Проект «Феникс». Гибридный лабораторный блок питания

Кому не хотелось в своей домашней лаборатории иметь хороший блок питания, мощный и с широким диапазоном регулировок по току и напряжению, а ещё и в придачу чтобы он был компактным и как бонус – лёгким. Такая цель была мной себе поставлена, а далее переходим к её воплощению в жизнь.

Для начала нам нужно определиться со схемой блока питания, мой выбор пал на уже хорошо зарекомендовавший себя, блок питания с диапазоном от 0 В до 30 В и ограничением по току от 0.002 А до 3 А , меня это устраивало, но вот захотелось немного увеличить максимальный ток, а именно поднять его предел до 5 А, так как помимо прямого назначения, я намерен использовать этот блок питания и как зарядное устройство для аккумуляторов. А с током 5 А – мне будет как раз то что нужно.

Для этого в схему нужно внести небольшие изменение, а именно:

сопротивление датчика тока следует уменьшить с 0.47 Ом до 0.12-0.22 Ом, при этом его мощность следует увеличить вдвое, так как нагревается этот резистор довольно хорошо;

следующим изменением будет замена диодов в мостике на более мощные, диоды будут тоже ощутимо горячие, поэтому следует их закрепить на радиатор.

На этом будем считать доработку схемы законченной.

Но вот не задача, теперь нам потребуется силовой трансформатор с номинальной мощностью более 150 Вт, а именно 30Вх5А, хоть в описании и указывается входное напряжение 24 В, но толку от него при таких токах будет мало, не спасут даже и конденсаторы по 10.000 мкФ, которые многие так любят ставить. Нам нужно чтобы на входе схемы было напряжение минимум на 3 В выше выходного, но не более 36 В , так как операционные усилители , которые указаны в схеме , имеют максимальное напряжение питания ±18 (36) В.

Следовательно нам нужен либо трансформатор с номинальным напряжение на вторичной обмотке , около 27-30 В, либо… А вот это “либо” как раз я и намерен использовать.

В качестве силового трансформатора, применим импульсный блок питания на популярной микросхеме IR2153, только на выходе у нас будет парочка клемм от вторичной обмотки трансформатора. Выпрямление будет уже на плате блока питания, так как на ней реализован умножитель напряжение, который питает парочку операционных усилителей, если на схему подать постоянное напряжение, то блок питания попросту работать откажется.

И так собираем наш “аналог” сетевому трансформатору.

Печатная плата блока питания и “импульсного аналога” здесь.

Подключаем импульсный блок питания к плате лабораторного блока питания, тестируем на нагрев и снимаем показания по току и напряжению.

Как видим – просадки напряжения нет, но вот нагрев у диодов достаточно высокий, для них будет изготовлен и установлен радиатор, а в схему импульсного блока питания добавлен узел, отвечающий за питание вентилятора системы активного охлаждения. Трансформатор выполнен на колечке 34,0/20,5/10,0 N87 от Epcos и после намотки пропитан эпоксидной смолой.

Теперь приступаем к измерительным приборам, нам понадобится вольтметр и амперметр, здесь я решил тоже особо не заморачиваться и применил как аналоговый, так и цифровой прибор, но чтобы всё смотрелось более гармонично, то доработал аналоговую головку в амперметр и встроил в неё цифровой вольтметр. Так сразу убил двух зайцев: не нужно заморачиваться с корпусом для вольтметра и экономим место. Да ко всему прочему, лично мне, удобнее когда амперметр аналоговый, а вольтметр цифровой.

Был найден в закромах родины вольтметр на 15 В, который после “моих шаловливых ручонок” да напильника под раскаты “такой то матери”, стал амперметром. Шкала нарисована в программе frontdesigner30.

После сборки производим небольшую доработку по входному напряжению, так как в качестве токового шунта я использовал токовый датчик самого лабораторного блока питания, а на нём падение напряжения превысило 75 мВ, поэтому был подключён, последовательно с измерительной головкой, резистор с общим сопротивлением 305 Ом.

Прибор показал достаточно высокую точность, калибровка производилась при помощи цифрового амперметра. Вольтметр закреплён с обратной стороны шкалы амперметра, при помощи термоклея, при его работе цифры очень хорошо просвечиваются сквозь бумагу.

Теперь следует позаботиться о “домике” для нашего блока питания. Как уже могли догадаться, мой выбор пал на корпус от компьютерного блока питания, сам блок питания благополучно завершил свой тяжёлый век. Причиной его гибели стала гроза, а точнее статический разряд. По сути это и стало причиной для названия моего проекта “Феникс”, как птица восставшая из пепла.

Убираем всё лишнее и укрепляем переднюю панель стеклотекстолитом, материал это довольно прочный и очень хорошо обрабатывает, не забываем о вентиляционных отверстиях, блок питания у нас ведь с активным охлаждением, а значит воздуху нужно циркулировать.

Следующим у нас будет регулятор оборотов вентилятора системы охлаждения, нет у меня желания слушать жужжание вентилятора на максимальных оборотах, по этому делаем автоматическую регулировку, в качестве датчика температуры применим терморезистор, в итоге у нас вентилятор будет крутится с разной скоростью, в зависимости от нагрева силового транзистора. А чтобы вентилятор запускался 100%, то устанавливаем конденсатор и резистор параллельно с терморезистором, таким образом в момент включения у нас на вентилятор будет подано практически полное напряжение питания, но только на пару секунд, далее конденсатор зарядится и обороты снизятся до минимального порога который в моём случае ограничен под напряжение 4.5-5 В, вентилятор крутится нормально даже на таком казалось бы минимуме, при этом его работы достаточно для циркуляции воздуха в корпусе, а в случае если температура транзистора увеличится, то и обороты у вентилятора тоже увеличатся, таким образом у нас получается охлаждение, которое будет работать более интенсивно лишь тогда, когда у нас будет больший нагрев, в остальное время шум от системы охлаждения будет минимальным.

Так, как у нас блок питания для домашней лаборатории, и порой может понадобиться ещё какой то блок питания или напряжение с которым приходится работать схеме не одно, то было решено дополнить блок питания выходом, который позволит получить напряжение сразу с диодного мостика, но мне этого показалось мало и я подключил его ещё и через амперметр, таким образом у нас есть выход для подключения внешнего потребителя с возможностью контроля тока потребления, а чтобы ненароком ничего не сгорело, в случае короткого замыкания, то последовательно с входом блока питания устанавливаем предохранитель на 5 А, граничный ток у моего ЛБП чуть более 5 А, но думаю этого хватит.

Так же было решено добавить нагрузочный резистор и подключить его через реле, таким образом снизив нагрузку на кнопку. Служит этот резистор для того, чтобы можно было выставить максимальный ток, к примеру для зарядки аккумулятора или питания какого либо устройства, при этом не замыкая клеммы прибора разными перемычками, а так даже в самых непредвиденных обстоятельствах – у нас есть нагрузка, которая обеспечит ток до 3.75 А, пусть резистор и будет у нас всего на 10 Вт, но кратковременно он способен выдержать такой ток. Номинал резистора 8 Ом.

Реле подключается нажатием красной кнопки, которая находится на задней стенке блока питания, таким образом мы её не сможем случайно нажать, а индикация жёлтым светодиодом, покажет что нагрузка подключена. Реле подключается к диодному мосту на входе схемы, обмотка рассчитана на 36 В, ток на каждую пару контактов 4 А, контакты включены попарно.

Приступаем к сборке.

Первым делом нам понадобиться основание, оно же – шасси. Основание я сделал из печатной платы того же самого павшего “смертью храбрых” блока питания, были выполнены пропилы в местах, где текстолит попросту мешал, а именно в месте крепления головки амперметра и в месте крепления выходных клемм, сами клеммы ещё советских времён, их тоже пришлось немного доработать – укоротив. Так как платы у нас будут крепиться в два этажа, то нам нужны шпильки, их я нарезал леркой из обычной проволоки, оббив обмазку электрода Ø3 мм. Одного электрода как раз хватило на 4 шт. шпильки.

Платы располагаются друг к дружке “лицом” поэтому следует перепроверить все настройки, иначе выставить точно нолик на выходе будет очень затруднительно.

Раз у нас практически всё готово, красим корпус, не забываем грунтовать, процесс покраски снимать не стал, думаю и так понятно, что покрашенный корпус смотрится значительно эстетичнее. Смотрим, что у нас есть и приступаем к сборке, процесс этот может затянуться, так что набираемся терпения, результат того стоит.

То, что получилось в результате наших действий, думаю в хозяйстве пригодится.

Автор: DTS (tehnari.ru/f99/t106041/)