Приветствую Вас, Гость! Регистрация

Персональный сайт Пьяных А.В.

Четверг, 21.09.2017
Если Вы делаете покупки в интернет магазинах AliExpress, GearBest, Banggood, ASOS, Ozon, то вступайте в мою партнерскую программу. Таким образом поможете развитию моего сайта и скорейшему выходу новых статей. Ваша выгода - возврат до 18% потраченных средств. Кэшбэк проверенный. Деньги выводят быстро и без лишних проволочек.


Главная » Статьи » Электроника » Электроника

Лабораторный блок питания

  В качестве блока питания я уже лет 8-10 использую самодельный блок питания. Основная «начинка» взята от блока питания матричного принтера. Импульсный стабилизатор оказался adj версии. Замена одного резистора делителя обратной связи на переменный резистор позволила сделать регулируемый источник напряжения от 5 до 32В с максимальным током 2,5А.

   Так как новый блок питания собран из готовых модулей китайского производства и сложность конструкции минимальная, то я дополню статью информацией о лабораторных блоках питания, выпускаемых серийно, и сделаю обзор разнообразных модулей для построения своего лабораторного блока питания. Итак, начнем.

   Серийно выпускаемые блоки питания можно разделить на классы.

   По мощности:

  • Маломощные – до 3А
  • Средней мощности – до 5А
  • Мощные – до 30А
  • Сверхмощные – более 30 А

   Существуют источники питания А КИП-1135(A) с выходным регулируемым напряжением от 0 до 600В и регулируемым током от 1 до 400А. Цену источника можете представить……

   По наличию одного или нескольких выходных напряжений:

  • Одноканальные
  • Многоканальные

    У многоканальных, как правило, можно соединять выходы последовательно для получения более высокого напряжения или получения двухполярного источника питания.

   По выходному напряжению:

  • Низковольтные – до 15В
  • Среднего вольтажа – от 15 до 60В
  • Высоковольтные – более 60В

   По типу устройства:

  • Линейные
  • Импульсные
  • Гибридные

   Линейные обладают лучшим «качеством» выходного напряжения, малыми пульсациями, шумом и т.д., но, как правило, небольшой мощностью, большим нагревом и низким КПД. Импульсные более «шумные», но славятся малыми габаритами, большей мощностью и высоким КПД. В гибридных основная регулировка напряжения основана на импульсных технологиях (обычно ШИМ), потом напряжение подается на линейный стабилизатор. Объясню на примере, довольно грубом, но верном. Линейный стабилизатор получает питание с трансформатора 30В при токе 10А. На выходе установлено напряжение 10В при том же токе. На силовых транзисторах «сжигается» Pт = Iвых.макс(Uвх - Uвых) 10А х 20В = 200Вт мощности. Это очень много. В гибридном с импульсного стабилизатора приходит на несколько вольт больше, чем установлено регулировкой на выходе блока питания. С импульсной части в линейную приходит 12В, с линейной выходит 10В. Потери на линейной части 2В х 10А = 20Вт. В итоге имеем преимущества линейного по качеству и небольшие потери по количеству.

   Также бывают прецизионные блоки питания. У них большая точность установки выходных параметров и очень маленькие пульсации на выходе. И ооооочень высокая цена при невысокой мощности.

   В основном необходимый в радиолюбительской практике диапазон перекрывают блоки питания с напряжением на выходе до 30-50В с током до 5А. Большей популярностью пользуются двухканальные блоки питания низкого и среднего ценового диапазона. От совсем дешевых китайских ожидать достижения заявленных характеристик не приходится. Они часто выходят из строя из-за неправильного подбора компонентов. Детали подбираются без запаса по параметрам для удешевления конструкции.

   По типу индикаторов блоки питания можно разделить на цифровые и стрелочные аналоговые. Цифровые более точны в измерениях. Стрелочные индикаторы более наглядно отображают изменение параметров.

   Многие блоки питания средней мощности имеют режим стабилизации тока. Это очень полезная функция.

