Блок питания моделист конструктор
Обновлено: 02.05.2024
Каждый радиолюбитель знает: без источника постоянных и переменных напряжений различных величин в практической работе не обойтись. Он нужен, чтобы налаживать радиоконструкции, ремонтировать аппаратуру, заряжать аккумуляторы, испытывать электродвигатели и реле, проводить физические опыты. Все это возможно делать с помощью универсального блока питания, описание которого мы предлагаем вниманию читателей.
Устройство позволяет получать плавно изменяющиеся напряжения в интервале 2—300 В до 900 мА переменного и 600 мА постоянного тока или 2—22 В при токе до 6 А.
С помощью переключателя S6 (рис. 1) на пять положений устанавливают режим работы блока питания, о чем сигнализируют соответствующие лампы Н1—Н5.
Напряжение в пределах 2—22 В выбирают ступенчато через 2 В переключением S4, а в интервале 2—300 В — S3 через 26 В.
Тумблером S2 трансформатор Т1 переводят в автотрансформаторный режим для питания более мощных потребителей тока.
Переменный ток преобразуют в постоянный мостовые выпрямители на диодах VI—V4 и V5—V8. Чтобы исключить возможность выхода из строя фильтра С1, V9, С2, установлен тумблер S5, который должен находиться в положении «выключено», когда высоковольтная нагрузка отсоединена.
Рис. 1. Принципиальная схема блока питания.
Выпрямитель V1—V4 работает в универсальном режиме. В четвертом положении переключателя S6.1 подается напряжение 2—22 В. В третьем положении S6.1 при замкнутом тумблере S5 к мосту подсоединяется высоковольтная обмотка трансформатора.
Выпрямленное напряжение в режиме 2—300 В с фильтра С1, V9, С2 поступает к выходным зажимам блока питания. В режиме 2—22 В постоянное напряжение поступает на второй фильтр, выполненный на транзисторах V12, V13.
Выпрямитель на диодах V5—V8 подключен к Т1 постоянно.
Величины напряжений и токов контролируют по двум стрелочным индикаторам PV1 и PA1. Шкала амперметра имеет два предела измерений: 0—900 мА и 0—6 А. Для измерения токов величиной до 90 мА тумблером S7 включают дополнительный шунт, который делит показания прибора на 10.
Конструкция и детали. Пожалуй, самый трудоемкий процесс — изготовление трансформатора. За основу взят ТС-180-2 — силовой трансформатор от телевизоров черно-белого изображения. Он имеет ленточный магнитопровод СЛ21Х45 из стали Э-310-0,35.
Трансформатор разбирают, сматывают с его каркасов вторичные и дополнительные сетевые обмотки по 58 витков (выводы 2-3). А сетевые обмотки по 375 витков провода ПЭВ-1 0,69 (выводы 1-2) оставляют без изменений. Затем на одном из каркасов размещают в указанной последовательности секции ХХШ—XVII, XII, XI, X, IV, III, II (563 витка), на втором — XVI— XIII, IX—V (508 витков).
Секции со II по XI содержат по 96 витков, а XII имеет 34 витка провода ПЭВ-1 0,69. Обмотка ХХШ—XIII намотана проводом ПЭВ-1 1,5 по 7 витков в каждой секции. Ее можно намотать двумя проводами меньшего сечения, например, ПЭВ-1 0,74.
Каждый ряд намотки изолируют 2—3 слоями промасленной трансформаторной бумаги. Выводы припаивают к лепесткам, расположенным на каркасах, и маркируют.
Между стыками П-образных половин ленточного магнитопровода при необходимости проложите 2—3 слоя конденсаторной бумаги, чтобы зазор составлял 15—30 мк. Тогда «гудение» трансформатора станет намного слабее. Закончив сборку, соедините между собой сетевые обмотки так, как показано на схеме.
Транзисторы и диоды Д242 установлены на теплоотводах (см. рис. 2) — алюминиевая пластина размером 90Х50Х1 мм у первых и две сложенные вместе алюминиевые пластины толщиной 2 мм у вторых.
Рис. 2. Силовой трансформатор с установленными элементами:
1 — теплоотвод для диодов Д242, 2 — теплоотвод для транзисторов, 3 — панель с диодами КД202М, 4 — панель с резисторами RЗ—R6, 5 — гетинаксовая плата.
Вместо транзистора П4БЭ допустимо применить ГТ701А, П209, П210, а взамен П201 подойдут П213, П214, П216, П217 с любым буквенным индексом. Диоды КД202М можно заменить на КД202К, КД202Л или на Д226Б, КД105, соединенные по два параллельно; Д242 — на КД206 с любым буквенным индексом или Д243, Д244, Д245; Д9Е — любыми серии Д2 или Д9.
Конденсаторы С1, С2 К50-12 имеют общий корпус. Их можно заменить на любые другие с рабочим напряжением не менее 350 В. Вместо конденсаторов К50-6 (СЗ, С4) можно применить К50-3. Постоянные резисторы МЛТ-1 или ВС-1.
S1 — кнопочный выключатель от бытовых электроприборов, S2 — тумблер ТП-1-2, S3, S4, S6 — галетные переключатели, S5, S7 — тумблеры ТВ2-1.
PV1 — вольтметр Ц4200 с током полного отклонения стрелки 250 мкА, РА1 — микроамперметр М4207 с током полного отклонения 50 мкА. Эти измерительные приборы можно заменить любыми другими в пределах указанной чувствительности. Шкалы Индикаторов изготавливают самостоятельно в соответствии с рисунком общего вида.
Шунты R7, R9, R10 намотаны нихромовым проводом Ø 0,3 мм на корпусах резисторов ВС-0,5 с, предварительно удаленным токопроводящим слоем. Таким же проводом, но Ø 0,15 мм намотан и шунтирующий резистор R11. Шунты R8 и R12 представляют собой отрезки ни-хромового провода Ø 0,7 мм и длиной 2—3 см. Нихромовый провод можно заменить манганиновым или константановым, но длину намотки тогда потребуется увеличить в два раза, поскольку удельное сопротивление этих материалов меньше. Шунты установлены на переключателе S6.
Н1—Н5 — коммутаторные лампы КМ 2 рассчитаны на напряжение 24 В. Их можно заменить на любые другие, сняв соответствующее напряжение с трансформатора.
Блок питания размещен в дюралюминиевом корпусе размером 190Х180Х125 мм. В его боковых стенках сделаны по 7—8 продольных вентиляционных прорезей размером 80X2 мм, а в основании — 2—3 отверстия Ø 20 мм.
Специального шасси блок не имеет. Несущими элементами служат лицевая панель и силовой трансформатор. Монтаж выполнен многожильными проводами, собранными в жгуты.
Лицевая панель размером 180Х170 мм сделана из листового дюралюминия толщиной 2 мм. На нее наложен лист ватмана с надписями, выполненными черной тушью, и накрыт сверху оргстеклом толщиной 2 мм.
Кнопочный выключатель S1 крепится сверху корпуса.
Другие схемы вы сможете найти на блоге радиолюбителя. Если монтаж выполнен правильно и все детали исправны, блок питания начинает работать сразу же после включения его в сеть. Потребуется подогнать лишь величины дополнительных резисторов и шунтов у стрелочных индикаторов.
В радиолюбительской практике при отработке или налаживании какого-либо устройства нередко требуется одновременно несколько источников тока на разное напряжение. Так, например, конструкции, выполненные на операционных усилителях и работающие совместно с цифровыми интегральными микросхемами, нуждаются в двуполярном и однополярном источниках тока. Использовать в таких случаях делитель напряжения неудобно, особенно в процессе разработки новых устройств. Ведь при этом приходится менять и число используемых элементов, и их тип, что приводит к изменению энергетических параметров устройства, а значит, и к необходимости переделки самого делителя.
Описываемый ниже блок питания во многом универсален и по основным эксплуатационным характеристикам отвечает требованиям, предъявляемым к подобным устройствам. Питается он от сети переменного тока напряжением 220 В, потребляемая мощность не превышает 200 Вт.
Структурно блок построен по функционально-модульному принципу. Каждый из модулей представляет собой конструктивно законченное устройство, выполняющее определенные функции.
Блок содержит четыре самостоятельных стабилизатора напряжения, коммутацией которых можно получить различные комбинации источников тока. Каждый стабилизатор имеет свой орган регулировки выходного напряжения и снабжен электронной системой защиты от токовой перегрузки и короткого замыкания, которая собрана на микросхеме ДА1 и работает следующим образом. При увеличении падения напряжения на R16, вызванного увеличением тока нагрузки, происходит возрастание положительного напряжения на выводе 4 ДА1, что приводит к уменьшению напряжения на выводе 9 ДА1 и открыванию VT2, затем, в свою очередь, VS1 и VT1; при этом срабатывает реле К1, отключая полностью стабилизатор от нагрузки.
