два “плеча” усиления возникает необходимость в применении двухполярного БП.

Важно! Если монтировать лабораторный БП, стоит остановить внимание именно на аналогичной схеме. Источник питания должен поддерживать любые форматы выдаваемого постоянного напряжения.

Двухполярный ИП на транзисторах

Для такой схемы допустимо применять трансформатор с двумя обмотками на 28 В и одной на 12 В. Первые две – для усилителя, третья – для питания охлаждающего вентилятора. Если таковой не окажется, то достаточно двух обмоток равного напряжения.

Для регулировки выходного тока применены наборы резисторов R6-R9, подключаемые с помощью сдвоенного галетного переключателя (5 положений). Резисторы подбирают такой мощности, чтобы они выдерживали ток более 3 А.

Внимание! Установленные светодиоды гаснут при срабатывании защиты по току, если он превышает значение 3 А.

Переменный резистор R нужно брать сдвоенный номиналом 4.7 Ом. Так проще осуществлять регулировку по обоим плечам. Стабилитроны VD1 Д814 соединены последовательно для получения 28 В (14+14).

Для диодного моста можно взять диоды подходящей мощности, рассчитанные на ток до 8 А. Допустимо устанавливать диодную сборку типа KBU 808 или аналогичную. Транзисторы КТ818 и КТ819 необходимо установить на радиаторы.

Подбираемые транзисторы должны иметь коэффициент усиления от 90 до 340. БП после сборки не требует специальной наладки.

Лабораторный импульсный бп

Отличительной чертой ИПБ является рабочая частота, которая в сто раз выше частоты сети. Это дает возможность получить большее напряжение при меньшем количестве витков обмотки.

Информация. Чтобы получить 12 В на выходе ИПБ с током 1 А для сетевого трансформатора достаточно 5 витков при сечении провода 0,6-0,7 мм.

Простой полярный ИП можно собрать, используя импульсные трансформаторы от компьютерного БП.

Лабораторный блок питания своими руками можно собрать по схеме приведенной ниже.

Схема импульсного блока питания

Данный источник питания собран на микросхеме TL494.

Важно! Для управления Т3 и Т4 используется схема, в которую входит управляющий Тr2. Это связано с тем, что встроенные ключевые элементы микросхемы не имеют достаточной мощности.

Трансформатор Тr1 (управляющий) берут от компьютерного БП, он «раскачивается» при помощи транзисторов Т1 и Т2.

Особенности сборки схемы:

• для минимизации потерь при выпрямлении используют диоды Шоттки;
• ESR электролитов в фильтрах на выходе должен быть как можно ниже;
• дроссель L6 от старых БП применяют без изменения обмоток;
• дроссель L5 перематывают, намотав на ферритовое кольцо медный провод диаметром 1,5 мм, набрав 50 витков;
• Т3, Т4 и D15 крепят на радиаторы, предварительно отформатировав выводы;
• для питания микросхемы, управления током и напряжением применяют отдельную схему на Tr3 BV EI 382 1189.

Вторичная обмотка выдает 12 В, которые выпрямляются и сглаживаются при помощи конденсатора. Микросхема линейного стабилизатора 7805 стабилизирует его до 5 В для питания схемы индикации.

Внимание! Допустимо использовать в этом БП любую схему вольтамперметра. В таком случае микросхема для стабилизации 5 В не понадобится.

Изготовление печатной платы и сборка

Блок питания для шуруповерта 12в своими руками

Схема подразумевает изготовление трёх печатных плат. Платы подбираются для корпуса Kradex Z4A.

Расположение плат в корпусе Kradex Z4A

Платы выполнены из фольгированного гетинакса путем фотопечати и протравки дорожек.

Настройка блока питания

Паяльная станция своими руками

Правильно собранное устройство не нуждается в особой регулировке. Необходимо лишь подстроить диапазоны регулировки тока и напряжения.

Четыре операционных усилителя в микросхеме LM324 осуществляют регулировку тока и напряжения. Микросхема питается через фильтр, собранный на L1, C1 и С2.

Чтобы настроить схему регулировки, нужно подобрать элементы, помеченные звёздочкой, для маркировки регулирующих диапазонов.

Индикация

Блок питания из энергосберегающих ламп

Для индикации обычно используются устройства индикации и модуль измерения на микроконтроллерах. Питание таких контроллеров лежит в пределах 3-5 В.

Рекомендации по улучшению надежности

Лабораторный бп должен простоять под нагрузкой не менее 2 часов. После этого проверяют температуру корпусов трансформаторов, работу теплоотводов. При намотке трансформаторов для снижения шума при работе намотку обмоток осуществляют плотно виток к витку. Готовую конструкцию заливают парафином. При установке элементов на радиаторы места контактов промазывают теплопроводящей пастой.

В корпусе просверливают ряд отверстий, напротив теплоотводов, сверху дополнительно устанавливают кулер.

Защита блока питания

Токовая стабилизация (защита) микросхемы LM324 срабатывает при превышении установленного токового порога. В этом случае на микросхему приходит сигнал о понижении напряжения. Красный светодиод служит индикатором повышения напряжения или возникновения короткого замыкания. В рабочем режиме светится зеленый светодиод.

Советы по оформлению корпуса

Корпус Kradex Z4A позволяет выводить элементы управления и индикации, как на лицевую, так и на боковые панели. Ручки регулировки, индикатор лучше всего устанавливать на лицевую панель. Разъем для выходного напряжения можно крепить где угодно.

Внешний вид самодельного ИБП

Собранный своими руками лабораторный блок питания с использованием мощных полевых транзисторов и импульсных трансформаторов незаменим для работы. В качестве индикаторов желательно использовать цифровые электронные ампервольтметры.

Видео ролик изготовления блока питания:

Видео ролик подключения вольтамперметра DSN-VC288

на 100В и 10А (подробное описание дам в отдельной статье):

Инструменты, которые пригодятся при изготовлении нашего прибора:

1. Паяльник.
2. Отвертки.
3. Сверлильный станок или дрель.
4. Сверла.
5. Напильник или надфиль.
5. Наждачная шкурка.
6. Канцелярский нож.
7. Гаечные ключи.
8. Измерительный инструмент, как минимум линейка.
9. Начертательный инструмент, карандаш.
10. Кернер.
11. Пассатижи или плоскогубцы.
12. Отрезная машинка (болгарка) с отрезным кругом и шлифовальным.

Нужные Расходные материалы:

1. Припой.
2. Паяльная кислота.
3. Болты и гайки.
4. Монтажные провода.
5. Повышающий преобразователь напряжения.
6. Вольтамперметр 100В, 10А.
7. Вилочки, разъемчики и прочая мелочь.
8. Выключатель.
9. Переменный резистор.
10. Термоусадочные трубки.

Порядок изготовления регулируемого блока питания:

1. Найти старый, рабочий компьютерный блок питания.
2. Вскрыть, основательно, но аккуратно почистить от накопившейся пыли и грязи.
3. Выпаять из связки лишние провода, оставить черный минус питания, желтый 12В плюс, оранжевый 3.3В плюс, красный 5В плюс, и зеленый для включения блока питания.
4. На лицевой панели блока питания высверлить и развернуть напильником отверстия для монтажа приборов контроля, ручек управления и разъемов снятия напряжения с нашего прибора.
5. Выпаять из повышающего преобразователя напряжения подстроечный резистор, на его место впаять переменный резистор 10 ком.
6. Провести пайку проводов блока питания, подробно показано в видео ролике, не пугайтесь, все очень просто, главная проблема не обжечь пальцы паяльником :-).
7. На лицевой панели разместить и закрепить вольтамперметр, ручку управления, выключатель и разъемы снятия напряжения.
8. Подключить подготовленные провода к вольтамперметру, ручке управления, выключателю и разъемам снятия напряжения.
9. Подключенный через монтажные провода повышающий преобразователь напряжения разместить и зафиксировать в нашем блоке питания. Штатное место показано в видеоролике.
10. Собрать корпус получившегося блока питания.
11. Подключить блок питания к сети 220В.
12. Щелкнуть тумблером включения прибора.
13. На вольтамперметре должно высветится напряжение.
14. Провести настройку и тестирование регулируемого блока питания под нагрузкой.

Технический анализ:

Плюсы:
1. бюджетные затраты на комплектующие конструкции.
2. достаточная компактность.
3. Простота изготовления.
4. Простота эксплуатации.
Минусы:
1. Недостаточная точность прибора, от 10 мА.
2. Напряжение регулируется от 12В. 3.3 и 5В фиксированное напряжение. Но над этим работаем.

Преимущества лабораторного блока питания

Сначала отметим особенности БП, который мы собираемся изготовить:

1. Выходное напряжение регулируется в пределах 0–30 В.
2. Защита от перегрузки и неправильного подключения.
3. Низкий уровень пульсаций (постоянный ток на выходе лабораторного блока питания мало чем отличается от постоянного тока батареек и аккумуляторов).
4. Возможность установки предела по силе тока до 3 Ампер, после которого БП будет уходить в защиту (очень удобная функция).
5. На блоке питания путем короткого замыкания (КЗ) «крокодилов» устанавливается максимально допустимый ток (ограничение по току, которое вы выставляете переменным резистором по амперметру). Следовательно — перегрузки не страшны, поскольку в этом случае сработает светодиодный индикатор, обозначающий превышение установленного уровня тока.

Лабораторный блок питания — схема

Схема лабораторного блока питания
Теперь рассмотрим по порядку схему. Она есть в Сети уже давно. Поговорим отдельно о некоторых нюансах.
Итак, цифры в кружочках — это контакты. К ним надо припаивать провода, которые пойдут на радиоэлементы.

• Смотрите также, как сделать блок питания на низкие напряжения

Обозначение кружочков на схеме:

• 1 и 2 — к трансформатору.
• 3 (+) и 4 (-) — выход постоянного тока.
• 5, 10 и 12 — на P1.
• 6, 11 и 13 — на P2.
• 7 (К), 8 (Б), 9 (Э) — к транзистору Q4.

На входы 1 и 2 от сетевого трансформатора подается переменное напряжение 24 В. Трансформатор должен быть габаритным, чтобы в нагрузку он легко мог выдавать до 3 А (его можно купить или намотать).
Диоды D1…D4 соединены в диодный мост. Можно взять 1N5401…1N5408, какие-нибудь другие диоды и даже готовые диодный мосты, которые могут выдержать прямой ток до 3 А и выше. Мы использовали диоды таблетки КД213.

Микросхемы U1, U2, U3 представляют собой операционные усилители. Их расположение выводов, если смотреть сверху:

На восьмом выводе написано «NC» — это значит, что его не надо цеплять ни к минусу, ни к плюсу питания. В схеме выводы 1 и 5 также никуда не цепляются.

• Смотрите также пошаговую инструкцию по созданию блока питания в ящике для инструментов

Транзистор Q1 марки ВС547 или BC548. Ниже представлена его распиновка:

Схема распиновки транзистора Q1
Транзистор Q2 лучше взять советский КТ961А. Но не забудьте его поставить на радиатор

Транзистор Q3 марки BC557 или BC327:

Транзистор Q4 исключительно КТ827!

Вот его распиновка:

Схема распиновки транзистора Q4
Переменные резисторы в этой схеме ввести в замешательство — это. Они здесь обозначены следующим образом:

Схема ввода переменных резисторов
У нас они обозначаются так:

Приведём также список компонентов:

• R1 = 2,2 кОм 1W
• R2 = 82 Ом 1/4W
• R3 = 220 Ом 1/4W
• R4 = 4,7 кОм 1/4W
• R5, R6, R13, R20, R21 = 10 кОм 1/4W
• R7 = 0,47 Ом 5W
• R8, R11 = 27 кОм 1/4W
• R9, R19 = 2,2 кОм 1/4W
• R10 = 270 кОм 1/4W
• R12, R18 = 56кОм 1/4W
• R14 = 1,5 кОм 1/4W
• R15, R16 = 1 кОм 1/4W
• R17 = 33 Ом 1/4W
• R22 = 3,9 кОм 1/4W
• RV1 = 100K многооборотный подстроечный резистор
• P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
• C1 = 3300 uF/50V электролитический
• C2, C3 = 47uF/50V электролитический
• C4 = 100нФ
• C5 = 200нФ
• C6 = 100пФ керамический
• C7 = 10uF/50V электролитический
• C8 = 330пФ керамический
• C9 = 100пФ керамический
• D1, D2, D3, D4 = 1N5401…1N5408
• D5, D6 = 1N4148
• D7, D8 = стабилитроны на 5,6V
• D9, D10 = 1N4148
• D11 = 1N4001 диод 1A
• Q1 = BC548 или BC547
• Q2 = КТ961А
• Q3 = BC557 или BC327
• Q4 = КТ 827А
• U1, U2, U3 = TL081, операционный усилитель
• D12 = светодиод

Как сделать лабораторный блок питания своими руками — печатная плата и пошаговая сборка

Теперь рассмотрим пошагово сборку лабораторного блока питания своими руками. Трансформатор у нас есть уже готовый от усилителя. Напряжение на его выходах составило порядка 22 В. Подготавливаем корпус для БП.

Делаем с помощью ЛУТа печатную плату:

Схема печатной платы для лабораторного блока питания
Протравливаем её:

Смываем тонер:

Сверлим отверстия:

Запаиваем кроватки для операционных усилителей и остальные радиоэлементы, кроме переменных резисторов и двух мощных транзисторов (они будут лежать на радиаторе):

Вот, как плата должна выглядеть уже с полным монтажом:

Теперь нужно подготовить место под плату в корпусе нашего лабораторного блока питания:

Приделываем к корпусу радиатор:

Не забываем и про кулер для охлаждения транзисторов:

Вот наш лабораторный блок питания уже в готовом виде.

Видеоинструкция по сборке лабораторного блока питания своими руками:

Программируемые и управляемые модули для ЛБП

Программируемый модуль RD6006 Управляемый модуль DPX6005S Мощный преобразователь DPS5015

Простой способ собрать для себя лабораторный источник питания — это взять управляемый модуль-преобразователь со стабилизацией питания. Одни из самых мощных на Алиэкспресс — это модули RD DPS5015 и DPS5020, с выходными токами 15 и 20 Ампер соответственно. Для удаленного управления выбирайте версии «С» — communication для работы через USB/Bluetooth/Wi-Fi. Модули RD DPH5005 имеют встроенный Buck Boost конвертер для повышения напряжения (можно питать 12/24 вольта и получить на выходе, 30-40-50В. Один из самых продвинутых программируемых преобразователей питания — это модель RD 6006 (подробный обзор). Предыдущий список модулей с интересными вариантами.

Компактные преобразователи питания

Компактный Buck Boost конвертер до 30V Источник питания с регулировкой 72W USB преобразователь питания DP3A 15W

Не всегда нужны громоздкие источники и приборы, но достаточно бывает компактного преобразователя для подключения и быстрого теста самоделок. На выбор могу предложить несколько вариантов. Например, простой карманный источник питания, который работает от USB зарядки или павербанка — DP3A, с поддержкой быстрой зарядки QC3.0 и возможностью выставить нужный ток или напряжение со стабилизацией до 15W. Подробный обзор DP3A по ссылке. Чуть мощнее и в отдельном корпусе под блочный монтаж — преобразователь 32В/4А с встроенными защитами (OVP/OСР/ОРР) и стабилизацией тока и напряжения CC/CV, а также возможностью поднять выходное напряжение (Buck Boost). Еще один полезный для домашних самоделок источник — простой блок питания наподобие ноутбучного, но со встроенным показометром и регулировкой. Заявлена стабилизация напряжения мощность до 72W (максимум 3А на выходе).

Стационарные источники питания все-в-одном

Блок питания KORAD KA3005D Блок питания NPS 1601 Блок питания Wanptek 3010/6005

Для стационарной работы я бы рекомендовал иметь дома хотя бы один мощный источник типа KORAD. Цифры в названии подобных ЛБП обычно показывают максимальные режимы питания: 30/60 Вольт и 5/10 Ампер. То есть KORAD KA3005 — это 30В/5А, модели 6005 стабилизирует большее выходное напряжение, а типа 3010 — больший ток (до 10 А). Плюс подобных источников — встроенный сетевой преобразователь на 220В.

Модули сетевого питания для сборки ЛБП

Импульсный источник питания 5/12/24/36/48/60V

Для питания управляемых модулей нужен сетевой преобразователь. Я бы не рекомендовал брать дешевые «народные» платы питания, а предложил бы посмотреть в сторону корпусных БП. В таких уже продумано охлаждение и монтаж, присутствует некоторая регулировка выхода. На выбор предлагаются источники с выходным напряжением на 5V, 12V, 24V, 36V, 48V, 60V и мощностью  до 400 Вт. Конечно, можно использовать и компьютерные источники питания АТХ (с выходом 12В и преобразователем типа DPH5005, или с переделкой для повышения выходного напряжения), и другие от старой аппаратуры.

Таким образом, можно на базе готовых модулей и источников тока создать свой удобный и точный блок лабораторного питания. За основу можно взять как старую технику, так и полностью готовые комплектующие с Алиэкспресс и радиомагазинов. Цены варьируются от $5 за простой преобразователь с экраном и стабилизацией, и до $100 за мощное устройство. Из полезных функций — наличие Buck Boost конвертера, который помогает повышать напряжение при недостатке входного, функция заряда аккумуляторов (с наличием встроенной защиты и счетчиков емкости), функция стабилизации тока, функции удаленного управления.

RD6006 лабораторный источник питания точный блок питания мощный блок питания блок питания с алиэкспресс korad gophert dpx6005 dps5020 управляемый источник питания блок питания для гальваники источник питания блок питания блок питания со стабилизацией Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

Фото лабораторных блоков питания своими руками