   Применение стабилизации тока:

  • Тестирование светодиодов и других «токовых приборов».
  • Подбор и калибровка шунтов для амперметров
  • Зарядка аккумуляторов
  • Ограничение тока в разных опытах. Например, питаемое устройство штатно потребляет 0,5А. Устанавливаете на выходе, например, 0,52А, и даже при сбое в устройстве не потечет ток значительно выше потребляемого штатно.

 

   Обзор стабилизаторов/преобразователей.

Приведу обзор наиболее популярных преобразователей/стабилизаторов, которые можно будет использовать в самодельных лабораторных блоках питания.

Рассматривать модули с выходным током менее 5А не буду. От простого к сложному. Многие модули названия не имеют и ищутся по набору слов.

DC to DC 4V-38V to 1.25V-36V 5A Step Down Power Supply Buck Module

Power Supply Buck Module

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 4-38В
  • Выходное напряжение 1,25-36В
  • Выходной ток до 5А (не регулируется)
  • Пульсации <50мВ
  • Максимальная эффективность 96%
  • Частота преобразования 180кГц
  • Защита от КЗ срабатывает при 8А

Цена на Али - 100р

5A DC to DC CC CV Lithium Battery Step down Charging Board Led Power Converter

Step down Charging Board

Практически такой же модуль как и предыдущий, но с регулировкой тока.

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 5-32В
  • Выходное напряжение 0,8-30В
  • Регулируемый выходной ток до 5А
  • Пульсации <50мВ
  • Максимальная эффективность 95%
  • Частота преобразования 300кГц
  • Защита от КЗ

Цена на Али - 150р

9A 280W Step Down Buck Converter 7-40V To 1.2-35V Power module LED Driver

Power module LED Driver

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 7-40В
  • Выходное напряжение 1,2-35В
  • Выходной ток до 9А (не регулируется)
  • Пульсации умалчиваются
  • Максимальная эффективность не известна
  • Частота преобразования 180кГц
  • Защита от КЗ

Цена на Али - 320р

DC CC 9A 300W Step Down Buck Converter 5-40V To 1.2-35V Power module

Power module LED Driver

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 5-40В
  • Выходное напряжение 1,2-35В
  • Регулируемый выходной ток 0,2- 9А
  • Пульсации около 50мВ
  • Максимальная эффективность 95%
  • Частота преобразования 180кГц
  • Защита от КЗ

Цена на Али – 330-350р

DC 5V-32V to 1V-30V 10A LTC3780 Automatic Step Up Down Regulator

Automatic Step Up Down Regulator Automatic Step Up Down Regulator

Как видно из названия это повышающий/понижающий преобразователь. Его использование удобно когда у вас имеется первичный источник напряжения например 12В. С него можно получить от 1 до 30В.

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 5-32В
  • Выходное напряжение 1-30В
  • Выходной ток 10А (регулируемый)
  • Пульсации около 50мВ
  • Максимальная эффективность не известна
  • Частота преобразования не известна
  • Защита от КЗ

Цена на Али – 1000р

14A 5-32V 200KHz High-Power Automatic Step UP/Down Module LTC3780

Automatic Step UP/Down Module

Еще один UP/DOWN модуль.

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 5-32В
  • Выходное напряжение 2-24В
  • Выходной ток 12А максимальный ток 14А (не регулируемый)
  • Пульсации <30мВ при входном 14В выходном 12В и токе 10А
  • Максимальная эффективность 98%
  • Частота преобразования 200кГц
  • Защита от КЗ

Цена на Али – 1300р

Черный рыцарь (перевод с китайского, названия платы на английском не нашел, на плате тоже особо ничего не написано)

Черный рыцарь

   Данный модуль разрабатывался китайским умельцем. Вот его форум После завершения разработки он заказал платы небольшим тиражом и продавал их. Эти модули я нашел только на таобао. Скорее всего там уже скопировали его разработку и продают. Для управления можно использовать переменные резисторы, управляющее напряжение 0..5В или подключить еще один модуль с экраном, валкодером и несколькими кнопками.