Блок-схема модульного источника питания:
трансформатор Т1 — ТПП 322-50 или аналогичный. имеющий две вторичные обмотки по 30 В (3 А) и две обмотки 13 В (1,5 А); тумблер SA1 — марки ТП 1-2 или Т3
Схема мостовых выпрямителей модулей А1 и А2. Разница в исполнении модулей:
у А1 номиналы конденсаторов С1 —С6 2200 мкФ х 50 В; у А2 номиналы конденсаторов С1—С6 1000 мкФ х 25 В (тип всех конденсаторов — К50-29 или К50-24)
Скорость реагирования защиты не зависит от положения движков на R14 и R11. Для нормальной работы VS1 служит R4.
Диод VD1 предотвращает пробой VT1 от обратного напряжения обмоток К1.
При нажатии кнопки SB1 «Сброс» происходит закрывание VS1, срабатывает реле К1 и стабилизатор возвращается в исходное рабочее состояние. Кнопку «Сброс» нажимают после отключения нагрузки от стабилизатора.
Принципиальная электрическая схема регулируемых стабилизаторов напряжения с защитой от перегрузки и короткого замыкания в налаживаемых устройствах:
R2, R4, R5, R8 — 1 к; R6 — 100; R9, R12— 1,1 к; R10 — 10k; R11,R14 — 4,7 к; R13—470; R15 —240; R16 — 0,1 Ом; C1, С2, СЗ, С4 —0,1 мкФ; С4 —0,33 мкФ; С5, С6, С7 —47 мкФ х 50 В; С8 — 20 мкФ х 50 В VT1, VT2 — КТ814Г; VD1, VD2 — КЦ410А, KD212A; DA1 — К554САЗ, DA2 — К142ЕН18; HL1 — АЛ307; VS1 —КУ101Г
Резисторы R13 и R10 служат для установки соответственно минимального и максимального тока защиты. Резистор R11 регулирует ток защиты в диапазоне от 50 мА до 3 А (1,5 А).
Различие между элементами схем стабилизаторов А3 и А4 состоит в следующем:
АЗ: R1 — 1 кОм; R3 — 2,7 кОм; R7 — 1 кОм. Реле К1 типа РЭН-34, стабилитрон VD2 —типа КС515А, VT3 — КТ827А. Этот стабилизатор выдает постоянное напряжение ±10 — 28 В.
А4: R1—0,5 кОм; R3 — 1,2 кОм; R7 —1,1 кОм. Реле К1 типа РЭС-9, стабилитрон VD2 — типа КС510А, VT3 — КТ825. Напряжение на выходе ±1,5 — 12 В. Питание DA1 в этом случае будет 10 В, что вполне допустимо.
Основные технические характеристики стабилизаторов
Различие в схемах мостовых выпрямителей А1 и А2 — только в номиналах конденсаторов: у первого С1 — С6 имеют емкость 2200 мкФ и рассчитаны на напряжение 50 В, у второго они на 1000 мкФ х 25 В.
Питание схемы защиты производится от стабилитрона VD2 Диапазоны напряжения питания микросхемы DA1 от +5 до +20 В. Конденсаторы С1, С2, С3 служат для уменьшения наводок.
Стабилизатор, собранный из заведомо исправных деталей, как правило, в настройке не нуждается, и она сводится только к установке тока защиты.
Конструкция БП
Корпус БП имеет размеры 260x130x250 мм. На передней панели расположены приборы измерения тока и напряжения, кнопка сброса защиты, светодиод индикации срабатывания защиты. Сюда же выведены ручки резисторов регулировок напряжения и тока срабатывания защиты, тумблеры переключения приборов «ток — напряжение», выходные клеммы. БП собран на основании из 10-мм винипластовой пластины размерами 260×250 мм, снизу основания крепятся резиновые ножки.
Оба модуля блока аналогичны по своим схемам и конструкции, за исключением отдельных элементов. Каждый модуль состоит из двух печатных плат и радиатора. Платы размерами 120x120x2 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. На одной плате смонтированы два независимых мостовых выпрямителя, на второй — два независимых регулирующих стабилизатора напряжения «+» и «-» со схемой защиты.
Монтажная схема платы стабилизаторов
Топология печатной платы выпрямителя
Радиатор модуля размерами 120x120x30 мм имеет ребра высотой 12 мм с двух сторон. На радиаторе крепятся пастой КПТ-8 два силовых транзистора, один из которых устанавливается на изоляционную прокладку.
Платы модулей привинчиваются к радиатору с двух сторон через стойки винтами М3.
Сам модуль крепится на основании блока винтами М4 (через втулки высотой 5 мм — в соответствующие резьбовые отверстия внизу радиатора). В основании под радиатором просверлены отверстия диаметром 6 мм.
Монтаж блока и модулей выполнен проводом МГТФ (можно МНГШВ) диаметром 0,5 мм.
Компоновка стабилизаторов на печатной плате
Задняя панель и корпус могут быть из любого материала, в зависимости от возможностей и умения исполнителя.
Резисторы, используемые в устройстве, в основном типов МЯТ, ОМЛТ, С2-33. Резисторы R16 — типа СП4-1 или СП1 группы А.
Резисторы R10, R13 — типа СП5-2.
Конденсаторы — КМ, К10-17а, электролиты — К50-6, К50-16 или импортные на соответствующее напряжение.
Транзисторы КТ814Г могут быть заменены на КТ816Г, КТ827А — на КТ819, а КТ825 — на КТ818.
Микросхема DА1 К554САЗ тоже может заменяться на К521САЗ, но при этом нужно учесть цоколевку.
Для стабилизатора АЗ использовано реле К1 типа РЭН-34 на 27 В, для стабилизатора А4 — реле К1 РЭС-48 на 12 В с параллельно включенными контактами.
Какой радиоконструктор-любитель не мечтает собрать малогабаритный источник питания? Но тут все упирается в силовой трансформатор: он-то в основном и определяет габариты блока питания. Если же попытаться изготовить трансформатор с минимальными размерами, например, с магнитопроводом Ш12Х12, то при условии, что напряжение сети 220 В, число витков первичной обмотки составит примерно 7600.
Правда, излишнее напряжение можно погасить с помощью резистора, включенного последовательно с обмоткой, но в этом случае рассеивается значительная мощность. Другое дело — конденсатор в цепи переменного тока. В зависимости от частоты емкость обладает свойствами реактивного (емкостного) сопротивления. Однако энергия, полученная конденсатором при его заряде, почти полностью возвращается источнику тока и практически не теряется.
Теперь, используя свойства конденсатора, можно уменьшить количество витков сетевой обмотки трансформатора, частично погасив поступающее на нее напряжение.
Рис. 1. Принципиальная схема источника питания.
На рисунке 1 приведена принципиальная схема малогабаритного стабилизатора напряжения для питания устройств, у которых потребляемый ток не превышает 120—150 мА. Силовой трансформатор Т1, рассчитанный на максимальную мощность 3 Вт, имеет сердечник Ш12Х12 (площадь сечения SС = 1,3 см2). Необходимо погасить «лишнее» напряжение сети 160 В. При этом сила тока в цепи будет:
I = 1,1*(Pтр, Вт)/(U, В)=1,1*3/160≈0,02А=20мА.
Емкость конденсатора С1 составляет:
Тогда для «оставшегося» напряжения 60 В потребуется намотать
витков провода ПЭВ-1 0,08—0,1. Учитывая, что напряжение на вторичной обмотке 12 В, она состоит из 405 витков провода ПЭВ-1 0,2.
Точно так же можно изготовить трансформатор и с другими параметрами. Например, если ток нагрузки 50 мА, то тогда нетрудно определить, что величина С1 составит 0,22 мкФ, а диаметр провода вторичной обмотки — 0,16 мм.
Напряжение на выходе стабилизатора меняется в пределах от 0 до 9 В. Резисторы R2, RЗ и диод V8 образуют делитель напряжения в цепи базы транзистора V7. При перемещении движка резистора RЗ вверх по схеме на базу поступает отрицательный потенциал и напряжение на выходе стабилизатора возрастает.
Благодаря цепочке С2, С3, V5 амплитуда пульсаций выходного напряжения незначительна и коэффициент стабилизации составляет 300—400.
Рис. 2. Размещение деталей в корпусе.
Рис. 3. Монтажная схема источника питания.
Настройка стабилизатора сводится к подбору величины резистора R2 с целью получения максимального коэффициента стабилизации. Выходное сопротивление стабилизатора 18 Ом. Транзистор имеет В = 50—60. Его можно заменить любым другим из серии П4. С теплоотводом с площадью рассеивания 15—20 см2 хорошо работают транзисторы П213, П201. Конденсаторы С1 — МБГП с рабочим напряжением 400 В, С2, СЗ — К50-6. Резисторы R1, R2, R4 — МЛТ-0,5, переменный резистор RЗ — СП-0,4. Диоды V1—V5, V8 можно заменить на КД105, Д226 с любым буквенным индексом. Корпус размером 75Х50Х40 мм выполнен из пластмассовой коробки. Расположение элементов схемы в корпусе прибора показано на рисунках 2 и 3. Все соединения между деталями выполнены голым луженым проводом Ø 0,8—1 мм.
Работоспособность устройства проверяют при изменении входного напряжения в пределах 190—230 В. Подбирая величину резистора R2, устанавливают постоянное напряжение на выходе независимо от колебаний входного. Монтажную плату крепят к трансформатору винтами М1. Под «неонку» в плате сверлят отверстие Ø 9,5 мм. Диоды V1—V5 закреплены на каркасе трансформатора с помощью клея БФ-2.
В соответствии с показаниями вольтметра на ватман наносят деления шкалы переменного резистора и закрывают прозрачным оргстеклом толщиной 2 мм.
К сожалению, пока используемый трансформатор оказался слабоват, для нагрузок более 2А. Так, что придется поискать более мощный. Далее можно увидеть результаты тестов с электронной нагрузкой «1602 CNC Electronic Load», которая для большей точности подключена по четырехпроводной схеме (регуляторы БП на максимуме). Ориентироваться, конечно, лучше по показаниям электронной нагрузки (т.к. она не однократно проверялась), чем по ампер-вольтметру БП.
Сработал ограничитель тока.
Сравнение показаний измерителей.
В остальном получившийся блок питания очень даже прилично работает (но пока до 15-14V при токах до 1,5-2A). Система охлаждения прекрасно справляется. Вентилятор попался довольно тихий. В дальнейшем надеюсь, подобрать более подходящий трансформатор. Тогда интересно будет опробовать различные полезные доработки этого китайского «чуда», встречающиеся на просторах интернета.
Если что-то в описании упущено, надеюсь, эти нюансы можно рассмотреть на представленных фото. Заранее прошу прощения за возможные ошибки и опечатки.
Если нужна дополнительная информация, пишите на почту, постараюсь обязательно ответить. Отзывы, идеи, предложения по улучшению конструкции и комментарии приветствуются.
Предлагаю схему (рис. 1) простого блока питания средней мощности с регулируемым выходным напряжением 0.. .24 В (последнее значение зависит от типа примененного трансформатора) и током до 2 А [1 ]. Также есть защита от короткого замыкания и контроль выходного напряжения. Я применил эту схему для модификации блока питания БП-12/10 от старого магнитофона “Россия” (рис. 2).
Данная конструкция работает у меня уже много лет. Мощности хватает даже для проверки современных автомагнитол (с большой выходной мощностью).
Выходное напряжение устанавливают с помощью переменного резистора R3. Составной транзистор VT1, VT2 выполняет функцию регулирующего элемента. Источником опорного напряжения служит стабилитрон VD5. Транзистор VT3 совместно с диодами VD6, VD7 и резисторами R6, R7 обеспечивает защиту от короткого замыкания.
В блоке питания можно использовать любой сетевой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке около 20 В и мощностью около 50 Вт. Выпрямительные диоды VD1. VD4 рассчитаны на ток 2. 3 А. Транзисторы: VT1 -КТ803, КТ805, КТ819; VT2 - КТ815, КТ817; VT3 - КТ361, КТ203. Все транзисторы - с рабочим напряжением не ниже 30 В, VT1 установлен на радиатор с поверхностью рассеяния не менее 200 см2. Диоды VD6, VD7 - кремниевые, например, Д226 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD5 - на 12 В, например, серии Д814Г или Д.
Конструкция смонтирована в пластмассовом корпусе БП-12/10 (рис. 3).
Причем трансформатор, конденсатор (С1), диодный мостик, предохранитель и фильтры питания (последние на схеме не показаны) оставляем на месте, а меняем только плату (и добавляем простой вольтметр R1, РА1). Примерный вариант размещения деталей на плате (38*80 мм) предложен на рис. 4.
Настройка сводится только к подбору сопротивления резистора R8, определяющего максимальное отклонение стрелки миллиамперметра и градуировки шкалы (для этого его придется вскрывать). Градуировку делают с помощью другого вольтметра: меняя выходное напряжение резистором R3, ставьте метки на нужные вам значения напряжения (например 3,6,9,12. ). Потом собираем все в корпус, и блок питания готов!
Литература
1. Электронный калейдоскоп. - Моделист-конструктор, №7/1987 г.
Читайте также: