Лабораторный блок питания с обвесом

Плата лабораторного блока питания, моя конструкция и дополнения. Мультиобзор.

Часть устройств куплена на AliExpress или в offline, а другая часть собрана с нуля. Для первых будут ссылки, а для последних схемы…

Итак, используемые компоненты:
— Готовый тороидальный трансформатор 150Вт, имеющий 2 обмотки по 12 вольт куплен в чип и дип. Выбор такого трансформатора был обусловлен наличием его в магазине))), а так же с расчетом возможности переключения обмоток, разделив диапазон выходных напряжений на 2 поддиапазона — 0-11в и все, что выше (используя или одну 12 вольтовую обмотку или 2 последовательно соединенные такие же обмотки в сумме дающие ~24В). Поверх двух заводских вторичных обмоток еще были намотаны 2 дополнительные. Первая — маломощная на 13В для питания дополнительных устройств и вентилятора охлаждения. Вторая обмотка более мощная на 7В., намотанная проводом 1,5мм (можно было использовать тоньше, но такой был у меня в наличии), для питания отдельного 5-вольтового USB выхода, подключенного к линейному стабилизатору 7805;
— Плата-конструктор лабораторного источника питания с AliExpress. Набор реально стал стоить копейки — чуть больше 5$. Долетел до Минска за 29 дней, трек отслеживался. Собранная мной плата на фото выше. Заменил лишь комплектный кондер на 10 000мкф и диоды выпрямителя, диодами Шоттки SR560 на ток 5A. Менять операционные усилители, пока не стал…;
— Готовая плата контроллера вентилятора с индикатором температуры и выносным термодатчиком также с AliExpress.
Термоконтроллер, стоимостью 1,65$, доехал до Минска за 22дня, трек отлеживался. Отличное устройство надо отметить. Может работать в одном из двух режимов — на охлаждение или на нагрев. Т.е., в зависимости от выбранного режима, термоконтроллер управляет или нагревателем (включает, если температура опускается ниже заданной), или вентилятором (включает, если температура превышает заданную). Для отключения вентилятора или нагревателя задается значение гистеризиса. Управляется контроллер при помощи 3х кнопок, значения выводятся на 3х-символьный индикатор. На странице продавца имеется подробная инструкция

Инструкция

— Готовый индикатор напряжения и тока с AliExpress. Цена 3,94$. Ехал заказ 5 недель, трек не отслеживался. Надо отметить, что индикатор оказался вполне годным, позже протестируем;

— Самодельный блок переключения обмоток трансформатора (схема найдена на просторах инета). Это, пожалуй, самое важное дополнение для линейного регулируемого блока питания. Дело в том, что КПД таких источников — весьма не высокий, особенно при низких выходных напряжениях. Так, например, при выходном напряжении 5В и токе, скажем, в 3А, на выходном транзисторе должно рассеяться около 75Вт. И в этом режиме, при питании БП от 24 вольт переменного тока (2 обмотки по 12 вольт), вентилятор охлаждения, управляемый термоконтроллером почти никогда не выключается. А при входном напряжении в ~12В, наоборот, включается очень редко и на короткое время. Таким образом, данное дополнение, позволяет значительно улучшить режимы работы блока питания, особенно, если учесть, что я, в основном использую напряжения до 12В. Единственное, что выбранное мной решение не самое лучшее, потому, что, при уменьшении напряжения, в момент переключения обмоток с двух на одну (с 24в на 12в), возникает короткий провал в выходном напряжении. Симисторная же схема лишена такого недостатка. А для себя я решил, что мне этот нюанс не принципиален.

Собрано устройство на макетной плате, тут же размещен выпрямитель и стабилизатор напряжения на 12В от которого питаются реле, термоконтроллер и вентилятор. Для этого стабилизатора на трансформаторе была намотана дополнительная маломощная обмотка;

— А это полностью самодельный блок электронного подключения нагрузки, о нем по подробнее:
Итак, небольшое ТЗ.

