Блок питания 0-30В 10А

Этот довольно мощный блок питания выдаёт стабилизированное напряжение от 1 до 30 вольт при токе до 10 ампер.
В отличие от других БП, описанных на этом сайте, он обладает, кроме вольтметра, функцией измерения тока, что может быть применено, например, в гальванике.
На передней панели находятся (сверху вниз):
- зелёный светодиод включения БП;
- красный светодиод срабатывания защиты по току;
- головка измерения напряжения (верхняя шкала) и тока (нижняя шкала);
- слева от значка- переключатель индикации напряжения- тока;
- справа от значка- кнопка сброса защиты по току;
- регулятор выходного напряжения;
- клеммы подключения нагрузки.

Трансформатор должен иметь мощность от 300 Вт с напряжением на вторичке от 23 вольт переменки с выводом от средины вторички. Вывод нужен для реализации схемы защиты по току (внизу). На транзисторе Т1 собран ключ защиты. Падение напряжения на резисторе R2 приводит к открытию этого транзистора, срабатывает тиристорная оптопара АОУ103, срабатывает реле, контакты которого разрывают нагрузку на выходе БП и зажигают красный светодиод. После срабатывания защиты лучше сбросить переменником напряжение и кнопкой ПУСК вернуть блок в работу. Сам стабилизатор собран на стабилизаторе DA2 и двух мощных транзисторах VT3 и VT4, работающих в параллель.

Тут я привёл распальцовку:) кое каких активных элементов, чтобы вам не пришлось рыться в справочниках.
Не забудьте, на корпусе транзисторов 2N3055 находится коллектор, поэтому они должны быть изолированы от радиатора слюдяной или керамической прокладкой, смазанной кремнеорганической смазкой для теплопроводности.

Передняя панель с обратной стороны распаяна без каких либо сюрпризов. Схема с подстроечными резисторами для калибровки измеряемого тока и напряжения смонтирована прямо на выводах измерительной головки.

Вид на правую стенку изнутри.
Ближе к углу крепится реле. Типа реле не знаю, рабочее напряжение на обмотке 12 вольт постоянки, сопротивление обмотки 123 ом, ток 84 мА. Нормальнозамкнутые контакты коммутируют нагрузку, нормальноразомкнутые на сигнализацию срабатывания защиты (красный светодиод).
На переднем плане силовые транзисторы на медном радиаторе через керамические прокладки. Медь применена как отличный теплопроводящий материал, уступающий в этом отношении лишь серебру. Медный радиатор передаёт тепло дальше на дюралевый радиатор. Под транзисторами токовыравнивающие резисторы R9 и R10.
Под реле находится балластный резистор, падение напряжения на котором измерительная головка работает в режиме измерения тока. Конкретных цифр не буду приводить, всё зависит от того, какую головку найдёте. Скажу лишь как этот резистор можно изготовить. Во первых, сопротивление его по вашим рассчётам будет довольно мало, а во- вторых, его сопротивление должно быть довольно точным. Поэтому находим нихром. Не важно какого диаметра, ведь можно сыграть количеством проводов. Главное, нужно измерить его диаметр и по таблицам, которые я приводил , определяете его погонное сопротивление. Этого уже достаточно, чтобы по закону Ома высчитать длину и количество проволочек. Далее собираем проволочки в пучёк, засовываем в медные трубочки подходящего диаметра и сплющиваем их с соблюдением необходимой длины проволочек. Всё, балластник готов. Его можно припаивать к контактам.

Левая и задняя стенка.
Вверху левой стенки крепится печатная плата, на которой и находится вся мелочёвка. Схема печатной платы и её вид далее.
К самому радиатору левой стенки крепится силовая диодная сборка BB36931. Она работает до 80 вольт при токе до 10 ампер. Для качественного теплового контакта садим на кремнеорганическую мазь. Я использую для этого виксинт. Эта сборка хороша тем, что изолирующих прокладок не требуется.
На задней панели находятся предохранители и основной конденсатор. Конденсатор на всякий случай зашунтирован резистором.

Слева схема печатной платы со стороны навесных элементов. Справа с обратной стороны. Далее- уже виды вживую.

Расположение элементов внутреннего устройства блока питания не произвольно. Все они расположены таким образом, чтобы при сборке всех стенок вместе, они не мешали друг другу, а каждый выступ входил в соответствующее углубление. Что и видно на следующем фото.
Ну и, наконец, задняя стенка снаружи. Не мучайте себя напрасно, ведь зачастую при переноске шнурок болтается и мешает. Сделайте кронштейны для намотки провода и подберите его длину для наиболее удобной намотки. Не берите пример с заводских изделий. Ведь их делают не для людей, а для продажи. А вы всё же делаете для себя, любимого:)
К тому же на этих кронштейнах блок может работать лёжа на спине.

Характеристики блока питания: Выходное напряжение регулируется от 0 до 30 вольт. Выходной ток 5 ампер. Падение напряжения при токе от 1 до 6 ампер ничтожно мало и на выходных показателях не отражается. Данный блок питания содержит три основных узла: внутренний сетевой узел питания VD1- VD4, C1- C7, DA1, DA2, узел защиты от перегрузки и короткого замыкания на VS1, R1- R4, VD3 и основной узел - регулируемый стабилизатор напряжения VT2- VT7, VD4-VD5, R4-R14, C8. Диод HL1 индицирует перегрузку по току или короткому замыканию в нагрузке.

Основной узел - регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа. Он содержит входную дифференциальную ступень на транзисторах VT5, VT7, две ступени усиления на транзисторах VT3 и VT2, и регулирующий транзистор VT 1. Элементы VT4, VT6, VD4, VD5, R5 - R8, R10 образуют стабилизаторы тока. Конденсатор C8 предотвращает самовозбуждение блока. Выходное напряжение регулируется резистором R13. Верхняя граница напряжения - подстроечным резистором R14. Конструкция и детали. Мощность трансформатора T1 должна быть не менее 100 - 160 ватт, ток обмотки II - не менее 4 - 6 ампер. Ток обмотки III - в пределах 1...2 ампер. Транзистор VT1 следует устанавливать на ребристые алюминиевые радиаторы площадью более 1450 кв.см. Резистор R4 подбирают экспериментально, по току срабатывания защиты.
Резисторы R 7 и R 14 - многооборотные СП5-2. Резистор - R13 любой переменный. Микросхемы DA1 и DA2 можно заменить аналогичными отечественными КР142ЕН5А и КР1162ЕН5А. Их мощность позволяет стабилизированное напряжение ± 5 вольт для питания внешних нагрузок с током потребления до 1 ампер. Данной нагрузкой является цифровая панель, которая используется для цифровой индикации напряжения и тока в блоках питания. Если не использовать цифровую панель, то микросхемы DA1 и DA2 можно заменить микросхемами 78L05 и 79L05. Диоды VD3 - VD5 можно заменить на диоды КД522Б. Цифровая панель состоит из входного делителя напряжения и тока, микросхемы КР572ПВ2А и индикации из четырех семисегментных светодиодных индикаторов. Резистор R4 цифровой панели состоит из двух отрезков константанового провода =1 мм и длиной 50 мм. Разница в номинале резистора должна превышать 15 - 20 %. Резисторы R2 и R6 марки СП5-2 и СП5-16ВА. Переключатель режимов индикации напряжения и тока типа П2К. Микросхема КР572ПВ2А представляет собой преобразователь на 3,5 десятичных разрядов, работающий по принципу последовательного счета с двойным интегрированием, с автоматической коррекцией нуля и определением полярности входного сигнала. Для индикации использовались импортные светодиодные семисегментные индикаторы KINGBRIGT DA56 - 11 SRWA с общим анодом. Конденсаторы С2 - С4 желательно применять пленочные типа К73-17. Вместо импортных семисегментных светодиодов можно применить отечественные с общим анодом типа АЛС324Б.
Все радиокомпоненты устройства:
VD1 - VD4 - RS600
VD5 - VD8 - КС407А
VD9 - АЛ307Б
VD10 - КД102А
VD11 - 1N4148
VD12 - 1N4148
C1 - 10000 мкФ х 50 вольт
C2 - 100 мкФ
C3 - 100 мкФ
C4 - 10 мкФ
C5 - 10 мкФ
C6 - 10 n
C7 - 10 n
C8 - 33 n
R1 - 330 Ом
R2 - 3 кОм
R3 - 33 Ом
R4 - 2,4 кОм
R5 - 150 Ом
R6 - 2,2 кОм
R7 - 10 кОм
R8 - 330 кОм
R9 - 6,8 кОм
R10 - 1 кОм
R11 - 5,1 кОм
R12 - 5,1 кОм
R13 - 10 кОм
R14 - 2,2 кОм
VT1 - КТ827А
VT2 - КТ815Г
VT3 - КТ3107А
VT4 - КТ3102А
VT5 - КТ315Д
VT6 - КТ315Д
VT7 - КТ315Д

После включения питания и безошибочном монтаже, при исправных деталях должны засветиться сегменты индикации HG1- HG3. По вольтметру резистором R2 на выводе 36 микросхемы КР572ПВ2 выставляется напряжение 1 вольт. К ножкам (а) и (b) подключают блок питания. На выходе блока питания устанавливают напряжение 5...15 вольт и подбирают резистор R 10 (грубо), заменив его, на время, переменным.

С помощью резистора R8 устанавливают более точное показание напряжения. После чего, к выходу блока питания подсоединяют переменный резистор мощностью 10 ... 30 ватт, по амперметру выставляют ток равным 1 ампер и резистором R 6 выставляют значение на индикаторе. Показание должно быть 1,00. При токе 500 мА - 0,50, при токе 50 мА - 0,05. Таким образом, индикатор может индицировать ток от 10 мА, то есть 0,01.
Максимальное значение индикации тока 9,99 ампер. Для большей разрядности индикации можно применить схему на КР572ПВ6. Контактные площадки U и I на печатной плате цифровой панели, с помощью гибких проводников подключаются к точкам соответствующих индикаторов HG 2 и HG 1. Микросхему КР572ПВ2А можно заменить на импортную микросхему ICL7107CPL.

Простейший блок питания 0-30 Вольт для радиолюбителя.

Схема.

В этой статье мы продолжаем тему схемотехники блоков питания для радиолюбительских лабораторий. На сей раз речь пойдет о самом простом устройстве, собранном из радиодеталей отечественного производства, и с минимальным их количеством.

И так, принципиальная схема блока питания:

Как видите, все просто и доступно, элементная база имеет широкое распространение и не содержит дефицитов.

Начнем с трансформатора. Мощность его должна быть не менее 150 Ватт, напряжение вторичной обмотки - 21…22 Вольта, тогда после диодного моста на емкости С1 вы получите порядка 30 Вольт. Рассчитывайте так, чтобы вторичная обмотка могла обеспечивать ток 5 Ампер.

После понижающего трансформатора стоит диодный мост, собранный на четырех 10-ти амперных диодах Д231. Запас по току конечно хороший, но конструкция получается довольно громоздкая. Наилучшим вариантом будет использование импортной диодной сборки типа RS602, при небольших габаритах она рассчитана на ток 6 Ампер.

Электролитические конденсаторы рассчитаны на рабочее напряжение 50 Вольт. С1 и С3 можно ставить от 2000 до 6800 мкФ.

Стабилитрон Д1 - он задает верхний предел регулировки выходного напряжения. На схеме мы видим надпись Д814Д х 2 , это значит, что Д1 состоит из двух последовательно соединенных стабилитронов Д814Д. Напряжение стабилизации одного такого стабилитрона составляет 13 Вольт, значит два последовательно соединенных дадут нам верхний предел регулировки напряжения 26 вольт минус падение напряжения на переходе транзистора Т1. В результате вы получите плавную регулировку от нуля до 25 вольт.
В качестве регулирующего транзистора в схеме применен КТ819, они выпускаются в пластиковых и металлических корпусах. Расположение выводов, размеры корпусов и параметры этого транзистора смотрите на следующих двух изображениях.

Сделать блок питания своими руками имеет смысл не только увлеченному радиолюбителю. Самодельный блок электропитания (БП) создаст удобства и сэкономит немалую сумму также в следующих случаях:

Для питания низковольтного электроинструмента, ради экономии ресурса дорогостоящей аккумуляторной батареи (АКБ);
Для электрификации помещений особо опасных по степени поражения электротоком: подвалов, гаражей, сараев и т.п. При питании их переменным током большая его величина в низковольтной проводке способна создать помехи бытовой технике и электронике;
В дизайне и творчестве для точной, безопасной и безотходной резки нагретым нихромом пенопласта, поролона, легкоплавких пластиков;
В светодизайне – использование специальных БП позволит продлить жизнь светодиодной ленты и получить стабильные световые эффекты. Питание подводных осветителей , и пр. от бытовой электросети вообще недопустимо;
Для зарядки телефонов, смартфонов, планшетов, ноутбуков вдали от стабильных источников электропитания;
Для электроакупунктуры;
И многих других, не имеющих прямого отношения к электронике, целей.

Допустимые упрощения

Профессиональные БП рассчитываются на питание нагрузки любого рода, в т.ч. реактивной. В числе возможных потребителей – прецизионная аппаратура. Заданное напряжение профи-БП должен поддерживать с высочайшей точностью неопределенно долгое время, а его конструкция, защита и автоматика должны допускать эксплуатацию неквалифицированным персоналом в тяжелых условиях, напр. биологами для питания своих приборов в теплице или в экспедиции.

Любительский лабораторный блок питания свободен от этих ограничений и поэтому может быть существенно упрощен при сохранении достаточных для собственного употребления качественных показателей. Далее, путем также несложных усовершенствований, из него можно получить БП специального назначения. Чем мы сейчас и займемся.

Сокращения

КЗ – короткое замыкание.
ХХ – холостой ход, т.е. внезапное отключение нагрузки (потребителя) или обрыв в ее цепи.
КСН – коэффициент стабилизации напряжения. Он равен отношению изменения входного напряжения (в % или разах) к такому же выходного при неизменном токе потребления. Напр. напряжение сети упало «по полной», с 245 до 185В. Относительно нормы в 220В это будет 27%. Если КСН БП равен 100, выходное напряжение изменится на 0,27%, что при его величине 12В даст дрейф в 0,033В. Для любительской практики более чем приемлемо.
ИПН – источник нестабилизированного первичного напряжения. Это может быть трансформатор на железе с выпрямителем или импульсный инвертор напряжения сети (ИИН).
ИИН – работают на повышенной (8-100 кГц) частоте, что позволяет использовать легкие компактные трансформаторы на феррите с обмотками из нескольких-нескольких десятков витков, но не лишены недостатков, см. ниже.
РЭ – регулирующий элемент стабилизатора напряжения (СН). Поддерживает на выходе заданную его величину.
ИОН – источник опорного напряжения. Задает эталонное его значение, по которому совместно с сигналами обратной связи ОС устройство управления УУ воздействует на РЭ.
СНН – стабилизатор напряжения непрерывного действия; попросту – «аналоговый».
ИСН – импульсный стабилизатор напряжения.
ИБП – импульсный блок питания.

Примечание: как СНН, так и ИСН могут работать как от ИПН промышленной частоты с трансформатором на железе, так и от ИИН.

О компьютерных БП

ИБП компактны и экономичны. А в кладовке у многих валяется БП от старого компа, морально устаревший, но вполне исправный. Так нельзя ли приспособить импульсный блок питания от компьютера для любительских/рабочих целей? К сожалению, компьютерный ИБП достаточно высоко специализированное устройство и возможности его применения в быту/на работе весьма ограничены:

Использовать ИБП, переделанный из компьютерного, обычному любителю целесообразно, пожалуй, только для питания электроинструмента; об этом см. далее. Второй случай – если любитель занимается ремонтом ПК и/или созданием логических схем. Но тогда он уже знает, как для этого приспособить БП от компа:

Нагрузить основные каналы +5В и +12В (красные и желтые провода) нихромовыми спиральками на 10-15% номинальной нагрузки;
Зеленый провод мягкого запуска (слаботочной кнопкой на передней панели системника) pc on замкнуть на общий, т.е. на любой из черных проводов;
Вкл/выкл производить механически, тумблером на задней панели БП;
При механическом (железном) I/O «дежурка», т.е. независимое питание USB портов +5В будет также выключаться.

За дело!

Вследствие недостатков ИБП, плюс их принципиальная и схемотехническая сложность, мы только в конце рассмотрим пару таких, но простых и полезных, и поговорим о методике ремонта ИИН. Основная же часть материала посвящена СНН и ИПН с трансформаторами промышленной частоты. Они позволяют человеку, только-только взявшему в руки паяльник, построить БП весьма высокого качества. А имея его на хозяйстве, освоить технику «потоньше» будет легче.

ИПН

Сначала рассмотрим ИПН. Импульсные подробнее оставим до раздела о ремонте, но у них с «железными» есть общее: силовой трансформатор, выпрямитель и фильтр подавления пульсаций. В комплексе они могут быть реализованы различным образом сообразно назначению БП.

Поз. 1 на Рис. 1 – однополупериодный (1П) выпрямитель. Падение напряжения на диоде наименьшее, ок. 2В. Но пульсация выпрямленного напряжения – с частотой 50Гц и «рваная», т.е. с промежутками между импульсами, поэтому конденсатор фильтра пульсаций Сф должен быть в 4-6 раз большей емкости, чем в прочих схемах. Использование силового трансформатора Тр по мощности – 50%, т.к. выпрямляется всего 1 полуволна. По этой же причине в магнитопроводе Тр возникает перекос магнитного потока и сеть его «видит» не как активную нагрузку, а как индуктивность. Поэтому 1П выпрямители применяются только на малую мощность и там, где по-иному никак нельзя, напр. в ИИН на блокинг-генераторах и с демпферным диодом, см. далее.

Примечание: почему 2В, а не 0,7В, при которых открывается p-nпереход в кремнии? Причина – сквозной ток, о котором см. далее.

Поз. 2 – 2-полупериодный со средней точкой (2ПС). Потери на диодах такие же, как в пред. случае. Пульсация – 100 Гц сплошная, так что Сф нужен наименьший из возможных. Использование Тр – 100% Недостаток – удвоенный расход меди на вторичную обмотку. Во времена, когда выпрямители делали на лампах-кенотронах, это не имело значения, а теперь – определяющее. Поэтому 2ПС используют в низковольтных выпрямителях, преимущественно повышенной частоты с диодами Шоттки в ИБП, однако принципиальных ограничений по мощности 2ПС не имеют.

Поз. 3 – 2-полупериодный мостовой, 2ПМ. Потери на диодах – удвоенные по сравнению с поз. 1 и 2. Остальное – как у 2ПС, но меди на вторичку нужно почти вдвое меньше. Почти – потому что несколько витков приходится доматывать, чтобы компенсировать потери на паре «лишних» диодов. Наиболее употребительная схема на напряжение от 12В.

Поз. 3 – двухполярный. «Мост» изображен условно, как принято в принципиальных схемах (привыкайте!), и повернут на 90 градусов против часовой стрелки, но на самом деле это пара включенных разнополярно 2ПС, как ясно видно далее на рис. 6. Расход меди как у 2ПС, потери на диодах как у 2ПМ, остальное как у того и другого. Строится в основном для питания аналоговых устройств, требующих симметрии напряжения: Hi-Fi УМЗЧ, ЦАП/АЦП и др.

Поз. 4 – двухполярный по схеме параллельного удвоения. Дает без дополнительных мер повышенную симметрию напряжения, т.к. асимметрия вторичной обмотки исключена. Использование Тр 100%, пульсации 100 Гц, но рваные, поэтому Сф нужны удвоенной емкости. Потери на диодах примерно 2,7В за счет взаимного обмена сквозными токами, см. далее, и при мощности более 15-20 Вт резко возрастают. Строятся в основном как маломощные вспомогательные для независимого питания операционных усилителей (ОУ) и др. маломощных, но требовательных к качеству электропитания аналоговых узлов.

Как выбрать трансформатор?

В ИБП вся схема чаще всего четко привязана к типоразмеру (точнее – к объему и площади поперечного сечения Sс) трансформатора/трансформаторов, т.к. использование тонких процессов в феррите позволяет упростить схему при большей ее надежности. Здесь «как-нибудь по-своему» сводится к точному соблюдению рекомендаций разработчика.

Трансформатор на железе выбирают с учетом особенностей СНН, или сообразуются с ними при его расчете. Падение напряжения на РЭ Uрэ не надо брать менее 3В, иначе КСН резко упадет. При увеличении Uрэ КСН несколько возрастает, но гораздо быстрее растет рассеиваемая РЭ мощность. Поэтому Uрэ берут 4-6 В. К нему добавляем 2(4)В потерь на диодах и падение напряжения на вторичной обмотке Тр U2; для диапазона мощностей 30-100 Вт и напряжений 12-60 В берем его 2,5В. U2 возникает преимущественно не на омическом сопротивлении обмотки (оно у мощных трансформаторов вообще ничтожно мало), а вследствие потерь на перемагничивание сердечника и создание поля рассеивания. Попросту, часть энергии сети, «накачанной» первичной обмоткой в магнитопровод, улетучивается в мировое пространство, что и учитывает величина U2.

Итак, мы насчитали, допустим, для мостового выпрямителя, 4+4+2,5 = 10,5В лишку. Прибавляем его к требуемому выходному напряжению БП; пусть это будет 12В, и делим на 1,414, получим 22,5/1,414 = 15,9 или 16В, это будет наименьшее допустимое напряжение вторичной обмотки. Если Тр фабричный, из типового ряда берем 18В.

Теперь в дело идет ток вторички, который, естественно, равен максимальному току нагрузки. Пусть нам нужно 3А; умножаем на 18В, будет 54Вт. Мы получили габаритную мощность Тр, Pг, а паспортную P найдем, поделив Pг на КПД Тр η, зависящий от Pг:

до 10Вт, η = 0,6.
10-20 Вт, η = 0,7.
20-40 Вт, η = 0,75.
40-60 Вт, η = 0,8.
60-80 Вт, η = 0,85.
80-120 Вт, η = 0,9.
от 120 Вт, η = 0,95.

В нашем случае будет P = 54/0,8 = 67,5Вт, но такого типового значения нет, так что придется брать 80Вт. Для того, чтобы получить на выходе 12Вх3А = 36Вт. Паровоз, да и только. Впору научиться рассчитывать и мотать «трансы» самому. Тем более что в СССР были разработаны методики расчета трансформаторов на железе, позволяющие без потери надежности выжимать 600Вт из сердечника, который, при расчете по радиолюбительским справочникам, способен дать всего 250Вт. «Железный транс» вовсе не так туп, как кажется.

СНН

Выпрямленное напряжение нужно стабилизировать и, чаще всего, регулировать. Если нагрузка мощнее 30-40 Вт, необходима и защита от КЗ, иначе неисправность БП может вызвать аварию сети. Все это вместе делает СНН.

Простой опорный

Начинающему лучше сразу не лезть в большие мощности, а сделать для пробы простой высокостабильный СНН на 12в по схеме на Рис. 2. Его можно будет потом использовать как источник эталонного напряжения (точная его величина выставляется R5), для поверки приборов или как ИОН высококачественного СНН. Максимальный ток нагрузки этой схемы всего 40мА, но КСН на допотопном ГТ403 и таком же древнем К140УД1 более 1000, а при замене VT1 на кремниевый средней мощности и DA1 на любой из современных ОУ превысит 2000 и даже 2500. Ток нагрузки при этом также возрастет до 150-200 мА, что уже годится в дело.

0-30

Следующий этап – блок питания с регулировкой напряжения. Предыдущий выполнен по т. наз. компенсационной схеме сравнения, но переделать такой на большой ток сложно. Мы сделаем новый СНН на основе эмиттерного повторителя (ЭП), в котором РЭ и УУ совмещены всего в 1-м транзисторе. КСН выйдет где-то 80-150, но любителю этого хватит. Зато СНН на ЭП позволяет без особых ухищрений получить выходной ток до 10А и более, сколько отдаст Тр и выдержит РЭ.

Схема простого БП на 0-30В приведена на поз. 1 Рис. 3. ИПН для него – готовый трансформатор типа ТПП или ТС на 40-60 Вт со вторичной обмоткой на 2х24В. Выпрямитель типа 2ПС на диодах на 3-5А и более (КД202, КД213, Д242 и т.п.). VT1 устанавливается на радиатор площадью от 50 кв. см; очень хорошо подойдет старый от процессора ПК. При таких условиях этот СНН не боится КЗ, только VT1 и Тр греться будут, так что для защиты хватит предохранителя на 0,5А в цепи первичной обмотки Тр.

Поз. 2 показывает, насколько удобен для любителя СНН на ЭП: там схема БП на 5А с регулировкой от 12 до 36 В. Этот БП может отдать в нагрузку и 10А, если найдется Тр на 400Вт 36В. Первая его особенность – интегральный СНН К142ЕН8 (предпочтительно с индексом Б) выступает в необычной роли УУ: к его собственным 12В на выходе добавляется, частично или полностью, все 24В, напряжение от ИОН на R1, R2, VD5,VD6. Емкости С2 и С3 предотвращают возбуждение на ВЧ DA1, работающей в необычном режиме.

Следующий момент – устройство защиты (УЗ) от КЗ на R3, VT2, R4. Если падение напряжения на R4 превысит примерно 0,7В, VT2 откроется, замкнет на общий провод базовую цепь VT1, он закроется и отключит нагрузку от напряжения. R3 нужен, чтобы экстраток при срабатывании УЗ не вывел из строя DA1. Увеличивать его номинал не надо, т.к. при срабатывании УЗ нужно надежно запереть VT1.

И последнее – кажущаяся избыточной емкость конденсатора выходного фильтра С4. В данном случае это безопасно, т.к. максимальный ток коллектора VT1 в 25А обеспечивает его заряд при включении. Но зато данный СНН может в течение 50-70 мс отдать в нагрузку ток до 30А, так что этот простой блок питания пригоден для питания низковольтного электроинструмента: его пусковой ток не превышает такого значения. Нужно только сделать (хотя бы из оргстекла) контактную колодку-башмак с кабелем, надеваемую на пятку рукояти, и пусть «акумыч» отдыхает и бережет ресурс до выезда.

Об охлаждении

Допустим, в данной схеме на выходе 12В при максимуме в 5А. Это всего лишь средняя мощность электролобзика, но, в отличие от дрели или шуруповерта, он берет ее постоянно. На С1 держится около 45В, т.е. на РЭ VT1 остается где-то 33В при токе 5А. Рассеиваемая мощность – более 150Вт, даже более 160, если учесть, что VD1-VD4 тоже надо охлаждать. Отсюда ясно, что любой мощный регулируемый БП должен быть снабжен весьма эффективной системой охлаждения.

Ребристый/игольчатый радиатор на естественной конвекции проблемы не решает: расчет показывает, что нужна рассевающая поверхность от 2000 кв. см. и толщина тела радиатора (пластины, от которой отходят ребра или иглы) от 16 мм. Заполучить столько алюминия в фасонном изделии в собственность для любителя было и остается мечтой в хрустальном замке. Процессорный кулер с обдувом также не годится, он рассчитан на меньшую мощность.

Один из вариантов для домашнего мастера – алюминиевая пластина толщиной от 6 мм и размерами от 150х250 мм с насверленными по радиусам от места установки охлаждаемого элемента в шахматном порядке отверстиями увеличивающегося диаметра. Она же послужит задней стенкой корпуса БП, как на Рис. 4.

Непременное условие эффективности такого охладителя – пусть слабый, но непрерывный ток воздуха сквозь перфорацию снаружи внутрь. Для этого в корпусе (желательно вверху) устанавливают маломощный вытяжной вентилятор. Подойдет компьютерный диаметром от 76 мм, напр. доп. кулер HDD или видеокарты. Его подключают к выводам 2 и 8 DA1, там всегда 12В.

Примечание: вообще-то радикальный способ побороть эту проблему – вторичная обмотка Тр с отводами на 18, 27 и 36В. Первичное напряжение переключают смотря по тому, какой инструмент в работе.

И все-таки ИБП

Описанный БП для мастерской хорош и весьма надежен, но таскать его с собой на выезд тяжко. Вот тут и придется впору компьютерный БП: к большинству его недостатков электроинструмент нечувствителен. Некоторая доработка сводится чаще всего к установке выходного (ближайшего к нагрузке) электролитического конденсатора большой емкости с целью, описанной выше. Рецептов переделки компьютерных БП под электроинструмент (преимущественно шуруповерты, как не очень мощные, но очень полезные) в рунете известно немало, один из способов показан в ролике ниже, для инструмента на 12В.

Видео: БП 12В из компьютерного

С инструментами на 18В еще проще: при той же мощности они потребляют меньший ток. Здесь может пригодится куда более доступное устройство зажигания (балласт) от лампы-экономки на 40 и более Вт; его можно целиком поместить в корпус от негодной АКБ, и снаружи останется только кабель с сетевой вилкой. Как из балласта от сгоревшей экономки сделать блок питания для шуруповерта на 18В, см. следующее видео.

Видео: БП 18В для шуруповерта

Высокий класс

Но вернемся к СНН на ЭП, их возможности далеко еще не исчерпаны. На Рис. 5 – двухполярный мощный блок питания с регулировкой 0-30 В, пригодный для Hi-Fi звуковой аппаратуры и прочих привередливых потребителей. Установка выходного напряжения производится одной ручкой (R8), а симметрия каналов поддерживается автоматически при любой его величине и любом токе нагрузки. Педант-формалист при виде этой схемы, возможно, поседеет на глазах, но у автора такой БП исправно работает уже около 30 лет.

Главным камнем преткновения при его создании было δr = δu/δi, где δu и δi – малые мгновенные приращения напряжения и тока соответственно. Для разработки и наладки высококлассной аппаратуры нужно, чтобы δr не превышало 0,05-0,07 Ом. Попросту, δr определяет способность БП мгновенно реагировать на броски тока потребления.

У СНН на ЭП δr равно таковому ИОН, т.е. стабилитрона, деленному на коэффициент передачи тока β РЭ. Но у мощных транзисторов β на большом коллекторном токе сильно падает, а δr стабилитрона составляет от единиц до десятков Ом. Здесь же, чтобы компенсировать падение напряжения на РЭ и уменьшить температурный дрейф выходного напряжения, пришлось набрать их целую цепочку пополам с диодами: VD8-VD10. Поэтому опорное напряжение с ИОН снимается через дополнительный ЭП на VT1, его β умножается на β РЭ.

Следующая фишка данной конструкции – защита от КЗ. Простейшая, описанная выше, в двухполярную схему никак не вписывается, поэтому задача защиты решена по принципу «против лома нет приема»: защитного модуля как такового нет, но есть избыточность параметров мощных элементов – КТ825 и КТ827 на 25А и КД2997А на 30А. Т2 такой ток дать не способен, а пока он разогреется, успеют сгореть FU1 и/или FU2.

Примечание: делать индикацию перегорания предохранителей на миниатюрных лампах накаливания не обязательно. Просто тогда светодиоды были еще довольно дефицитны, а СМок в загашнике насчитывалось несколько горстей.

Осталось уберечь РЭ от экстратоков разряда фильтра пульсаций С3, С4 при КЗ. Для этого они включены через ограничительные резисторы малого сопротивления. При этом в схеме могут возникнуть пульсации с периодом, равным постоянной времени R(3,4)C(3,4). Их предотвращают С5, С6 меньшей емкости. Их экстратоки для РЭ уже не опасны: заряд стечет быстрее, чем кристаллы мощнющих КТ825/827 разогреются.

Симметрию выхода обеспечивает ОУ DA1. РЭ минусового канала VT2 открывается током через R6. Как только минус выхода по модулю превзойдет плюс, он приоткроет VT3, а тот подзакроет VT2 и абсолютные величины выходных напряжений сравняются. Оперативный контроль за симметрией выхода осуществляется по стрелочному прибору с нулем посередине шкалы P1 (на врезке – его внешний вид), а регулировка при необходимости – R11.

Последняя изюминка – выходной фильтр С9-С12, L1, L2. Такое его построение необходимо для поглощения возможных ВЧ наводок от нагрузки, чтобы не ломать голову: опытный образец глючит или БП «заколбасило». С одними электролитическими конденсаторами, зашунтированными керамикой, тут полной определенности нет, мешает большая собственная индуктивность «электролитов». А дроссели L1, L2 разделяют «отдачу» нагрузки по спектру, и – каждому свое.

Этот БП в отличие от предыдущих требует некоторой наладки:

Подключают нагрузку на 1-2 А при 30В;
R8 ставят на максимум, в крайнее верхнее по схеме положение;
С помощью эталонного вольтметра (сейчас подойдет любой цифровой мультиметр) и R11 выставляют равные по абсолютной величине напряжения каналов. Может быть, если ОУ без возможности балансировки, придется подобрать R10 или R12;
Подстроечником R14 выставляют P1 точно на ноль.

О ремонте БП

БП выходят из строя чаще других электронных устройств: они принимают на себя первый удар бросков сети, им много чего достается и от нагрузки. Даже если вы не намерены делать свой БП, ИБП найдется, кроме компа, в микроволновке, стиралке и др. бытовой технике. Умение диагностировать БП и знание основ электробезопасности даст возможность если не устранить неисправность самому, то уж со знанием дела поторговаться о цене с ремонтниками. Поэтому посмотрим, как производится диагностика и ремонт БП, особенно с ИИН, т.к. свыше 80% отказов приходится на их долю.

Насыщение и сквозняк

Прежде всего – о некоторых эффектах, без понимания которых работать с ИБП нельзя. Первый из них – насыщение ферромагнетиков. Они не способны принять в себя энергии более определенной величины, зависящей от свойств материала. На железе любители с насыщением сталкиваются редко, его можно намагнитить до нескольких Тл (Тесла, единица измерения магнитной индукции). При расчете железных трансформаторов индукцию берут 0,7-1,7 Тл. Ферриты выдерживают только 0,15-0,35 Тл, их петля гистерезиса «прямоугольнее», и работают на повышенных частотах, так что вероятность «заскочить в насыщение» у них на порядки выше.

Если магнитопровод насытился, индукция в нем более не растет и ЭДС вторичных обмоток пропадает, хоть бы первичка уже плавилась (помните школьную физику?). Теперь выключим первичный ток. Магнитное поле в магнитомягких материалах (магнитожесткие – это постоянные магниты) не может существовать стационарно, как электрический заряд или вода в баке. Оно начнет рассеиваться, индукция падать, и во всех обмотках наведется ЭДС противоположной относительно исходной полярности. Этот эффект достаточно широко используется в ИИН.

В отличие от насыщения, сквозной ток в полупроводниковых приборах (попросту – сквозняк) явление безусловно вредное. Он возникает вследствие формирования/рассасывания объемных зарядов в p и n областях; у биполярных транзисторов – преимущественно в базе. Полевые транзисторы и диоды Шоттки от сквозняка практически свободны.

Напр., при подаче/снятии напряжения на диод он, пока заряды не соберутся/рассосутся, проводит ток в обеих направлениях. Именно поэтому потери напряжения на диодах в выпрямителях больше 0,7В: в момент переключения часть заряда фильтрового конденсатора успевает стечь через обмотку. В выпрямителе с параллельным удвоением сквозняк стекает сразу через оба диода.

Сквозняк транзисторов вызывает выброс напряжения на коллекторе, способный испортить прибор или, если подключена нагрузка, сквозным экстратоком повредить ее. Но и без того транзисторный сквозняк увеличивает динамические потери энергии, как и диодный, и уменьшает КПД устройства. Мощные полевые транзисторы ему почти не подвержены, т.к. не накапливают заряд в базе за ее отсутствием, и поэтому переключаются очень быстро и плавно. «Почти», потому что их цепи исток-затвор защищены от обратного напряжения диодами Шоттки, которые чуточку, но сквозят.

Типы ИНН

ИБП ведут свою родословную от блокинг-генератора, поз. 1 на Рис. 6. При включении Uвх VT1 приоткрыт током через Rб, по обмотке Wк течет ток. Мгновенно вырасти до предела он не может (снова вспоминаем школьную физику), в базовой Wб и обмотке нагрузки Wн наводится ЭДС. С Wб она через Сб форсирует отпирание VT1. По Wн ток пока не течет, не пускает VD1.

Когда магнитопровод насытится, токи в Wб и Wн прекращаются. Затем за счет диссипации (рассасывания) энергии индукция падает, в обмотках наводится ЭДС противоположной полярности, и обратное напряжение Wб мгновенно запирает (блокирует) VT1, спасая его от перегрева и теплового пробоя. Поэтому такая схема и названа блокинг-генератором, или просто блокингом. Rк и Ск отсекают ВЧ помехи, которых блокинг дает хоть отбавляй. Теперь с Wн можно снять некоторую полезную мощность, но только через выпрямитель 1П. Эта фаза продолжается, пока Сб не перезарядится полностью или пока не иссякнет запасенная магнитная энергия.

Мощность эта, впрочем, невелика, до 10Вт. Если попробовать взять больше, VT1 сгорит от сильнейшего сквозняка, прежде чем заблокируется. Поскольку Тр насыщается, КПД блокинга никуда не годится: более половины запасенной в магнитопроводе энергии улетает греть иные миры. Правда, за счет того же насыщения блокинг до некоторой степени стабилизирует длительность и амплитуду своих импульсов, а схема его очень проста. Поэтому ИНН на основе блокинга часто применяют в дешевых телефонных зарядках.

Примечание: величина Сб во многом, но не полностью, как пишут в любительских справочниках, определяет период повторения импульсов. Величина его емкости должна быть увязана со свойствами и размерами магнитопровода и быстродействием транзистора.

Блокинг в свое время породил строчную развертку телевизоров с электронно-лучевыми трубками (ЭЛТ), а она – ИНН с демпферным диодом, поз. 2. Здесь УУ по сигналам от Wб и цепи обратной связи ЦОС принудительно открывает/запирает VT1 прежде чем Тр насытится. При запертом VT1 обратный ток Wк замыкается через тот самый демпферный диод VD1. Это рабочая фаза: уже большая, чем в блокинге, часть энергии снимается в нагрузку. Большая потому, что при полном насыщении вся лишняя энергия улетает, а здесь этого лишку мало. Таким путем удается снимать мощность до нескольких десятков Вт. Однако, поскольку УУ не может сработать, пока Тр не подошел к насыщению, транзистор сквозит все-таки сильно, динамические потери велики и КПД схемы оставляет желать много большего.

ИИН с демпфером до сих пор живы в телевизорах и дисплеях с ЭЛТ, поскольку в них ИИН и выход строчной развертки совмещены: мощный транзистор и Тр общие. Это намного сокращает издержки производства. Но, откровенно говоря, ИИН с демпфером принципиально чахлый: транзистор и трансформатор вынуждены все время работать на грани аварии. Инженеры, сумевшие довести эту схему до приемлемой надежности, заслуживают глубочайшего уважения, но совать туда паяльник никому, кроме мастеров, прошедших профессиональную подготовку и обладающих соответствующим опытом, настоятельно не рекомендуется.

Двухтактный ИНН с отдельным трансформатором обратной связи применяется наиболее широко, т.к. обладает наилучшими качественными показателями и надежностью. Впрочем, по части ВЧ помех и он страшно грешит по сравнению с БП «аналоговыми» (с трансформаторами на железе и СНН). В настоящее время эта схема существует во множестве модификаций; мощные биполярные транзисторы в ней почти начисто вытеснены полевыми, управляемыми спец. ИМС, но принцип действия остается неизменным. Его иллюстрирует исходная схема, поз. 3.

Устройство ограничения (УО) ограничивает ток заряда емкостей входного фильтра Сфвх1(2). Их большая величина – непременное условие работы устройства, т.к. за один рабочий цикл из них отбирается малая доля запасенной энергии. Грубо говоря, они играют роль водонапорного бака или воздушного ресивера. При заряде «накоротко» экстраток заряда может превышать 100А на время до 100 мс. Rc1 и Rc2 сопротивлением порядка МОм нужны для симметрирования напряжения фильтра, т.к. малейший разбаланс его плеч недопустим.

Когда Сфвх1(2) зарядятся, устройство запуска УЗ формирует запускающий импульс, открывающий одно из плеч (какое – все равно) инвертора VT1 VT2. По обмотке Wк большого силового трансформатора Тр2 течет ток и магнитная энергия из его сердечника через обмотку Wн почти полностью уходит на выпрямление и в нагрузку.

Небольшая часть энергии Тр2, определяемая величиной Rогр, снимается с обмотки Wос1 и подается на обмотку Wос2 маленького базового трансформатора обратной связи Тр1. Он быстро насыщается, открытое плечо закрывается и за счет диссипации в Тр2 открывается ранее закрытое, как описано для блокинга, и цикл повторяется.

В сущности, двухтактный ИИН – 2 блокинга, «пихающих» друг друга. Поскольку мощный Тр2 не насыщается, сквозняк VT1 VT2 невелик, полностью «тонет» в магнитопроводе Тр2 и в конечном итоге уходит в нагрузку. Поэтому двухтактный ИИН может быть построен на мощность до нескольких кВт.

Хуже, если он окажется в режиме ХХ. Тогда за полуцикл Тр2 успеет насытиться и сильнейший сквозняк сожжет сразу оба VT1 и VT2. Впрочем, сейчас есть в продаже силовые ферриты на индукцию до 0,6 Тл, но они дороги и от случайного перемагничивания деградируют. Разрабатываются ферриты более чем на 1 Тл, но, чтобы ИИН достигли «железной» надежности, надо хотя бы 2,5 Тл.

Методика диагностирования

При поиске неисправностей в «аналоговом» БП, если он «тупо молчит», проверяют сначала предохранители, затем защиту, РЭ и ИОН, если в нем есть транзисторы. Звонятся нормально – идем дальше поэлементно, как описано ниже.

В ИИН, если он «заводится» и тут же «глохнет», проверяют сначала УО. Ток в нем ограничивает мощный резистор малого сопротивления, затем шунтируемый оптотиристором. Если «резик» видимо подгорел, меняют его и оптрон. Прочие элементы УО выходят из строя крайне редко.

Если ИИН «молчит, как рыба об лед», диагностику начинают тоже с УО (может, «резик» совсем сгорел). Затем – УЗ. В дешевых моделях в них используются транзисторы в режиме лавинного пробоя, что далеко не весьма надежно.

Следующий этап, в любых БП – электролиты. Разрушение корпуса и вытекание электролита встречаются далеко не так часто, как пишут в рунете, но потеря емкости случается гораздо чаще, чем выход из строя активных элементов. Проверяют электролитические конденсаторы мультиметром с возможностью измерения емкости. Ниже номинала на 20% и более – опускаем «дохляка» в отстой и ставим новый, хороший.

Затем – активные элементы. Как прозванивать диоды и транзисторы вы, наверное, знаете. Но тут есть 2 каверзы. Первая – если диод Шоттки или стабилитрон звонится тестером с батарейкой на 12В, то прибор может показать пробой, хотя диод вполне исправен. Эти компоненты лучше звонить стрелочным прибором с батарейкой на 1,5-3 В.

Вторая – мощные полевики. Выше (обратили внимание?) сказано, что их И-З защищены диодами. Поэтому мощные полевые транзисторы звонятся вроде бы как исправные биполярные даже негодными, если канал «выгорел» (деградировал) не полностью.

Тут единственный доступный дома способ – замена на заведомо исправные, причем обоих сразу. Если в схеме остался горелый, он немедленно потянет за собой новый исправный. Электронщики шутят, мол, мощные полевики жить друг без друга не могут. Еще проф. шуточка – «замена гей-пары». Это к тому, что транзисторы плеч ИИН должны быть строго однотипными.

Наконец, пленочные и керамические конденсаторы. Для них характерны внутренние обрывы (находятся тем же тестером с проверкой «кондюков») и утечка или пробой под напряжением. Чтобы их «выловить», нужно собрать простенькую схемку по Рис. 7. Пошагово проверка электрических конденсаторов на пробой и утечку осуществляется так:

Ставим на тестере, никуда его не подключая, наименьший предел измерения постоянного напряжения (чаще всего – 0,2В или 200мВ), засекаем и записываем собственную погрешность прибора;
Включаем предел измерения 20В;
Подключаем подозрительный конденсатор в точки 3-4, тестер к 5-6, а на 1-2 подаем постоянное напряжение 24-48 В;
Переключаем пределы напряжения мультиметра вниз вплоть до наименьшего;
Если на любом тестер показал хоть что-то, кроме 0000.00 (на самом малом – что-то, кроме собственной погрешности), проверяемый конденсатор не годен.

На этом методическая часть диагностики заканчивается и начинается творческая, где все инструкции – собственные знания, опыт и соображение.

Пара импульсников

ИБП статья особая, вследствие их сложности и схемного разнообразия. Здесь мы, для начала, рассмотрим пару образцов на широтно-импульсной модуляции (ШИМ), позволяющей получить наилучшее качество ИБП. Схем на ШИМ в рунете много, но не так страшен ШИМ, как его малюют…

Для светодизайна

Просто зажечь светодиодную ленту можно от любого описанного выше БП, кроме того, что на Рис. 1, выставив требуемое напряжение. Хорошо подойдет СНН с поз. 1 Рис. 3, таких несложно сделать 3, для каналов R, G и B. Но долговечность и стабильность свечения светодиодов зависят не от приложенного к ним напряжения, а от протекающего через них тока. Поэтому хороший блок питания для светодиодной ленты должен включать в себя стабилизатор тока нагрузки; по-технически – источник стабильного тока (ИСТ).

Одна из схем стабилизации тока светоленты, доступная для повторения любителями, приведена на Рис. 8. Собрана она на интегральном таймере 555 (отечественный аналог – К1006ВИ1). Обеспечивает стабильный ток ленты от БП напряжением 9-15 В. Величина стабильного тока определяется по формуле I = 1/(2R6); в данном случае – 0,7А. Мощный транзистор VT3 – обязательно полевой, от сквозняка из-за заряда базы биполярного ШИМ просто не сформируется. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ K20x4x6 жгутом 5хПЭ 0,2 мм. К-во витков – 50. Диоды VD1 ,VD2 – любые кремниевые ВЧ (КД104, КД106); VT1 и VT2 – КТ3107 или аналоги. С КТ361 и т.п. диапазоны входного напряжения и регулировки яркости уменьшатся.

Работает схема так: вначале времязадающая емкость С1 заряжается по цепи R1VD1 и разряжается через VD2R3VT2, открытый, т.е. находящийся в режиме насыщения, через R1R5. Таймер генерирует последовательность импульсов с максимальной частотой; точнее – с минимальной скважностью. Безинерционный ключ VT3 формирует мощные импульсы, а его обвязка VD3C4C3L1 сглаживает их до постоянного тока.

Примечание: скважность серии импульсов есть отношение периода их следования к длительности импульса. Если, напр., длительность импульса 10 мкс, а промежуток между ними 100 мкс, то скважность будет 11.

Ток в нагрузке нарастает, и падение напряжения на R6 приоткрывает VT1, т.е. переводит его из режима отсечки (запирания) в активный (усилительный). Это создает цепь утечки тока базы VT2 R2VT1+Uпит и VT2 также переходит в активный режим. Ток разряда С1 уменьшается, время разряда увеличивается, скважность серии растет и среднее значение тока падает до нормы, заданной R6. В этом и есть суть ШИМ. На минимуме тока, т.е. при максимальной скважности, С1 разряжается по цепи VD2-R4-внутренний ключ таймера.

В оригинальной конструкции возможность оперативной регулировки тока и, соответственно, яркости свечения, не предусмотрена; потенциометров на 0,68 Ом не бывает. Проще всего регулировать яркость, включив после наладки в разрыв между R3 и эмиттером VT2 потенциометр R* на 3,3-10 кОм, выделено коричневым. Передвигая его движок вниз по схеме, увеличим время разряда С4, скважность и уменьшим ток. Другой способ – шунтировать базовый переход VT2, включив потенциометр примерно на 1 МОм в точки а и б (выделено красным), менее предпочтителен, т.к. регулировка получится более глубокой, но грубой и острой.

К сожалению, для налаживания этого полезного не только для светолент ИСТ нужен осциллограф:

Подают на схему минимальное +Uпит.
Подбором R1(импульс) и R3 (пауза) добиваются скважности 2, т.е. длительность импульса должна быть равна длительности паузы. Давать скважность меньше 2 нельзя!
Подают максимальное +Uпит.
Подбором R4 добиваются номинальной величины стабильного тока.

Для зарядки

На Рис. 9 – схема простейшего ИСН с ШИМ, пригодного для зарядки телефона, смартфона, планшета (ноутбук, к сожалению, не потянет) от самодельной солнечной батареи, ветрогенератора, мотоциклетного или автомобильного аккумулятора, магнето фонарика-«жучка» и др. маломощных нестабильных случайных источников электропитания. См. на схеме диапазон входных напряжений, там не ошибка. Этот ИСН и в самом деле способен выдавать на выход напряжение, большее входного. Как и в предыдущем, здесь наличествует эффект перемены полярности выхода относительно входа, это вообще фирменная фишка схем с ШИМ. Будем надеяться, что, прочитав внимательно предыдущее, вы в работе этой крохотульки разберетесь сами.

Попутно о заряде и зарядках

Заряд аккумуляторов весьма сложный и тонкий физико-химический процесс, нарушение которого в разы и десятки раз снижает их ресурс, т.е. к-во циклов заряд-разряд. Зарядное устройство должно по очень малым изменениям напряжения АКБ вычислять, сколько принято энергии и регулировать соответственно ток заряда по определенному закону. Поэтому зарядное устройство отнюдь и отнюдь не БП и заряжать от обычных БП можно только АКБ в устройствах со встроенным контроллером заряда: телефонах, смартфонах, планшетах, отдельных моделях цифровых фотокамер. А зарядка, которая зарядное устройство – предмет отдельного разговора.

Вопрос-ремонт.ру сказал(а):

Искрить от выпрямителя будет, но, возможно, ничего страшного. Дело в т. наз. дифференциальном выходном сопротивлении источника питания. У щелочных аккумуляторов оно порядка мОм (миллиом), у кислотных еще меньше. У транса с мостом без сглаживания – десятые и сотые доли Ом, т. е. прим. в 100 – 10 раз больше. А пусковой ток коллекторного мотора постоянного тока может быть больше рабочего раз в 6-7 и даже в 20. У вашего, скорее всего, ближе к последнему – быстро разгоняющиеся моторы компактнее и экономичнее, а огромная перегрузочная способность аккумуляторов позволяет давать движку тока, сколько съест на разгон. Транс с выпрямителем столько мгновенного тока не дадут, и двигатель разгоняется медленнее, чем на то рассчитан, и с большим скольжением якоря. От этого, от большого скольжения, и возникает искра, и в работе потом держится за счет самоиндукции в обмотках.

Что тут можно посоветовать? Первое: приглядитесь внимательнее – как искрит? Смотреть нужно в работе, под нагрузкой, т.е. во время распиловки.

Если искорки пляшут в отдельных местах под щетками – ничего страшного. У меня мощная конаковская дрель от рождения так искрит, и хоть бы хны. За 24 года один раз менял щетки, мыл спиртом и полировал коллектор – всего-то. Если вы подключали инструмент на 18 В к выходу 24 В, то небольшое искрение это нормально. Отмотать обмотку или погасить избыток напряжения чем-то вроде сварочного реостата (резистор прим. 0,2 Ом на мощность рассеяния от 200 Вт), чтобы в работе на моторе было номинальное напряжение и, скорее всего, искра уйдет. Если же подключали к 12 В, надеясь, что после выпрямления будет 18, то зря – выпрямленное напряжение под нагрузкой сильно садится. А коллекторному электромотору, между прочим, все равно, постоянным он током питается или переменным.

Конкретно: возьмите 3-5 м стальной проволоки диаметром 2,5-3 мм. Сверните в спираль диаметром 100-200 мм так, чтобы витки не касались друг друга. Уложите на несгораемую диэлектрическую подкладку. Концы провода зачистите до блеска и сверните «ушами». Лучше всего сразу промазать графитовой смазкой, чтобы не окислялись. Этот реостат включается в разрыв одного из проводов, ведущих к инструменту. Само собой, что контакты должны быть винтовые, затянутые натуго, с шайбами. Подключайте всю цепь к выходу 24 В без выпрямления. Искра ушла, но и мощность на валу упала – реостат нужно уменьшить, переключить один из контактов на 1-2 витка ближе к другому. Все равно искрит, но меньше – реостат маловат, нужно добавить витков. Лучше сразу сделать реостат заведомо большим, чтобы не прикручивать добавочные секции. Хуже, если огонь по всей линии контакта щеток с коллектором или за ними тянутся искровые хвосты. Тогда к выпрямителю нужен сглаживающий фильтр где-то, по вашим данным, от 100 000 мкФ. Недешевое удовольствие. «Фильтр» в данном случае будет накопителем энергии на разгон мотора. Но может и не помочь – если габаритной мощности трансформатора маловато. КПД коллекторных электродвигателей постоянного тока прим. 0,55-0,65, т.е. транс нужен от 800-900 Вт. Т.е., если фильтр поставили, но все равно искрит с огнем под всей щеткой (под обоими, разумеется), то трансформатор не дотягивает. Да, если ставить фильтр, то и диоды моста должны быть на тройной рабочий ток, не то могут вылететь от броска тока заряда при включении в сеть. А инструмент тогда можно будет запускать спустя 5-10 с после включения в сеть, чтобы «банки» успели «накачаться».

И хуже всего, если хвосты искр от щеток дотягиваются или почти дотягиваются до противоположной щетки. Это называется круговой огонь. Он очень быстро выжигает коллектор до полной негодности. Причин кругового огня может быть несколько. В вашем случае наиболее вероятная – мотор включался на 12 В с выпрямлением. Тогда при токе 30 А электрическая мощность в цепи 360 Вт. Скольжение якоря выходит больше 30 градусов за оборот, а это обязательно сплошной круговой огонь. Не исключено также, что якорь мотора намотан простой (не двойной) волной. Такие электромоторы лучше преодолевают мгновенные перегрузки, но уж пусковой ток у них – мама, не горюй. Точнее заочно не могу сказать, да и ни к чему – своими руками тут вряд ли что исправимо. Тогда, наверное, дешевле и проще будет найти и приобрести новые аккумуляторы. Но сначала все же попробуйте включить движок на немного повышенном напряжении через реостат (см. выше). Почти всегда таким способом удается сбить и сплошной круговой огонь ценой небольшого (до 10-15%) уменьшения мощности на валу.

Евгений сказал(а):

Нужно Больше сокращений. Чтобы весь текст был из сокращений. Похрен что никому не понятно, зато можно не писать одно и то же слово, которое в тексте повторяется ТРИ раза.

Нажимая кнопку «Добавить комментарий», я соглашаюсь с сайта.

Сегодня мы соберем лабораторный блок питания своими руками. Разберемся в устройстве блока, подберем правильные компоненты, научимся правильно паять, собирать элементы на печатные платы.

Это — высококачественный лабораторный (и не только) блок питания с переменным регулируемым напряжением от 0 до 30 вольт. Цепь также включает электронный ограничитель по току на выходе, который эффективно регулирует выходной ток 2 мА из максимально возможного в этой цепи (3 А). Данная характеристика делает этот блок питания незаменимым в лаборатории, так как она дает возможность регулировать мощность, ограничивать максимальный ток, который подключаемое устройство может потреблять, без боязни ее повреждения, если что-то пойдет не так.
Есть также визуальный признак того, что этот ограничитель действует (светодиод), чтобы Вы могли видеть, что ваша цепь превышает допустимые пределы.

Принципиальная схема лабораторного блока питания представлена ниже:

Технические характеристики лабораторного блока питания

Входное напряжение: ……………. 24 В- переменного тока;
Входной ток: ……………. 3 А (макс.);
Выходное напряжение: …………. 0-30 В — регулируемое;
Выходной ток: …………. 2 мА -3 А- регулируемый;
Пульсация выходного напряжения: …. 0,01% максимум.

Особенности

— Небольшой размер, легко сделать, простая конструкция.
— Выходное напряжение легко регулируется.
— Ограничение выходного тока с визуальной индикацией.
— Защита от перегрузки и неправильного подключения.

Принцип работы

Начнем с того, что для лабораторного блока питания используется трансформатор с вторичной обмоткой 24В/3А, который подключается через входные зажимы 1 и 2 (качество выходного сигнала пропорционально качеству трансформатора). Напряжение переменного тока с вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодным мостом, сформированным диодами D1-D4. Пульсации выпрямленного напряжения DC на выходе диодного моста сглаживает фильтр, образованный резистором R1 и конденсатором С1. Цепь имеет некоторые особенности, которые делают этот блок питания отличным от других блоков этого класса.

Вместо использования обратной связи для управления выходным напряжением, в нашей цепи используется операционный усилитель, чтобы обеспечивать необходимое напряжение для стабильной работы. Это напряжение падает на выходе U1. Цепь работает благодаря зенеровскому диоду D8 — 5.6 V, который здесь работает при нулевом температурном коэффициенте тока. Напряжение на выходе U1 падает на диоде D8 включая его. Когда это происходит цепь стабилизируется также напряжение диода (5.6) падает на резисторе R5.

Ток который течет через опер. усилитель изменяется незначительно, а значит тот же ток будет течь через резисторы R5, R6, и так как оба резистора имеют одинаковую величину напряжения, то общее напряжение будет суммироваться как при их последовательном соединении. Таким образом напряжение, полученное на выходе опер. усилителя будет равно 11.2 вольт. Цепь с опер. усилителем U2 имеет постоянный коэффициент усиления приблизительно равный 3,согласно формуле A=(R11+R12)/R11 увеличивает напряжения 11.2 вольт приблизительно до 33 вольт. Триммер RV1 и резистор R10 использованы для установки выходных параметров напряжения, чтобы оно не уменьшилось до 0 вольт, независимо от величины других компонентов в цепи.

Другая очень важная характеристика цепи — это возможность получить максимальный выходной ток, который можно получить из p.s.u. Чтобы сделать это возможным напряжение падает на резисторе (R7), который связан последовательно с нагрузкой. IC отвечающий за эту функцию цепи — U3. Инвертированный сигнал на вход U3 равный 0 вольт подается через R21. В то же самое время, не изменяя сигнала того же самого IC можно задать любое значение напряжения посредством P2. Допустим, что для данного выхода напряжение равно несколько вольт, P2 установлен так, чтобы на входе IC был сигнал в 1 вольт. Если нагрузку усилить выходное напряжение будет постоянным и наличие R7 последовательно соединенного с выходом будет иметь незначительный эффект из-за своей низкой величины и из-за своей позиции за пределами цикла обратной связи управляющей цепи. Пока нагрузка и выходное напряжение постоянны цепь стабильно работает. Если нагрузку увеличить, чтобы напряжение на R7 было больше, чем 1 вольт, U3 включен и стабилизируется в исходные параметры. U3 работает не изменяя сигнал к U2 через D9. Таким образом напряжение через R7 постоянно и не увеличивается выше заданной величины (1 вольт в нашем примере) уменьшая выходное напряжение цепи. Это под силу устройству — поддерживать выходной сигнал постоянным и точным, что дает возможность получать на выходе 2 mA.

Конденсатор C8 делает цепь более устойчивой. Q3 необходим для управления LED всякий раз, когда вы используете индикатор ограничителя. Чтобы сделать это возможным для U2 (изменял выходное напряжение вплоть до 0 вольт) необходимо обеспечить отрицательную связь, которая делается посредством цепи C2 и C3. Та же отрицательная связь использована для U3. Отрицательное напряжение подается стабилизируясь посредством R3 и D7.

Для избежания неконтролируемых ситуаций есть своеобразная цепь защиты, построенная вокруг Q1. IC имеет внутреннюю защиту и не может быть поврежден.

U1- источник опорного напряжения, U2 — регулятор напряжения, U3 — стабилизатор тока.

Конструкция блока питания.

Прежде всего, давайте рассмотрим основы в построении электронных цепей на печатных платах — основы любого лабораторного блока питания. Плата сделана из тонкого изоляционного материала покрытого тонким проводящим слоем меди, которая формируется таким образом, чтобы элементы цепи можно было соединить проводниками как показано на принципиальной схеме. Необходимо правильно спроектировать печатную плату для избежания неправильной работы устройства. Для защиты платы в дальнейшем от окисления и сохранения ее в отличном состоянии ее необходимо покрыть специальным лаком, который защищает от окисления и облегчает пайку.
Пайка элементов в плату — единственный способ собрать лабораторный блок питания качественно и от того как вы это сделаете, будет зависеть успех вашей работы. Эта не очень сложно, если вы будете следовать нескольким правилам и тогда у вас не будет никаких проблем. Мощность паяльника, который вы используете, не должна превышать 25 Ватт. Жало должно быть тонким и чистым на протяжении всей работы. Для этого есть влажная своеобразная губка и время от времени вы можете очищать горячее жало, чтобы удалить все остатки, которые накапливаются на нем.

НЕ пытайтесь очистить напильником или наждачной бумагой грязное или изношенное жало. Если оно не может быть очищено, замените его. На рынке есть много разнообразных паяльников, и вы также можете купить хороший флюс, чтобы получить хорошее соединение элементов во время пайки.
НЕ используйте флюс если вы пользуетесь припоем, который уже содержит его. Большое количество флюса — одна из основных причин сбоя цепи. Если тем не менее вы должны использовать дополнительный флюс как при лужении медных проводов, необходимо очистить рабочую поверхность после окончания работы.

Для того, чтобы припаять элемент правильно, вы должны делать следующее:
— Зачищать выводы элементов наждачной бумагой (желательно с небольшим зерном).
— Сгибать выводы компонентов на правильном расстоянии от выхода из корпуса для удобного расположения на плате.
— Вы можете встретить элементы, выводы которых толще, чем отверстия в плате. В этом случае необходимо немного расширить отверстия, но не делайте их слишком большими – это затруднит пайку.
— Вставить элемент необходимо так, чтобы его выводы немного выступали от поверхности платы.
— Когда припой расплавится, он равномерно растечется по всей области вокруг отверстия (добиться этого можно при правильной температуре паяльника).
— Пайка одного элемента должна быть не более 5 секунд. Удалите излишки припоя и дождитесь пока припой на плате остынет естественно (не дуя на него). Если все сделали правильно, поверхность должна иметь яркий металлический оттенок, края должны быть гладкими. Если припой выглядит тусклыми, с трещинами, или имеет форму капли, то это называется сухой пайкой. Вы должны удалить его и сделать все снова. Но будьте осторожны, чтобы не перегреть дорожки, иначе они будут отставать от платы и легко ломаться.
— Когда вы паяете чувствительный элемент, необходимо держать его металлическим пинцетом или щипцами, которые будут поглощать лишнее тепло, чтобы не сжечь элемент.
— Когда вы завершаете вашу работу, обрежьте избыток от выводов элемента и можете очистить плату спиртом, чтобы удалить все остатки флюса.

Перед началом сборки блока питания необходимо найти все элементы и разделить их по группам. Для начала установите гнёзда для ICs и выводы для внешних связей и припаяйте их на свои места. Затем резисторы. Не забудьте разместить R7 на определенном расстоянии от печатной платы так как он очень сильно нагревается, особенно когда течет большой ток, и это может повредить её. Это также рекомендуется сделать для R1. затем размещайте конденсаторы не забывая про полярность электролитического и наконец припаивайте диоды и транзисторы, но будьте осторожны, чтобы не перегреть их и припаять их так как показано на схеме.
Установите силовой транзистор в heatsink. Чтобы сделать это необходимо следить за диаграммой и не забывать использовать изолятор (слюда) между телом транзистора и heatsink и специальное очищающее волокно, чтобы изолировать винты от heatsink.

Подсоедините изолированный провод к каждому выводу, будьте осторожны, чтобы сделать хорошее качественное соединение, так как здесь течет большой ток, особенно между эмиттером и коллектором транзистора.
Также при сборке блока питания неплохо было бы прикинуть где какой элемент будет находиться, для того, чтобы вычислить длину проводов, которые будут между PCB и потенциометрами, силовым транзистором и для входной и выходной связей.
Соедините потенциометры, LED и силовой транзистор и подключайте две пары концов для входной и выходной связей. Убедитесь по диаграмме, что вы все делаете правильно, старайтесь ни чего не перепутать, так как в цепи 15 внешних связей и допустив ошибку ее потом сложно будет найти. Также было бы неплохо использовать провода разных цветов.

Печатная плата лабораторного блока питания, ниже будет ссылка на скачивание печатки в формате.lay:

Схема расположения элементов на плате блока питания:

Схема соединения переменных резисторов (потенциометров) для регулирования выходного тока и напряжения, а также соединение контактов силового транзистора блока питания:

Обозначение выводов транзисторов и операционного усилителя:

Обозначение клемм на схеме:
— 1 и 2 к трансформатору.
— 3 (+) и 4 (-) ВЫХОД DC.
— 5, 10 и 12 на P1.
— 6, 11 и 13 на P2.
— 7 (E), 8 (B), 9 (E) к транзистору Q4.
— LED нужно установить на внешней стороне платы.

Когда все внешние связи сделаны необходимо проверить плату и почистить ее, чтобы удалить остатки припоя. Убедитесь, что нет соединения между смежными дорожками которое может привести к короткому замыканию и если все хорошо — подсоедините трансформатор. И подключите вольтметр.
НЕ КАСАЙТЕСЬ ЛЮБОГО УЧАСТКА ЦЕПИ ПОКА ОН ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ.
Вольтметр должен показывать напряжение от 0 до 30 вольт в зависимости от того, в каком положении P1. Поворот P2 против часовой стрелки должен включать LED, показывая, что наш ограничитель работает.

Список элементов.

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 триммер
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ полиэстр
C5 = 200нФ полиэстр
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 диод 2A — RAX GI837U
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V зенеревский
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548, NPN транзистор или BC547
Q2 = 2N2219 NPN транзистор — (Заменяют на КТ961А — все работает)
Q3 = BC557, PNP транзистор или BC327
Q4 = 2N3055 NPN силовой транзистор (заменить на КТ 827А )
U1, U2, U3 = TL081, опер. усилитель
D12 = LED диод

В итоге я самостоятельно собрал лабораторный блок питания, но столкнулся на практике с тем, что считаю нужным подправить. Ну во первых это силовой транзистор Q4 = 2N3055 его нужно в срочном порядке вычеркнуть и забыть. Не знаю как других устройствах, но в данном регулируемом блоке питания он не подходит. Дело в том, что данный тип транзисторов выходит из строя моментально при коротко замыкании и ток в 3 ампера не тянет совершенно!!! Я не знал в чем дело пока не поменял его на наш родной совковый КТ 827 А . После установки на радиатор я и горя не знал и больше не возвращался к этому вопросу.

Что же касается остальной схемотехники и деталей, то трудностей нет. За исключением трансформатор — мотать пришлось. Ну это чисто из-за жадности, пол ведра их стоит в углу — не покупать же =))

Ну и чтобы не нарушать старую добрую традицию, я выкладываю результат своей работы на общий суд 🙂 пришлось по шаманить с колонкой, но в целом получилось не дурно:

Собственно лицевая панель — вынес потенциометры в левую часть в правой разместились амперметр и вольтметр + светодиод красного цвета, для индикации ограничения по току.

На следующей фотографии вид сзади. Тут я хотел показать способ монтажа кулера с радиатором от материнской платы. На этот радиатор с обратной стороны примостился силовой транзистор.

Вот и он, силовой транзистор КТ 827 А. Смонтирован на заднюю стенку. Пришлось просверлить отверстия под ножки, смазать все контактные части теплопроводной пастой и закрепить на гайки.

Вот они….внутренности! Собственно все в куче!

Немного крупнее внутрь корпуса

Лицевая панель с другой стороны

Поближе, тут видно как смонтирован силовой транзистор и трансформатор.

Плата блока питания сверху; тут я схитрил и транзисторы маломощные упаковал снизу платы. Тут их не видно, так что не удивляйтесь если не найдете их.

Вот и трансформатор. Перемотал на 25 вольт выходного напряжения ТВС-250 Грубо, кисло, не эстетично зато все работает как часы =) Вторую часть не использовал. Оставил место для творчества.

Ну вот как-то так. Немного творчества и терпения. Блок работает замечательно уже 2 год. Для написания данный статьи мне пришлось его разобрать и заново собрать. Это просто ужас! Но все для вас, дорогие читатели!

Конструкции наших читателей!