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 36-45В
  • Выходное напряжение 0-30В. Перепайкой одного резистора можно расширить диапазон до 0-40В.
  • Выходной ток регулируемый 0-7,5А (максимальный ток 10А)
  • Разрешение регулировки напряжения резистором 1%, цифровой панелью 0,2%
  • Разрешение регулировки тока резистором 1,5%, цифровой панелью 0,4%
  • Пульсации <50мВ при нагрузке 30В 7А
  • Максимальная эффективность 96%
  • Частота преобразования 59кГц
  • Защита от КЗ, может еще от чего, неизвестно.

Цена на таобао около 1200р с панелью управления.

ZXY6020S NC DC-DC Power Supply Module Programmable 60V 20A 1200W Constant Voltage Current

Power Supply Module Programmable

Серьёзный модуль с высокой ценой.

Заявленные характеристики:

  • Входное напряжение 13-62В
  • Выходное напряжение 0-60В
  • Выходной ток регулируемый 0-20А
  • Разрешение регулировки напряжения 10мВ
  • Разрешение регулировки тока 10мА
  • Сохранение 10 параметров в память
  • Пульсации <50мВ
  • Максимальная эффективность не известна
  • Частота преобразования 200кГц
  • Защита от КЗ, перенапряжения, смены полярности и т.д.

Цена на Али – 5500-5900р

Есть другие модели ZXY6010S – на 10А (цена 4200р), ZXY6005S на 5А (цена 3000р). Функции у них идентичные.

   Модуль со схожими параметрами можно собрать самому. Параметры выхода можно в широких пределах изменить, выбрав другие номиналы транзисторов, дросселя и т.д. На форуме Microsmart уважаемый Livemaker и его последователи делятся информацией, схемами, алгоритмами работы собранных ими стабилизаторов. Форум мне очень понравился дружественной атмосферой: никто никого никуда не посылает, все доброжелательны, отвечают подробно даже на достаточно глупые вопросы новичков. Настоятельно рекомендую ознакомиться с изложенной там информацией, даже если вы не собираетесь делать стабилизатор сами. Там много пищи для ума, особенно для начинающих и малоопытных радиолюбителей. От себя желаю товарищу Livemaker реализации его идей и задумок.

   Я с удовольствием бы погрузился в расчеты и эксперименты со схемами, выложенными на вышеупомянутом форуме, но меня останавливает нехватка времени и недоступность электронных компонентов. В моем городе электронные компоненты не продаются вообще, скудный ассортимент представлен в городе покрупнее, в 300 км от меня. Посылки из Китая идут от 4 до 8 недель. Из России доходят за 3-4 недели, но цены не радуют. Поэтому для сокращения времени на изготовление блока питания я решил собрать его как конструктор из готовых модулей.

 

   Я определился, что должно быть в моем блоке питания и какие параметры будут на выходе.

  • Блок питания будет трехканальным.
  • 1 канал будет более мощным. Регулируемое напряжение 0…35В и регулируемое токоограничение 0…8(макс 10)А. Стрелочная индикация напряжения и тока.
  • 2 канал будет менее мощным. Регулируемое напряжение 0… 30В и регулируемое токоограничение 0…5А. Цифровая индикация.
  • 3 канал регулируемое напряжение 0… 36В и нерегулируемый ток до 5А. Цифровая индикация.
  • Защита от КЗ всех выходов.
  • Защита от переполюсовки первого канала, так как он планируется использоваться для зарядки автомобильных аккумуляторов.
  • Возможность независимого отключения выходов.

 

   Первичным источником напряжения выступит импульсный блок питания S-360-36. Выходное напряжение 36В, ток 10А. Так как у S-360-36 всего один выход, то у всех трех каналов будет общий минус. Не совсем удобно. В планах собрать импульсный блок питания с тремя независимыми выходами. Тогда выходы с преобразователей можно будет подключать последовательно. Напряжение с первичного источника будет подаваться на регулируемые DC-DC преобразователи. Возможно, в будущем добавлю нерегулируемый выход +5В для питания микроконтроллеров, схем логики, Ардуино и прочего.

   Верхняя граница напряжения питания преобразователя первого канала 40В, второго – 36В и третьего – 32В. Пока не сделан блок питания с раздельными выходами, напряжение питания преобразователей снижено до 32В.

   Корпус сделан из 3мм алюкобонда. Размеры 230х190х120 (ВхШхГ).

На передней панели располагаются:

  • Рокерный выключатель - питание
  • Цифровой вольтамперметр канала А
  • Переменный резистор 10к – регулировка напряжение канала А
  • Переменный резистор 10к – регулировка тока канала А
  • Рокерный выключатель – выход канала А
  • Выходные разъемы канала А
  • Цифровой вольтметр канала Б
  • Переменный многооборотный резистор 50к – напряжение канала Б
  • Рокерный выключатель – выход канала Б
  • Выходные разъемы канала Б
  • Вольтметр 0-50В стрелочный – канал В
  • Амперметр 0-10А стрелочный – канал В
  • Переменный резистор 10к – напряжение канала В
  • Переменный резистор 1к – точная подстройка напряжения канала В
  • Переменный резистор 10к – регулировка тока канала В
  • Рокерный выключатель – выход канала В
  • Выходные разъемы канала В

   Картинка лицевой панели нарисована в программе CorelDraw и распечатана на самоклеющейся виниловой пленке с последующей холодной ламинацией. Отверстия для установки органов управления и индикации вырезаны на станке с ЧПУ. Самоклеющаяся пленка наклеена на переднюю панель, и установлено содержимое. Получается очень красивая передняя панель.

   На правой боковой стенке вырезаны отверстия для вентилятора. На левой - вентиляционные отверстия. На задней стенке отверстия для вентиляции, крепления преобразователей и под разъем питания IEC 320 C14.

   В ходе испытаний выяснилось, что на лабораторный этот блок питания не тянет. Шумы на всех каналах с разной нагрузкой не превышают 45мВ. А вот при переходе из режима стабилизации тока в режим стабилизации напряжения происходит просадка 1-2В в зависимомти от тока нагрузки. При увеличении тока нагрузки в начале происходит небольшая просадка. 0…1 – 0,5В. При увеличении тока до 8А еще около 0,3В. Порадовала нагрузочная способность: при заявленных 8А модуль выдавал 10А долговременно без перегрева. Стрелочные вольтметры оказались самыми точными. Потом по точности шли цифровые вольтметры. Прецизионный врал на 5мВ. Обычный на 0,05В. Цифровой амперметр вместо 5А показал 7А. Это просто 3.14здец. Возможности подстройки в нем не оказалось. Пришлось напаивать на шунт слой припоя, а потом его спиливать надфилем, подгоняя значения под эталон.

   Установка напряжения в канале Б многооборотным резистором позволяет добиться высокой точности установки выходного напряжения. При повышении нагрузки канала Б также происходит просадка на 0,2-0,3В. Это сводит на нет установку точности выходного напряжения до 1мВ. А вот при испытании схемы с АЦП с выхода блока питания через резистивный делитель напряжение было подано на вход АЦП. Так как АЦП практически не потребляет ток, то и напряжение на выходе не менялось, что в свою очередь позволило с очень высокой точностью выставить поправочные коэффициенты в программе настраиваемого устройства.

   Схему рисовать и публиковать смысла не вижу. Выход блока питания соединен со входами трех преобразователей. Подстроечные резисторы из модулей выпаяны. Вместо них запаяны провода от резисторов на передней панели. К выходам преобразователей подключены вольтметры, амперметры и выходные разъемы.

   Данный блок питания покрывает 95% всех потребностей радиолюбителя. Пользуюсь им уже 5 месяцев и очень доволен. Заряжал им 105А аккумуляторы. Питал электродвигатели, твердотельный лазер, ардуины, драйверы шаговых двигателей и прочее. Низкая цена готового блока питания играет для меня ключевую роль. Обошелся он мне в 2500 рублей. Потраченных на него денег он однозначно стоит, даже при наличии недостатков.

Категория: Электроника | Добавил: Zlitos (16.04.2017) | Автор: Пьяных А.В.
Просмотров: 472 | Теги: Преобразователь напряжения, Блок питания, Power Supply | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]