— После включения блока питания нагрузка должна быть отключена в независимости от последнего состояния.
— О выключенной нагрузке должен сообщать мигающий красный светодиод.
— О включенной нагрузке должен сообщать постоянно горящий зеленый светодиод.
— Подключение нагрузки происходит при помощи реле.
— Аппаратное подавление дребезга контактов.

Схема построена на дешевом микроконтроллере Atmel ATtiny2313 и триггере Шмитта 74HC14.
Запитана схема от 12 вольт, необходимых для работы реле. Для питания микросхем использован линейный преобразователь 7805.

После включения мигает красный светодиод VD2. Триггер шмитта 74HC11 позволяет окончательно и бесповоротно избавиться от дребезга контактов. При нажатии кнопки светодиод VD2 гаснет, а VD1 (зеленый) загорается, одновременно с ним открывается транзистор VT1 и включается реле K1. При следующем нажатии нагрузка и зеленый светодиод VD1 отключаются, красный светодиод VD2 начинает мигать. Диод VD1 защищает транзистор от всплесков напряжения на катушке реле. Собрана схема на макетной плате. Если не ставить на входе триггер Шмитта (и бороться с дребезгом программными средствами), то необходим подтягивающий резистор 10К на 7 выводе микроконтроллера. В планах добавить еще один канал управления на вход микроконтроллера int0. Управляться будет выход напряжения на USB разъём.

Управляющая программа написана в среде Bascom.

В основном цикле мигает красный светодиод, при условии, что на выходе PB2 низкий уровень, т.е. нагрузка отключена, а зеленый светодиод не горит. По прерыванию Int1 вызывается подпрограмма Swbutton. Оператор Toggle переключает состояния выхода PB2 (если был 1 то станет 0 и наоборот). После переключения выхода программа возвращается в основной цикл, до следующего прерывания;

Исходник:
$regfile = «attiny2313.dat»
$crystal = 4000000Config Portb.1 = Output
Config Portb.2 = Output
Config Pind.3 = INPUT
Config Int1 = FallingDim Wtime As ByteOn Int1 SwbuttonCls

Wtime = 255

Enable Interrupts
Enable Int1

Do
if pinb.2 = 0 Then
Set Portb.1
Waitms Wtime
Reset Portb.1
Waitms Wtime
Else
‘Pinb.4 = 0
End If
Loop
End

Swbutton:
Toggle Portb.2

Return

End

— Реле. На фото слева реле в синем корпусе используется для включения/отключения нагрузки, а реле в прозрачном корпусе, первой группой контактов переключает обмотки трансформатора, а вторая группа включает светодиод индицирующий подключение второй обмотки;

— И наконец, готовый корпус от старого ленточного стримера. DDS картриджи на 2Gb уже очень давно не актуальны, поэтому девайс был бесжалостно разобран на запчасти. А корпус с родным вентилятором прекрасно подошёл для моего блока питания;

Вот такая передняя панель. Временная, т.к. буду переделывать и компоновку и материал вставки менять надо (был белый вспененный пластик — смотрится коряво, а будет заглушка от компьютерного корпуса, которая попадает в цвет всего устройства). Но это чуть позже, когда дойдут из китая многооборотные резисторы. Так же добавится USB разъем. Красный регулятор — напряжение, синий — ток (цвета ручек выбраны в соответствии с цветами свечения сегментов индикатора). Прямоугольный зеленый светодиод под индикатором начинает светиться при подключении второй обмотки трансформатора. Над синим регулятором светодиод индикации стабилизации по току (красного цвета). Ну и в районе выходных клемм красная кнопка подключения нагрузки и двухцветный светодиод (красно-зеленый).

Все выполнено на разъемах — лицевая панель полностью съемная. Выход блока питания к лицевой панели подключается посредством разъёма типа Deans, который используется для аккумуляторов дистанционно управляемых моделей;

Все компоненты соединены между собой в соответствии со следующей схемой:

Немного сборки:

Блоки переключателя обмоток и отключения нагрузки собраны в сандвич и установлены вблизи передней панели. Рядом установлены реле отключения нагрузки и плата термоконтроллера вентилятора.

С внутренней стороны к корпусному вентилятору прикручен радиатор (от какого-то старого процессора). К радиатору на термопасту прикручен транзистор и датчик термоконтроллера. Все установлено в корпус с задней стороны.

Основная плата установлена на высоких стойках вниз деталями. Такое расположение, хоть и не самое теплоэффективное, но по другому плату и трансформатор в этом корпусе не разместить.

Обмотки трансформатора я решил подключить при помощи клемм Wago, получилось очень удобно. В проводах небольшой сумбур, хотя они укладывались и стягивались стяжками. Может потом переделаю…

И последний компонент — стабилизатор на 5В, выполненный навесным монтажом на радиаторе. И пара заключительных фото: вид сзади и собранный БП. Сзади расположены разъем питания, выключатель питания, предохранитель и выключатель (синего цвета) дополнительной линии 5В.

 

Теперь перейдем к тестированию. Сразу оговорюсь, что тестировать будем не столько саму плату БП, сколько всю конструкцию в сборе. Начнем с индикатора. Под спойлером находятся наглядные фото тестирования. Показания сравнивались с эталонным профессиональным цифровым мультиметром Актаком АМ-1095.

Тестирование показаний вольметра:

Амперметр тестировался при помощи нагрузочного резистора 10Ом 50Вт.

Если вспомним закон Ома, то легко прикинем, с этим резистором показания тока должны быть в 10 раз меньше показаний вольтметра, в чем сейчас и убедимся. Сравнивать показания будем по прежнему с Актакомом.

Тестирование показаний амперметра

После проведенных измерений я даже зауважал этот индикатор и мне захотелось его назвать «прибором» )).

А вот от платы блока питания больше 26В при 10 Омной нагрузке, а токе, соответственно, в 2.6А, получить не удалось, хотя на холостом ходу блок питания выдает 31В.

Тестируем стабилизацию тока (мультиметр, в режиме измерения тока, напрямую подключен к выходным клеммам):

Фотки

Видим, что регулировка тока возможна до 3.6А.
Я все-таки решил выяснить какая просадка выходного напряжения будет при почти максимальном токе. У меня нашлись два резистора по 3,3Ом 50Вт, соединил их последовательно и подключил к выходным клеммам — результат на фото:

 

Еще тесты:
Сравним напряжение на выходе выпрямителя с выходным. (На мультиметре напряжение на выходе диодного моста)
Слева без нагрузки, справа с нагрузкой:
Тоже самое, но меряем переменку на выходе транса:
Небольшие выводы:
-напряжение на выходе транса просаживается под нагрузкой на 1,6в, хотя трансформатор 150Вт, а на выходе около 80Вт.
-напряжение на выходе диодного моста просаживается под той же нагрузкой, уже на 6В.
-выходное же напряжение просаживается на 8,5В при той же нагрузке около 80Вт.
Надо, конечно с этим что-то делать… хотя мне этого рабочего диапазона для работы вполне хватит.

Ну, вот осталось только измерить пульсации, хотя для линейных блоков питания это наверное излишне и надо скорее, что бы подчеркнуть их беспроблемность в этом плане, хотя…

Меряем пульсации
Сразу оговорюсь, т.к. блок линейный, на показания частотомера обращать внимания не стоит — он меряет абы что… Меряем: эффективное значение (минимальные показания на скриншотах), максимум пиковый (средние показания) и диапазон (максимальные значения).
10В, 1А:
10В, 2,1A:
12В, 3,5А:
24В, 3,5А:
все красиво, но есть нюанс: когда блок близок к моменту, когда начинает проседать напряжение, т.е. близок к своему пределу, то откуда-то возникают дикие помехи. Вот на фото ниже работает только 1 обмотка транса, т.е. на вход блока питания подается около 12В переменки, и нагрузка в 3А уже явилась предельной и поперли помехи. А если бы на вход подавалось большее напряжение, то блок работал бы в штатном режиме. Вот надо такой нюанс учитывать.
10В, 3А:
Устройство получилось годное, но с некоторыми нюансами. Как минимум я попробую заменить выходной транзистор, т.к. проскакивала информация, что у китайцев они поддельные.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *